Механическая неоднородность сварных соединений. О характере разрушения прослоек сварных соединений и элементов (узлов) сварных конструкций

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

ИКПМТО

Кафедра ТСП

МЕХАНИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Текст лекций по курсу "Специальные

главы прочности сварных конструкций"

Часть II

Комсомольск-на-Амуре

2006

Во второй части конспекта лекции излагаются вопросы вязкого и хрупкого разрушения механически неоднородных сварных соединений, их работы при различных характере нагружения и температурных условиях, вопросы влияния дефектов, учета неоднородности при оценке результатов механических испытаний, при проектировании конструкции соединений и технологии их сварки.

Конспект предназначен для студентов, изучающих курс "Специальные главы прочности сварных конструкций".

.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В первой части текста лекций бита изложены вопросы влияния механической неоднородности на работоспособность соединений, находящихся в вязком состоянии, при их статическом нагружении.

Во второй части рассматриваются с учетом влияния механической неоднородности: сопротивление хрупким разрушениям, робота соединений в условиях низких температур, ударного импульсного и циклического нагружений. Излагаются вопросы учета влияния фактора механической неоднородности при оценке результатов механических испытаний сварных соединений и при конструктивно-технологическом проектировании сварных конструкций. В приложении даны примеры использования ЭНЛ в расчетах, связанных с оценкой роли фактора механической неоднородности.

Изложение материала некоторых разделов предполагает знакомство читателей с элементарными представлениями механики разрушения.

I и II части базируются на исследованиях, выполненных на кафедре "Оборудование и технология сварочного производства" Челябинского политехнического института им. Ленинского комсомола.

Как уже отмечалось в предисловии к первой части текста лекций, литература по теории работоспособности механически неоднородных сварных соединений рассредоточена в большом числе книг и статей.

Настоящее издание является первой попыткой весьма коротко, но комплексно изложить проблему с единых позиций. Поэтому автор заранее благодарит читателей, которые сочтут возможным сделать свои замечания как по существу помещенных здесь материалов, так и по форме их изложения.

Теория работоспособности сварных соединений, основанная на учете их механической неоднородности, продолжает развиваться. За время подготовки настоящего текста лекций она пополнилась новыми исследованиями и разработками, которые, естественно, но смогли быть  отражены здесь. Автор надеется осветить их в последующих изданиях.

При изучении излагаемого раздела курса "Специальные главы прочности сварных конструкций" важно, чтобы студенты достаточно четко и глубоко усвоили основную идею о том, что учет механической неоднородности соединений является весьма важным при проектировании конструкций и технологии их производства, при анализе напряженно-деформированного состояния, прогнозировании механических характеристик, оценке результатов испытаний соединений и степени опасности дефектов.

1. О ХРУПКОМ РАЗРУШЕНИИ ПРОСЛОЕК В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

1.1. О характере разрушения прослоек сварных

соединений и элементов (узлов) сварных

конструкций

Хрупким принято называть такое разрушение, которое проходит без заметных пластических деформаций, а вязким (пластичным)- разрушение после ощутимых пластических деформаций.

Если рассматривать микрокартину разрушения с помощью электронного микроскопа, хрупкое разрушение, при котором на репликах видны ступеньки скола, "речные узоры" и т.д., легко отличить от вязкого, для которого характерно наличие системы ямок.

Однако установлено, что идеально хрупких разрушений металлов не существует, так как такому виду разрушения всегда предшествует некоторая пусть малая пластическая деформация.

При рассмотрении макрокартины разрушения резкая разница между вязким и хрупким разрушением не всегда имеет место. Поэтому для смешанных, промежуточных видов разрушения используют термины: квазихрупкое, полухрупкое, хрупко-вязкое и т.д.

Общепринятой классификации разрушений с учетом всех промежуточных видов не существует и поэтому в литературе встречаются самые разнообразные термины.

Условимся называть вязким разрушение, сопровождаемое развитыми пластическими деформациями во воем сечении (для идеально-пластического материала это отвечает предельному состоянию). Хрупким разрушением в общем случае будем называть такое, которое происходит при номинальных напряжениях меньших продела текучести материала. Однако, когда перед разрушением пластические деформации, хоть и имеют место, но сильно стеснены и их величины порядка упругих деформаций,  как, например, в тонких мягких прослойках, разрушение также будем называть хрупким. С инженерной точки зрения это вполне оправдано, так как в подобных случаях обнаруживаются все характерные признаки хрупкости - кристаллический излом с блестящими фасетками, отсутствие заметного поперечного сужения сечения в месте излом, малое поглощение энергии и т.д.

При оценке характера разрушения следует по разному подходить к прослойке и к элементу (узлу) целой конструкции. Проиллюстрируем это следующим примером. Пусть элемент конструкции - пластина, состоящая из 2-х частей, сваренных встык, подвергается одноосному растяжению в направлении, поперечном шву. В составе соединения имеется мягкая прослойка, например, шов, толщина которой (ширина шва) намного меньше размера пластины в направлении растягивающего усилия.

Если разрушение произойдет по прослойке, то в целом для всей