Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

В той же работе у нескольких образцов толщиной 41 мм, сваренных с подогревом, вторичное (полное) разрушение про­ исходило при напряжении (в сечении нетто), меньшем предела текучести (см. рис. 6). Вообще же почти во всех испытаниях образцов, сваренных с подогревом, вторичное напряжение было равно пределу текучести или несколько превышало его. Таким образом, вопреки предыдущей точке зрения оказывается, что при определенных, пока недостаточно изученных условиях, остано-

Рис. 23. Распределение продольных (/) и поперечных (2) остаточных напря­ жений в образце толщиной 25,4 мм после механического снятия напряжений [14]: а — по ширине пластины; б — по толщине пластины и плоскости свар­ ного шва

вившиеся (первичные) трещины, по-видимому, могут вновь начать развиваться и привести к полному разрушению при номи­ нальных напряжениях, меньших предела текучести.

Хрупкое разрушение сосудов давления при низких напряжениях

Кихара, Масубучи и Ишии [24] провели испытания сфериче­ ских сосудов давления, размер которых был достаточно велик, чтобы в них можно было получить распределение остаточных напряжений, сопоставимое с их распределением в реальных сосудах. Они показали, что результаты испытаний плоских сварных пластин с надрезом могут быть использованы для оценки хрупкой прочности крупных сварных конструкций. Сфе­ рические сосуды с надрезом, показанным на рис. 24, изготов­ ленные из листов кипящей котельной стали (0,22% С, 0,39 % Мп, предел текучести 50—60 кгс/мм2) толщиной 25 мм, были охла­ ждены и разрушены внутренним давлением. Для предотвраще­ ния течи через сквозной надрез с внутренней стороны сосудов надрезы были закрыты алюминиевыми накладками. Результаты испытаний показаны на рис. 25.

В случае, когда остаточные напряжения в сосудах были сняты механически посредством нагружения внутренним дав­ лением при температуре выше критической, внутреннее давление

72

при разрушении было равно или даже немного выше давления, создававшегося при предварительном нагружении. Сосуды,

Исследовались различные типы дефектов полостей (трещин дли­ ной до 102 мм); предметом изучения были также множествен-

73

ные мелкие трещины, трещины в поле высоких остаточных нап­

Р

1525 мм с толщиной стенки 25,4 мм из стали (0,36% С, 0,45% Мп, 0,11% Si; Ts = 25,5 кгс/мм2). В этих цилиндрах были пропилены продольные надрезы длиной от 76 до 610 мм, после чего они нагружались внутренним давлением до разрушения при раз­ личных температурах. Напряжения при разрушении в случае пневматического нагружения были не меньше, чем при гидрав­ лическом, однако «катастрофичность» разрушения в первом случае была гораздо большей. Разрушающее напряжение, как правило, уменьшалось с увеличением длины трещины и пони­ жением температуры и во всех случаях было ниже предела текучести независимо от вида разрушения: хрупкого или вязкого

74

(рис. 26). Примечательной особенностью этих испытаний было то, что величина разрушающего давления в зависимости от характера излома изменялась очень мало, хотя вязкому излому (под углом к поверхности) предшествовало значительное пла­ стическое выпучивание стенки вблизи надреза.

В л и я н и е д л и н ы и р а д и у с а н а д р е з а

Кихара и Оба [28] изучали влияние длины надрезов на тем­ пературную зависимость разрушающего напряжения путем испытаний образцов основного металла и образцов, надрезан-

Рнс. 27. Влияние длины I надреза на хрупкую прочность ос­

Была испытана полуспокойная сталь двух марок': А-1 (0,16%

С, 0,45% Мп, 0,10% Si, os = 24,4 кгс/мм2); А-2 (0,25% С, 0,50% М п , 0,05% Si, Os = 27,0 кгс/мм2, ов = 48,0 кгс/мм2).

Некоторые результаты этих испытаний приведены на рис. 27. В пластине без сварки разрушающее напряжение, как и следо­ вало ожидать, уменьшается с длиной надреза. Если вершина надреза находилась в основном металле сварного образца, то разрушающее напряжение увеличивалось с длиной надреза,

75

асимптотически приближаясь к его значению для образцов основного металла (с надрезом такой же длины), так как оста­ точные растягивающие напряжения у вершины надреза умень­ шаются с увеличением его длины. Однако при длине надреза меньше 36 мм разрушающее напряжение возрастало, несмотря на наличие высоких растягивающих остаточных напряжений.

Кривая критической температуры для надреза длиной 36 мм приблизительно на 10° С выше, чем для надреза длиной 144 мм. Следовательно, можно сделать вывод, что с увеличением кон­ центрации остаточных напряжений у вершины надреза крити­ ческая температура смещается в область более высоких темпе­ ратур, а уровень критических напряжений снижается.

Как отмечалось выше, в работе иллпнойсской группы иссле­

сколько изменить геометрию надреза у образцов толщиной 19,0 и 41,3 мм, чтобы выяснить, возможно ли получить разрушение этих образцов в одну стадию.

Изменение формы надреза заключалось в варьировании глубины надреза шириной 0,175 мм. На образцах толщиной

на рис. 8, образец с надрезом типа 6В при —18° С разрушился в две стадии. Были испытаны три образца с надрезом типа 6А; один, испытывавшийся при —18° С, разрушился за одну стадию при 13,4 кгс/мм2, два других, испытанных при —6,7° С, разру­ шились в две стадии. Интересно отметить, что напряжение раз­ рушения для образца с надрезом типа 6А, испытанного при

—18° С, лежит на линии перехода, построенной по данным одно­ стадийного разрушения пластин толщиной 25,4 мм со стандарт­ ным надрезом типа 6. Кроме того, уровень первичного и вто­ ричного напряжений для образца с надрезом типа 6В, испытан­ ного при —18° С, и для двух образцов с надрезом типа 6А, испытанных при —6,7° С, приблизительно такой же, что и для образцов толщиной 19,0 мм со стандартным надрезом типа 6,- испытанных в интервале температур —18°---- 1-10° С.

Два образца толщиной 41,3 мм в исходном состоянии после сварки с измененными надрезами типов 6С и 6D были испытаны при —6,7° С. Глубина надрезов была соответственно 6,35 и 9,53 мм, т. е. больше, чем у стандартного надреза. Результаты этих испытаний показаны на рис, 9. Образец с надрезом 6 С разрушился в две стадии при напряжениях возникновения тре­ щины и полного разрушения соответственно 3,2 и 23,8 кгс/мм2. Эти значения соответствуют результатам для образцов толщи­

76

ной 41,3 мм со стандартным надрезом типа 6. Образец с надре­ зом типа 6D разрушился за одну стадию при 15,5 кгс/мм2. Этот результат лежит несколько правее кривой температурной зави­ симости разрушающего напряжения, построенной по данным

Рис. 28. Влияние радиуса закругления в вершине надреза на хруп­ кую прочность сварного соединения и основного металла стали А-2

разрушения пластин толщиной 25,4 мм за одну стадию со стан­ дартным надрезом типа 6.

Эти результаты ясно показывают, что размеры надреза могут оказать решающее влияние на характер разрушения (в одну или две стадии); более того, они позволяют предположить, что при данном виде испытаний для исследованных пластин трех тол­ щин не происходит значительного изменения положения кривой

77