Вязкость разрушения сварных швов

О вязкости разрушения сварных швов написано много; причиной, побуждающей к проведению обширных исследований, была малая величина временного сопротивления сварных конструкций, выполненных из низкопрочных структурных сталей. Прочностные свойства сварных швов зависят от многих параметров, наиболее важными из которых являются следующие:

  1. состав и свойства основного материала;
  2. состав и свойства сварочного материала;
  3. метод сварки;
  4. размер зоны, подверженной тепловому воздействию;
  5. размер зоны, подверженной термическому воздействию;
  6. наличие остаточных напряжений.

Детальное обсуждение влияния этих параметров на прочностные характеристики сварного шва выходит за рамки настоящей работы. Краткое же описание носило бы слишком отрывочный характер, поскольку имеющиеся данные вряд ли можно обобщить. Кроме того, большинство исследований по данному вопросу основано на качественных представлениях о вязкости материала, связанных с понятиями энергии Шарпи и РТ, которые в механике разрушения не играют основной роли. Несмотря на то, что проблема разрушения в сварных швах и сварных конструкциях представляет большой интерес для конструкторов и инженеров, далее будут приведены доводы, говорящие за то, что детально этот вопрос обсуждать не нужно. Мы приведем только несколько общих замечаний. Более подробно этот вопрос освещен в литературе (например, [26—28]).

Сварные швы, в которых практически отсутствуют дефекты, обладают приблизительно той же ударной вязкостью, что и основной материал (см. [26, 28]), за исключением случая, когда за счет изменения микроструктуры повышается температура вязкохрупкого перехода в низкопрочных сталях в зоне, подверженной тепловому воздействию. На рис. 14.16 показаны изменения величины KIc в сечении сварочного шва в легированной стали с 18%-ным содержанием никеля. Подобную же картину можно получить с помощью данных, приведенных в работе [26], для нескольких сталей низкой и средней вязкости (табл. 14.2).


Таблица 14.2 Вязкость разрушения сварных швов

Термообработка Марки сталей
QT35 HY-80L T11 HY-80H
Закаленная и отпущенная (испытана приблизительно при –320°F) 50 56 80 118
Закаленная для имитации зоны, подверженной тепловому воздействию быстроохлаждаемого сварного шва (испытана приблизительно при –200°F) 86 74 81 98
Охлаждённая в печи для имитации зоны, подверженной тепловому воздействию медленно охлаждаемого сварного шва (испытана приблизительно при -200°F) 107 33 56 69

Рис. 14.16. Изменения вязкости разрушения в сечении сварного шва,
полученного при сварке листов из легированной стали с 18%-ным содержанием никеля
в присутствии вольфрамового инертного газа (ВИГ) [28]

Термообработка, используемая для имитации зоны, подверженной тепловому воздействию сварного шва, на различные материалы влияет по-разному. Медленное охлаждение, вероятно, отрицательно влияет на вязкость разрушения материала. Вообще говоря, зона теплового воздействия при сварке в малопримесных сталях более предрасположена к образованию трещин, чем в сталях со средним содержанием примесей и легированных сталях.

Повышение температуры перехода при сварке низкопрочных структурных сталей может привести к тому, что в этом материале станет возможным хрупкое разрушение. И хотя в процессе сварки вязкость разрушения высокопрочных сталей существенно не изменяется, сварной шов все-таки является областью, в которой возможно зарождение разрушения. Причиной тому служат дефекты, которые имеются в любом сварном шве. Небольшие раковины могут вызвать разрушение в высокопрочных материалах при низких напряжениях, и эти раковины трудно обнаружить. Кроме того, образованные при сварке раковины, размеры которых ниже критического, под объединенным действием остаточных и номинальных напряжений могут вырасти до критических размеров (см. [27]). Если бы, зная температурное поле и свойства материала, с определенной степенью достоверности можно было определить распределение остаточных напряжений вокруг сварного шва, то в принципе было бы возможно определение коэффициента интенсивности напряжений для дефекта, имеющего вид трещины и находящегося в районе сварного шва. Следует также учитывать те изменения, которые вносит в поле остаточных напряжений сама трещина. На практике по нескольким причинам столь детальный анализ неосуществим, и поэтому часто используют такое положение сварного шва, при котором остаточные растягивающие напряжения не накладываются на напряжения, определяемые внешними нагрузками, либо подвергают сварной шов термообработке, ослабляющей остаточные напряжения в нем.

Наилучшим решением проблемы разрушения сварных конструкций является сварной шов, в котором практически полностью отсутствуют раковины. Выбор соответствующего метода сварки, а также высокая квалификация сварщика позволяют не допустить образования раковин из-за неполного проплавления, усадки и растрескивания в горячем или холодном состоянии. Кроме того, гарантия безопасной эксплуатации должна обеспечиваться тщательным анализом на наличие раковин как до, так и в процессе эксплуатации. Зная минимальный размер трещины, при котором возможно ее обнаружение, и используя наиболее подходящий метод анализа, с помощью принципов механики разрушения можно обеспечить надлежащий надзор за высокопрочными сварными конструкциями. Для гарантии безопасной эксплуатации низкопрочных сварных конструкций достаточно проверять температуру вязкохрупкого перехода в них. При температурах, превышающих температуру перехода, прочность таких конструкций мало изменяется даже при наличии больших раковин. Тем не менее эти раковины могут расти и в конце концов достигнуть критического размера. Поэтому и в этом случае остаются необходимыми сварные швы без раковин и проверки на наличие этих раковин. Качественно о процессе разрушения следует судить по энергии Шарпи или РТ.



 Предыдущая  § 14.6. Вязкость разрушения сварных швов  Следующая 
 
MYsopromat.ru - сопромат в режиме on-line
Яндекс цитирования
Наш сайт работает на Sapid CMS