Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

Деформации при приложении нагрузки противоположного знака

дом полуцикле нагружения составляет 2(еую — гуь) ■Хотя общая

грузке и нагружении в обратном направлении

длина образца при такой пластической деформации не меняется, в основном металле могут возникнуть значительные повреж­ дения.

Р А В Н О М Е Р Н Ы Е У П Р У Г И Е Н А П Р Я Ж Е Н И Я В Н Е О Д Н О Р О Д Н О М М А Т Е Р И А Л Е

П Р И Н А Л И Ч И И О С Т А Т О Ч Н Ы Х Н А П Р Я Ж Е Н И Й

Практический случай, когда к сварному шву, не подвергнуто­ му снятию напряжений, приложена продольная растягивающая нагрузка, является более сложным, чем описанные выше. Однако

издесь для иллюстрации того, что происходит с напряжениями

идеформациями при нагружении и разгрузке, может быть

применен тот же подход.

119

Напряжения при статическом нагружении и разгрузке

При построении схемы рис. 12 предполагается, что растяги­ вающие остаточные напряжения больше сжимающих, но меньше предела текучести основного металла. Это условие является типичным для многих сварных соединений. Пластическая деформация произойдет по всему сечению, когда внешнее напря­ жение достигнет значения

<Ѵ* = (а да— а і ) ^ЯГ + ( ° " Ь — а с ) А ’

где вс и оі — соответственно сжимающие и растягивающие остаточные напряжения. При приложении такой нагрузки на­ пряжения в металле шва и основном металле будут переме­ щаться по линиям АВС и А 'В 'С соответственно. При разгрузке изменение будет происходить вдоль упругих линий CD и CD'. Остаточные напряжения после разгрузки в сварном шве будут растягивающими:

Полного снятия напряжения нагружением добиться нельзя, так как растягивающие остаточные напряжения после нагруже­ ния образца внешним напряжением оѵех будут иметь величину

менная деформация будет повторяться при каждом цикле наг­ ружения.

Д е ф о р м а ц и и

Полная картина изменения напряжений и деформаций при нагружении, разгрузке и изменении знака нагрузки показана на рис. 13. Верхняя левая и нижняя правая части диаграммы иден-

120

тичны диаграмме рис. 12. При знакопеременной нагрузке де­ формация в металле шва меняется по линии IJKLMKMK, а в ос­ новном металле — по линии I'J'K'L'M'K'N'K'L'M'.

Из рис. 13 ясно видно, что при приложении внешнего напря­ жения Ордсварной шов растягивается пластически на величину

Рис. 13. Диаграмма напряжений и деформации в свар­ ном соединении

ес + е< — ( е ,,w— Е у ь) - При знакопеременном нагружении основ­ ной металл последовательно сжимается и растягивается (плас­ тически).

Р А В Н О М Е Р Н А Я П Л А С Т И Ч Е С К А Я Д Е Ф О Р М А Ц И Я

О д н о р о д н ы й м а т е р и а л

Если малоуглеродистая сталь деформирована пластически, а затем разгружена, остаточная деформация характеризуется точ­ кой 3 на рис. 1. При нагружении материала пластическая де­ формация, начавшись в одном или нескольких участках, посте­ пенно охватывает весь объем образца.

При испытаниях на растяжение, например, линии скольже­ ния, как правило, возникают вблизи захватов разрывной маши­ ны и распространяются к середине образца. Это хорошо заметно

121

на полированном образце или на образце с хрупким лаковым по­ крытием, а также может быть обнаружено методом муара (муа­ ровых полос). Действительно, на первой стадии пластическая де­ формация неоднородна, но после того как линии Людерса воз­ никли на всей поверхности образца, пластическую деформацию с инженерной точки зрения можно считать равномерной. Если об­ разец разгрузить, остаточных напряжений практически не будет, но свойства материала, претерпевшего пластическую деформа­ цию, будут отличаться от первоначальных. Если такой материал использовать в конструкции, то он уже не будет обладать таким

деформации, то сумма оказывается меньше деформации, достиг­ нутой при разрушении без предварительной деформации.

' Если предварительная деформация осуществляется сжатием, потеря пластичности при последующем растяжении оказывается еще больше; об одной из причин такой потери пластичности бу­ дет сказано при рассмотрении явления охрупчивания стали. Не­ мецкие исследования ш основной бессемеровской и мартенов­ ской стали показали, что в случае предварительной деформации сжатия на 30% и более пластическое удлинение при последую­ щем растяжении до разрыва практически отсутствует.

Из этих рассуждений можно сделать вывод, что если одно­ родный материал деформирован пластически, последующая рав­ ная деформация противоположного знака снижает пластичность на величину, по крайней мере, равную величине предваритель­ ной деформации. Поскольку для малоуглеродистой стали упру­ гая деформация составляет лишь около 1 / 1 0 0 0 значения пласти­ ческой деформации при разрыве, со статической точки зрения мало правдоподобно, чтобы пластичность уменьшилась (прои­ зошло охрупчивание) за счет предварительной деформации на­ столько, чтобы разрушение произошло при упругой деформации (например, в зоне 1 на рис. 1). Другими словами, маловероят­

' 122

но, чтобы предварительная равномерная деформация однород­ ного материала привела к возможности разрушения материала при напряжении ниже предела текучести. Дополнительные све­ дения о влиянии предварительной деформации будут приведе­ ны в гл. 4.

Неоднородный материал

Как уже указывалось, типичным примером неоднородного ма­ териала является образец из двух пластин, сваренных встык, у которого предел текучести наплавленного металла обычно выше

ленный металл деформируется по линии АВВ'С', а основной ме­ талл — по линии АВС.

Такой случай исследовался [2] на двух сваренных пластинах из малоуглеродистой стали размерами 12,6X25X2,28 см. В од­ ном случае образец после снятия остаточных напряжений нагру­ жался в направлении, перпендикулярном к шву, как показано на рис. 14. Пластическое течение в основной пластине началось при напряжении 24,1 кгс/мм2, а деформация 1% была достигнута при 24,6 кгс/мм2. Пластическая деформация в сварном шве началась при напряжении 25,8 кгс/мм2. Муаровая картина для продоль­ ных перемещений (в направлении силы Р на рис. 14) показана на рис. 15, а для поперечных — на рис. 16. Поскольку расстояние между линиями муара в зоне шва больше, чем в основном ме­ талле, то пластическая деформация наплавленного металла мень­ ше, чем основного. Деформации в обоих направлениях (продоль­ ном и поперечном) отличались, как это показали измерения, по муаровой картине (рис. 17). Продольная деформация в основ­ ном металле находится в пределах 0,6—1,7%, а поперечная при-

123

124

близительно вдвое меньше. Кривизна муаровых линий на рис. 15 показывает, что траектории деформации также имеют кривизну, которая обусловлена различием поперечной деформации в свар­ ном шве и в основном металле, которое создает касательные на­ пряжения вблизи шва.

С увеличением нагрузки величины деформации в наплавлен­ ном и основном металле непрерывно возрастают, но разница ме­ жду ними становится постепенно все меньше. Испытание было

испытания были проведены на сварных образцах (с поперечным швом), не подвергнутых снятию остаточных напряжений. Резуль­ таты были получены в общем такие же; единственное отличие состояло в том, что пластическое течение в сварном шве и в ос­ новном металле начиналось при несколько более высоком нап­ ряжении.

Если деформация осуществляется вдоль сварного соедине­ ния, металл шва и основной металл деформируются совместно. Даже на начальной стадии приложения нагрузки, когда пласти­ чески деформируется лишь часть образца, не наблюдается раз­ личия в поведении шва и основного металла, и пластическое те­

125