Файл: Румянцев, С. В. Радиационная дефектоскопия.pdf

Из анализа экспериментальных данных [32] следует, что для сталей ЗОХГСНА, 1Х18Н9Т и дюралюминия Д16-Т характерно нелинейное падение предела усталости сварных соединений с увеличением глубины непровара.

Для стали ЗОХГСНА аг/ав (отношение предела усталости к пределу прочности) с изменением глубины непровара от 0 до 30% падает медленно и лежит в пределах 0,18-4-0,15. Для этой стали отношение a;-/aD можно считать постоянным, не завися­ щим от глубины непровара. Это означает, что увеличение глу­ бины непровара в равной степени снижает как предел усталости, так п предел шрочности. Вместе с Teiyi каждая величина в от­ дельности (оу и сгв) для стали ЗОХГСНА с увеличением глубины непровара падает нелинейно, причем ог в этой области непро­ вара в 5,5—6,5 раза меньше, чем ств.

Для сварных образцов из стали 1Х18Н9Т в области малых непроваров (глубина 5— 10%) отношение ar/aB падает наиболее быстро. Это свидетельствует о том, что предел усталости для сварных образцов из стали 1Х18Н9Т с увеличением глубины не­ провара падает быстрее, чем предел статической прочности. Сле­ довательно, сварные швы из стали 1Х18Н9Т, являясь нечувстви­ тельными к непровару при статическом растяжении, имеют боль­ шую чувствительность к непровару в условиях вибрационных нагрузок по сравнению со сварными соединениями из стали ЗОХГСНА и дюралюминия Д16-Т.

Усиление шва в образцах из стали ЗОХГСНА с полным про­ варом снижает предел усталости на 35—45%. В образцах из сталей ЗОХГСНА и 1Х18Н9Т усиление швов, равное по величине непровару глубиной 20—25%, не повышает существенным обра­ зом предел усталости.

Испытания на усталость чистым изгибом [50] показали, что непровар в стыковом шве Х-образной формы существенно не ограничивает несущей способности сварного соединения. При испытании на усталость растяжением — сжатием непровары даже небольшой глубины снижают усталостную прочность свар­ ного соединения.

Можно констатировать, что при вибрационных нагрузках непровар в стыковых соединениях для всех исследованных ста­ лей является концентратором напряжений, вызывающим суще­ ственное снижение усталостной прочности, при этом у различ­ ных сталей чувствительность различная и зависит от располо­ жения непровара в шве (в середине, корне шва) и от вида на­ гружения (изгиб, растяжение).

Исходя из литературных данных по углеродистым и малолегнрованным сталям, можно сделать вывод, что чем пластичнее металл, тем меньше влияние непроваров как концентраторов напряжений при повторных нагрузках. Однако полученные экс­ периментальные данные показывают [32], что для сталей ЗОХГСНА, 1Х18Н9Т такой вывод не подтверждается.

457

6. Чувствительность сварных соединений к непровару при повторной статической нагрузке

Испытания элементов конструкций при повторной статиче­ ской нагрузке проводят для оценки прочности сварных и других соединений. Показано [51], что при расчете прочности (долго­ вечности) деталей, которые в условиях эксплуатации подверга­ ются низкочастотным повторным нагрузкам, нельзя пользо­ ваться данными усталостных (вибрационных) испытаний. Объ­ ясняется это тем, что пластическая деформация за период на-

глубина непродара,%

/ — с т а л ь З О Х Г С Н А ; 2 — д ю р а л ю м и н и й Д 1 6 Т : 3 — с т а л ь 1 X I 8 H 9 T ; с п л о ш н ы е л и н и и — с е ч е н и е , о с л а б л е н н о е н н е п р о в а р о м ; ш т р и х о в ы е — б е з у ч е т а о с л а б л е н и я .

грузки при высокой частоте не успевает достигнуть величины, равной пластической (местной) деформации при низкой частоте нагрузки, т. е. за каждый цикл низкочастотной нагрузки накап­ ливается большая пластическая деформация, чем за цикл вы­ сокочастотной нагрузки. Следовательно, необходимое количество циклов нагрузки для полного использования способности мате­ риала к деформированию при низкой частоте оказывается зна­ чительно меньшим, чем при высокой частоте.

Особую остроту приобретает этот вопрос в конструкциях, которые в условиях эксплуатации подвергаются значительным высокочастотным нагрузкам, вызывающим местные напряжения, намного превышающие пределы усталости.

Чувствительность сварных соединений к непроварам при повторных статических нагрузках устанавливали, как и в случае испытания на усталость, по результатам испытания [32] плоских образцов из основного металла, сварных образцов с полным проваром и сварных образцов с непроваром различной глубины.

458

Образцы из стали ЗОХГСНА и дюралюминия Д16-Т подвер­ гали термообработке при тех же режимах, что и образцы для испытания на усталость и статическое растяжение. Образцы из стали 1Х18Н9Т испытывали без термообработки. Предел стати­ ческой выносливости а,-ст определяли на базе 10 000— 15 000 цик­

лов при асимметричном цикле растяжением и при постоянном минимальном напряжении 2,5 кГ/мм2. Частота приложения на­ грузки выдерживалась постоянной и равнялась 4—6 цикл/Мин.

На рис. 14.4 изображены результаты испытаний сварных шво-в из сталей ЗОХГСНА, 1Х18Н9Т и дюралюминия Д16-Т при повторных статических нагрузках.

Анализ результатов испытаний показывает, что наиболее круто падают кривые предела статической выносливости свар­ ных швов из стали 1Х18Н9Т. Это свидетельствует о большей чувствительности аустенитных швов к дефектам не только при усталостных, но и повторных статических нагрузках. Можно констатировать, что предел статической выносливости сварных образцов из сталей ЗОХГСНА, 1Х18Н9Т и дюралюминия Д16-Т нелинейно падает с увеличением глубины непровара, причем интенсивность падения, как и при испытании на усталость, до­ стигает наибольшего значения при малых непроварах и умень­ шается с увеличением глубины непровара.

Усиление шва сварных соединений из стали ЗОХГСНА с не­ проваром глубиной 20—25% не повышает сопротивления по­ вторным статическим нагрузкам по сравнению со швами со снятым усилением.

Следует отметить, что чувствительность сварных соединений из сталей 1Х18Н9Т, ЗОХГСНА и дюралюминия Д16-Т к непро­ варам корня V-образного сварного шва при повторных стати­ ческих нагрузках растяжением качественно проявляется так же, как и при испытании на динамическую выносливость [32, 34].

7. Влияние трещин и непроваров на сопротивление сварных соединений удару

Влияние непровара в центре стыкового шва устанавливали на. образцах из малоуглеродистой стали, сваренных встык с двух сторон меловыми электродами [10]. Непровары в шве создавали с помощью графитовых стержней, закладываемых в разделку шва. Такие непровары глубиной от 5 До 50% в центре стыкового шва сильно влияли на сопротивление сварных швов ударам при изгибе с переворачиванием образцов.

Влияние непроваров нижней кромки стыкового шва при од­ носторонней ручной сварке [30] исследовали на образцах, у ко­

глубиной 10— 15% допустимы при ударных нагрузках.

459

Испытания [38] на ударную вязкость сварных швов с непро­ варом из стали хромансиль толщиной 6 мм, выполненных одно­

казали более низкую ударную вязкость по сравнению с образ­ цами, у которых были сделаны искусственные надрезы: тре­ угольный (глубиной 25 и 50%) и прямоугольный (50%).

Исследовали влияние на ударную вязкость непроваров, по­ лученных при автоматической сварке под флюсом стыковых кольцевых швов из среднеуглеродистой стали 55 и стали 40Х после термической обработки по различным режимам. Пока­ зано [52], что при всех значениях глубины непровара прочно­ стные характеристики швов из стали 40Х значительно выше, чем из стали 55. Однако сварные швы из стали 40Х более склонны к охрупчиванию (падению пластичности и вязкости) при нали­ чии непроваров, чем сварные соединения из стали 55.

Дефектные швы могут быть причиной хрупкого разрушения. Описывается случай [53], когда два сварных резервуара из малоуглеродистой стали для хранения нефти разрушились пол­ ностью при заполнении водой. Разрушение резервуаров было вызвано дефектами сварки — непроварами и трещинами.

В работе [54] рекомендуется избегать непроваров, особен­ но если вершина сварного шва будет испытывать напряжения. Возникающая при этом концентрация напряжений может при­ вести к образованию трещин без заметной деформации и к раз­

за дефектов в сварном шве или неудачной конструкции. В связи с этим ^вария возможна также в монолитной сварной кон­ струкции. Указывается, что в некоторых случаях сварные швы делали, чтобы преградить распространение трещин. Но более правильно, по мнению автора [54], выбирать сталь, сохраняю­ щую пластичность даже при значительной концентрации напря­ жений.

Для расширения характеристик, определяющих чувствитель­ ность сварных соединений к непроварам при ударном изгибе, была проведена серия испытаний. Чувствительность сварных со­ единений к непроварам исследовали в зависимости от глубины

4-44 кГ/мм2. Сварные образцы из стали 1Х18Н9Т термообработ­ ке не подвергали. В сварных швах непровар являлся надрезом. Образцы с полным проваром и образцы из основного металла

460