Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

щие напряжения в на­ правлении, перпендикулярном к трещине, достаточно велики, то

всегда возможно возникновение хрупкого разрушения, даже если сварочные остаточные напряжения сняты. Например, при истин-

95

ном напряжении в вершине надреза 90% предела текучести (но­ минальное напряжение составляло при этом 33% предела теку­ чести) произошло хрупкое разрушение (при температуре ниже критической).

Хрупкая прочность сварных, термически необработанных конструкций при низких температурах заметно снижается, так как остаточные сварочные напряжения складываются с рабо­ чими напряжениями в зонах концентраторов. Номинальное разрушающее напряжение для сварных образцов таких же по размеру, как только что упомянутый образец, подвергнутый снятию напряжений, при одинаковой температуре составляет всего лишь 9% предела текучести.

В Л И Я Н И Е О С Т А Т О Ч Н Ы Х Н А П Р Я Ж Е Н И И Н А Р А З В И Т И Е Р А З Р У Ш Е Н И Я В С В А Р Н Ы Х П Л А С Т И Н А Х

Известно, что остаточные напряжения могут заметно влиять на развитие хрупкого разрушения; одним из доказательств этого служат многочисленные наблюдения, показывающие, что в сварных конструкциях, в которых произошло хрупкое разруше­ ние, трещины проходили вблизи сварного соединения.

В 1959 г. Кихара, йошида и Оба [29] исследовали особен­ ности развития трещин в наплавленном металле, в зоне терми­ ческого влияния сварного шва и в основном в металле; испытание проводилось по методу «Esso» на образцах с попереч­ ным сварным швом, а надрезы были сделаны в указанных зонах, как показано на рис. 46. Поскольку образцы испытыва­ лись в исходном состоянии после сварки, хрупкая трещина про­ ходила вначале короткое расстояние прямолинейно, а затем искривлялась, как это показано на рисунке. Линейная зависи­ мость расстояния D от среднего (номинального) разрушающего напряжения привела авторов к заключению, что такое явление обусловлено главным образом остаточными напряжениями.

Вообще известно [14, 50], что распределение остаточных напряжений в сечении, перпендикулярном к направлению рас­ пространения трещины (и сварному шву), характеризуется зоной сжимающих напряжений возле краев пластины и зоной растягивающих напряжений в средней части вблизи сварного ■шва. Еще раньше Икеда [51] экспериментально обнаружил, что удар клином по надрезанному образцу влияет на распростране­ ние трещины в пределах 80 мм ее траектории от вершины надреза. Поэтому естественно, что траектория трещины начи­ нала искривляться на расстоянии около 100 мм от края пластины.

Приблизительно в то же время появилось много других иссле­ дований, посвященных этой проблеме. В 1961 г. Иида, Кусуда, Мацуока, Маэда и Кихара опубликовали работу, в которой

•• 96

изучалось распространение трещины в сварных образцах, в исходном состоянии после сварки и после снятия напряжений; часть образцов имела продольный сварной шов, часть — наклон­ ный (рис. 47). В серии образцов с продольным швом распреде­ ление остаточных сварочных напряжений менялось в зависимо­ сти от расстояния между двумя параллельными швами. В серии образцов с наклонным швом поле сварочных остаточных напря-

жений зависело от угла между направлением шва и поперечной осью пластины.

Надрез имел трапециевидную форму и был нанесен методом выдавливания с последующей калибровкой. Такого типа надре­ зы применяли ранее Кихара, Огура, Маэда и Мацуока [53].- В качестве материала была взята пластина толщиной 20 мм из малоуглеродистой стали; ударная вязкость этой стали для образцов типа Шарпи с V-, U-образным и выдавленным надре­ зом была соответственно 1,2, 2,6 и 0,48 кгс-м/см2. Энергия уда­ ра, необходимая для инициирования хрупкой трещины от надре­ за, была приблизительно в 1 0 раз меньше, чем при обычных

испытаниях по методу «Esso». Клин в момент соударения (при входе в надрез) имел кинетическую энергию 20—50 кгс-м; температура испытания была в пределах от —40 до —63° С, т. е.

значительно ниже критической температуры; испытания прово­ дили при действии внешнего растягивающего напряжения или

без приложения нагрузки.

Траектории трещин в образцах с одиночным швом, испытан­ ных без внешней нагрузки и с нагрузкой, соответствующей

98

напряжениям 0,1 и 1 кгс/мм2, показаны на рис. 48. Было уста­ новлено, что развивающаяся трещина отклоняется от прямоли­ нейной траектории в области, где сжимающие остаточные напряжения в направлении, перпендикулярном к трещине, достигают максимального значения.

Па рис. 49 показаны траектории трещин в образцах с парал­

сжимающих остаточных напряжений, причем трещины останав­ ливаются, пройдя небольшое расстояние после начала отклонения.

В 1962 г. Кихара, Канадзава и Иида [54] подсчитали скорость высвобождения энергии деформации в образцах с одиночным и

99