Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

вязкости лежит в 5 мм от линии сплавления, т. е. на таком рас­ стоянии, на которое были сделаны пропилы в надрезанных сварных пластинах, испытания которых были описаны выше. Эта закономерность не является общей, так как у низколеги­ рованной стали некоторых марок в этой области сварного соединения нет зоны с ухудшенными свойствами. Испытания надрезанных сварных пластин, проведенные на такой стали,

заметно повышает хрупкую прочность надрезанных сварных образцов из малоуглеродистой стали. Вообще, пластины основ­ ного металла толщиной 25 мм из горячекатаной стали с 0,2% С и 0,7—1,5% Мп, спокойной или полуспокойной, в состоянии по­ ставки или нормализованной, не разрушаются при низких напря­ жениях при температурах выше — 100° С, тогда как для сварных образцов это происходит при температурах около 0°С. Общая деформация при разрушении сварных образцов, отпущенных при 650° С, как показано на рис. 2, а, составляет около 1% при низких температурах и увеличивается при температурах испыта­ ния, вблизи которых наблюдается переход к разрушению при низких напряжениях. Более толстые пластины из такой стали характеризуются таким же поведением, однако, как видно на рис. 2, б, деформация при их разрушении меньше [12, 13]. Увели­ чение толщины сказывается на снижении прочности, в частности,

187

вследствие увеличения размера дефектов, причем увеличение времени выдержки при тепловом снятии напряжения (отпуске) свыше 1 ч почти не дает эффекта. Продолжительность выдержки обычно выбирают из расчета около 1 ч на каждый дюйм толщи- "ны. Это эмпирическое правило отражает медленность выравни­ вания температуры по толщине из-за недостаточной теплопровод-

.ности, что особенно проявляется при больших толщинах.

Было показано, что прочность и сопротивление ползучести малоуглеродистой стали некоторых марок снижаются при про­ должительном нагреве для снятия напряжений, который необходим при термической обработке хрупких толстостенных сосудов давления на месте монтажа. Этот эффект выражен не­ сколько резче, если малоуглеродистая сталь раскислена не только кремнием, но и алюминием.

Представляет интерес рассмотреть также влияние терми­ ческой обработки при температурах ниже 650° С. На рис. 2, а показана зависимость пластической деформации при разруше­ нии надрезанных сварных пластин из малоуглеродистой стали, отпущенных при разных температурах. Оптимальным является интервал температур 600—650° С; даже весьма продолжитель­ ный нагрев при более низкой температуре оказывается менее эффективным. Поэтому если к сварному изделию одновременно предъявляются требования по высокому сопротивлению, хруп­ кому разрушению и высокотемпературной ползучести, назначе­ ние режима термической обработки (температуры и выдержки) должно быть компромиссным.

Влияние механического снятия напряжений изучалось глав­ ным образом путем испытаний на растяжение надрезанных сварных пластин толщиной 25 мм из полуспокойной малоугле­ родистой стали; переход к разрушению от низких напряжений

всварных образцах без надреза из этой стали происходит при температуре ниже комнатной [17, 18]. В таких случаях предва­ рительную нагрузку можно осуществлять без каких-либо опа­ сений при нормальной температуре. В испытаниях, проведенных

вАнглии и Японии, результаты которых приведены в табл. 1, предварительная нагрузка для снятия напряжений производи­ лась при комнатной температуре. Последующие испытания при пониженных температурах показали, что во всех случаях, кроме одного, разрушение происходило при напряжениях, превышаю­ щих напряжения предварительной перегрузки, без заметной пластической деформации перед разрушением. Наличие такой же зависимости величины разрушающей нагрузки от предва­ рительной было установлено и в других исследованиях (в част­ ности, японских), в которых предварительная нагрузка не пре­ вышала предела текучести.

Общий характер результатов этих испытаний был исполь­ зован для оценки влияния предварительного нагружения приме­

нительно к сосудам давления. Эти английские исследования

>188

проводились на цилиндрических сосудах из малоуглеродистой стали диаметром 1525 мм и толщиной стенки 25,4 мм, в которых были сделаны продольные длинные надрезы [19]. Длина надре­

зов составляла приблизительно 2 V радиус X толщина стенки. Было найдено, что разрушение от низких напряжений происхо­ дит даже при таких температурах, когда преобладает вязкое разрушение с изломом, расположенным под углом 45°, однако предварительная деформация при повышенных температурах повышает хрупкую прочность при низких температурах. Перед разрушением возле кромок надрезов наблюдалось значительное выпучивание стенок, вызванное внутренним давлением на отно­ сительно ослабленном участке.

Главным эффектом предварительного нагружения надрезан­ ных образцов является, по-видимому, возникновение пластиче­ ской деформации в зонах дефектов. Подтверждением этому может служить тот факт, что при предварительном нагружении зависимость нагрузки от удлинения заметно отклоняется от линейной, тогда как при разгрузке или повторном нагружении до такого же значения нагрузки она линейна. Справедливость такого вывода может быть проверена любым способом испы­ таний, при котором можно измерить нагрузку и удлинение

189

(деформацию). Нагрузка может быть приложена в виде растя­ гивающего усилия, изгибающего момента или внутреннего

исключающих возникновение хрупкой трещины), повышает сопротивление хрупкому разрушению при,последующем нагру­ жении при пониженной температуре.

Но так как операция предварительной перегрузки приводит, вообще говоря, к некоторому исчерпанию ресурса пластичности материала, то целесообразность механического снятия напря­ жений остается дискуссионным вопросом, например, для конструкций, работающих на «обычную» или малоцикловую усталость или в условиях активного (жесткого) деформиро­ вания.

Положительный эффект операции механического снятия напряжений наблюдается и в тех случаях, когда схемы пред­ варительного и последующего нагружения различны. В экспери­ ментах Грина [2], например, в которых надрезанные сварные пластины после низкотемпературного снятия напряжений рас­ тяжением нагружались изгибом, было показано, что полученный положительный эффект перегрузки соизмерим с описанным вы­

зонах, смежных со швом, а также градиента температуры при охлаждении этих зон струей воды [20]. Максимальная прочность, достигнутая после такой обработки, оказалась несколько мень­

напряжения по Кеннеди показали, что в этом случае очень важ­ но контролировать максимальную температуру нагрева околошовных зон, особенно если толщина пластин велика (бо­ лее 20 мм). При этом следует иметь в виду, что низкотемпера­ турное снятие напряжений является наиболее эффективным для таких конструктивных элементов, прочность которых зависит главным образом от условий работы поверхностных слоев мате­ риала (например, коррозия под напряжением или изгиб). Эффективность процесса низкотемпературного снятия напряже­ ний снижается с увеличением неоднородности свойств по тол­ щине листа.

190