ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 146
Скачиваний: 0
ориентировки по отношению к направлению действия внешней силы. В работе 183] приведены результаты испытания образцов исходного металла, с поперечным, продольным и пересекаю щимися швами, которые приведены на рис. 52, где диаграммы
растяжения |
образцов: / — без |
|
шва; |
2 — с |
поперечным швом; |
3 — с |
продольным швом; 4 — |
спересекающимися швами по
казывают, |
что если работоспо |
780 |
||
собность определяется ВЄЛИЧИ- QJ |
|
|||
ной |
работы, |
затраченной на |
|
|
разрушение, |
то работоспособ |
|
||
ность |
на |
растяжение образцов |
|
спродольными и крестовыми
швами в два раза меньше работо- 6) способности исходных металлов.
В образцах |
с |
поперечными |
|
швами в зависимости от свойств |
р и с 51 |
||
наплавленного |
и |
исходного |
|
металлов, а также металла зоны термического влияния при усло вии, когда общая ширина напряженной зоны термического влия ния вместе со швом составляет лишь небольшую долю рабочей
длины образца [116], наличие шва может оказать |
или не оказать |
|||||
влияния на их работоспособность. |
В |
сварных |
соединениях в |
|||
б, кГ/мм2 |
|
|
|
|
|
|
80г |
Сталь 201 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
<2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*N |
|
|
2 |
|
|
20 |
^СтальJ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
15 |
20 |
25 |
30 е,% |
|
|
|
Рис. 52 |
|
|
|
|
большей или меньшей мере, но всегда существуют как конструк тивные концентраторы напряжений, так и разного рода дефекты в швах, также являющиеся концентраторами напряжений. Нало жение концентраций сварочных напряжений и концентрации напряжений от внешних сил, обусловленной резкими изменениями формы и наличием дефектов в неоднородном по структуре металле зоны шва, может привести, особенно при пониженных температурах или облучении, к резкому снижению статической прочности сварного соединения, т. е. к его хрупкому разрушению. Это убедительно было показано опытами В. В. Шеверницкого
[131]. В его работе были проведены четыре серии опытов и были получены следующие результаты.
Первая серия. В средней части полоски из стали М16С (рис. 53), пластичной в нормальных условиях, просверлено отверстие, и в нем сделано два симметричных надреза с радиусом закругления
600
|
|
„)„„„„',',,.,mi, |
Рис. |
53 |
Рис. 54 |
0,05 мм. В двух |
образцах для создания |
остаточных напряже |
ний у надрезов |
на точечной |
контактной машине был произведен |
|||||||||||
нагрев до 500° С. Опыты проводились при температуре |
минус |
||||||||||||
60° С. Результаты |
опытов приведены в табл. 18. |
|
|
|
|
||||||||
Как видно из таблицы, наличие остаточных напряжений и упру |
|||||||||||||
го-пластических |
деформаций |
резко |
снижает |
временное |
сопро- |
||||||||
|
|
|
|
Таблица |
18 |
тивление. |
|
|
|
|
|||
на временное |
|
ящимВтораяиз серия.двух |
|
частей, |
|||||||||
сопротивление |
|
|
|||||||||||
Влияние |
остаточных напряжений |
|
(рис. |
|
|
|
|
Образец |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
54) с ребром, |
состо |
|||||
Состояние |
образца |
|
Об |
|
|
между |
торцами |
которых |
|||||
|
разцы |
в кГ/см! |
узкая щель. В |
результате |
|||||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
приварки ребер |
в образце |
|||||
Точечный |
нагрев |
у |
1 |
1760 |
|
появляются |
в |
основном |
|||||
надреза |
|
|
|
2 |
1340 |
|
продольные |
сварочные на |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
пряжения |
и |
упруго-пла |
||||
|
|
|
|
|
|
|
стические |
деформации. |
|||||
Без нагрева |
|
|
3 |
3330 |
|
Результаты |
|
испытаний, |
|||||
|
|
4 |
3300 |
|
проведенных при темпера |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
туре |
минус 60° С, |
приве |
||||
|
|
|
|
|
|
|
дены |
в |
табл. |
19. |
|
||
Образцы, |
имевшие |
остаточные |
напряжения, показали |
резкое |
падение прочности. Опыты были повторены на таких же образцах, но первая группа сваривалась автоматом под флюсом, а вторая — вручную электродами УОНИИ 13/45. В первом случае резкое падение статической прочности имело место при температуре минус 50° С и ниже, а во втором случае при —10° С и ниже.
Третья серия. Образец со стыковым швом, имеющим непровар, выходящий наружу (рис. 55). Со стороны противоположной не провару наплавлялся в канавку продольный валик. Результаты испытаний при температуре минус 60° С приведены в табл. 20.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 19 |
Влияние остаточных напряжений на временное сопротивление |
|||||||
|
|
|
|
|
при пониженной температуре |
|
|
|
|
|
Состояние образца |
Образцы |
ag в кГ/см* |
||
Остаточные напряжения сняты путем нагружения |
1 |
3280 |
|||||
до аг = |
2000 кГ/см2 |
при комнатной температуре |
2 |
3370 |
|||
Сварка с подогревом. Остаточные напряжения |
1 |
280 |
|||||
имеются |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
Сварка без подогрева. Остаточные напряжения |
1 |
1180 |
|||||
имеются |
|
|
|
|
2 |
120 |
|
Двусторонние составные ребра. Остаточные на |
1 |
1300 |
|||||
пряжения имеются |
|
|
• 2 |
2200 |
|||
Как |
и в предыдущих слу |
|
|
||||
чаях, |
наличие |
остаточных |
|
|
|||
напряжений |
резко |
снижает |
|
|
|||
статическую |
прочность. |
650 |
|
||||
Четвертая |
серия |
опытов. |
|
Непробар |
|||
В этой |
серии |
имитированы |
|
||||
|
|
||||||
различные |
типы |
стыковых |
|
|
|||
соединений. |
|
В |
частности, |
|
|
||
соединение |
с |
|
накладками |
|
|
без стыкового шва резко уменьшает свою статическую
прочность при пониженной температуре при уменьшении рас стояния между торцами стыкуемых элементов. Позднее автор [131 ]
провел |
еще одну серию |
опытов [133]. |
|
|
|
|
|
|
Влияние остаточных напряжений и непровара |
Таблица 20 |
|||
|
|
|
||||
|
на временное сопротивление при пониженной температуре |
|||||
|
|
Состояние образца |
|
Образцы |
ад в кГ/см* |
|
Остаточные напряжения сняты путем нагруже |
1 |
3480 |
||||
ния |
при |
комнатной |
температуре |
до |
2 |
3610 |
az = 2300 кГ/см2 |
|
|
Остаточные напряжения не сняты |
1 |
1570 |
|
2 |
2120 |
||
|
Пятая серия [133]. Испытывались на растяжение при раз личных пониженных температурах полосы из стали М16С с есте ственными трещинами без начальных напряжений. Испыты вались на изгиб при температуре минус 60° С после высокого отпуска сварные двутавры той же стали с составным продольным ребром, приваренным к нижней полке так, что между смежными частями составного ребра оставалась узкая щель. В том и в другом случае номинальное разрушающее напряжение оказалось не ниже предела текучести этой стали при нормальной температуре. Отсюда следует, что при отсутствии начальных напряжений и при одно родности структуры в зоне концентраторов эти концентраторы не снижают номинальной прочности ниже предела текучести малоуглеродистой стали.
Таким образом, результаты опытов [131, 135] убедительно показывают, что сварочные напряжения в сочетании с неоднород ностью металла зоны шва могут резко снижать статическую проч ность сварного соединения при наличии резкого концентратора напряжений, расположенного поперек максимальных растяги вающих рабочих и сварочных напряжений при достаточно низкой температуре, при которой данный металл в зоне концентратора напряжений переходит в хрупкое состояние. Аналогичные ре
зультаты |
и выводы получены в работах [24, 39, 54, 107, |
111, |
134—136, |
147]. К таким же выводам приводит обзор работ [147]. |
|
В опытах [131 ] поле сварочных напряжений было плоским |
или |
близким к плоскому. Вместе с тем есть работы [31, 53], из кото рых можно заключить, что линейное и плоское поля остаточных напряжений не влияют на склонность стали к хрупкому разруше
нию. |
Это противоречие, по-видимому, |
объясняется |
различием |
|
в |
полях начальных напряжений, концентраторов и |
различием |
||
в |
свойствах и состояниях испытываемых сталей. |
|
||
|
Заслуживает внимания и вторая часть работы [131 ], где полу |
|||
чены |
кривые разрушающих напряжений |
для некоторых сталей |
в зависимости от температуры. В этой части испытывались образцы типа образцов, приведенных на рис. 54, каждый из которых охла ждался до определенной температуры и нагружался на растяжение. При определенной нагрузке образцу сообщался незначительный внешний импульс — наносился удар слесарным молотком со стороны, противоположной стыку ребер. Во всех случаях удар молотком вызывал трещину, начинавшуюся от щели ребра и иду щую в основной металл. При больших нагрузках трещина с боль шой скоростью пересекала все сечение образца, а при меньших нагрузках она останавливалась.
Аналогичные сведения получены в работах [142, 145]. Опыты [131 ] проведены в интервале температур —60 «S Т ^ 0° С и они дают возможность установить минимальные значения нагрузки, при которых трещина пересекает всю ширину образца. Резуль
таты опытов приведены на рис. 56, |
где / — сталь НЛ-2; 2 — |
М16С; 3— Ст.З (кипящая); 4—Ст.З. |
Эти кривые в определенной |
мере характеризуют сопротивление указанных сталей хрупкому разрушению и указывают на возможность отбора металла с более высоким сопротивлением хрупкому разрушению при данном напряженном состоянии от сварки и заданном концентраторе. Но, как известно из фундаментальных исследований Н. Н. Давиденкова и его учеников, к хрупкому разрушению хладноломких ме таллов может привести не только понижение температуры, но и увеличение скорости деформации. Для этих металлов, как впер вые установил Н. Н. Давиденков, существует зависимость между
критической |
скоростью |
|
|
|
||
деформации v, |
и |
темпе- |
6,КГ/ММ |
|
|
|
ратурой |
|
|
36 |
|
|
|
|
|
в |
|
32 |
|
|
|
Ае |
т |
(9.1) |
28 |
Г"/ |
|
|
|
24 |
|
|
||
где Л |
и В — постоянные. |
70 |
|
|
||
16 |
|
/ |
||||
Приведенный |
выше |
12 |
|
|||
обзор исследований |
хруп |
8 |
|
|
||
кого разрушения сварных |
Ц |
t ^ 3 И " |
||||
конструкций |
под |
дей |
О |
|||
-60° -50"-40° -30° |
-20° -10° О" +10°+20° |
|||||
ствием |
статической на |
|
|
Т°С |
||
грузки |
достаточно |
убеди |
|
Рис. |
56 |
|
тельно |
показывает |
влия |
|
|||
|
|
|
||||
ние начальных |
сварочных |
|
|
|
напряжений на статическую прочность сварного соединения. Эти результаты объясняют причины самопроизвольных разрушений готовых сварных конструкций до начала их эксплуатации [29, 107] или после кратковременной эксплуатации [133]. Как уже было указано ранее, сварочные напряжения неотделимы от крае вых условий (связей), наложенных на границы свариваемых эле ментов, так что невозможно изолировать собственно сварочные напряжения от так называемых реактивных напряжений, обуслов ленных краевыми условиями. Поля этих напряжений могут быть чисто линейными лишь в исключительных случаях. В основ ном эти поля плоские или пространственные. Вместе с тем в зонах сварных швов сварных конструкций всегда имеет место достаточно высокая концентрация сварочных напряжений с резкими гра диентами в сочетании со структурной неоднородностью металла этой зоны. Эти сварочные напряжения оказывают существенное влияние на статическую прочность сварной конструкции при сле дующих дополнительных условиях:
а) наличие концентраторов напряжений в зоне шва; б) неблагоприятное расположение концентраторов напряже
ний по отношению к ориентировке наибольших растягивающих сварочных и рабочих напряжений;
в) пониженная температура, агрессивная среда или облу чение;
г) высокие скорости деформации.