Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

распространения трещины с понижением температуры и увели­ чением уровня приложенных напряжений. Было показано (рис. 25), что распределение напряжений на поверхности пластин в зоне, удаленной от кромки излома на 7—20 мм, имеет одинако­ вый характер для различных образцов. Сплошные линии на рис. 25 получены теоретическим расчетом, приведенным авторами в другой их работе [48].

Акида и Икеда [49] дали теоретический анализ испытаний по методу «Esso» с точки зрения динамики процессов и влияния

ленный надрез; 5 — направление прокатки

энергии удара, температуры, величины предела текучести и ра­ боты пластической деформации на возникновение и распростра­ нение хрупкой трещины. Они установили, что при изотермичес­ ких испытаниях по методу «Esso» имеет место следующее соот­ ношение:

эффициент, равный отношению скорости распространения тре­ щины к скорости движения упругой волны в материале; S — ра­ бота пластической деформации в окрестности вершины трещи­ ны; т — константа, зависящая от скорости высвобождения энергии деформации при распространении трещины и кинетиче­ ской энергии системы.

Напряжения при ударе и соответствующая кривая / — а для испытания по методу «Esso» показаны на рис. 26. Хрупкая тре­ щина может возникнуть, если только энергия удара достаточна

43

Gt/P

йог

Рис. 25. Результаты измерения скорости ѵ распростране­ ния трещин (37]: о — внешнее напряжение; а — коэффи­ циент скорости распространения трещины

44

45

46

Глава 2

ВЛИЯНИЕ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

ИКОНСТРУКТИВНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ НАПРЯЖЕНИЙ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ

ИРАЗВИТИЕ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ

В В Е Д Е Н И Е

Исследования показывают, что в сварных швах, соединяющих детали конструкций, и вблизи швов, как правило, имеются вы­ сокие растягивающие остаточные напряжения. В сварных пла­ стинах такие напряжения могут иметь место и в основном метал­ ле вдали от места сварки, если края пластины жестко закрепле­ ны. Остаточные напряжения, как и напряжения от внешних нагрузок, распространяются в пределах значительного объема ма­ териала, и если не происходит пластического течения, их резуль­ тирующее действие аддитивно (линейная суперпозиция). В та­ ком случае резонно предположить, что остаточные напряжения могут влиять на возникновение и развитие хрупкого разрушения во многом точно так же, как и приложенное внешнее напря-

. жение.

Концентрация напряжений (деформаций), возникающая в нагруженных элементах, может также играть существенную роль в возникновении и развитии хрупкого разрушения, особенно при наличии сварочных остаточных напряжений. Кроме того, изме­ нение свойств материала в сварном шве или в околошовной зо­ не, а также повреждения деформационного происхождения и не­ сплошности (дефекты) могут оказывать заметное влияние на воз­ никновение разрушения.

В настоящее время в большинстве стальных конструкций име- 'ются сварные соединения, и далеко не во всех случаях перед их монтажом производят отпуск для снятия сварочных остаточных напряжений. Более того, совершенно невозможно полностью уст­ ранить различные дефекты и несплошности, например, такие, ко­ торые часто возникают в соединениях или участках с высокой концентрацией напряжений, при частичной замене элементов ^конструкций, при небрежном изготовлении, не говоря уже о де­ фектах, имевшихся в исходном материале. Эти причины извест­ ны давно, поэтому роль остаточных напряжений и конструктив­ ных концентраторов является предметом большей части исследо­ ваний, посвященных изучению механизма и методов предупреж-

4 8 -

дения хрупкого разрушения стальных конструкций при низких напряжениях.

Первое крупное исследование в этой области было проведено Кеннеди [1]. Последующие работы, выполненные главным обра­ зом в Англии, США, Бельгии и Японии, позволили достичь того уровня знаний, которым в настоящее время пользуются в инже­ нерной практике (2—4]. Хотя с феноменологической точки зрения работы по хрупкому разрушению обычно делят на три катего­ рии: посвященные возникновению, развитию и задержке (оста­ новке) разрушения, практически такое деление затруднительно, так как эти явления очень тесно переплетаются. Тем не менее в последующих разделах сделана попытка разделить исследова­ ния, посвященные возникновению или развитию разрушения. Ра­ ботам, в которых изучались условия остановки разрушения, в данной главе уделено мало внимания; этому вопросу специаль­ но посвящена гл. 7.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ ПРИ НИЗКИХ НАПРЯЖЕНИЯХ В УСЛОВИЯХ СТАТИЧЕСКОГО РАСТЯЖЕНИЯ

Кеннеди [1], по-видимому, был первым, кто получил хрупкое разрушение сварного соединения при статическом нагружении в лабораторных условиях. Он исследовал возникновение хруп­ кого разрушения в жестко защемленных сварных образцах (над­ резанных и без надреза) при изгибе и влияние концентрации на­ пряжений, предварительного нагрева и отпуска после сварки на возникновение хрупкого разрушения и скорость распространения трещины в корабельной стали с 0,2% С и полуспокойной стали. На основании этих исследований Кеннеди сделал следующие вы­ воды:

преобладающим фактором, определяющим характер разру-' шения (хрупкое или вязкое), является температура;

влияние остаточных напряжений в случае вязкого разрушения минимально, однако, если пластическая деформация перед раз­ рушением была невелика, оно оказывается значительным;

хрупкое разрушение может возникать под действием только начальных (остаточных) напряжений (т. е. без внешней нагруз­ ки) при наличии сварного шва, если имеют место крайне острый надрез и низкая температура;

предварительный нагрев или нагрев после сварки оказывают' положительное влияние.

Несмотря на то, что изучение явления хрупкого перехода не входило в задачи работы Кеннеди, стоит отметить, что в его широком исследовании сделаны предположения о результатах испытаний, которые подтвердились в последующих работах.