|
| |
|
Слаботочка Книги  ствуют о большой пластической деформации металла, указывающей на большую работу, израсходованную при разрушении. Между работой, затраченной на распространение трещины, и площадью волокнистых участков излома имеется пропорциональная зависимость. Резкое уменьшение волокнистости в изломе при понижении температуры испытания свидетельствует о резком уменьшении работы разрушения. Поэтому степень волокнистости излома используется как характеристика для определения критической темпера-. туры, например при 50 % площади с волокнистым изломом (см. гл. 5). Различают распространение трещин со скоростями в десятки и сотни метров в секунду и распространение трещин при повторных нагружениях невысокими напряжениями, когда трещина продвигается при каждом цикле нагружения на весьма малое расстояние. Хрупким разрушениям соответствуют высокие скорости распространения трещин - обычно более 500- 600 м/с, полухрупким и вязким - относительно малые-100- 400 м/с и менее. При циклических нагрузках регистрируют число циклов и путь, пройденный трещиной. Скорость распространения трещины d d/V (мм/цикл) зависит от размаха интенсивности напряжений А/С в пределах цикла, в меньшей степени от абсолютного уровня К и частоты нагружении. Значение All AN изменяется в весьма широких пределах: от нуля при малых А/С и /С до 10 мм/цикл и более. Для переменной нагрузки Парисом предложена следующая приближенная эмпирическая зависимость: d d/V = CoA< (3.54) где Ср, а - постоянные коэффициенты, определяемые при обработке экспериментальных данных. Рис. 3.41. Определение работы распространения трещины путем регистрации Ту по методу тепловой волны: а - схема расположения электродов в зоне предполагаемого движения трещины, б - термический цикл в точке / § 11. Влияние дефектов на механические свойства сварных соединений и их работоспособность Формирование сварных соединений в процессе сварки происходит под влиянием большого числа факторов. Форма, размеры, поверхности сварных швов всегда имеют отклонения от проектных. Радиусы сопряжений швов с основным металлом колеблются в широких пределах. Взаимное расположение соединенных элементов также может отличаться от проектного вследствие смещений и угловых поворотов. Сплошность ме- талла сварных соединений в некоторых случаях нарушается из-за появления пор, шлаковых включений, пленок оксидов, несплавления шва с основным металлом, непроплавления соединения, трещин и др. Соединения могут иметь подрезы и наплывы. Подобные отклонения на практике оказываются неизбежными и, безусловно, оказывают влияние на механические свойства сварных соединений. Степень влияния различных отклонений в различных условиях эксплуатации будет разной. При малых отклонениях формы соединения от проектной изменение прочности может быть пренебрежимо малым. Поэтому не всякие отклонения и не всегда относят к дефектам сварных соединений. Дефектами считают недопустимые отклонения. Граница между теми и другими, конечно, условна и устанавливается нормами. Нормы, согласно которым отклонения относят к дефектам и браку, должны в первую очередь устанавливаться на основе изучения влияния отклонений на прочность и другие эксплуатационные свойства сварных изделий. Однако часто нормы по дефектности устанавливают, ориентируясь на технически достижимый уровень качества сварных соединений, чтобы поддерживать культуру производства на высоком уровне. Проблема влияния дефектов на прочность сварных соединений крайне сложна и многопланова. Решить ее можно, учитывая условия эксплуатации, характер дефекта и свойства металла сварного соединения. Поэтому исследования в области влияния дефектов на прочность группируются вокруг отдельных вопросов. Например, в особые направления выделяются вопросы влияния дефектов при переменных нагрузках, в условиях коррозии, при низких температурах и т. д.; в зависимости от вида дефекта рассматривается влияние трещин, непроваров, пор, смещений, мест перехода от наплавленного металла к основному и т. п.; проводят исследования различных материалов: высокопрочных сталей, алюминиевых и титановых сплавов и т. д. В связи с таким многообразием проблем в настоящем параграфе рассматриваются только наиболее принципиальные вопросы чувствительности металла к концентрации напряжений, а именно при наличии трещин как наиболее опасных дефектов при статических нагрузках. Наибольшее влияние дефекты оказывают при переменных нагрузках (см. гл. 4). При статических нагрузках вопрос о влиянии дефектов на прочность в большинстве случаев сводится к вопросу о чувствительности металла к концентрации напряжений. Общепринятого определения понятия чувствительности металла к концентрации напряжений не существует. Наметились два направления в оценке чувствительности- на базе аппарата механики разрушения в отношении трещин и трещинообразных дефектов и на базе теории концентрации напряжений. Все металлы в той или иной мере чувствительны к концентрации напряжений. Под действием статической нагрузки при наличии трещин в качестве меры чувствительности, а лучше сказать, в качестве меры нечувствительности металла к концентрации напряжений в условиях плоской деформации можно использовать критический коэффициент интенсивности напряжений металла Kic-Чем он выше, тем менее чувствителен металл к концентрации напряжений. Однако при другой температуре тот же самый металл мажет оказаться чувствительным к концентрации напряжений. Так как каждый металл обладает определенным уровнем прочности - предело.м текучести и пределом прочности - и обычно предназначен для работы при напряжениях, несколько меньших 0, то оценку нечувствительности в присутствии трещин более точно можно дать по отношению KiJt Для образного представления эту величину можно рассматривать как пропорциональную корню квадратному из длины трещины в бесконечной пластине, при которой среднее разрушающее напряжение равно о,. Тогда /Ci7cT, = 0,l/<72/0, = l/H72yX, (3.55) где -длина трещины, вызывающая разрушение металла при 0 = 0т. Для высокопрочных сталей размер составляет миллиметры или даже десятые доли миллиметра - эти стали крайне чувствительны к наличию трещин; низколегированные стали невысокой прочности при комнатной температуре имеют Z, измеряемое сотнями миллиметров. Таким образом, чувствительности этих групп сталей к концентрации напряжений различаются более чем в 10 раз. Однако не всегда толщина металла достаточна, чтобы можно было создать условия плоской деформации и дать оценку нечувствительности по /Cic/Of Уход от плоской деформации не означает перехода к плоскому напряженному состоянию. В условиях неплоской деформации существует широкая гамма промежуточных напряженных состояний. Чем меньше толщина проката из одного и того же металла, тем менее чувствителен он к концентрации напряжений, т. е. его разрушение при одной и той же длине / сквозной или одной и той же относительной глубине Us несквозной трещины будет происходить при более высоких напряжениях. В известной мере можно говорить, что толщина в данном случае является фактором хотя и не относящимся к свойствам металла, но рлияющим на его чувствительность к наличию трещин. При сквозных трещгпчах нечувствительность металла конкретной толщины к концентрации напряжений в условиях неплоской деформации может быть оценена по отношению Kcjo.. При этом ЛГс - наименьший при рассеянии значения критического коэффициента интенсивности напряжений ЛГс, которые определены при напряжениям, меньших 0. Это означает, что из серии значений ЛГ, найденных и при 0 > 0, ЛГс - максимальное, которое может быть вообще воспринято металлом данной толщины без разрушения при наличии сквозной трещины. Образная трактовка ЛГс а = = Ул/2У1т. остается той же самой, что дана для формулы (3.55). В случае поверхностных (несквозных) трещин оценка нечувст-витгльности металла к концентрации напряжений для монолитных деталей большого сечения также проводится по соотношению (3.55), 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 [41] 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 |