3 Влияние температурного фактора на механиче­ские свойства сварных соединений

3.1 Влияние низких температур на сопротивляемость

разрушению

Большинство черных металлов резко меняют механические свойства в диапазоне климатических температур (от +40°С до -60°С). У подавляющего большинства металлов при понижении температуры несколько увеличиваются _В, _m, твердость. Резкому изменению подвержена вязкость металла, металл становится чувствительным к концентрации напряжений и скорости нагружения. При понижении температуры снижается _ср.р и ударная вязкость a_H. изменяется характер излома. К вязким разрушениям относят такие, поверхность которых имеет полностью волокнистый излом.

К хрупким относят разрушения с кристаллической поверхностью излома. Промежуточное положение занимают полухрупкие разрушения, у которые часть поверхности имеет кристаллический излом, а часть - волокнистый. Зависимости механических свойств от температуры приведены на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Зависимость механических свойств от температуры

При понижении температуры изменяется тип излома (кривая В%). вместо волокнистого, излом становится кристаллическим. Одним из основных узаконенные показателей хладостойкости сталей является показатель - процент волокнистости излома В% и первая критическая температура Т_кр1 (температура, при которой В=50%).

Однако положение кривой В% зависит для одного и того же металла oт размеров образца и скорости нагружения, причем для разных образцов смеще­ние по горизонтальной оси может доходить до 20 градусов.

Считается, что конструкции ответственного назначения нельзя эксплуа­тировать при t < Т_кр1.

В указанной характеристике В% содержится два существенных изъяна:

1) процент волокна в изломе не дает возможности судить количественно о та­ком важном показателе, как энергия распространения трещины G_сд.

2) фактически многие конструкции работают при t <Т_кр (опоры ЛЭП, строительная техника, особенно в районах крайнего севера). Кроме того, есть специальные конструкции, например, атомные реакторы. Они работают при температурах (корпуса реакторов) 100- 200°С, что никак не назовешь пони­женным. Однако под действием радиоактивного излучения металл охрупчивается, значение T_кp.1 сильно сдвигается вправо и во время расхолаживания (например, при остановке реактора) температура нормальная может оказывается ниже критической.

В отношении сварных конструкций и конструкций с концентраторами напряжений существует понятие второй критической температуры Т_кр.2, которое связывают с началом разрушения при статической нагрузке (пересечение кривых _m и _ср.р). Положение Т_кр.2 очень сильно зависит от остроты концентратора и его размеров. Способность конструкции удовлетворительно работать при t<Т_кр.1 исключительно зависит от отсутствия крупных концентраторов, что должно строго учитываться во всей цепи изготовления от проектирования до технологии.

Иногда (довольно редко) в сварных конструкциях встречаются случаю, когда Т_кр.2 >T_кp.1.

В связи с возможностью распространения трещин в металле на значи­тельные расстояния, что важно для таких конструкций, как трубопроводы, кор­пуса кораблей, важной характеристикой является удельная работа динамиче­ского (быстрого) распространения трещины G_с.д. в листовом металле. Обычно для этих целей используют крупные образцы, позволяющие, во-первых, обра­зоваться у острия трещины зоны пластических деформации, размер которой характерен для реальной конструкции, во-вторых, подвести значительную энергию к концу трещины, чтобы имитировать условия разрушения конструк­ции с большой накопленной потенциальной энергией. Характер кривой G_с.д. при этом сходен с а_н (см. рисунок 3.1), но кривая G_с.д. располагается заметно правее.