Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

к сварному соединению (на втором образце с надрезом). При­ меры распределения остаточных напряжений и упругого увели­ чения надреза показаны на рис. 15 и 16. Была подсчитана удель-

6. кгс/пп2

Рис. 14. Результаты испытаний на растяжение образцов

снадрезом после механического снятия напряжений [10]:

Т—температура по Типперу: 1 — критическое напряже­

ние для образцов в исходном после сварки состоянии; 2 — критическая температура; 3 — разрушающее напря­ жение при отсутствии остаточных напряжений

ная упругая энергия (на единицу площади излома), связанная

66

снятия остаточных напряжений, различие между образцом серии М' и сварным образцом, в котором надрез был сделан после сварки, заключается лишь в наличии остаточных напряжений около надреза. Вообще можно предположить, что хрупкое раз­ рушение происходит тогда, когда скорость освобождения упру­ гой энергии (или вязкость разрушения) при продвижении трещины от надреза достигает некоторой критической величины.

ЛООпп

Расстояние от сварного шва

Рис. 15. Распределение продольныхостаточных на­ пряжений по ширине сварного образца после механи­ ческого снятия напряжений [19]. По оси ординат — продольные остаточные напряжения (среднее значе­ ние по толщине), по оси абсцисс — расстояние

от сварного шва

в вершине 0,1 мм для этой группы образцов серии А, составляет 2,5 кгс/мм2. Поэтому скорость высвобождения энергии деформа­ ции для трещины длиной 36 мм в образце, в исходном состоянии после сварки, при условии равномерно приложенного напряже­ ния 2,5 кгс/мм2 принята за критическую величину для возникно­ вения разрушения. Исходя из этого было подсчитано внешнее напряжение, необходимое для увеличения скорости высвобожде­ ния энергии деформации в образцах серин М' до критического значения; кривая зависимости прочности от напряжения предва­ рительного нагружения на рис. 17 показана цепной линией, ко­ торая хорошо согласуется с экспериментальными значениями,

67

особенно в области низких напряжений предварительного нагру­ жения. Аналогичную концепцию позднее предложили Канадзава, Оба и Сусе [21].

Эти исследования показали, что повышение разрушающего напряжения благодаря предварительному нагружению при

нкм

Рис. 16. Распределение упругого увеличения ши­ рины надреза в образцах после механического сня­ тия напряжений при нагрузке 5 кгс/мм2 [19]. Циф­ ры у кривых обозначают полудлину надреза, при­ нятую за параметр. Образец А-5 (см. рис. 15). По оси ординат— упругое увеличение ширины надре­ за, по оси абсцисс— расстояние от сварного шва

температуре выше критической может быть использовано для обеспечения гарантии безопасности разрушения при низких на­ пряжениях и температурах в таких областях техники, как кон­ струирование сосудов давления. К сожалению, если при очень низких температурах может происходить повторное нагружение с медленным раскрытием трещины, то такой гарантии от хруп­ ко го разрушения нет и в этом направлении необходимы допол­ нительные исследования.

68

Практически такие же результаты были получены и в ряде других работ. В 1957 г. Кеннеди [22] провел большую серию испытаний образцов, сваренных после нанесения надрезов. Он показал, что отпуск при 343° С перед испытанием предотвращает хрупкие разрушения при низких напряжениях, которые обычно имели место в пластинах, испытывавшихся непосредственно после сварки.

Уэллс и Бердкин [23] также проводили испытания с термиче­

продольной оси сварного шва. Ос­ таточные напряжения определяли методом трепанации.

Изменение остаточных напряжений в шве является особенно примечательным. На значительном расстоянии от шва их рас­ пределение по толщине пластины почти равномерно. Подобное исследование для пластин, подвергнутых отпуску после сварки перед нанесением надрезов (при 204° С) или перед испытанием (при 621° С в течение 1 ч) или механическому снятию напря­ жений, показано на рис. 20—23. Снижение уровня остаточных напряжений благодаря отпуску непосредственно перед испыта­ нием очевидно (46 кгс/мм2) для образца в исходном состоянии без надрезов (против 7 кгс/мм2 в зоне сварки для образца, от­ пущенного после нанесения надрезов). Механическое снятие напряжений приводит к существенному их падению в зоне сварки до 21 кгс/мм2. Аналогичные измерения, выполненные на

69

пластинах толщиной 41,3 мм, дали такие же результаты, как на рис. 18 и 19; при этом было подтверждено, что причина появ­ ления трещин (до приложения внешней нагрузки) на глубине около !/4 толщины пластины, как и предполагалось, заключается в особенностях распределения остаточных напряжений. Данные, полученные на образцах с V-

образным надрезом по Шарли, взятых из зоны термического влияния в указанных выше

с исходным состоянием после сварки). Отпуск после сварки не­ сколько повышает ударную вязкость, а отпуск после сварки и

надрезов), а также механическое снятие напряжений, как пра­ вило, повышали низкотемпературную прочность испытанных образцов. Более поздние исследования в Иллинойсском универ-

70

ситете пластин с надрезами типа 1 показали, что отпуск после сварки до нанесения надреза может оказаться даже более бла­ гоприятным с точки зрения повышения прочности и пластичности,

6, кес/пп2

5)

чем это предполагалось ранее; в настоящее время этот вопрос дополнительно исследуется. Наиболее высокие значения пла­ стичности для надрезанных до сварки образцов наблюдались в некоторых случаях, когда сварку производили с подогревом.

71