Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Для высокопрочных металлов с пределом текучести более 1(1() кгс/ммз, а также пРн темпеРатУРах ниже Ткр„пРн котоРых малопРочные металлы разрушаются хрупко и имеют невысокие К(„затруднений с проведением испытаний не возникает, так как образцы оказываются умеренных размеров. Критерии К и К( в этих случаях можно использовать для определения свойств с (с металла шва и околошовных зон, а также и основного металла, При подходе к Ткр, слева и выше Тк„, величины К, и К(с резко возрастают, указывая на высокую сопротивляемость металла разрушению.
В этом случае необходимы крупные образцы для получения точного колйчественного результата. Если сварную конструкцию изготовляют из проката определенной толщины, то получить сварные соединения большей толщины либо невозможно, либо нецелесообразно вследствие изменения условий сварки. Поэтому определяют условные характеристики при испочлзовании образцов уменьшенных размеров. Один из путей состоит в сле- 117 116 Хладостойкость сварньт соединени// Оценка свойств при низких температурпх дующем.
Условия, соответствующие плоской деформации, при значительных пластических деформациях удовлетворяются выбором толщины металла Ь в 2,5 раза больше размера )Ут непрорезанной части образца (рис. 4, и). В процессе испытания записывается, как обычно, диаграмма Р = / (Л) или Р = =/(Ь) (рис.
4, б), где Л вЂ” перемещение точек С и /7 относительно друг друга; 9 — угловой поворот одной половины образца относительно другой, зависящий только от ослабления сечения надрезом, т. е. не включающий в себя деформации частей образца, удаленных от надреза. По известным в механике разрушения формулам на линейном участке ОЕ диаграммы подсчитывают коэффициент К интенсивности напряжений как линейную функцию от Л или 0, т.
е. К = аб, а затем коэффициент пропорциональности а используют для приближенного определения условного критического коэффициента интенсивности напряжений: (1) Графически это можно представить как экстраполяцию линейной зависимости до некоторой условной точки Р,. „„ (см.
рис. 4, б). Точка М на диаграмме — точка действительного разрушения об- Р разца. На основе численных расчетов в пластической области установлено, что такой процедурой получения К| у л можно а! пользоваться, если разрушение образца произошло до образо- Рис. 4. Схемы испытания образцов, обеспечивающих плоскую деформацию при изгибе: а — Форма образца; б — диаграмма зависимости Р от б и 8; а — расположеиие зои пластических деформаций / и 2 ес'вс 4/ пиния пластического шарнира в ослабленном сечении, что соответствует встрече зоны / пластических деформаций, распространяющейся от конца трещины, с зоной 2 пластических деформаций„распространяющейся от тыльной гладкой стороны образца (рис.
4, в), Для определения К/, металла шва, с учетом его сопротивляемости разрушению от непровара, целесообразно использовать естественный непровар как концентратор, заменяющий надрез (см. рис. 4, а). Сварные соединения часто имеют концентраторы, радиус закругления дна которых может не быть нулевым, как это принимают для трещин (рис. 5). Это места переходов от шва к основному металлу в стыковых (рис. 5, а) и угловых (рнс. 5, б и в) швах, места сопряжений с фасонками (рис.
5, г) или в некоторых случаях места непровара с плавным радиусом. Сопротивляемость разрушению сечений с такими концентраторами целесообразно характеризовать средней разрушающей деформацией з,р, а саму зону концентратора — критическим коэффициентом интенсивности деформаций )т (3). Критический коэффициент интенсивности деформаций зависит как от свойств металла вблизи концентратора, в частности, от разрушающей максимальной деформации е,, так и от радиуса концентратора г. Процедура испытаний для экспериментального определения Ур и требования к образцам изложены в работе Я.
В случае трещины, расположенной в растянутой бесконечной пластине, $' п)тЕ (2) 2 ,где Š— модуль упругости. Стремление получить сведения о сопротивляемости металла разрушению на небольших образцах, не обращаясь к требованиям механики разрушения в части определения К/с и К,, привело к разработке кинематического критерия (критерия перемещения) б, (8). Первоначально концепция критического раскрытия б, разрабатывалась на узких надрезах и предусматривала непосредственное определение раскрытия конца надреза путбм егб 1/йЧбрбй)/я лбйатбчйьТМ датчг(ком, устййовленным на дно надреза.
Вычитая из конечной ширины надреза Ьк в момент начала а) Рис. 5. Сварные соединения: а — стыковые: б, а — с угловыми швами; а — с фасоикоб разрушения начальную величину Ь„, можно было определить б, = Ьк — Ьи (рис. 6, а), Переход от надрезов к трещинам сделал невозможным непосредственное определение истинного критического раскрытия б„и оно было фактически заменено условной величиной перемещения Лс (рис. 6, б), определяемого как сумма пластических деформаций ева напротив дна надреза или трещины в сечении А — А (рис. 6, а). Нахлесточные соединения с угловыми швами, а в некоторых случаях и тавровые соединения имеют непровар (рис.
7), который при низких температурах может оказаться опасным концентратором. По аналогии с критерием Лс для оценки Рис. 6, Изменение контура надреза (а) н трещины (б) пбсле протекания пластической деформации пластичности угловых швов можно применять критерий бр, означающий пере мещение точек С и /З, которое достигается к моменту разрушения углового шва 17). В зависимости от схемы действия сил РР Р// нли Р~11 на рис.
7, а следует различать Л для таврового (/), лобового (//) и флангового (///) швов. При произвольном йоложении вектора силы целесообразно определять Л в направлении действия силы. Критерий Л можно использовать для определейия запаса пластичности углового шва илн для сравнительной оценки между собой свойств наплавленного металла, рациональности режимов сварки или термической обработки.
Большое значение для оценки свойств сварных соединений и основного металла имеют энергетические критерии (см. табл. 1). Следует различать методы количественного определения характеристик, которые дают результаты, зависящие от размеров и формы образцов (ач, ар, аи), и такие, которые позволяют получать ре- 118 1! 9 Хладосгойкость сварных соединений Ос(енка свойств при низких температурах зультаты, зависящие только от свойств металла (6~„6,, 6 ). Для определения свойств металла околошовных зон и шва широко применяют испытания на ударный и статический изгиб призматических образцов размером 10 Х 10 Х 55 мм с записью и без записи диаграмм Р (снла) — ) (прогиб образца).
Диаграмма (рис. 8, а) имеет линейный упругий участок ОА, участок изгиба образца АВ до появления в надрезе трещины или до начала ее движения, если трещина создана заранее, и участон ВС, если трещина распространяется по поперечному сечению образца„ Рис. 7. Схемы действия сил Р1, РП, РП1 на нахлесточное (а) и тавровое (б) соединения Площадь фигуры ОАВР представляет собой работу пластической деформации образца на стадии до начала движения трещины, плогцадь РВŠ— накопленную (в основном в образце) энергию упругой деформации, площадь РВСР является работой пластической деформации образца во время продвижения трещины.
Прн хрупком распространении трещины (рис. 8, б) удается определить только работу пластической деформации изгиба — площадь ОА ВР. Вертикальный участок диаграммы по линии ВЕ указывает лишь на то, что работа, истраченная на распространение трещины, меньше величины энергии упругой деформации, выражаемой площадью РВЕ„но какова она в действительности, установить невозможно, Рис. 8. Характер диаграмм Р— ~ прн вязком (а) и хрупком (б) распространении трещины з е к г' э е 5' ау ю1 Попытки разделить полную работу разрушения образца на ее составляющие привели к разработке нескольких методов (2).
Один из методов заключается в усилении остроты надреза вплоть до предварительного создания трещины в образце, чтобы максимально уменьшить площадь ОАВР и считать ее практически равной нулю. Тогда при копровых испытаниях вся работа разрушения образца может быть принята как работа распространения трещины. Существуют методы, в которых испытывается серия образцов с разными радиусами надреза или испытания проводятся с последовательным увеличением энергии маятника с тем, чтобы путем построения диаграмм разделить работу на две составляющие А, и Ар [2). Следуг. однако, признать, что достаточно правильно определить работу распространения трещины на маленьких образцах с поперечным сечением 10 Х 10 мм невозможно по следующим причинам.
При хрупких разрушениях образцов эти методы неточны, а при вязких размер зоны пластических деформаций в реальном конструктивном элементе может превосходить в несколько раз размер зоны пластических деформаций в образце. Указанные методы пригодны для сравнительных испытаний металлов и качественной оценки изменения свойств в зависимости от температуры. Наиболее правильные принципы определения работы разрушения металла устанавливает механика разрушения. Она различает работу 6, и 6,, затрачиваемую на начало движения трещины, и работу Од динамического (быстрого) распространения трещины. В обоих случаях размер образца должен быть таким, чтобы зона пластических деформаций у конца трещины соответствовала размеру зоны в натуральном массиве металла или в листе больших размеров. Если в листовом элементе прн его разрушении не создаются условия плоской деформации, то получают работу О„а если толщина листа велика по сравнению с размером зоны пластических деформаций и обеспечиваются условия плоской деформации, то получают работу 6 .
Обычно е,ът Ос = Кзс/Е~ (8) Ог с — (1 — р') Кс!с (4) Сопротивляемость металла быстрому динамическому распространению трещины количественно может быть оценена по работе 6 или объему пластической деформации ~ аяхс(и (см. табл. 1). Для определения Од может быть использован метод тепловой волны [2), а для вычисления ) в„, Иу необходимо располагать распределением пластических деформаций вблизи гра.- ниц разрушения (рис. 9), найденным, например, рентгеновским методом. Существуют также другие Раз ообРазные методы качественного ОПРеделениа ц"'„ил ',бн!'Рам' Ч'шина в глу нну металла хладостойкости сварных соединений и элементов конструкций (2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
