Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 91

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

он должен хорошо свариваться (не теряя свойств) и не быть склонным к чрезмерному старению.

Создаваемую конструкцию следует рассчитывать с точки зре­ ния основного металла и как сварную конструкцию в целом, об­ ращая особое внимание на возможность появления локальных несплошностей или на склонность к их распространению. При из­ готовлении конструкции обычно применяют неразрушающие ме­ тоды контроля, такие, как рентгенографирование, радиографию, ультразвуковую и магнитную дефектоскопию. Каждый из этих методов в отдельности не гарантирует выявление мелких дефек­ тов, которые могут явиться источниками трещин, а в ряде слу­ чаев они не позволяют обнаружить и более крупные дефекты.

Если конструкция надежна, то это означает, что уделено должное внимание устранению технологических дефектов, конст­ руктивных концентраторов напряжений и высоких остаточных на­ пряжений, особенно в тех случаях, когда конструкция обладает большой жесткостью. Если нет ограничений с точки зрения раз­ меров конструкции или стоимости, обычно предусматривают сня­ тие или по крайней мере снижение уровня остаточных напряже­ ний в конструкции. Остаточные напряжения можно снизить пу­ тем нагрева (например, отпуска), а во многих случаях механи­ ческим методом (нагружая конструкцию до уровня, более высо­ кого, чем расчетный).

Во многих случаях хорошие результаты можно получить при предварительном нагреве под сварку по тщательно разработан­ ному режиму. По возможности следует избегать жестких элемен­ тов, так как преимущественно они будут воспринимать всю на­ грузку. Во всех случаях задача состоит в том, чтобы обеспечить надежный контроль материалов и технологии на каждой стадии изготовления конструкции.

Другой весьма распространенный подход, особенно примени­ тельно к некоторым видам крупных конструкций, заключается в таком выборе материалов и технологии, которые исключали бы развитие хрупкого разрушения, т. е. обеспечивали консервацию трещин и уменьшали вероятность аварии (катастрофического разрушения). Один из возможных путей достижения этой цели, который кажется очевидным, это снижение рабочих напряжений до уровня, при котором развитие трещин невозможно; однако этот уровень, как правило, очень низок, поэтому с экономической точки зрения такая оценка вряд ли целесообразна. Более прием­ лемый подход состоит в выборе материала на основе испытаний небольших и крупных образцов, если в том и другом случае срав­ нительно мелкие трещины не вызывают хрупкого разрушения. Выбор материала при таком подходе не проще, чем при подхо­ де, основанном на исключении возникновения разрушения, и включает в себя оценку уровня напряжений, температуры, тех­ нологии, возможных несплошностей и т. п. В некоторых случаях при этом подходе предусматривается местное тепловое или ме­

296

ханическое снятие напряжений и включение в конструкцию эле­ ментов из пластичного материала, препятствующих развитию трещин.

Методы механики разрушения открывают иной многообещаю­ щий подход, который находит все большее практическое приме­ нение. Эти методы весьма хорошо разработаны для тонколисто­ вых сравнительно высокопрочных материалов. Использование в настоящее время критериев механики разрушения для малоуг­ леродистой стали пока затруднительно, но можно полагать, что этот вопрос будет решен в ближайшем будущем. Поскольку для оценки хрупкой прочности и условий возникновения разрушения в зависимости от типа и размера трещин появляются все более доступные и надежные методы, как и более совершенные мето­ ды выяснения причин разрушения, можно ожидать, что такой подход станет наиболее распространенным.

Рассмотренные методы подхода могут применяться и приме­ няются в различных комбинациях. В некоторых ситуациях ока­ зываются необходимыми более радикальные методы, такие, как,' например: 1) применение многослойных конструктивных схем (рулонирование, бандажирование и т. п.) с использованием тон­ колистовых материалов, которые менее склонны к хрупкому раз­ рушению от низких напряжений; 2) предварительная «теплая» перегрузка, вызывающая возникновение на достаточно больших участках конструкции остаточных напряжений сжатия; 3) ис­ пользование в конструкции стали разных марок с существенно различными свойствами.

Известно, что при разработке конструкции нужно учитывать условия сбыта, и поэтому решение должно быть компромиссным с точки зрения назначения конструкции, ее стоимости и эксплуа­ тационной надежности; прежде всего должен быть найден ком­ промисс в техническом и экономическом отношении.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

К введению

I. Parker, Е. R., Brittle Behavior of Engineering Structures, New York: John Wiley & Sons. Inc., 1957.

2.Shank, M. E., ed„ Control of Steel Construction to Avoid Brittle Failure,

New York: Welding Research Council, 1957.

3.Biggs, W. D., The Brittle Fracture of Steel, London: MacDonald and Evans, Ltd., 1960.

4. Tipper, C. F., The Brittle Fracture

Story,

London: Cambridge

Univer­

sity Press, 1962.

 

Steel,

New York: John

Wiley &

5. Szczepanski, M., The Brittleness of

Sonc, Inc., 1963.

 

 

 

 

6. Rühl, К., Die Sprödbruchsicherheit von Stahlkonstruktionen, Düsseldorf:

Werner-Verlag, GmbH, 1959.

of Brittle Failure in Carbon Plate

7. Shank, M. E.,

«A Critical Survey

Steel Structures Other Than Ships», ASTM

Special Tech. Publ. No. 158, 1954:

also Ship Structure Committee Report No. SSC-65,

1953, and Welding

Research

Council Bulletin No. 17,

1954.

 

 

 

8.Acker, H. G„ «Review of Welded Ship Failures», Ship Structure Com­ mittee Report No. SSC-63, 1953.

9.Puzak, P. P., A. J. Babecki, and W. S. Pellini, «Correlations of BrittleFracture Service Failures with Laboratory Notch-Ductility Tests», Welding Journal, 37: 9(1958), Research Supplement, p. 391-s.

10.Pellini, W. S. and P. P. Puzak, «Fracture Analysis Diagram Procedures for the Fracture-Safe Engineering Design of Steel Structures», Naval Res. Lab.

Report 5920, 1963; alsa Welding

Res. Council Bulletin No. 88, 1963.

 

II. Pellini, W. S. and P. P.

Puzak, «Practical Considerations in Applying

Laboratory Fracture Test Criteria

to

the Fracture-Safe Design

of

Pressure

Vessels», Naval Res. Lab. Report

No.

6030, 1963; also Pellini,

W.

S.,

R. J. Go­

ode, P. P. Puzak, E. A. Lange,

and

R. W. Huber, «Review

of

Concepts and

Status of Procedures for Fracture-Safe Design of Complex Welded Structures Involving Metals of Low to Ultra-High Strength Levels», Naval Res. Lab.

Report No. 6300, June, 1965.

12. «Technical Report», (a) New Series—Volume II, (b) New Series—Volu­ me III and (c) Volume IV (March, 1962), Manchester, England: British Engine Boiler and Electrical Insurance Co., Ltd.

13. Boyd, G. M„ «Service Experience of Brittle Fracture», in Brittle Frac­ ture in Steel, Admiralty Advisory Committee on Structural Steel, London: Her Majest'y Stationery Office, p. 6, 1962.

14.Larson, F R. and F. L. Carr, «How Failures Occur—Experiences in the Held», Metal Progress, 85: 2, p. 74, and 85: 3, p. 109, 1964.

15.Wessel, E. T. and L. E. Hays, «Fracture Characteristics of Some High-

Strength, Weldable, Structural Steels», Welding Journal, 42: 11 (1963), Res. Suppl., p. 512-s.

16. Drucker, D. C„ «An Evaluation of Current Knowledge of the Mechanics of Brittle Fracture», Ship Structure Committee Report No. SSC-69. p. 5, 1954.

298

17. Drucker, D. С., «A Continuum Approach to the

Fracture of Metals»,

in Fracture oj Solids, ed. by D. C. Drucker and J. J. Gilman,

Metallurgical

Society Conferences, New York—London: Interscience Publishers,

20

(1963).

18. Mylonas. C., «Prestrain, Size and Residual Stresses in Static Brittle-

Fracture Initiation»,

Welding Journal, 38: 10 (1959), Res.

Suppl.,

p.

414-s.

19. Orowan, E.,

«Classical and Dislocation Theories

of Brittle

Fracture»,

in Fracture, B. L. Averbach, D. K. Felbeck. G. T. Hahn, and D. A. Thomas, eds.,

New York: Tech. Press of MIT and John Wiley & Sons, Inc.,

1959.

20. Irwin, G. R., «Fracture Dynamics»,

Trans. Am. Soc. Metals, 40A (1948),

p. 147.

 

 

21. Orowan, E., «Fundamentals of Brittle Behavior in Metals», Fatigue and

Fracture of Metals (a symposium held at

MIT in 1950), W. M. Murray, ed.,

New York: Tech. Press of MIT and John

Wiley & Sons, Inc., p. 139, 1952.

22. «Symposium on Fracture Toughness Testing and

Its Applications»,

ASTM Special Tech. Publ. No. 381, 1965.

 

 

К гл а в е

1

 

1.Winder, В., «А 4000 Ton Crack Testing Machine», Nuclear Engineering,

69:7 (1962), p. 61.

2.Wells, A. A., «Testing Thick Plates for Brittle Fracture», Nuclear Engineering, 69: 7 (1962), p. 64.

3.Kihara, H., Y. Akita, and K. Ikeda, «Brittle Fracture Work in Japan,.

Including

Evaluation

of

Ductility for

Steels and

Deposited

Metals

in Wide

P ate and

Industrial

Tests», presented

at

Joint Meeting, Commissions

IX and

X, 1IW. Helsinki, 1963.

World’s Largest

Testing

Apparatus»,

Technical Digest,

4. Horâk, V., «The

4:4 (1962), p. 23.

5.Wilson, W. M., R. A. Hechtman, and W. H. Bruckner, «Cleavage Frac­ ture of Ship Plates as Influenced by Size Effect», Welding Journal, 27: 4 (1948), Res. Suppl., p. 200-s.

6.Wilson, W. M., R. A. Hechtman, and W. H. Bruckner, «Cleavage Frac­

ture

of Ship Plates», U. of

III. Engrg.

Expt. Sta. Bull. No. 388, 1951.

of

 

7.

Boodberg, A., H. E. Davis, E. R. Parker,

and G. E. Troxeli, «Causes

cleavage Fracture in Ship Plate—Tests of Wide Notched

Plates», Welding Jour­

nal, 27:

4 (1948). Res. Suppl., p.

186-s.

E. R.

Parker,

A.

Boodberg,

and

M.

8.

Davis,

H. E.,

G.

E.

Troxeli,

P.

O'Brien,

«Final

Report—Causes

of Cleavage Fracture

in Ship Plate—

Flat Plate Tests and Additional Tests on Large Tubes», Ship Structure Commit­

tee Report No. SSC-8, 1947.

Brittle

Fracture Research—University

of

9. Newmark,

N. M.. «Review of

Illinois», Drucker.

D C., ed., «An Evaluation

of

Current

Knowledge

of

the

Mechanics of Brittle Fracture», Ship

Structure

Committee

Report No.

SSC-69,

p.185, 1954

10.Parker, E. R., «University of California Tube and Flat Plate Tests»,

qV. Ref. 9, p. 65.

11.Boodberg, A. and E. R. Parker, «Transition Temperatures of Structural

Steels», Welding Journal, 28: 4 (1949), Res. Suppl., p. 167-s.

12. Thomas, H. R. and D. F. Windenburg, «А Study of Slotted Tensile Specimens for Evaluating the Toughness of Structural Steel», Welding Journal,

27:4 (1948), Res. Suppl., p. 209-s.

13.MacCutcheon, E. M.. C. L. Pittiglio, and R. H. Raring, «Transition Tem­

perature of Ship Plate in Notch-Tensile Tests», Welding Journal,

29: 4 (1950),

Res. Suppl., p. 184-s.

 

Tests of

Internally Notched

14. Carpenter, S. T. and W. P. Roop, «Tensile

Plate Specimens», Welding Journal,

29: 4 (1950),

Res. Suppl., p.

161-s.

15. Carpenter, S. T. and W. P. Roop, «The

Strength,

Energy Absorption

and Transition Temperature of Internally Notched Flat Steel Plates», Ship Struc­

ture Committee Report No. SSC-47,

1953.

 

 

 

16. Hoeltje, W. C. and N. M.

Newmark, «Brittle Strength and Transition

non

Temperature of Structural

Steel»,

Welding

Journal,

31: 11 (1952), Res. Suppl.,

p, 515-s.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Engineering

 

17.

Robertson,

T. S„

«Brittle

Fracture

of Mild

Steel»,

172

(1951),

p.

445.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18.

Robertson,

T. S. and D. le M. Hunt. «The Propagation of Brittle Frac­

ture», J.

West Scot.

Iron Steel Inst.,

60 (1952—53), p.

259.

 

 

J.

Iron

19.

Robertson,

T. S„ «Propagation of Brittle Fracture in Steel»,

Steel Inst.,

175: 12

(1953), p. 9ГЛ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20. Cowan, A. and H. G. Vaughan, «Crack Arrest Tests on Reactor Pres­

sure Vessel Steels», Nuclear Engineering,

7: 69 (1962), p. 57.

Northup,

«Report

21. Feely, F. J., Jr., D. Hrtko,

S. R.

Kleppe,

and

M.

S.

on Brittle

Fracture

Studies», Welding

Journal,

'

33:

2

(1954), Res.

Suppl.,

p.99-s.

•22. Feely, F. J., Jr., M. S. Northup, S. R. Kleppe, and M. Gensamer, «Stu­ dies on the Brittle Failure of Tankage Steel Plates», Welding Journal, 34: 12 (1955), Res. Suppl., p 596-s.

23.

Clarke, J. S.

and

T. F. Leahey, «Storage Tank Design

Practices to

Avoid Brittle Fracture», ASME Petroleum Div. Paper No. 58-A-I49, November

1958.

Drucker, D. C„ «An Evaluation of Current Knowledge of the Mechanics

24.

of Brittle Fracture»,

Ship

Structure

Committee Report No. SSC-69,

1954.

25.

Hall,

W. J..

R. J.

Mosborg,

and V. J. McDonald, «Brittle

Fracture

Propagation

in Wide

Steel

Plates»,

Welding Journal, 36: 1 (1957),

Res. Suppl.,

p.1-s.

26.Rolfe, S. T. and W. J. Hall, «Strain Field Associated With Brittle-Frac­ ture Propagation in Wide Steel Plates», Proc. Soc. for Exptl. Stress Analysis, XVIII: 2 (1961). p. 113, (also Experimental Mechanics, September, 1901); also

Rolfe, S. T., T. M. Lynam, and W. J. Hall, «Studies of the Strain Destribulion in Wide Plates during Brittle Fracture Propagation», Ship Structure Committee

Report No. SSC-II8,

1959.

of

27.

Rolfe.

S. T.,

W. J. Hall, and N. M. Newmark, «Brittle-Fracture Tests

Steel

Plates

Containing Residual Compressive Strain», Welding Journal, 38:

4

(1959), Res.

Suppl.,

p. 169-s.

28.Barton, F. W. and W. J. Hall, «Brittle-Fracture Tests of Six-Foot Wide Preslressed Steel Plates», Welding Journal, 39: 9 (1960), Res. Suppl., p. 379-s.

29.Videon, F. F., F. W. Barton, and W. J. Hall, «Brittle Fracture Propa­

gation Studies», Ship Structure Committee Report No. SSC-I48, 1963.

ture

30. Hall, W. J.,

S. Г. Rolfe, F. W. Barton, and N. M. Newmark, «Brittle-Frac­

Propagation in

Wide Steel Plates», Ship Structure Committee Report No.

SSC-HH, 1961; also

Hall, W. J. and F. W. Barton, «Summary of Some Studies

of Brittle-Fracture

Propagation», Ship Structure Committee Report No. SSC-

149,

1963.

 

31.Robertson, T. S., «Experimental Techniques Developed in Investigations into High-Speed Yield in Brittle Fracture», Proceedings of the Conference on Properties of Materia's at High Rates of Strain, Institute of Mechanical Engi­ neers, London, p. 22, 1957

32.Cargill, J. M., «Strain Field Set Up on a Plate Surface by a Running Brittle Crack», J. Meck. Engrg. ScL, 5: 1 (1963), p. 28.

33. Hudson, G. and M.

Greenfield, «Speed of Prapagation of Brittle Cracks

in Steel», J. Appl. Physics,

18 (1947), p. 405.

34.Kennedy, H. E., «Some Causes of Brittle Failures in Welded Mild Steel Structures», Welding Journal, 24: 11 (1945), Res. Suppl., p. 588-s.

35.Carlsson, J., «Experimental Studies of Brittle Fracture Propagation»,

Trans. Royal Inst, of Tech., Stockholm, No. 189, 1962.

36.

Wells,

A.

A. «Brittle Fracture Strength of Welded Steel Plates—Tests

on Five

Further

Steels»,

British

Welding Journal, 8: 5 (1961), p. 259.

37.

Akita,

Y.

and K.

Ikeda,

«Experimental Research on the Propagation of

Brittle Fracture (First Report—Measurements of crack speed, dynamical stress and estimation of plastic surface energy)», Transportation Technical Research Institute Report No. 40, November, 1959.

300

Смотрите также файлы