Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

дователями для изучения распространения и остановки хрупких трещин; при этом, несмотря на различные способы инициирования трещин, были получены идентичные кривые зависимости темпе­ ратуры остановки трещины от напряжения. Акита и Икеда [41] изучали механизм распространения и остановки хрупких трещин на образцах с градиентом температуры по методу «Esso». Хруп­ кая трещина, возникавшая в вершине надреза, распространялась в направлении, перпендикулярном к направлению приложения нагрузки. На первых стадиях разрушения вследствие низкой тем­ пературы в зоне инициирования трещины и приложения ударной нагрузки скорость распространения трещины возрастала, а затем по мере увеличения протяженности трещины снижалась (см. рис. 30 в гл. 1). Как только скорость распространения трещины достигала критического значения, трещина останавливалась; объ­ яснение этому явлению дано в гл. 7. Поскольку влияние энергии удара на скорость распространения трещины наблюдалось толь­ ко при ее возникновении и к тому же только для коротких тре­ щин, то температура в конце сравнительно длинной трещины в момент ее остановки, как показано на рис. 31 в гл. 2, не зави­ сит от способа инциирования трещины.

К О Р Р Е Л Я Ц И Я М Е Ж Д У Р Е З У Л Ь Т А Т А М И И С П Ы Т А Н И Й Ш И Р О К И Х П Л А С Т И Н

Существует два способа определения температуры остановки трещины в образцах с градиентом температуры: первый способ, применяемый в Японии, состоит в определении температуры

Рис. 20. Корреляция между значениями температуры ос­ тановки трещины, опреде­ ленными по методу «Esso»,

истепенью предваритель­

ной деформации (е) при

230° С [11]: I — образцы с градиентом температуры;

2 — образцы с равномер­ ной температурой

в конце остановившейся трещины; второй, распространенный в Англии и других европейских странах,—в определении темпера­ туры в том месте, где начинают расширяться «губы» сдвига на изломе.

Температура изотермической остановки трещины, как показа­ но на рис. 20, взятом из работы Кована и Николса [42], прибли­ зительно на 20° С выше, чем температура, соответствующая утол­

279

щению «губ» сдвига в образце с градиентом температуры по Ро­ бертсону. С другой стороны, температура изотермической оста­ новки трещины примерно на 20° С ниже температуры на конце остановившейся трещины при испытании на двойное растяжение

ченных при испытаниях крупных и малых образцов различными методами: на разрыв по Кану, на статический изгиб надрезан­ ных образцов, на ударную вязкость образцов с ключевидным на­ дрезом с предварительной деформацией на 10%, на растяжение пластин шириной 1830 и 305 мм и на ударную вязкость образцов с Ѵ-образным надрезом по Шарли (при уровне вязкости 1,4 кгс X X м). Однако четкой корреляции установить не удалось вследст­ вие различных критериев оценки переходной температуры, при­ нятых при различных методах испытаний.

Второе исследование с целью сравнения значений переходной температуры, определенной разными методами, было проведено Подкомиссией А Международного института сварки {44]. В рам­ ках этой работы, выполненной исследователями нескольких

280

281

стран, было проведено испытание стали 37 марок на ударную вязкость (по Шарпи), по Ван дер Веену, по Типперу, по Роберт­ сону, по методу NRL (с падающим грузом) и по инциированию трещины детонатором. Сталь 36 марок была малоуглеродистой, а сталь одной марки — раскисленной кремнием, закаленная и от­ пущенная. Хотя статистическая обработка для установления кор­ реляции не производилась, было обнаружено, что между значе­ ниями переходной температуры, определенной различными мето­ дами, четкая корреляция не имеет места.

Позднее 37-я комиссия Японской исследовательской ассоциа­ ции судостроения провела большое исследование по выявлению корреляции между значениями переходной температуры, опреде­ ленной при испытаниях крупных пластин и малых образцов. Эта Комиссия специально была создана для изучения проблемы хру­ пкого разрушения в толстых (до 50 мм) листах для гигантских танкеров.

В последние годы наблюдается заметное увеличение произ­ водства высокопрочной и конструкционной стали новых марок для сосудов давления, работающих при низких температурах. В связи с этим Японское общество сварочной техники создало Комиссию по исследованию железа и стали [27], в задачу кото­ рой входило исследование ударной вязкости легированной стали с пределом текучести 60, 70 и 80 кгс/мм2, стали с 2% Ni н стали, раскисленной алюминием. Параллельно была создана Комиссия по исследованию наплавленного металла, которая должна была изучать характеристики вязкости наплавленного металла с точ­ ки зрения обеспечения безопасности сварной конструкции в це­ лом. Эта Комиссия провела широкие испытания металла, напла­ вленного вручную и с помощью автоматической сварки, на стали пяти марок, исследовавшихся Комиссией по исследованию желе­ за и стали.

Результаты испытаний, полученные тремя названными комис­ сиями, были доложены на очередном конгрессе Международно­ го института сварки в 1963 г. [48]. В этом докладе значения пе­ реходной температуры, полученные при испытаниях широких пластин и малых образцов, были разбиты на две группы в за­ висимости от характеристик возникновения и остановки хрупких трещин. Корреляция между значениями переходных температур в каждой группе исследовалась статистическим методом.

Испытания широких пластин и испытания по методу «Esso» на изотермических образцах использовались для изучения харак­ теристик возникновения хрупких трещин, а испытания на двой­ ное растяжение образцов с градиентом температуры (при кото­ рых зависимость температуры остановки трещины от напряже­ ния получается такой же, как и при испытании по Робертсону) использовались для изучения условий остановки хрупких тре­ щин. В качестве основного металла были исследованы малоугле­ родистая сталь, а также легированная сталь различных марок,

284

был исследован также наплавленный металл в отпущенном со­ стоянии.

Поскольку это был самый последний отчет по рассматривае­ мой проблеме и анализ данных в нем был проведен на статисти­ ческой основе, в последующих параграфах подробно рассматри­ вается корреляция между результатами испытаний широких пластин и испытаний малых образцов для основного и отожжен­ ного наплавленного металла, приведенными в работе [46].

Хрупкая трещина обычно не распространяется в наплавлен­ ный металл, если остаточные сварочные напряжения достаточно высоки или не были сняты соответствующей обработкой [47]; по­ этому проводилось сравнение вязкости основного металла и на­ плавленного металла в отпущенном состоянии.

Материалы

Подробные сведения об испытанных материалах приведены в табл. 2. Материалы были разделены на две группы: основной ме­ талл и отпущенный наплавленный металл. В группу основного металла входили пластины из сталей X, Y, Z, N и К; стали X, Y и Z подразделялись на ХА, ХВ, YD, YB, ZA и ZB (стали А и В имели несколько отличающийся химический состав при одинако­ вом содержании углерода). Сталь X с пределом текучести 60 кгс/мм2 испытывалась в закаленном и отпущенном состоянии; стали Y и Z с пределом текучести 70 и 80 кгс/мм2 — в закален­ ном (в воде) и отпущенном состоянии; сталь NA с 2,5% Ni — в нормализованном и отпущенном состоянии; сталь КА, раскислен­ ная алюминием,— в закаленном и отпущенном состоянии.

Были испытаны в основном пластины толщиной 20 мм; одна­ ко для изучения зависимости переходной температуры от тол­ щины пластины стали ХТА и YTA исследовали на образцах тол­ щиной 35, 25 и 15 мм, изготовленных путем механической обра­ ботки исходных пластин толщиной 45 мм. Эти стали имели пре­ дел текучести около 5 и 70 кгс/мм2 соответственно.

В группу наплавленного металла входили материалы Р, Q, R, S и Т. Они соответствовали сталям КА, ХВ, YA, ZA и NA. Буквы А, В и С в обозначениях для группы наплавленного металла ука­ зывают, что наплавка осуществлялась вручную, а буква D — ав­ томатической сваркой. Пластичность металла, наплавленного электродом А, была наибольшей, электродом В — средней, а электродом С — наименьшей. В образцах из группы наплавлен­ ного металла надрез наносили так, чтобы его середина распола­ галась в центре наплавленного участка, а направление надреза было перпендикулярным к плоскости прокатки. Малые образцы испытывали в исходном после сварки состоянии и в отпущенном состоянии; в крупных образцах сварное соединение подвергали отпуску для снятия напряжений, после чего наносили надрезы.

285