Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

Работа Кеннеди была продолжена Грином [5]. Благодаря цик­ лическому нагружению образца в процессе сварки была получе­ на продольная трещина в сварном шве; затем эта трещина была заварена. Образцы размером 19x760x910 мм с крестовидным швом разрушались при изгибе в исходном после сварки состоя­ нии и после высокого (1 ч при 650° С) и низкого отпуска. Испы­ тание на изгиб проводили при —29° С.

Рис. 1. Прочность сварных пластин с надрезом, сделанным ювелирной пил­

снятие напряжений при 175° С: 8 — наличие трещин в наплавленном валике неизвестно

Образцы (в исходном состоянии) в отличие от отпущенных образцов разрушались при относительно низком изгибающем на­ пряжении.

Грин провел также испытания при различных температурах на изгиб образцов с продольным швом, имеющих надрезы двух видов, показанных на рис. 1; эти испытания позволили устано­ вить корреляцию между температурой и номинальным изгибаю­ щим напряжением аі!3, вызывающим возникновение трещины. Полностью разрушились три образца, испытанных при мини­ мальной температуре; в остальных образцах трещина прошла расстояние 63—610 мм и остановилась.

50

выполнен вручную. Испытательное приспособление, сконструиро­ ванное Уэллсом [8] специально для этого исследования, явилось прототипом многих устройств, таких как 4000-тс машины, уста­ новленные в Англии и Японии, 6000-тс машина в Бельгии и 8000тс машина в Чехословакии. Во всех таких испытаниях образец приваривали к захватам машины и подвергали растяжению.

В данном исследовании образцы, предварительно нагружен­ ные до 20,5—21,2 кгс/м2, при температурах на 15—25° С выше переходной температуры разрушались при напряжениях от 21,1 до 22,5 кгс/мм2, т. е. близких к пределу текучести Оо,2- Образцы

70-

Рис. 2. Сварные широкие пластины для испытания на растяжение [7, 9):

а —образец; б — надрез

правление прокатки; 2 — надрез; 3 — пропилы

шириной 0,15 мм

в исходном после сварки состояния (термически необработанные)

из образцов, в котором после сварки не появилось самопро­ извольных трещин, при 4° С полное хрупкое разрушение произо­ шло при напряжении 13,1 кгс/мм2. В образцах с короткими пер­ вичными трещинами при той же температуре для инициирова­ ния вторичной трещины (приведшей к полному разрушению) понадобилось напряжение 22,5 кгс/мм2.

Одним из главных предметов исследования Уэллса было изу­ чение распределения остаточных напряжений в продольном на­ правлении и рассмотрение механизма возникновения хрупкой трещины с учетом энергии пластической деформации и скорости высвобождения упругой энергии.

Полученные Уэллсом результаты впервые позволили устано­ вить с помощью испытания на растяжение, что существует тем­ пература хрупкого перехода (оцениваемая по величине среднего приложенного напряжения или общего остаточного удлинения),

52

выше которой хрупкое разрушение при низких напряжениях не может возникнуть, даже если в надрезанном образце имеются остаточные напряжения.

Кихара и Масубучи [9] провели испытания на растяжение при низких температурах на образцах с продольным сварным швом; надрезы были сделаны до сварки и несколько отличались от на­ дрезов, которые применял Уэллс, как это показано на рис. 2, б. Чтобы свести к минимуму различие в величине остаточных нап­ ряжений, для получения продольного шва использовалась авто­ матическая сварка. Была исследована сталь трех марок:

Толщина пластин во всех случаях была 25 мм.

При этих испытаниях были получены следующие результаты. При температурах ниже критической (при которой хрупкое разрушение, как правило, происходит при напряжениях, мень­ ших предела текучести) в образцах, у которых остаточные на­ пряжения в зоне вершины надреза отсутствовали до испытания (в результате возникновения самопроизвольных трещин в про­ цессе сварки или охлаждения), значения хрупкой прочности обычно равнялись пределу текучести основного материала. Если же до испытания самопроизвольные трещины не возника­

к пределу текучести. При температурах несколько выше крити­ ческой полное (одностадийное) разрушение наблюдалось при напряжениях, равных 80—100% предела текучести.

Вообще говоря, критическую температуру возникновения хрупкого разрушения при низких напряжениях можно опреде­ лить как наибольшую температуру, ниже которой частичное или полное разрушение происходит при напряжениях ниже предела текучести. Поэтому, если имеют место одновременно резкий над­ рез и остаточные напряжения, по величине близкие к пределу текучести, то хрупкое разрушение при низких напряжениях при температуре выше критической теоретически не должно про­ изойти. Некоторые, более поздние исследования Холла и других, которые будут рассмотрены ниже, показывают, что даже в слу­ чаях, если сняты остаточные напряжения, критическая темпе­ ратура в значительной мере определяется геометрией образца и надреза, предысторией образца, а также толщиной пластин.

53

При температурах ниже критической возникновение хруп­ кого разрушения от острого надреза, располагающегося в свар­ ном соединении, может быть рассмотрено с позиций концепции суммирования остаточных и рабочих напряжений при возник­ новении (и развитии) разрушения, как это было показано

вгл. 1.

1.Если разрушающее напряжение ниже критического, что зависит от распределения сжимающих остаточных напряжений

сварки. Кихара, Масубучи, Иида и Оба [10] подвергли статическому растяжению при различных темпе­ ратурах образцы из листовой стали толщиной 25 мм (0,15% С, 1,00% Мп, 0,06% Si, os = 31,7 кгс/мм2; а„ = 45,0 кгс/мм2), в ко­ торых надрезы были сделаны после сварки (рис. 3). В этих ис­ пытаниях было установлено, что для образцов с надрезами, сде­ ланными после сварки, существует критическая температура, точно так же, как и в случае, если надрезы сделаны до сварки. Ряд типичных результатов показан на рис. 4, здесь же нанесены кривые, определяющие критическое напряжение возникновения и распространения трещины в основном металле. При темпера­ турах ниже критической происходит частичное разрушение; эти результаты показаны на данном графике вместе с результатами

54