ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Проектируя любые, в том числе и сварные, конструкции, тщательно учитывают условия их работы и устанавливают определенные запасы прочности. Поэтому в условиях нормальной эксплуатации конструкции не должны разрушаться ранее установленных сроков.

Сварные соединения в конструкциях проектируют обычно из условия равной прочности с основным металлом. Современное состояние сварочной науки и техники в большинстве случаев позволяет обеспечить прочность сварного соединения, более высокую или, по крайней мере, равную прочности основного металла. Если технология сварки правильно выбрана и качественно выполнена, конструкции, как правило, разрушаются вне пределов сварных соединений. Вместе с тем, и до сих пор бывают редкие случаи разрушения сварных соединений в нормальных условиях эксплуатации. Подобные явления наблюдаются и в деталях, изготовленных отливкой, прокаткой, штамповкой и т. п. Чаще всего причиной недостаточной эксплуатационной прочности становятся микро- и макроскопические местные разрушения, возникшие в изделии при его технологической обработке. Известно, что в процессе отливки стальных и, особенно, чугунных деталей в них довольно часто возникают трещины, легко наблюдаемые невооруженным глазом. При прокатке некоторых специальных сталей с чрезмерно высоким обжатием в прокатываемом металле возникает сетка трещин. Таким образом, изделие может оказаться частично разрушенным уже в процессе изготовления, что несомненно снизит его прочность в последующей эксплуатации.

Следует различать прочность конструкции в процессе ее технологической обработки (технологическую прочность) и в условиях эксплуатации (эксплуатационную прочность). Несмотря на то что такое деление весьма условно, его удобно применять при рассмотрении вопросов, связанных с поведением металла при различных видах его технологической обработки.

В процессе изготовления изделия часто испытывают усилия, значительно большие эксплуатационных. Такое несоответствие усилий может привести к недопустимо большим деформациям и разрушению. Дело осложняется тем, что некоторые участки металла в процессе сварки находятся под воздействием очень высоких температур, резко снижающих прочность металла.

Изучение состояния и свойств металла, схем и величин действующих на него усилий, величин и характера деформаций, напряжений и других факторов, от которых зависит возможность появления местных разрушений при изготовлении изделий, составляет содержание науки о технологической прочности.

§ 42. ТРЕЩИНЫ ПРИ СВАРКЕ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

По размерам и влиянию на прочность металла различают две категории местных разрушений, или трещин.

К первой категории относят микротрещины — трещины, размеры которых соизмеримы с параметрами кристаллической решетки. Такие разрушения представляют собой скопления различного рода несовершенств кристаллической решетки. В любых реальных кристаллах практически всегда есть трещины первой категории. Наличие их учитывают, определяя показатели механических свойств металлов, проектируя и рассчитывая конструкции.

Ко второй категории относят более крупные трещины, возникающие в металле при его технологической обработке или в результате эксплуатации изделия. В сварных конструкциях трещины второй категории — обычно опасный дефект, так как под действием даже невысоких эксплуатационных нагрузок они могут развиться и стать причиной серьезных аварий.

При сварке трещины второй категории, очевидно, образуются только тогда, когда пластические деформации, возникающие в результате неравномерного нагрева и охлаждения металла, исчерпают его деформационную способность и напряжения, возрастая, достигнут значений предела прочности.

В процессе нагрева и охлаждения металла при сварке его температура, величины деформаций и напряжений постоянно меняются. Вместе с тем, свойства металла ■— его пластичность и прочность — также весьма сильно зависят от температуры. Чтобы раскрыть механизм возникновения трещин при сварке, целессобразно совместно рассмотреть изменение свойств металла и напряжений в нем в зависимости от температуры.

На участках нагрева металла (перед дугой) возникают напряжения сжатия, при которых вероятность образования трещин мала, вследствие чего эту область можно не рассматривать.

С начала кристаллизации и охлаждения металла шва в нем могут возникать напряжения растяжения, величина которых по мере снижения температуры быстро растет. В интервале температурного превращения у-Ее-*-а-Ее, которое происходит с увеличением объема, растягивающие напряжения снижаются и могут даже перейти в напряжения сжатия. Дальнейшее охлаждение сопровождается ростом напряжений растяжения.

Очевидно, что трещины могут возникать только в том случае, когда величина собственных напряжений с в шве достигнет значений предела прочности ов металла для данной температуры. Это вероятнее всего в области высоких температур — выше 1300 °С. Важно отметить, что вблизи температуры солидус (Тс) наблюдается и резкое снижение пластичности ф, также увеличивающее возможность возникновения трещин в этом интервале температур.

Если под действием собственных напряжений в металле шва происходят пластические деформации, то, по-видимому, величина этих