ХРУПКАЯ ПРОЧНОСТЬ
Несмотря на расхождения во взглядах по вопросу о влиянии сварочных напряжений на прочность конструкций вообще, многие ученые сходятся во мнении о значительном влиянии остаточных напряжений на хрупкую прочность сварных соединений и конструкций. Это наиболее значительный вопрос при рассмотрении влияния сварочных напряжений на работу конструкции.
Л. Сельтенхаммер [ПО], например, называет хрупкое разрушение «проблемой № 1 для стальных сварных конструкций». Такое положение объясняется еще и тем, что большинство аварий сварных конструкций происходит при хрупком разрушении их элементов.
Однако не всякое поле остаточных напряжений влияет на склонность стали к хрупкому разрушению. Так в работе II. Н. Давиденкова и Ф. Ф. Витмана [29] было показано, что присутствие плоского поля остаточных напряжений не повлияло на значение критической температуры хрупкости.
Широкое исследование этого вопроса было сделано в работах И. В. Кудрявцева [45] — [47]. Показано, что линейное и плоское поле остаточных напряжений, созданное термическим способом в различных образцах (тавры, трубы, бруски), не влияет на склонность стали к хрупкому разрушению.
Заметное влияние на хрупкую прочность оказывают в основном только объемные сварочные напряжения с компонентами одинакового знака.
В. В. Шеверницкий и Г. В. Жемчужииков [91] приводят следующую схему механизма хрупкого разрушения сварной конструкции при наличии в ней остаточных напряжений. В сварной конструкции всегда имеются резкие изменения сечения и различного рода дефекты в сварных швах, что создает местное повышение напряжений и объемное напряженное состояние. Возможно также появление, как описано выше, объемного напряженного состояния при электрошлаковой сварке больших сечений. В случае эксплуатации конструкций при низкой температуре металл на участках с резкими концентраторами напряжений может переходить в хрупкое состояние. Однако для того, чтобы в этих местах могла при статической нагрузке зародиться трещина, необходимы средние напряжения выше предела текучести металла. Рабочие напряжения в конструкциях, как правило, всегда бывают ниже предела текучести, поэтому при статических условиях загружения нет оснований ожидать зарождения развивающейся трещины. Если же в районе расположения резкого концентратора напряжений имеются значительные растягивающие остаточные напряжения, то достаточно небольшого импульса, чтобы" появилась и начала распространяться хрупкая трещина.
Если материал сварного соединения находится в хрупком состоянии, то приложение нагрузки не вызывает выравнивания или снятия остаточных напряжений. Это объясняется тем, что в хрупком материале не могут протекать пластические деформации.
Хрупкое разрушение при наличии сварочных напряжений имеет следующие особенности: оно наступает при сравнительно малой нагрузке; накопленная в результате действия остаточных напряжений и эксплуатационных нагрузок внутренняя энергия настолько велика, что первое растрескивание или незначительная деформация, имеющая место при хрупком разрушении, не могут привести к ослаблению напряженного состояния, как это имеет место при отсутствии остаточных напряжений и малой энергоемкости детали или конструкции.
X. Кихара отмечает, что при достаточно высокой рабочей температуре сварное соединение выходит из строя при весьма высоких разрушающих напряжениях и остаточные сварочные напряжения не оказывают влияния на величину этих разрушающих напряжений i[102]. Когда рабочая температура выше критической температуры торможения процесса распространения хрупкой трещины (для основного металла), хрупкое разрушение может возникнуть при довольно низких напряжениях, однако при этом трещина остановится после распространения на некоторую длину. Полное разрушение соединения происходит в этом случае при высоком разрушающем напряжении. Остаточные сварочные напряжения оказывают влияние на работоспособность сварной конструкции. При температуре испытания ниже температуры торможения трещины хрупкое разрушение будет происходить так: а) если напряжение от внешней нагрузки, при котором возникла трещина, ниже критического напряжения, обусловливающего хрупкое разрушение при данной температуре, распространение трещины приостановится, а полное разрушение произойдет при высоких разрушающих напряжениях; в этом случае остаточные напряжения не влияют на величину разрушающей нагрузки; б) если напряжение возникновения трещины выше критического напряжения, трещина распространится на все сечение образца, сварное соединение будет разрушено полностью при небольших значениях разрушающего напряжения; в этом случае остаточные напряжения оказывают существенное влияние на несущую способность сварной конструкции.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.