Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

испытаний по методике «Esso»; разрушение по всей ширине на­ блюдалось при напряжениях выше критического. Уровень крити­ ческого напряжения для возникновения разрушения от низких напряжений, который можно рассматривать как верхнее предель­ ное значение разрушающего напряжения для частичного разру­ шения или как нижний предел для полного разрушения, в зна­ чительной мере определяется величиной и распределением оста­ точных напряжений около надреза. Критическое напряжение для возникновения разрушения при низких напряжениях, которое

рушение образцов основного металла с центральным над­ резом при растяжении; # — полное разрушение при ис­ пытании образцов

по «Esso»; X — трещина не возникла при испытании образцов по «Esso»

можно рассматривать как верхнее предельное значение разру­ шающего напряжения для частичного разрушения или как ниж­ ний предел для полного разрушения, в значительной мере опре­ деляется величиной и распределением остаточных напряжений около надреза. Критическое напряжение, иллюстрируемое такой диаграммой, как на рис. 4, должно обычно увеличиваться с уменьшением концентрации напряжений около надреза или ка­ кой-либо технологической несплошности.

Иида [11] проводил испытания широких пластин на сварных и надрезанных образцах шириной 300—400 мм, в которых над­ резы были сделаны после сварки. По сравнению с испытанными

55

ранее образцами шириной 1 м в этих испытаниях вследствие меньшей ширины максимальные растягивающие остаточные напряжения были меньшими и градиент напряжений был мене» резким. В результате напряжение полного разрушения (в одну стадию) при самой низкой температуре испытаний оказалось на 29% выше предела текучести основного металла при комнатной температуре, а наклон кривой критической температуры для воз­ никновения одностадийного полного разрушения был почти таким же, как на рис. 4.

Наклон кривой критической температуры начала разрушения и ее положение по отношению к оси температуры зависит от различных факторов, таких как форма надреза, марка стали и концентрация напряжений. В таких случаях критическую температуру хрупкого разрушения определяют как критическую температуру при данном уровне напряжений, например расчет­ ном напряжении или его доле по отношению к пределу текуче­ сти. На рис. 4 критическая температура Тс определена как тем­ пература, соответствующая половине предела, текучести ат основного материала при комнатной температуре.

Эксперименты Холла, Норделла, Мунза и Иоши [12—14] так­ же дают интересные сведения о том, как влияет выполнение надреза до или после сварки. В этих работах испытывались пластины из стали ASTM А-212В (0,30% С, 0,90% Мп, 0,28% Si, <Ts = 21,1 кгс/мм2, Ов = 53,5 кгс/мм2) длиной 915 мм, шириной 610 или 915 мм и трех разных толщин. Хотя было исследовано много различных видов надрезов, основное внимание было уде­ лено надрезам трех типов, указанных на рис. 5. Надрез типа 1 делали после снятия фасок (разделка под сварку) на половинах образца, до того как они были соединены сваркой. Надрез типа 2 отличался от первого лишь тем, что после сварки был сделан надрез в самом шве. Надрез типа 6 был полностью сделан после сварки. Положение надреза по отношению к сварному шву и его форма, как будет показано ниже в этой главе, могут заметно влиять на результаты испытаний.

Однако результаты этого исследования показывают, что хрупкое разрушение от низких напряжений может быть получе­ но в равной мере на образцах с надрезами, сделанными до и после сварки, хотя вообще говоря, как отмечали ранее другие исследователи, наименьшие разрушающие напряжения наблю­ даются, если надрезы были сделаны до сварки. Кроме того, было установлено, что для возникновения хрупкого разрушения от низких напряжений необязательно, чтобы сам сварной шов имел дефекты (или надрез).

Результаты испытаний образцов с надрезом типа 1 анало­ гичны только что рассмотренным результатам других исследо­ вателей. Надрез типа 1 в непрерывном сварном шве обладает определенными преимуществами перед надрезами в прерыви­ стом сварном шве, применявшимися в исследовании, где

56

оценивалось влияние предварительного нагрева, отпуска после сварки и механического снятия напряжений; в этих исследова­ ниях сварка являлась важным фактором, который следовало бы учитывать при оценке результатов.

Результаты для образцов толщиной 25,4 мм с надрезами ти­ па 2 и 6 приведены на рис. 6 и 7. Отмечено, что при надрезе типа 2 разрушение происходит обычно в две стадии, тогда как при надрезе типа 6 оно, как правило, имеет лишь одну стадию.

/

Рис. 5. Форма и размеры (мм) надрезов разных типов [13]

первичного и вторичного напряжений, т. е. необходимых для частичного и полного разрушения, становятся близкими) для об­ разцов с надрезом типа 2 составляет около 15° С, тогда как переходная температура для образцов с надрезом типа 6, даю­ щим разрушение в одну стадию, составляет приблизительно

—12° С, т. е. на 27° С ниже. Переходная температура, опреде­ ленная по методу NRL (испытание на удар падающим грузом), для стальной пластины толщиной 25,4 мм была около —12° С.

57

На основании результатов исследований Уэллса [7], Кихары [10] и Холла с сотрудниками [12, 13] некоторое время считалось, что разрушение в две стадии происходит очень редко в том слу­ чае, если надрез делать после сварки, но оно является довольно обычным при надрезе, сделанном до сварки. Последующие исследования показали, что двухстадийное разрушение свой­ ственно обоим типам надрезов. К примеру, на рис. 8 и 9 можно

видеть результаты испытаний пластин из одной и той же стали ASTM А-212В с надрезом типа 6, но разной толщины: 19 мм и 41,3 мм. Если при толщине пластины 25,4 мм обычно наблюда­ лось разрушение в одну стадию (см. рис. 7), то при двух указан­ ных значениях толщины пластины чаще всего разрушались в две стадии, причем критическая температура в обоих случаях

составляла примерно 15° С.

Другие закономерности, которые можно заметить на при­ веденных рисунках, будут рассмотрены ниже в этой главе.

Кроме среднего напряжения, отнесенного к поперечному сечению нетто, представляет также интерес и другой показатель поведения надрезанного сварного образца— общее удлинение

58

при разрыве. Типичные кривые растяжения для образцов с над­ резом типа 6 (сделанным после сварки) показаны на рис. 10. Цифры у кривых означают номер образца; диаграммы сгруппи­ рованы по толщинам образцов и их состояниям.

Шкала по оси абсцисс имеет шаг, составляющий 0,13% об­ щего относительного удлинения на базе 990 мм; специальные измерения показали, что образцы деформировались практически равномерно по всей ширине. Кривые деформации образцов со

всеми типами надрезов, показанные на рис. 10, свидетельствуют о небольшой величине полной деформации перед разрушением. При этом общая деформация при разрушении с увеличением толщины пластины, как правило, уменьшается, и отчетливо проявляется роль технологии обработки пластины в связи со сваркой.

Что касается вида поверхности разрушения, то установлено, что мелкокристаллический излом обычно наблюдается при разрушении при низких напряжениях, тогда как изломы при высоких напряжениях характеризуются грубым шевронным рисунком. Из всех образцов, результаты испытания которых показаны на рис. 6—9, у одного образца разрушение носило чисто вязкий характер (поверхность излома расположена под

59