Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

20. Режимы восстановительной обработки

Глава 5

в л и я н и е снятия ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ

ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Надежность клепаной конструкции зависит главным обра­ зом от остаточных напряжений, обусловленных наличием за­ клепок, посредством которых соединены части конструкции. Обычно не принято снимать остаточные напряжения в такой конструкции по окончании сборки. Сварные же конструкции во многих случаях подвергают снятию напряжений, чтобы избе­ жать возникновения хрупкого разрушения. Что именно послу­ жило исторически поводом к снятию напряжений, точно не известно, однако некоторые возможные причины можно предпо­ ложить. Например, очевидна связь между наличием остаточных напряжений и искажением формы конструкции; в таком случае снятие напряжений будет способствовать сохранению стабиль­ ности размеров конструкции. Внедрение газовой сварки в произ­

испытано множество сварных образцов. Когда начали применять электросварку, было установлено, что нагрев (отпуск) после сварки значительно увеличивает пластичность наплавленного металла.

Доказательств того, что идея снятия напряжений возникла исключительно для уменьшения опасности хрупкого разрушения в сварных стальных конструкциях, нет, однако со временем эта проблема стала весьма острой в связи с разрушением корпусов кораблей, тогда как сварные сосуды давления практически никогда не разрушались при низких напряжениях. Причина заключалась в том, что сосуды давления, в отличие от корпусов кораблей, после сварки подвергались снятию напряжений. Разрушение сосудов давления, если и происходило, то только при больших перегрузках.

Точка зрения о роли остаточных напряжений была кратко сформулирована Харрисом [1]: «...гипотеза о том, что остаточные напряжения вызывают разрушение конструкций, была очень полезной, так как метод снятия напряжений, основанный на этой

зоны термического влияния по обеим сторонам шва и тут же охлаждают их струями воды, чтобы предотвратить прогрев самого шва. Максимальную температуру нагрева тщательно контролируют так, чтобы она находилась вблизи оптимальной температуры, равной приблизительно 200° С, т. е. заведомо недо­ статочной для возникновения пластической деформации в нагре­ ваемых зонах. Нагретые зоны, стремясь удлиниться, растяги­ вают сварной шов, так что после охлаждения растягивающие напряжения в шве оказываются почти полностью снятыми. Данный метод имеет два недостатка: 1) для него требуются нагревательные устройства, позволяющие с высокой точностью поддерживать температуру, и 2) конструкционные материалы обладают недостаточной теплопроводностью для полного про­ грева листа толщиной более 25 мм.

Технические условия для методов снятия напряжений

Для хорошего метода показательно, что его технологию вырабатывают в большинстве случаев эмпирически задолго до того, как фундаментальные исследования находят для него объяснение и обоснование. Поэтому неудивительно, что такая ситуация возникла, в частности, при изготовлении сосудов дав­ ления, где фактически имело место и тепловое, и механическое снятие напряжений. Первое было явным или преднамеренным, а второе — попутным при гидравлическом испытании сосудов. Следует отметить, что, с одной стороны, сосуды давления удобны для проведения этих операций, но, с другой стороны, гидроиспы­ тание (перегрузка) весьма опасно, так как при разрушении сосудов высвобождается большая энергия и возможны катастро­ фические последствия. Но разрушение не менее опасно и для конструкций других типов. Например, удивительно, что забыта старая практика испытания мостов путем нагружения (из-за необходимости огромной нагрузки) и проверка прочности судов под значительной изгибающей нагрузкой при спуске на воду.

Технические условия гидростатических испытаний и снятия напряжений, принятые в различных странах, мало различаются; типичными можно считать английский, немецкий и американский стандарты [3]. В них перечислены материалы, подвергаемые снятию напряжений; для каждого типа малоуглеродистой или низколегированной стали основной характеристикой является переходная температура, определяемая испытанием на ударную вязкость. Переходная температура этих видов стали (например, если она определяется на образцах Шарли) оказывается более высокой у образцов из стали меньшей толщины, что связано со структурными изменениями, обусловленными различной техно­ логией прокатки листа разной толщины. Для удовлетворения минимальных требований по ударной вязкости (которые, однако,

181