книги из ГПНТБ / Хрупкие разрушения сварных конструкций

рочные напряжения, а имелась только концентрация напря­ жений, минимальное разрушающее напряжение оказалось равным всего 36% предела текучести (см. рис. 4). Эти факты являются примечательными.

91

Следует напомнить, что в серии EW надрез производили после сварки, а в серии ER после сварки и термического снятия напряжений. Терадзава, Отани, Иошиди и Тери [47] установили,

что ударная вязкость снижается в случае предварительной деформации при высокой температуре. Кроме того, ранее было показано, что с увеличением концентрации напряжений около надреза критическая температура возрастает, а разрушающее напряжение уменьшается.

92

Распределение остаточных напряжений в направлении оси Y вдоль линии, отстоящей на расстоянии 15 мм от края накладки, показано на рис. 43. Локальные остаточные напряжения вблизи

в сложных образцах, разрушившихся хрупко с небольшой пластической деформацией (при температурах от —59 до —67°С), показана на рис. 44.

Расстояние от оси образца

Рис. 43. Распределение остаточных напряжений вдоль осн У, обусловленных приваркой накладок [41]: 1 — средняя кривая; 2 — накладка

Квадратики на рис. 44 и 39—42 соответствуют разрушаю­ щему напряжению в серии образцов в виде пластин (обозначен­ ной ЕВ) того же состава и размеров, что и основная пластина в образцах сложной конструкции с тем лишь отличием, что цен­ тральные надрезы в них были сделаны после отпуска в течение

1 ч при 650° С.

Кихара и др. [41] проанализировали напряжение возник­ новения разрушения в сложных образцах, предположив, что хрупкая трещина может возникнуть и развиваться, если напряжение при развитии трещины релакеирует до определен­ ного значения. Полагая, что напряжение, необходимое для развития трещины, возникающей в широкой пластине с цен­ тральным надрезом, дает критическое значение напряжений и для образца сложной конструкции и пренебрегая влиянием внутреннего отверстия в надрезе, они получили для критиче­ ского значения напряжения в сложных образцах со снятыми напряжениями, испытанных при температурах от —53 до —66° С, значение 2,5 кгс/мм2.

93

Расчет производили по формуле

яСа2 я - 18-29,42

Е19 800

сподстановкой в нее значений, полученных при испытании пла­ стины с центральным надрезом при —63° С.

Были рассчитаны также критические значения средних напряжений для различных коэффициентов концентрации в над­

94

щие напряжения в на­ правлении, перпендикулярном к трещине, достаточно велики, то

всегда возможно возникновение хрупкого разрушения, даже если сварочные остаточные напряжения сняты. Например, при истин-

95

ном напряжении в вершине надреза 90% предела текучести (но­ минальное напряжение составляло при этом 33% предела теку­ чести) произошло хрупкое разрушение (при температуре ниже критической).

Хрупкая прочность сварных, термически необработанных конструкций при низких температурах заметно снижается, так как остаточные сварочные напряжения складываются с рабо­ чими напряжениями в зонах концентраторов. Номинальное разрушающее напряжение для сварных образцов таких же по размеру, как только что упомянутый образец, подвергнутый снятию напряжений, при одинаковой температуре составляет всего лишь 9% предела текучести.

В Л И Я Н И Е О С Т А Т О Ч Н Ы Х Н А П Р Я Ж Е Н И И Н А Р А З В И Т И Е Р А З Р У Ш Е Н И Я В С В А Р Н Ы Х П Л А С Т И Н А Х

Известно, что остаточные напряжения могут заметно влиять на развитие хрупкого разрушения; одним из доказательств этого служат многочисленные наблюдения, показывающие, что в сварных конструкциях, в которых произошло хрупкое разруше­ ние, трещины проходили вблизи сварного соединения.

В 1959 г. Кихара, йошида и Оба [29] исследовали особен­ ности развития трещин в наплавленном металле, в зоне терми­ ческого влияния сварного шва и в основном в металле; испытание проводилось по методу «Esso» на образцах с попереч­ ным сварным швом, а надрезы были сделаны в указанных зонах, как показано на рис. 46. Поскольку образцы испытыва­ лись в исходном состоянии после сварки, хрупкая трещина про­ ходила вначале короткое расстояние прямолинейно, а затем искривлялась, как это показано на рисунке. Линейная зависи­ мость расстояния D от среднего (номинального) разрушающего напряжения привела авторов к заключению, что такое явление обусловлено главным образом остаточными напряжениями.

Вообще известно [14, 50], что распределение остаточных напряжений в сечении, перпендикулярном к направлению рас­ пространения трещины (и сварному шву), характеризуется зоной сжимающих напряжений возле краев пластины и зоной растягивающих напряжений в средней части вблизи сварного ■шва. Еще раньше Икеда [51] экспериментально обнаружил, что удар клином по надрезанному образцу влияет на распростране­ ние трещины в пределах 80 мм ее траектории от вершины надреза. Поэтому естественно, что траектория трещины начи­ нала искривляться на расстоянии около 100 мм от края пластины.

Приблизительно в то же время появилось много других иссле­ дований, посвященных этой проблеме. В 1961 г. Иида, Кусуда, Мацуока, Маэда и Кихара опубликовали работу, в которой

•• 96

изучалось распространение трещины в сварных образцах, в исходном состоянии после сварки и после снятия напряжений; часть образцов имела продольный сварной шов, часть — наклон­ ный (рис. 47). В серии образцов с продольным швом распреде­ ление остаточных сварочных напряжений менялось в зависимо­ сти от расстояния между двумя параллельными швами. В серии образцов с наклонным швом поле сварочных остаточных напря-

жений зависело от угла между направлением шва и поперечной осью пластины.

Надрез имел трапециевидную форму и был нанесен методом выдавливания с последующей калибровкой. Такого типа надре­ зы применяли ранее Кихара, Огура, Маэда и Мацуока [53].- В качестве материала была взята пластина толщиной 20 мм из малоуглеродистой стали; ударная вязкость этой стали для образцов типа Шарпи с V-, U-образным и выдавленным надре­ зом была соответственно 1,2, 2,6 и 0,48 кгс-м/см2. Энергия уда­ ра, необходимая для инициирования хрупкой трещины от надре­ за, была приблизительно в 1 0 раз меньше, чем при обычных

испытаниях по методу «Esso». Клин в момент соударения (при входе в надрез) имел кинетическую энергию 20—50 кгс-м; температура испытания была в пределах от —40 до —63° С, т. е.

значительно ниже критической температуры; испытания прово­ дили при действии внешнего растягивающего напряжения или

без приложения нагрузки.

Траектории трещин в образцах с одиночным швом, испытан­ ных без внешней нагрузки и с нагрузкой, соответствующей

98

напряжениям 0,1 и 1 кгс/мм2, показаны на рис. 48. Было уста­ новлено, что развивающаяся трещина отклоняется от прямоли­ нейной траектории в области, где сжимающие остаточные напряжения в направлении, перпендикулярном к трещине, достигают максимального значения.

Па рис. 49 показаны траектории трещин в образцах с парал­

сжимающих остаточных напряжений, причем трещины останав­ ливаются, пройдя небольшое расстояние после начала отклонения.

В 1962 г. Кихара, Канадзава и Иида [54] подсчитали скорость высвобождения энергии деформации в образцах с одиночным и

99

где К есть функция напряжения оу в направлении, перпендику­ лярном к трещине на расстоянии у от конца трещины, и выражается как

читателю каждый раз внимательно выяснять, какая из величин К или К исследовалась в той или иной работе.

Для пластины конечного размера Канадзава, Оба и Мачида

линия на рис. 50 и 51) вычисляли следующим образом. Кривые распределения остаточных напряжений, изображенные сплош­ ными линиями на рис. 48 и 49, были заменены ступенчатой линией с шагом 30 мм, а затем приведенным выше способом (7) была вычислена величина К.

Результаты испытаний на возникновение хрупкого разру­

2,5 кгс - мм/мм2, можно рассчитать эквивалентное напряжение сгэкв, равномерно распределенное в надрезе длиной 30 мм. Было найдено, что для образца с параллельными сварными швами, расположенными на расстоянии 150 мм, это напряжение равно 34,1 кгс/мм2; с учетом сжимающих остаточных напряжений в вершине надреза были получены результаты, показанные на

трещины в образце K0W-2 — около 0,1 кгс - мм/мм2.

100