Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

Соответствие между данными испытаний сварных широких пластин с надрезами для английской малоуглеродистой стали нескольких марок различного способа выплавки и данными по ударной вязкости после деформации на 4% с последующим старением в течение 1 ч при 200° С было подробно рассмотрено в гл. 2.

Охрупчивание зон термического влияния в малоуглероди­ стой стали приобретает особое значение при наличии концен­ тратора или дефекта, вершина которого лежит на критическом

расстоянии от линии сплавления. Одним из наиболее важных является случай перпендикулярного расположения пересекаю­ щихся сварных швов, при котором трещина вдоль оси одного шва является поперечным дефектом для другого.

У низколегированной стали характер изменения ударной вязкости в зонах термического влияния более сложен. Если металл в зоне термического влияния шва имеет структуру перлита или мелкодисперсного отпущенного мартенсита, то его ударная вязкость обычно не ниже, чем в исходном состоянии. Деформационное старение в сварных соединениях легированной стали также не приводит к существенному охрупчиванию мате­ риала, как это наблюдается для малоуглеродистой стали. На­ пример, при испытании широких надрезанных сварных пластин из низколегированной стали, в которых вершина поперечного

197

надреза, сделанного ювелирной пилкой, находилась в зоне термического влияния, было установлено, что разрушение при относительно низких температурах сопровождалось большой пластической деформацией независимо от того, производилась ли сварка с подогревом или без него.

'' С другой стороны, в одном из английских обзоров аварий сварных конструкций упоминаются случаи, когда разрушение начиналось и развивалось по краю зоны сплавления со стороны основного металла. Имеются также данные о том, что разру­ шения такого характера наблюдались в конструкциях амери­ канского и европейского производства, изготовленных из леги­ рованной стали. Общим в этих случаях, возможно, было то, что

весьма тщательно выбирать положение надреза, чтобы обнару­ жить эту зону. Такие узкие охрупченные зоны имеют большое значение в реальных конструкциях, если имеется неблагоприят­ но ориентированный дефект. Возникновение начальных дефек­ тов (трещин) в этих зонах связано с тем, что, во-первых, кромка сварного шва сама по себе является концентратором напряже­ ний. Во-вторых, может происходить растрескивание при повышенных температурах под воздействием серы или другого вредного элемента, если поверхность пластины, принадлежащая к шву, не была тщательно очищена перед сваркой. Сера может быть адсорбирована также при высоких температурах прокат­ ной окалиной, и это явление еще более усугубляется при весьма продолжительной термообработке, особенно если печные газы имеют повышенное содержание серы. Вредные примеси (напри­ мер, сера) из окалины под влиянием нагрева и пластической деформации могут проникать в основной металл у края шва, вызывая понижение его пластичности.

Влияние такой узкой охрупченной зоны четко проявилось при испытаниях широких пластин толщиной 57 мм из хромо­ молибденованадиевой низколегированной стали: в двух из четырнадцати случаев наряду с «нормальным» поперечным разрушением, начинавшимся от надрезов, нанесенных на кром­ ках пластин до их сварки, происходило продольное разрушение вблизи линии сплавления [15]. В одном из этих двух случаев образец находился в исходном состоянии после сварки, в дру­

ний, а является следствием охрупчивания узкой околошовной зоны.

Поперечные растягивающие напряжения скорее всего возни­ кали вследствие стеснения поперечной деформации при растя­ жении сравнительно коротких пластин.

■ 198

ции это затруднительно или вообще невозможно сделать.

нения в длинных цилиндрических химических реакторах, кото­ рые слишком громоздки для транспортировки. Хотя местная термообработка уже применяется долгое время как стандарт­ ная, перепад температуры между нагретой и ненагретой зонами изделий определяется лишь на основе эмпирических правил. Тем не менее достигаемую при этом степень снятия напряжений

после сварки можно обосновать следующим образом. Цель

для того, чтобы на любой из стадий термической обработки произошла пластическая деформация материала. Необязатель­ но, чтобы термических напряжений не было вовсе, как это требуется обычно при нагреве и охлаждении всей конструкции. Если не было пластической деформации, то термические напря­ жения (упругие) исчезают, как только закончится охлаждение; если же пластическая деформация произошла, то появятся новые остаточные напряжения. В первом приближении остаточ­ ные напряжения приблизительно равны разности между макси­

пределом текучести, причем эту разность берут при температу­ ре, при которой пластическая деформация прекратилась. Если при местной термообработке пластическая деформация не про­ исходит, можно ожидать что местная термообработка, по-видимому, так же эффективна, как и полная (объемная) обработка, при которой остаточные сварочные напряжения и последствия пластической деформации металла при сварке устраняются.

Р а с ч е т р а с п р е д е л е н и я т е м п е р а т у р

Существенной особенностью разных видов местной термиче­ ской обработки элементов конструкций, изготовленных из пластин (плоских и цилиндрических), является создание приблизительно равномерного теплового потока перпендику­ лярно поверхности пластины в поперечной или кольцевой поло-

200