Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

температурной зависимости разрушающего напряжения с изме­ нением толщины.

Влияние радиуса ■вершины надреза на кривую перехода разрушающего напряжения было исследовано Кихарой и Оба [28]. Радиус надреза изменялся от 0,1 до 1 мм, полная длина надреза составляла 36 мм. Кривая температурной зависимости разрушающего напряжения с уменьшением радиуса надреза смещается в сторону более высоких температур, как это показа­ но на рис. 28.

В л и я н и е свойств м е т а л л а у в ер ш и н н а д р е з а

Кихара, Йошида и Оба [29] испытывали при низких темпе­ ратурах три серии сварных образцов, в которых острый надрез располагался в зоне сплавления, в зоне термического влияния

Рис. 29. Образец с надрезом и зоне пересечения сварных

шва и в наплавленном металле, как это показано на рис. 29. Расположение надреза оказывало влияние на кривую темпера­ турной зависимости разрушающего напряжения, причем наблю­ далась прямая корреляция между критической температурой хрупкого разрушения крупных пластин при низких напряжениях и переходной температурой, определенной испытанием на удар­ ную вязкость образцов с U-образным надрезом, у которых надрезы располагались аналогичным образом. Следовательно, свойства стали, в данном случае ударная вязкость материала у вершины надреза, являются важным фактором, определяющим положение кривой температурной зависимости разрушающего напряжения при хрупком разрушении крупных пластин, осо­ бенно при наличии острого надреза или концентрации остаточ­ ных напряжений.

78

небольших образцов, например по Шарли, является важным вопросом и самостоятельно рассматривается в гл. 8. Как уже отмечалось, образец, показанный на рис. 29, часто использо­ вался в японских работах [30] для исследования пластичности наплавленного металла в отпущенном состоянии. В гл. 8 также будет показано, что при исследованиях хрупкой прочности надрезанных образцов очень важно выдержать идентичность надрезов в сериях сравниваемых образцов.

Оба [31] предложил образец, на поверхность которого наплавляется хрупкий валик длиной 100 мм в поперечном на­ правлении. Так как температура возникновения хрупкого разрушения у такого образца достаточно высока, он оказался очень удобным для исследования развития разрушения в кон­ струкционной стали, предназначенной для работы при низких температурах.

Уэллс [32] изучал влияние свойств стали у вершины надреза на температурную зависимость разрушающего напряжения на образцах, показанных на рис. 2; было исследовано пять марок основного металла: одна среднеуглеродистой стали, одна мало­ углеродистой полуспокойной стали с высоким содержанием марганца и три марки нормализованной спокойной стали. Образцы, для сварки которых были использованы электроды с обмазкой с низким содержанием водорода, разрушались при более высоких напряжениях, чем образцы, сваренные электро­ дами с обмазкой из двуокиси титана. Когда результаты испы­ таний крупных пластин затем сравнили с данными ударной вязкости по Шарли для деформированного и состаренного основного металла, получили хорошую корреляцию (рис. 30), показывающую, что для получения в стали с высоким пределом текучести надежной гарантии от разрушения при низких на­ пряжениях необходимо обеспечить высокий уровень ударной вязкости.

Норделл и Холл [14] провели исследование ударной вязкости материала зоны, где началось разрушение от Ѵ-образного надреза, путем испытания образцов с Ѵ-образным надрезом по Шарпи, вырезанных из пластины толщиной 25,4 мм так, что вершина надреза при испытаниях на ударную вязкость распола­ галась в той же зоне, что и вершина Ѵ-образного надреза сварной пластины.

Результаты этих испытаний, показанные на рис. 31, показали, что хрупкая зона имелась и в образце в исходном состоянии после сварки, и в образце, отпущенном после сварки, и в образ­ це, подвергнутом механическому снятию напряжений; эта зона находилась на расстоянии около 5 мм от зоны сплавления. Результаты испытаний образцов, отпущенных перед испыта­

79

нием, были такие же, как и для основного металла (не подверженного термическому влиянию сварки); у образцов после механического снятия напряжений по сравнению со

Другие исследователи, а именно Болдуин и Эванс [33] и Дек­ кер [34], получили такие же результаты.

В работе, выполненной в Иллинойсе [14], определялись меха­ нические свойства при комнатной температуре разрывных образцов диаметром 5 мм, вырезанных из зоны шва сварных пластин толщиной 25,4 мм, причем образцы были вырезаны посредине толщины пластины и на расстоянии 3,8 мм от ее поверхности. Как и следовало ожидать, предел текучести и предел прочности материала шва или околошовной зоны сварных, или отпущенных после сварки, или подвергнутых механическому снятию напряжений пластин были выше, чем

80

у исходного основного металла. Металл, взятый вблизи вер­ шины надреза, характеризовался относительным удлинением при разрыве на 10% меньше, чем основной металл вне зоны термического влияния шва; исключение составляли образцы после термического снятия напряжений, для которых пластич­ ность оказалась значительно большей; следует, однако, заметить, что во всех случаях относительное удлинение было не бо­ лее 20%.

Рис. 31. Данные по ударной вязкости образцов с Ѵ-образным надрезом по Шарли из материала пластины возле сварного шва [14]. Заштрихованная об­ ласть относится к результатам, полученным для материала пластины толщи­

Эти исследования показали, во-первых, что критическая температура возникновения хрупкого разрушения при низких напряжениях для крупных пластин с понижением ударной вязкости материала в зоне надреза, как правило, повышается, и, во-вторых, что существует корреляция между переходной температурой, определенной на небольших образцах, например на ударную вязкость по Шарпи, и критической температурой, установленной при испытаниях крупных пластин.

Влияние толщины пластины

Уэллс [35] провел испытания крупных пластин из нормали­ зованной малоуглеродистой стали толщиной 76 мм и -шириной 686 мм с надрезами, нанесенными после сварки. Были примене­ ны три вида надрезов, показанные на рис. 32.

Если надрез находился в центре пластины, то разрушение происходило при более высоких напряжениях и с большим остаточным удлинением, чем в случае надреза, выходящего на поверхность. Образец с полным Ѵ-образным надрезом разру­ шился при низком напряжении и малом удлинении, так же как

пластин влияние факторов, препятствующих развитию разруше­ ния, по-видимому, уменьшается.

Проблема хрупкого разрушения пластин толщиной 76 мм и более при низких напряжениях представляет интерес для кон­ струирования сосудов давления для ядерных реакторов и дру­ гих крупных судов. Поэтому с интересом ожидаются результаты исследований, которые будут проведены в ближайшие годы на мощных машинах, имеющихся в Великобритании, Японии, Бель­ гии и Чехословакии.

О Б Щ А Я К О Н Ц Е П Ц И Я П Р Е Д У П Р Е Ж Д Е Н И Я Х Р У П К И Х Р А З Р У Ш Е Н И Й П Р И Н И З К И Х Н А П Р Я Ж Е Н И Я Х

В 1958 г. Кихара и Масубучи [36] выдвинули предложения, касающиеся предупреждения хрупкого разрушения при низком уровне напряжения; позднее, в 1962 г., Кихара представил эти предложения в переработанном виде. Концепция авторов [36]

82

основана на зависимости «приложенное (разрушающее) напря­ жение— температура», вытекающей из данных, рассмотренных выше в настоящей главе, и весьма схожа с методикой анализа так называемой диаграммы разрушения, разработанной при­ близительно в то же время Пеллини и Пьюзаком [57]. Послед­ няя схематически показана на рис. 20; в гл. 7 будет показано, что переходная темпера­ тура, соответствующая б, нгс/мм2 «нулевой» пластичности

при разрушении (ND), иг­ рает решающую роль, как и температура 7\ в япон­ ской концепции. Во вся­ ком случае, применение любой концепции требует учета многих факторов. Этот вопрос будет специ­ ально рассмотрен ниже, но в цитированных рабо­ тах обращалось внимание на сложную взаимосвязь различных факторов.

Японское предложение основано на классифика­ ции видов разрушения, схематически показанной на рис. 33.

Область I — область полного (одностадийного) разрушения вследствие возникновения и развития хрупкой трещины в кон­ струкции, свободной от ос­ таточных сварочных нап­ ряжений и резких концен­ траторов растягивающих напряжений.

Область I I — область полного (одностадийного) разрушения вследствие возникновения и развития хрупкой трещины под дей­ ствием низких статических растягивающих напряжений (менее предела текучести) в конструкциях с высокими сварочными остаточными напряжениями или высокой концентрацией растя­ гивающих напряжений.

Область III — область частичного разрушения от внешних растягивающих напряжений, уровень которых был недостаточен для полного разрушения. Примером такого случая является возникновение неразвивающихся трещин, часто встречающихся в реальных конструкциях. Как только возникшая трещина