Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань
Описано методики оцінки міцності стикових зварних з’єднань за тріщиностійкістю шляхом осьового розтягу малогабаритних циліндричних зразків із кільцевою тріщиною і триточкового згину балкових зразків із боковою тріщиною, що ініційовані в низько- або середньо- міцних наплавках, уварених у високоміцні...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2007
|
| Назва видання: | Проблемы прочности |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48073 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань / М.С. Когут // Проблемы прочности. — 2007. — № 4. — С. 62-76. — Бібліогр.: 43 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-48073 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-480732013-08-31T15:10:53Z Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань Когут, М.С. Научно-технический раздел Описано методики оцінки міцності стикових зварних з’єднань за тріщиностійкістю шляхом осьового розтягу малогабаритних циліндричних зразків із кільцевою тріщиною і триточкового згину балкових зразків із боковою тріщиною, що ініційовані в низько- або середньо- міцних наплавках, уварених у високоміцні основи цих зразків. Детально досліджено пришовну ділянку стикового зварного з’єднання, де виявлено найменшу тріщиностійкість металу зони сплавлення і найбільшу - вихідного матеріалу незалежно від типу випробувальних зразків. Метали шва і зони термічного впливу мають більші значення тріщиностійкості, аніж зона сплавлення, і менші порівняно з вихідним матеріалом. На прикладі осьового розтягу трубчастого зразка з внутрішньою кільцевою тріщиною в наплавці досліджено тріщиностійкість для семи варіантів неоднорідних зварних з’єднань в залежності від впливу режимів термічної обробки сталей: 35 і Ст. 3 після нормалізації, 09Г2С, 20Х і 30ХГСА після гартування та середнього відпуску і нормалізації. Описаны методики оценки прочности стыковых сварных соединений по трещиностойкости путем осевого растяжения малогабаритных цилиндрических образцов с кольцевой трещиной и трьохточечного изгиба балочных образцов с боковой трещиной, которые инициированы в низко- или среднепрочных наплавках, вваренных у высокопрочные основы образцов. Детально исследовано пришовный участок стыкового сварного соединения, где обнаружено, что металл зоны сплавления имеет наименьшую трещиностойкость, исходный материал независимо от типа испытуемых образцов - наибольшую. Значения трещиностойкости металлов шва и зоны термического влияния по сравнению с таковыми зоны сплавления больше, а по сравнению с исходным материалом - меньше. На примере осевого растяжения трубчастого образца с внутренней кольцевой трещиной в наплавке исследована трещиностойкость для семи вариантов неоднородных сварных соединений в зависимости от влияния режимов термической обработки сталей: 35 и Ст. 3 после нормализации, 09Г2С, 20Х и 30ХГСА после закалки, среднего отпуска и нормализации. We describe the strength evaluation techniques for butt welded joints by crack resistance criterion. These techniques are based on results of tensile loading of small cylindrical specimens with a circum ferential crack and three point bending loading of cantilever beam specimens with an edge crack. Cracks of both types are initiated in low or medium strength weld depositions welded into the high-strength bases of the above specimens. We provide a detailed study of the weld adjoining area of butt welded joints, where the fusion zone metal shows the lowest level of crack resistance, while the ini tial metal the highest one, irrespective of the type of loading. Crack resistance parameters of metals of the weld and the heat-affected zone are higher, than those of the fusion zone, but lower than those of the initial metal. Using the results of axial loading of tube-shaped speci men with an internal circumferential crack in weld deposition, we study crack resistance of nonuniform buttwelded joints for seven cases, differing by materials and heat treatment re gimes: steel 35, steel 3 after normalization, steels 09G2S, 20Kh, and 30KhGSA after hardening, medium-temperature tempering, and normalization. 2007 Article Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань / М.С. Когут // Проблемы прочности. — 2007. — № 4. — С. 62-76. — Бібліогр.: 43 назв. — укр. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48073 621.791.92 uk Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Когут, М.С. Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань Проблемы прочности |
| description |
Описано методики оцінки міцності стикових зварних з’єднань за тріщиностійкістю шляхом осьового розтягу малогабаритних циліндричних зразків із кільцевою тріщиною і триточкового згину балкових зразків із боковою тріщиною, що ініційовані в низько- або середньо- міцних наплавках, уварених у високоміцні основи цих зразків. Детально досліджено пришовну ділянку стикового зварного з’єднання, де виявлено найменшу тріщиностійкість металу зони сплавлення і найбільшу - вихідного матеріалу незалежно від типу випробувальних зразків. Метали шва і зони термічного впливу мають більші значення тріщиностійкості, аніж зона сплавлення, і менші порівняно з вихідним матеріалом. На прикладі осьового розтягу трубчастого зразка з внутрішньою кільцевою тріщиною в наплавці досліджено тріщиностійкість для семи варіантів неоднорідних зварних з’єднань в залежності від впливу режимів термічної обробки сталей: 35 і Ст. 3 після нормалізації, 09Г2С, 20Х і 30ХГСА після гартування та середнього відпуску і нормалізації. |
| format |
Article |
| author |
Когут, М.С. |
| author_facet |
Когут, М.С. |
| author_sort |
Когут, М.С. |
| title |
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань |
| title_short |
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань |
| title_full |
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань |
| title_fullStr |
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань |
| title_full_unstemmed |
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань |
| title_sort |
тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48073 |
| citation_txt |
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних з’єднань / М.С. Когут // Проблемы прочности. — 2007. — № 4. — С. 62-76. — Бібліогр.: 43 назв. — укр. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT kogutms tríŝinostíjkístʹodnorídnihíneodnorídnihstikovihzvarnihzêdnanʹ |
| first_indexed |
2025-07-04T08:14:34Z |
| last_indexed |
2025-07-04T08:14:34Z |
| _version_ |
1836703416898813952 |
| fulltext |
УДК 621.791.92
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних стикових зварних
з’єднань
М . С . К о гу т
Львівський державний аграрний університет, Львів, Україна
Описано методики оцінки міцності стикових зварних з ’єднань за тріщиностійкістю шляхом
осьового розтягу малогабаритних циліндричних зразків із кільцевою тріщиною і триточко-
вого згину балкових зразків із боковою тріщиною, що ініційовані в низько- або середньо-
міцних наплавках, уварених у високоміцні основи цих зразків. Детально досліджено пришовну
ділянку стикового зварного з ’єднання, де виявлено найменшу тріщиностійкість металу зони
сплавлення і найбільшу - вихідного матеріалу незалежно від типу випробувальних зразків.
Метали шва і зони термічного впливу мають більші значення тріщиностійкості, аніж зона
сплавлення, і менші порівняно з вихідним матеріалом. На прикладі осьового розтягу труб
частого зразка з внутрішньою кільцевою тріщиною в наплавці досліджено тріщиностій
кість для семи варіантів неоднорідних зварних з ’єднань в залежності від впливу режимів
термічної обробки сталей: 35 і Ст. 3 після нормалізації, 09Г2С, 20Х і 30ХГСА після
гартування та середнього відпуску і нормалізації.
Ключові слова: стикове з ’єднання, зварний ш ов, тр іщ иностійкість, н ап лав
ка, ци лін дри чн ий зразок, балка.
1. П о с т а н о в к а п р о б л ем и . П рактика експлуатації зварних конструкцій
та аналіз причин руйнування їх елем ентів зі стиковим и ш вам и, показує, що
вони, як правило, виходять з ладу через наявність технологічни х дефектів
(непровари , пустоти або вклю чення), які сприяю ть ф орм уванню приш овних
д ілян ок із пониж еною міцністю .
В плив м еханічної неоднорідності зварних з ’єднань біля д ілянки ш ва на
їх м іцн ість в ум овах крихкого та квазікрихкого руйнування оцінено на
основі критеріїв м еханіки руйнування, зокрем а тр іщ и ностій кості К с (Кіс)
та критичного розкриття тр іщ и ни д с , в роботах [1 -3 ]. П евні напрацю вання
щ одо оцінки м іцн ості стикових зварних з ’єднань зі сталі 50 за парам етрам и
К 1 с і д с п ісля випробувань балкових зразків із боковими тр іщ и нам и у
прям ом у і косом у ш вах отрим ано раніш е [4]. В ідом і також для оцінки
м іцн ості сталей середньої і низької м іцн ості та їх зварних з ’єднань методики
визначення К 1 с через парам етр д с - критичне розкриття тр іщ и ни [5-12],
побудован і на кон цепц іях д с-м оделі Л ео н о в а-П ан асю ка [13] та м етодах
/- ін т е гр а л а або ^ -к р и в и х [14 -18 ], використання яки х доцільне у випадках
значних пластичних деф орм ацій , щ о м аю ть м ісце на продовж енні верш ини
тріщ ини.
Суть /- ін т е г р а л а полягає в застосуванні енергії деф орм ац ії для оцінки
тр іщ и ностій кості м атеріалу в пруж но-пластичн ій постановц і при пош иренні
тр іщ и ни та аналізі д іаграм руйн ування з вираж еною текучістю . С ам а кон
цепція контурного енергетичного інтеграла сф ормульована незалеж но Ч ере-
пановим [19, 20] і Райсом [21, 22]. Разом із тим цей метод потребує певної
доробки [23 -25 ], хоча основн і полож ення і м етодика виконання дослідж ень
за методом /- ін т е г р а л а знайш ли своє виріш ення у м іж народних норм а
© М. С. КОГУТ, 2007
62 ISSN 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 4
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних
т и в н и х д о к у м е н т а х [ 2 6 , 2 7 ] , я к і н а с ь о г о д н і м е т о д о л о г і ч н о д о п о в н е н і в
п р о е к т а х є в р о п е й с ь к и х с т а н д а р т і в [ 2 8 - 3 0 ] .
С л і д з а з н а ч и т и , щ о о с н о в н а п р о б л е м а п р и р е а л і з а ц і ї т а к и х д о с л і д ж е н ь
п о в ’я з а н а з в и м і р ю в а н н я м к р и т и ч н о г о р о з к р и т т я т р і щ и н и д с , а д ж е н е
в і д о м о , н а я к і й в і д с т а н і в і д в і с т р я м а к р о т р і щ и н и ( с о т и х , т и с я ч н и х м і л і м е т р а
ч и в е л и ч и н и д і а м е т р а з е р н а с т р у к т у р и м а т е р і а л у ) м о ж н а к о р е к т н о й о г о
в и з н а ч и т и , о с к і л ь к и , я к п о к а з а н о в р о б о т а х [ 3 1 , 3 2 ] , д с = д пл — д пр , д е д п л -
п л а с т и ч н а і д пр - п р у ж н а с к л а д о в і д е ф о р м а ц і й п р и р у й н у в а н н і м а т е р і а л у . У
т о й ж е ч а с м е т о д и к а в и м і р ю в а н н я д с п о т р е б у є р о з р о б к и с к л а д н о ї к о н т
р о л ь н о - в и м і р ю в а л ь н о ї т е х н і к и ( д а т ч и к и , а п а р а т у р а , т е х н о л о г і я в и г о т о в л е н н я
д о с л і д н о г о з р а з к а з т р і щ и н о ю т о щ о ) .
Н е з в а ж а ю ч и н а а н а л і з н а в е д е н и х в и щ е д о с л і д ж е н ь , р я д п и т а н ь і з ц і є ї
а к т у а л ь н о ї п р о б л е м и п о т р е б у є в и р і ш е н н я . З о к р е м а , н е д о с т а т н ь о в и в ч е н о
в п л и в т е х н о л о г і ч н и х і к о н с т р у к т и в н и х ч и н н и к і в н а м і ц н і с т ь с т и к о в и х з ’є д
н а н ь з а к р и т е р і є м К і с в з а л е ж н о с т і в і д с п о с о б у т а г е о м е т р і ї ф о р м у в а н н я
ш в а п і д ч а с з в а р ю в а н н я о д н о р і д н и х а б о н е о д н о р і д н и х м а т е р і а л і в . М а л о
е ф е к т и в н и х м е т о д и к щ о д о в и з н а ч е н н я т р і щ и н о с т і й к о с т і К і с м е т а л у з в а р
н и х з ’ є д н а н ь ( п р и ш о в н о ї д і л я н к и ) н а п р о с т и х і е к о н о м і ч н и х л а б о р а т о р н и х
з р а з к а х , я к і м о ж н а б у л о б з а с т о с о в у в а т и в і н ж е н е р н і й п р а к т и ц і .
М е т а р о б о т и - в с т а н о в и т и т р і щ и н о с т і й к і с т ь К і с о д н о р і д н и х і н е о д н о
р і д н и х з в а р н и х з ’є д н а н ь і з с т и к о в и м и ш в а м и н а ц и л і н д р и ч н и х , п р и з м а
т и ч н и х і т р у б ч а с т и х з р а з к а х і з т р і щ и н а м и в з а л е ж н о с т і в і д р е ж и м і в т е р м і ч
н о ї о б р о б к и с т а л е й , м і с ц я з н а х о д ж е н н я т р і щ и н и в п р и ш о в н і й д і л я н ц і , а
т а к о ж т е к с т у р и с т а л е й з а с и л о в и м к р и т е р і є м м е х а н і к и р у й н у в а н н я К і с і н а
о с н о в і ц ь о г о п о к а з а т и п е р е в а г и в и к о р и с т а н н я ц и х з р а з к і в і з т о ч к и з о р у
е ф е к т и в н о с т і в и з н а ч е н н я К і с у п о р і в н я н н і з в і д о м и м и п і д х о д а м и т а м е т о
д и к а м и в и щ е н а в е д е н и х д о с л і д ж е н ь .
2 . Н а у к о в о - м е т о д и ч н і п і д с т а в и д л я д о с л і д ж е н н я . В и к о р и с т о в у в а л и
н и з ь к о в у г л е ц е в і с т а л і С т . 3 , с т а л ь 3 5 , 0 9 Г 2 С , а т а к о ж к о н с т р у к ц і й н і 2 0 Х ,
3 0 Х Г С А . І з ц и х с т а л е й в и г о т о в л я ю т ь с я е л е м е н т и з в а р н и х к о н с т р у к ц і й м о с т о
б у д у в а н н я ( п р о г о н и , а р к и , б а л к и ) , т р а н с п о р т н о г о м а ш и н о б у д у в а н н я ( о с і ,
с т о я к и ) , к р а н о в о г о у с т а т к у в а н н я ( ф е р м и , р а м и ) т о щ о .
О с к і л ь к и р о з г л я д а ю т ь с я к в а з і к р и х к і і в ’я з к і м а т е р і а л и , д л я я к и х к о р е к т
н о в и з н а ч и т и п а р а м е т р К і с д е щ о с к л а д н о [ 3 3 , 3 4 ] , у д а н і й р о б о т і п р е д
с т а в л е н о м е т о д и к и в и з н а ч е н н я ц ь о г о п а р а м е т р а н а м а л о г а б а р и т н и х ц и л і н д
р и ч н и х і п р и з м а т и ч н и х з р а з к а х і з т р і щ и н а м и у н а н е с е н и х н а п л а в к а х ( п р о
ш а р к а х ) , а т а к о ж к о м п а к т н и х т р у б ч а с т и х з р а з к а х , с к л а д е н и х і з д в о х ч а с т и н і з
т в е р д і ш о г о м а т е р і а л у , у я к і у в а р е н о н а п л а в к и з д о с л і д ж у в а н и х м а т е р і а л і в .
К о р о т к о р о з г л я н е м о м е т о д о л о г і ю д о с л і д ж е н ь ц и л і н д р и ч н и х і п р и з м а
т и ч н и х з р а з к і в і з т р і щ и н а м и з а п а р а м е т р о м К і с . С у т ь ї ї п о л я г а є в т о м у , щ о у
ц и л і н д р и ч н о м у і п р и з м а т и ч н о м у з р а з к а х в и т о ч у в а л и к а н а в к у ( п а з ) ш и р и
н о ю 2 с і г л и б и н о ю а ( р и с . і ) . М а т е р і а л о с н о в и з р а з к і в п о в и н е н б у т и
в и с о к о м і ц н и м і з п і д в и щ е н о ю т в е р д і с т ю . П о т і м к а н а в к у з а п л а в л я ю т ь д о с л і д
ж у в а н и м м а т е р і а л о м н и з ь к о ї а б о с е р е д н ь о ї м і ц н о с т і , п і с л я ч о г о з р а з к и
ш л і ф у ю т ь д о з а д а н и х р о з м і р і в В , В , д е В - д і а м е т р ц и л і н д р и ч н о г о , а В -
т о в щ и н а п р и з м а т и ч н о г о з р а з к і в ( р и с . і ) .
ISSN 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 4 63
М. С. Когут
Рис. 1. Навантаження циліндричного (а) і призматичного (б) зразків із тріщиною у наплавці
та форма пластичної зони у вершині тріщини в наплавці (в): а = 72° - кут нахилу пелюсток
пластичної зони; х0 - товщина ізокліни; І - довжина ізокліни.
К і н ц е в и м и о п е р а ц і я м и є н а н е с е н н я к о н ц е н т р а т о р а п о с е р е д и н і н а п л а в к и
в к а н а в ц і і з з а д а н о ю г о с т р о т о ю і г л и б и н о ю т а і н і ц і ю в а н н я т р і щ и н и в і д
у т о м л е н о с т і в н а п л а в ц і .
В о д н о ч а с д л я к о р е к т н о г о в и з н а ч е н н я К 1с н а т а к и х з р а з к а х н е о б х і д н о
д о т р и м у в а т и с ь у м о в а в т о м о д е л ь н о с т і з о н и п е р е д р у й н у в а н н я , в и х о д я ч и з ї ї
р о з м і р і в , з о к р е м а :
д л я ц и л і н д р и ч н о г о [ 3 3 , 3 4 ] :
В > 2 , 3 ( К і с / О 0,2 )2 , й > 1 , 6 ( К і с / О о ,2 ) 2 ; ( 1)
д л я п р и з м а т и ч н о г о [ 3 5 ] :
В > 2 , 5 ( К і с / о о ,2 ) 2 . ( 2 )
О с к і л ь к и у в е р ш и н і в и х і д н о ї т р і щ и н и ( р и с . 1 ,в ) з а в ж д и м а ю т ь м і с ц е
п л а с т и ч н і д е ф о р м а ц і ї , щ о в и н и к а ю т ь п і д ч а с д е ф о р м у в а н н я з р а з к а у в и г л я д і
д в о х с м у г ( і з о к л і н ) , н а п р а в л е н и х п і д к у т о м 7 2 ° д о п л о щ и н и т р і щ и н и , т о ї х
д о в ж и н у ч и с е л ь н о о б ч и с л ю ю т ь з а с п і в в і д н о ш е н н я м [ 3 6 , 3 7 ]
І * = 0 , 1 8 4 ( К 1с / о о ,2 ) . ( 3 )
З а д о п о м о г о ю р о з м і р і в ц и л і н д р и ч н о г о з р а з к а з к і л ь ц е в о ю т р і щ и н о ю
г л и б и н о ю
64 ІББМ 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 4
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних ...
Б - і
1 = — Т ~ (4)
і призм атичного з боковою тріщ иною
І = н - М (5)
м ож на знайти товщ и ну ізокліни х 0 :
для циліндричного зразка:
х о = 0 ,0 3 5 і , (6)
для призматичного:
х 0 = 0 ,035М . (7)
П рийм ем о, щ о висота канавки 2с = 3 мм і врахуєм о, щ о відносний
розм ір тр іщ и ни для циліндричного зразка Я = і /Б = 0 ,7 , для призматичного
Я = М /Н = 0,7. У результаті визначим о розм іри елем ентів пластичних смуг
та канавки:
х 0 = І^ 7 2 ° , С < х ^ 7 2 ° (8)
або
С < 0,035- 0 ,7 Б tg 7 2 ° (9)
для циліндричного зразка і
С < 0 ,0 3 5 -0 ,7 В tg 72° (10)
для призм атичного зразка, зв ідки Б і В > 20 ,78 мм.
О тже, якщ о циліндричний чи призм атичний зразки виготовлено з м ате
ріалу, для якого при Б чи В = 21 м м виконую ться ум ови автомодельності
[38], а висота канавки в ’язкого м атеріалу 2с = 3 мм, то К іс є достовірною
характеристикою матеріалу. О крім того, за даним и дослідж ень [31] встан ов
лено, щ о зі зб ільш енням висоти канавки 2с > > 3 мм отрим аєм о К с > > К іс,
тобто м аєм о невідповідність ум ов автомодельності [38].
Т аким чином, для м атеріалів із великим значенням К іс і низькою
границею м іцн ості о в (низьковуглецеві сталі) для досягнен ня ум ов авто
м одельності [38] необхідно використовувати зразки більш ого діам етра, але
вони будуть набагато м енш і, н іж зразки з однорідного м атеріалу [39, 40].
Запропонований підхід до визначення К іс квазікрихких чи в ’язких
м атеріалів, як буде показано ниж че, полягає в тому, щ о ум ови плоскої
деф орм ац ії у в істр і тр іщ и ни досягаю ться в плоско-паралельном у тонкому
прош арку, яки й уварено м іж двома поверхням и м іцніш ого і твердіш ого
матеріалу, щ о гальм ує розвиток пластичних деф орм ацій з верш ини тріщ ини,
тобто створю є ум ови крихкого руйнування дослідж уваної наплавки. П ри
цьом у розрахунок ф ундам ентальної характеристики тр іщ и ностій кості К іс
м ож на здійсню вати за ф орм улам и л ін ій но ї м еханіки руйнування без запису
ISSN 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 4 65
М. С. Когут
та розш иф рування д іаграм и руйнування, м аю чи т ільки граничне значення
. ̂ . . .
руйнівного зусилля Б = Б та геом етричні розм іри зразка з тріщ иною .
3. В и го т о в л е н н я зр а з к ів д л я д о сл ід ж ен н я з в а р н и х з ’єд н ан ь . Ц илінд
ричн і та призм атичні зразки з наплавкою виготовляли за такою технологією .
У заготовках діам етром В або товщ иною В і десятикратною довж иною Ь
виточували кільцеву канавку глибиною а = 0 ,4 Я і висотою 2с = 3 м м для
ци лін дра або бокову канавку глибиною а = 0 ,4 Н - для балки, де Я - радіус
ци лін дра по зовніш ньом у діам етрі; Н - висота балки. П отім ці канавки
заплавляли , а поверхню наплавки обробляли ш ляхом точіння чи ш ліф ування
до д іам етра В для циліндричного зразка або до висоти Н для балки, п о
середині висоти цих наплавок наносили концентратори глибиною d к/ В = 0,8
або Н к/ Н = 0,8 із радіусом дна р < 0,1 мм. К інцевою операцією для обох
типів зразків є ініц ію вання вихідної тріщ ини на дні концентраторів ш ляхом
утомного деф ормування за запропонованими методиками [37]. М атеріалом
основи для виготовлення зразків двох партій служ ила високовуглецева сталь
У7 у стані поставки. Розміри циліндричних заготовок: В = 25 мм; Ь = 250 мм;
призматичних: В = 25 мм; Ь = 250 мм, при цьом у висота канавки для наплав
лення 2с = 3 мм. Заплавлення канавок здійсню вали аргонодуговим зварю ван
ням , дві партії циліндричних зразків - сталлю 20Х і Ст. 3 і дві партії призм а
тичних зразків - сталлю 20Х і Ст. 3. П ісля загартовування (нагрів до 1050 К,
витрим ка 20 хв, охолодж ення в маслі) їх ш ліф ували та нарізали У-подібний
концентратор посередині висоти наплавки глибиною до d к = 20 мм і р ад і
усом дна у в істрі р < 0,1 мм для циліндричних зразків і глибиною до І = 5 мм
і радіусом дна у в істрі р < 0,1 м м для призм атичних зразків (рис. 1,а,б).
Реж им и навантаж ення зразків двох типів п ід час ін іц ію вання тр іщ и н від
утом лен ості були сталим и з урахуванням м іцнісних власти востей м атеріалу
наплавки. Глибина тр іщ и ни порівняно з д іам етром циліндричного зразка та
висотою призм атичного була однаковою , тобто d |В = 0 ,7 і М /Н = 0,7.
О тже, отрим али зразки з тр іщ иною в наплавлених м атеріалах, які придатні
для визначення К 1 с в ’язки х сталей та їх зварних з ’єднань.
Н еобхідно відзначити, щ о м оделю вання роботи в ’язкого м атеріалу в
о б ’ємі твердіш ої основи зум овлю є сприятливі ум ови для реал ізац ії крихкого
руйнування внаслідок м аксим ального стиснення пластичних деф орм ацій
спереду ф ронту вихідної тр іщ и ни як для циліндричного, так і призм атич
ного зразків.
Щ о стосується технології виготовлення трубчастих зразків із вн утр іш
ньою кільцевою тріщ иною в наплавці, то її суть зводиться до наступного: спо
чатку виготовляли ліву і праву частини заготовок п ’яти кратної довж ини кож
на. П ісля цього їх з ’єднували ш ляхом пресування виступу в отвір (рис. 2,б,в).
П отім у м ісці стику частин нарізали к ільцевий концентратор глибиною В тр
і кутом у в істрі а = 60°. П ісля заплавлю вання його дослідж уваним м ате
р іалом , висвердлю вання отвору у л ів ій частин і д іам етром d 0, ш ліф ування
зовніш ньої поверхні в м ісці наплавки до д іам етра В та нарізування на
кінцях р ізьби М отрим ували трубчастий зразок із внутріш ньою кільцевою
тр іщ иною , яки й придатний для оцінки м іцн ості стикового ш ва однорідних
чи неоднорідних зварних з ’єднань (рис. 2,а).
66 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних
і?
п
- 1Ш 7 / / / Г
в
Рис. 2. Складений трубчастий зразок із внутрішньою кільцевою тріщиною в наплавці (а), ліва
частина з виступом (б), права частина з отвором (в).
4. В и зн а ч е н н я К хс н а ц и л ін д р и ч н и х , п р и зм а т и ч н и х і тр у б ч асти х
зр а з к а х із в и х ід н и м и т р іщ и н а м и . Х арактеристики К 1с стикових зварних
з ’єднань для силової схеми осьового розтягу циліндричного зразка з к іль
цевою тріщ и ною в наплавц і визначали за формулою [37]
де безрозм ірна функція
У =
К 1с = ^ Ш У ’
0 ,7 9 7 б У Ї— Я
Яд/Яд/1- 0 , 8 0 Ж ’
( 11)
( 12)
* ̂ . . . ґ - руйн івне зусилля для циліндричного зразка з к ільцевою тріщ иною ; у -
поп равкова функція, щ о залеж ить від відносного розм іру кільц евої тріщ ини
Я = Б (й - д іам етр ц и лін дра в площ ині кільц евої тріщ ини; Б - зовніш ній
діам етр циліндричного зразка).
Д ля реал ізац ії си лово ї схем и триточкового зги н у балкового зразка
(рис. 1,б) з боковою тріщ и ною в наплавц і використовується ф орм ула [34]
3 Ґ £ л/3
К 1с = ------т== / ( £ ),
2БуІИ 3
де безрозм ірна функція
(13)
/ ( £ ) = 1 ,9 3 - 3 , 0 7 е + 1 4 , 5 3 £ 2 - 2 5 ,1 1 £ 3 + 2 5 , 8 £ 4 :
ІББМ 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 4
(14)
67
а
М. С. Когут
Р - р у й н і в н е з у с и л л я д л я п р и з м а т и ч н о г о з р а з к а з б о к о в о ю т р і щ и н о ю ; / ( є ) -
п о п р а в к о в а ф у н к ц і я , я к а з а л е ж и т ь в і д в і д н о с н о г о р о з м і р у б о к о в о ї т р і щ и н и ;
є = І / Н ; І - д о в ж и н а т р і щ и н и ; Н , В , Ь - в и с о т а , т о в щ и н а т а д о в ж и н а
б а л к о в о г о з р а з к а в і д п о в і д н о .
Т а к и м ч и н о м , м а ю ч и р у й н і в н е з у с и л л я Р = Р п і д ч а с р о з т я г у ц и л і н д
р а з к і л ь ц е в о ю т р і щ и н о ю а б о з г и н у б а л к и з б о к о в о ю т р і щ и н о ю , г е о м е т р и ч н і
р о з м і р и Б , ії,, Х = й \ Б ч и І, Н , В , є = І / Н т а ф о р м у л и ( 1 1 ) , ( 1 2 ) і ( 1 3 ) ,
( 1 4 ) , м о ж н а в и з н а ч и т и з н а ч е н н я К 1с д л я м а т е р і а л у з в а р н о г о з ’є д н а н н я з а
в к а з а н и м и с и л о в и м и с х е м а м и ( р и с . 1 , а ,б ) .
Т р і щ и н о с т і й к і с т ь К 1с м е т а л у ш в а з в а р н о г о з ’є д н а н н я п і д ч а с р о з т я г у
т р у б ч а с т о г о з р а з к а з в н у т р і ш н ь о ю к і л ь ц е в о ю т р і щ и н о ю м о ж н а в и з н а ч и т и з а
ф о р м у л о ю [ 4 1 ]
Р *
К 1с = Б л [ Б У ( Є , Є і ) - ( 1 5 )
Т у т б е з р о з м і р н а ф у н к ц і я
У ( є , є 1) =
5 , 6 2 4 8 ( 1 - є ! ) (1 - 0 , 7 3 6 ( 1 - є ) /1 - є 0 ) ^ є - є 0
я ( 1 - є ) ( 1 - є 1^ ( є - є , ) ( 1 - є ) + (1 є 1 ) 2 (1 0 , 7 3 6 ( 1 - є ) / ( 1 - є , ) 2 ) ’ ( 1 6 )
д е Б - з о в н і ш н і й д і а м е т р т р у б ч а с т о г о з р а з к а ; є = Б тр / Б - в і д н о с н и й р о з м і р
к і л ь ц е в о ї т р і щ и н и в т р у б ч а с т о м у з р а з к у ; є = d 0 / Б - в і д н о с н и й р о з м і р
т о в щ и н и с т і н к и з р а з к а ; d 0 - д і а м е т р о т в о р у в т р у б ч а с т і й ч а с т и н і з р а з к а ,
я к и й д о р і в н ю є д і а м е т р у в и с т у п у d у с у ц і л ь н і й ц и л і н д р и ч н і й ч а с т и н і з р а з к а ;
у ( є , є - п о п р а в к о в а ф у н к ц і я , я к а в р а х о в у є в і д н о с н и й р о з м і р в н у т р і ш н ь о ї
к і л ь ц е в о ї т р і щ и н и т а т о в щ и н у с т і н к и в т р у б ч а с т о м у з р а з к у ( р и с . 3 ) . М а ю ч и
* .
з н а ч е н н я з у с и л л я Р = Р п і с л я р у й н у в а н н я з в а р н о г о з р а з к а т а в и м і р я н і
г е о м е т р и ч н і р о з м і р и Б , Б , d 0 , з а ф о р м у л а м и ( 1 5 ) і ( 1 6 ) м о ж н а р о з р а х у в а т и
т р і щ и н о с т і й к і с т ь К і с м е т а л у ш в а і з з а д а н и м и м е х а н і ч н и м и в л а с т и в о с т я м и .
Рис. 3. Зварювання заготовок (а) і місця виготовлення надрізів для ініціювання тріщин у
лабораторних зразках зі зварним з ’єднанням (б): 1 - Ш; 2 - ЗС; 3 - ЗТВ; 4 - ВМ.
68 ШБЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних
5 . О б г о в о р е н н я р е з у л ь т а т і в е к с п е р и м е н т і в .
5 .1 . Т р і щ и н о с т і й к і с т ь м е т а л у н а п л а в о к м а л о г а б а р и т н и х з р а з к і в . Д в і
п а р т і ї з р а з к і в і з т р і щ и н а м и в н а п л а в к а х в и п р о б о в у в а л и н а р о з т я г т а з г и н і з
в и к о р и с т а н н я м о п и с а н и х р а н і ш е у с т а т к у в а н н я т а м е т о д и к и [ 3 7 ] .
О т р и м а н і р е з у л ь т а т и з в е д е н о в т а б л . 1 . Т а м ж е д л я п о р і в н я н н я н а в е д е н о
р о з м і р и ц и л і н д р и ч н и х і п р и з м а т и ч н и х з р а з к і в , р о з м і р и н а п л а в о к т а м е х а
н і ч н і в л а с т и в о с т і с т а л е й . Я к в и д н о з д а н и х т а б л . 1, з н а ч е н н я К і с д о б р е
у з г о д ж у ю т ь с я м і ж с о б о ю , щ о с в і д ч и т ь п р о к о р е к т н і с т ь о ц і н о к з а з а п р о п о н о
в а н и м и м е т о д и к а м и .
У т а б л . 2 п р е д с т а в л е н о р о з м і р и м а л о г а б а р и т н и х ц и л і н д р и ч н и х і п р и з м а
т и ч н и х з р а з к і в і з н а п л а в к а м и з і с т а л і С т . 3 ( о в = 3 0 0 М П а ; о 0 2 = 2 4 0 М П а ;
д = 2 5 % ; ^ = 7 2 % ) , а т а к о ж р о з м і р и в е л и к о г а б а р и т н и х ц и л і н д р и ч н и х і п р и з
м а т и ч н и х з р а з к і в , в и г о т о в л е н и х і з ц і є ї ж с т а л і б е з н а п л а в о к . П о р і в н ю ю т ь с я і
і н ш і т е х н і к о - е к о н о м і ч н і п о к а з н и к и д л я д в о х т и п і в ц и л і н д р и ч н и х і д в о х т и п і в
б а л к о в и х з р а з к і в , я к і о т р и м а н о п і с л я в и п р о б у в а н ь , п о в ’я з а н и х і з в и з н а ч е н
н я м К і с . Ц і д а н і в к а з у ю т ь н а з н а ч н у п е р е в а г у м а л о г а б а р и т н и х з р а з к і в п е р е д
в е л и к о г а б а р и т н и м и .
Т а б л и ц я 1
Значення тріщиностійкості К 1с після випробувань
малогабаритних циліндричних і призматичних зразків
Марка матеріалу наплавки
та тип випробувального зразка
о в;
МПа
0 0 ,2 ,
МПа
о ,
мм
в,
мм
2 с,
мм
К іс ,
МПал/м
Сталь 20Х, нормалізація 620 430 25,0 — 3,0 58,7
Сталь Ст. 3 у стані поставки,
циліндричний зразок із кільцевою
тріщиною в наплавці
300 240 25,0 — 3,0 52,3
Сталь 20Х, нормалізація 620 430 - 25,0 3,0 62,2
Сталь Ст. 3 у стані поставки,
призматичний зразок із боковою
тріщиною в наплавці
300 240 — 25,0 3,0 55,6
Т а б л и ц я 2
Техніко-економічні характеристики для двох типів зразків
Характеристика Малогабаритні
зразки
Великогабаритні
зразки [35]
*
Руйнівне зусилля Р , кН, для
циліндричного зразка 30 900
призматичного зразка 18 400
Максимальне зусилля для розривної машини, кН 50 1 0 0 0
Вартість випробувальної розривної машини, тис. грн. 30 174
Маса випробувального зразка, г 600 30000
П рим ітка. Розміри циліндричних зразків, мм: В = 25, Ь = 250 (малогабаритні); В = 150,
Ь = 1500 (великогабаритні); розміри призматичних зразків, мм: В = 25, Ь = 250 (малогаба
ритні); В = 150, Ь = 500 (великогабаритні).
ЙХ# 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4 69
М. С. Когут
5.2. Тріщиностійкість металу пришовної області однорідних зварних
з'єднань. М іцн ість при ш овн ої д ілянки однорідних зварних з ’єднань зі сталі
50 вивчали ран іш е [42]. Спробуємо кількісно оцінити м іцн ість приш овної
д ілянки таких з ’єднань із норм алізованих сталей 09Г2С , Ст. 3 і стал і 35 на
циліндричних і призм атичних зразках із вихідним и тріщ инам и.
Із ц ією м етою заготовки зварю вали за схемаю , показаною на рис. 3 ,а , з
двох карт листового прокату розм іром Ь X Н X В = 250 X і5 0 X 20 мм. О пера
цію з ’єднання заготовок виконували аргонодуговим зварю ванням п ри сад
ним и м атеріалам и дротів, як і за х ім ічним складом близькі до м арки д осл ід
ж уван ої сталі.
П ісля м еханічного розрізання зварених карт-заготовок на призм атичні
бруси виготовляли дві партії циліндричних (В = і5 мм, Ь = і5 0 мм) і при зм а
тичних (Н = 20 мм, В = і5 мм, Ь = і5 0 мм) зразків.
У всіх партіях зразків за схемою , показаною на рис. 3,б, у р ізних м ісцях
при ш овн ої д ілянки нан оси ли концентратори глибиною ї = 3 м м і гостротою
дна р < 0 ,і мм, зокрем а посередин і ш ва (Ш ), на м еж і зони сплавлення (ЗС),
в зоні терм ічного впливу (ЗТВ ) та у вихідном у м атеріалі (ВМ ).
За м етодикою [37] у зразках всіх партій ін іц ію вали тр іщ и ни від утом ле
ності. Реж им и ін іц ію вання відповідали реком ендаціям [35] із розрахунку
К^ < 0,67 К іс (Ку - коеф іц ієнт інтенсивн ості напруж ень під час утомного
руйнування).
Д ля дослідж ення при ш овн ої д ілянки зварних з ’єднань було вип робу
вано по і 2 шт. зразків кож ної партії.
С татичні випробування на розтях циліндричних та згин призм атичних
зразків із тр іщ и нам и виконували на устаткуванні за м етодикам и [35, 37].
Значення К іс знаходили за ф орм улам и ( і і ) , ( і2 ) та ( і3 ) , ( і4 ) . Результати
випробувань зведено у табл. 3.
Т а б л и ц я 3
Значення К 1с (МПал/М) для пришовної ділянки однорідних зварних з’єднань
конструкційних сталей
Зона з ініційованою тріщиною
у зварному з ’єднанні
Циліндричний зразок
(сталь)
Призматичний зразок
(сталь)
09Г2С Ст. 3 35 09Г2С Ст. 3 35
Лінія сплавлення (ЛС) 65,1 37,5 42,8 6 8 , 0 40,2 47,3
Ш 68,5 39,2 44,3 72,7 41,4 50,2
ЗТВ 70,2 40,4 46,7 75,9 45,6 53,7
Поздовжня орієнтація тріщини
до напрямку вальцювання у ВМ
80,4 58,0 72,4 87,2 60,8 76,5
Поперечна орієнтація тріщини
до напрямку вальцювання у ВМ
91,4 62,0 78,6 100,3 70,5 83,0
П рим ітка. Тут і в табл. 4 наведені дані К іс - середні значення за даними випробування
трьох зразків для кожного варіанта з ’єднання.
70 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних
Я к в и д н о з д а н и х т а б л . 3 , н а й м е н ш у т р і щ и н о с т і й к і с т ь м а ю т ь з в а р н і
з ’є д н а н н я З С , а н а й б і л ь ш у - В М . Д л я м е т а л у З Т В о т р и м а н о п р о м і ж н і
з н а ч е н н я К 1 с : в о н и б і л ь ш і , а н і ж д л я З С , і м е н ш і , а н і ж д л я В М . Н а т р і щ и н о
с т і й к і с т ь д о с л і д ж у в а н и х с т а л е й в п л и н у л а і ї х а н і з о т р о п і я : б і л ь ш и й о п і р
р у й н у в а н н ю х а р а к т е р н и й д л я п о п е р е ч н о г о о р і є н т у в а н н я т р і щ и н и д о в а л ь ц ю
в а н н я п о р і в н я н о з п а р а л е л ь н и м .
О т ж е , з а п р о п о н о в а н и й п і д х і д д а в м о ж л и в і с т ь р а н ж и р у в а т и м і ц н і с т ь
п р и ш о в н о ї д і л я н к и з а т р і щ и н о с т і й к і с т ю н а д в о х т и п а х з р а з к і в і з т р і щ и н а м и
в і д н о с н о в и х і д н о г о м а т е р і а л у д о с л і д ж у в а н и х с т а л е й , ч о г о н е м о ж н а б у л о
з р о б и т и н а п і д с т а в і д а н и х в и п р о б у в а н ь с т а н д а р т н и х з р а з к і в т и п у Ш а р п і а б о
М е н а ж е н а у д а р н у в ’я з к і с т ь .
5 .3 . Тріщиностійкість металу шва неоднорідних зварних з ’єднань. Р о з
г л я н е м о з м і н у т р і щ и н о с т і й к о с т і н а п л а в л е н о г о м е т а л у п і д ч а с з ’ є д н а н н я д в о х
р і з н и х м е т а л і в ( с т а л е й ) н а м о д е р н і з о в а н о м у з в а р ю в а л ь н о м у а в т о м а т і т и п у
А - 8 2 5 М , п е р е о с н а щ е н о м у в а в т о м а т и ч н у у с т а н о в к у [ 1 ] . І з ц і є ю м е т о ю
в и г о т о в л я л и ш і с т ь в а р і а н т і в с к л а д е н и х і з д в о х ч а с т и н ц и л і н д р и ч н и х з р а з к і в
[ 4 3 ] ( р и с . 2 , а ) і з в а р е н и х і з р і з н и м п о є д н а н н я м к о н с т р у к ц і й н и х ( 2 0 Х ,
3 0 Х Г С А п і с л я н о р м а л і з а ц і ї і г а р т у в а н н я ) і н и з ь к о в у г л е ц е в и х ( 3 5 , С т . 3 п і с л я
н о р м а л і з а ц і ї ) с т а л е й . Т о б т о л і в у ч а с т и н у ( р и с . 2,6) в и г о т о в л я л и з о д н і є ї
м а р к и с т а л і , п р а в у ( р и с . 2 , в ) - з і н ш о ї .
Р е ж и м и й у м о в и к р у г о в о г о з в а р ю в а н н я к і л ь ц е в о г о к о н ц е н т р а т о р а в
м і с ц і с т и к у ч а с т и н б у л и п о с т і й н и м и . Ш в и д к і с т ь о б е р т а н н я з р а з к а п і д ч а с
в е р т и к а л ь н о г о б а з у в а н н я V = 0 ,1 4 е _ 1 , к і л ь к і с т ь п р о х о д і в п о з а м к н у т о м у
к о н т у р у п = 2 , д л я з в а р ю в а н н я в и к о р и с т о в у в а л и д р і т С в 0 8 Г 2 С д і а м е т р о м
1 ,6 м м .
П і с л я в и с в е р д л ю в а н н я у л і в і й ч а с т и н і о т в о р у д і а м е т р а d 0, т о ч і н н я т а
ш л і ф у в а н н я з о в н і ш н ь о г о д і а м е т р а В о т р и м у в а л и т р у б ч а с т і з р а з к и з в н у т
р і ш н ь о ю к і л ь ц е в о ю т р і щ и н о ю у ш в і , я к і в и к о р и с т о в у в а л и п р и в и п р о б у в а н
н я х д л я в и з н а ч е н н я К 1С.
Г е о м е т р и ч н і р о з м і р и ц и х з р а з к і в т а к і : В = 1 4 м м ; В т р = 1 0 м м ; d 0 = 7 м м
і з а г а л ь н а д о в ж и н а Ь = 8 0 м м . Е к с п е р и м е н т и п р о в о д и л и ш л я х о м о с ь о в о г о
р о з т я г у з р а з к а д о р у й н у в а н н я н а р о з р и в н і й м а ш и н і Р М - 1 0 з і ш в и д к і с т ю
п е р е м і щ е н н я р у х о м о г о з а х о п л ю в а ч а V = 0 , 5 м м / х в . Р о з р а х о в а н і з а ф о р м у
л а м и ( 1 5 ) і ( 1 6 ) з н а ч е н н я К 1С д л я с е м и в а р і а н т і в з в а р н и х з ’є д н а н ь і з р і з н и х
с т а л е й п р е д с т а в л е н о в т а б л . 4 . З а з н а ч и м о , щ о к о ж н а м а р к а с т а л і м а л а с в і й
с т р у к т у р н и й с т а н з а р а х у н о к з а д а н о г о р е ж и м у т е р м і ч н о г о з м і ц н е н н я .
Я к в и д н о з д а н и х т а б л . 4 , н а й б і л ь ш т р і щ и н о с т і й к и м є м е т а л ш в а
з в а р н о г о з ’є д н а н н я с т а л і С т . 3 п і с л я н о р м а л і з а ц і ї ( 1 1 3 3 К ) і с т а л і 3 0 Х Г С А
п і с л я г а р т у в а н н я ( 1 1 3 3 К ) і в і д п у с к у ( 8 3 3 К ) ( в а р і а н т I I ) , а н а й м е н ш
т р і щ и н о с т і й к и м - м е т а л ш в а з в а р н о г о з ’є д н а н н я с т а л е й С т . 3 і 2 0 Х п і с л я
н о р м а л і з а ц і ї ( 1 1 3 3 К ) ( в а р і а н т I I I ) . Р е ш т а в а р і а н т і в з в а р н и х з ’є д н а н ь м а ю т ь
п р о м і ж н і з н а ч е н н я т р і щ и н о с т і й к о с т і К 1С.
Т а к и м ч и н о м , з а п р о п о н о в а н и й п і д х і д д о з в о л и в к і л ь к і с н о р а н ж у в а т и
м і ц н і с т ь н е о д н о р і д н и х з в а р н и х з ’ є д н а н ь з а т р і щ и н о с т і й к і с т ю К 1С н а т р у б
ч а с т о м у з р а з к у з в н у т р і ш н ь о ю к і л ь ц е в о ю т р і щ и н о ю у ш в і і н а ц і й о с н о в і
з а п р о п о н у в а т и к о н к р е т н і р е к о м е н д а ц і ї щ о д о ї х в и б о р у д л я п р а к т и к и .
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, N2 4 71
М. С. Когут
Т а б л и ц я 4
Значення тріщиностійкості К 1с для неоднорідних зварних з’єднань
конструкційних сталей
В ар іан т
звар н о го
з ’єд н ан н я
М а р к а стал і д л я н ео д н о р ід н и х з ’єд н ан ь
і р е ж и м и їх тер м о о б р о б к и
С е р ед н і зн ач ен н я
т р іщ и н о с т ій к о с т і
К іс , М П ал /м
I С т . 3 і 3 0 Х Г С А п ісл я н о р м ал ізац ії ( і і 3 3 К) 44,3
II С т. 3 п ісл я н о р м ал ізац ії ( і і 3 3 К)
і 3 0 Х Г С А п ісл я га р ту в ан н я ( і і 3 3 К ) і в ід п у ск у (833 К)
47 ,4
III С т . 3 і 2 0 Х п ісл я н о р м ал ізац ії ( і і 3 3 К) 22,3
IV С т. 3 п ісл я н о р м ал ізац ії ( і і 3 3 К)
і 2 0 Х п ісл я га р ту в ан н я ( і і 3 3 К ) і в ід п у с к у (773 К)
34,0
V 3 0 Х Г С А п ісл я га р ту в ан н я ( і і 3 3 К ) і в ід п у с к у (773 К)
і 3 0 Х Г С А п ісл я н о р м а л іза ц ії ( і і 3 3 К )
38,6
V I 2 0 Х п ісл я га р ту в ан н я ( і і 3 3 К ) і в ід п у с к у (773 К)
і 2 0 Х п ісл я н о р м ал ізац ії ( і і 3 3 К)
3 6 ,і
V II С т. 3 і 35 п ісл я н о р м ал ізац ії ( і і 3 3 К) 28 ,2
В и с н о в к и
1. Розроблено м етодики оцінки м іцн ості стикових зварних з ’єднань, що
складаю ться із низьком іцних і високом іцних д ілянок конструкцій м ало
габаритних циліндричних і призм атичних зразків із тріщ инам и, для визн а
чення К іс квазікрихких і в ’язки х м атеріалів ш ляхом заплавлення кільцевих
і бокових канавок дослідж уваним матеріалом (наплавкою ) із заданим и фізико-
м еханічним и властивостям и.
2. С тисненість пластичн ої деф орм ац ії у в істрі тр іщ и ни досягається
завдяки несуч ій здатності високом іцної основи (матриці) зразка, яка створю є
ум ови для крихкого руйн ування для дослідж уваної наплавки. П ри цьому
розрахунок за ф орм улам и л ін ій но ї м еханіки руйнування значення характе
ристики К іс м ож на здійсню вати без запису та розш иф рування діаграм и
*
руй н уван н я , м аю чи т ільки руй н івн е зусилля Г = Г та геом етри чн і р о зм і
р и зразка з тріщ иною .
3. Н а основі випробувань р ізни х д ілянок стикового зварного з ’єднання
зі сталей 35, 09Г2С , Ст. 3 виявлено, щ о найм енш ий опір руйнуванню (К іс)
м ає зона сплавлення м атеріалу з основою , щ о зум овлено негативним вп ли
вом залиш кових напруж ень та інтенсивних диф узійних процесів , як і в ідбу
ваю ться в розплавленій ванні під час зварю вання і погірш ую ть чистоту
структури м еталу шва.
4. С хема осьового розтягу трубчастого зразка з внутріш ньою кільцевою
тр іщ и ною в кільцевій наплавці створю є ум ови для крихкого руйнування за
аналогією п. 3 і є еф ективним інструм ентом ранж ування м іцн ості м еталу
ш ва неоднорідних зварних з ’єднань за парам етром К іс. Д ля прогнозування
довговічності трубчастих деталей з неоднорідним и зварним и з ’єднаннями
72 ISSN 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 4
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних
таки й зразок най реальн іш е м оделю є роботу зварених трубопроводів, що
дозволяє оціню вати м іцн ість ш ва зварного з ’єднання з урахуванням впливу
різни х середовищ , тиску тощо.
Р е з ю м е
О писаны м етодики оценки прочности сты ковы х сварны х соединений по
трещ ин остой кости путем осевого растяж ен ия м алогабаритны х ц и ли ндри
ческих образцов с кольц евой трещ ин ой и трьохточечного изги ба балочны х
образцов с боковой трещ иной, которы е инициированы в низко- или средн е
прочны х наплавках, вваренны х у вы сокопрочны е основы образцов. Д еталь
но исследовано приш овны й участок сты кового сварного соединения, где
обнаруж ено, что м еталл зоны сплавления и м еет наим еньш ую трещ ино-
стойкость, исходны й м атериал независим о от типа испы туем ы х образцов -
наибольш ую . Значения трещ ин остой кости м еталлов ш ва и зоны терм и чес
кого влияния по сравнению с таковы м и зоны сплавления больш е, а по
сравнению с исходны м м атериалом - меньш е. Н а прим ере осевого растя
ж ения трубчастого образца с внутренн ей кольцевой трещ ин ой в наплавке
исследована трещ ин остой кость для сем и вариантов неоднородны х сварны х
соединений в зависим ости от влияния реж им ов терм и ческой обработки
сталей: 35 и Ст. 3 после норм ализации, 09Г2С , 20Х и 30Х ГС А после
закалки, среднего отпуска и норм ализации.
1. Когут Н. С., Шахматов М. В., Ерофеев В. В. Н есущ ая способность
сварны х соединений. - Л ьвов: Світ, 1991. - 184 с.
2. Махненко В. И., Починок В. Е. П рим енение критериев м еханики разру
ш ения к расчету на прочность сварны х соединений с п редусм отрен
ны м и несплош ностям и трещ иноподобного типа // А втом ат. сварка. -
1982. - № 1. - С. 1 - 6.
3. Серенсвн С. В., Гиренко В. С., Дейнего и др. К ритическое раскры тие
трещ и н при квази хруп к ом и хрупком р азр у ш ен и и / / Т ам же. - № 2. -
С. 1 - 6.
4. Когут М. С., Караїм В. С., Лебідь Н. М., Панько О. І. О цінка м іцності
стикових зварних з ’єднань зі сталі 50 за критеріям и тр іщ и ностій кості //
П робл. прочности. - 2003. - № 2. - С. 147 - 155.
5. Гиренко В. С. О пределение вязкости разруш ен ия сварны х соединений
по критерию д к // Х ладостойкость сварны х соединений. - Я кутск,
1978. - С. 9 - 15.
6. Николс Р. О ценка сопротивления м атериалов разруш ен ию по кри ти
ческом у раскры тию трещ ин // Н овы е м етоды оценки сопротивления
м атериалов хрупком у разруш ению . - М .: М ир, 1972. - С. 11 - 18.
7. Новые м етоды сопротивления м еталла хрупком у разруш ен ию / Под
ред. Ю . Н. Работнова. - М .: М ир, 1972. - 361 с.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4 73
М. С. Когут
8. Панасюк В. В., Андрейкив А. Е. К теории определения критического
раскры тия трещ ин ы // М еханика деф орм ируем ы х тел и конструкций. -
М .: М аш иностроение, 1975. - С. 373 - 378.
9. Панасюк В. В., Андрейків О. С., Стадник М. М. В изначення величини
розкриття верш ини тріщ ини у пруж нопластичних тілах // Ф із.-хім. м еха
ніка м атеріалів. - 1990. - № 6. - С. 53 - 61.
10. Писаренко Г. С., Науменко В. П. Э ксперим ентальны е м етоды в м еха
нике разруш ен ия м атериалов // Т ам же. - 1982. - № 2. - С. 28 - 41.
11. Писаренко Г. С., Стрижало В. А. Э ксперим ентальны е м етоды в м еха
нике деф орм ируем ого твердого тела. - К иев: Н аук. думка, 1986. - 264 с.
12. Пустовой В. Н. И сследование работоспособности элем ентов кон струк
ций в рам ках К РТ -критерия // Ф из.-хим . м еханика м атериалов. - 1992. -
№ 3. - С. 111 - 112.
13. Леонов М. Я ., Панасюк В. В. Розви ток найдрібніш их тр іщ и н у твердом у
тіл і // П рикл. механіка. - 1959. - 5, № 4. - С. 391 - 401.
14. Ильин А. В., Никонов Ю. А., Прохоров Д. В. М етод определения кри
тического значения /-и н тегр ал а в условиях стабильного роста трещ ин //
П робл. прочности. - 1992. - № 3. - С. 18 - 25.
15. Нешпор Г. С., Кудрявцева Г. Д. П рим енение R -кривой для оценки
вязкого разруш ен ия // Завод. лаб. - 1986. - № 4. - С. 55 - 58.
16. Писаренко Г. С., Науменко В. П., Волков Г. С. О пределение трещ ино-
стойкости м атериалов на основе энергетического контурного ин тегра
ла. - К иев: Н аук. думка, 1978. - 123 с.
17. Смоленцев В. И. М етод определения J -интеграла и его составляю щ их //
Завод. лаб. - 1979. - № 1. - С. 73 - 76.
18. Begley J. A. and Landes I. D. The /- in te g ra l as a fracture criterion // Fracture
Toughness. - A ST M STP 514. - 1977. - P. 1 - 23.
19. Черепанов Г. П. М еханика хрупкого разруш ения. - М .: Н аука, 1974. -
640 с.
20. Черепанов Г. П. С овременны е проблем ы м еханики разруш ения // Пробл.
прочности. - 1987. - № 8. - С. 3 - 13.
21. Rice J. R. A path independent in tegral and the approxim ate analysis o f strain
concen tra tion b y no tches and cracks // J. A ppl. M ech ., Ser. E. - 1968. -
N o. 35. - P. 287 - 298.
22. Rice J. R., Paris P. C., and Merkle J. G. Som e fu rther results o f /- in teg ra l
analysis and progress in flow grow th and fracture toughness testing // A STM
STP 536. - 1973. - P. 231 - 245.
23. Георгиев М. H., Морозов Е. М. О достоверности определения K Ic с
пом ощ ью /-и н тегр ал а // Завод. лаб. - 1980. - № 3. - С. 273 - 277.
24. Маркочев В. М., Морозов Е. М. Работа разруш ен ия и работа п ласти
ческой деф орм ации в испы таниях на вязкость разруш ен ия // Ф из.-хим.
м еханика м атериалов. - 1978. - № 6. - С. 71 - 74.
74 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, N 4
Тріщиностійкість однорідних і неоднорідних
25. Романив О. Н., Никифорчин Г. Н. И спользование м етода ./-интеграла
для оценки трещ иностойкости конструкционны х м атериалов // Физ.-хим.
м еханика м атериалов. - 1978. - № 3. - С. 80 - 95.
26. /SME 5.001-1981. M ethod o f E lastic-Plastic Fracture Toughness Testing / Ic.
- Japanese Society fo r M echanical Engineers, 1981. - 15 p.
27. Standard T est M ethod for / Ic. A M easure o f Fracture T oughness // A SN I/
A ST M E. - 1981. - N o. 813. - 10 p.
28. SINTAP defect assessm ent procedure for strength m is-m atched structures //
Eng. Fract. M ech. - 2000. - 67, N o. 6. - P. 529 - 546.
29. The engineering treatm en t m odel // Int. J. Press. V ess. Piping. - 2000. - 77.
- P. 905 - 981.
30. Fracture m echanics analysis o f the B IM E T w elded p ipe tests // Ibid. - 2004.
- 81. - P. 251 - 277.
31. Когут М. C. В изначення тр іщ и ностій кості зварни х з ’єднань багато
разовим випробуванням призм атичного зразка з боковою тріщ и ною //
В існ. держ . ун -ту “Л ьвівська п олітехн іка” “О птим ізац ія виробничих
процесів і техн ічн ий контроль у м аш инобудуванн і і п ри ладобудуванн і” .
- 1999. - Вип. № 371. - С. 79 - 82.
32. Лебідь Н. М., Русинко К. М. О цінка тр іщ и ностій кості зварних з ’єднань
із квазікрихких і в ’язки х м атеріалів за критерієм критичного розриття
тр іщ и ни // Там же. - С. 65 - 71.
33. Панасюк В. В., Андрейкив А. Е , Ковчик C. Е. М етоды и оценки тр е
щ иностойкости конструкционны х м атериалов. - К иев: Н аук. думка,
1977. - 276 с.
34. Панасюк В. В. М еханика квазихрупкого разруш ен ия м атериалов. -
Киев: Н аук. думка, 1991. - 415 с.
35. ГОСТ 25.506-85. Расчеты и испы тания на прочность. М етоды м ехани
ческих испы таний металлов. О пределение характеристик трещ и н остой
кости (вязкости разруш ения) при статическом нагруж ении. - М .: И зд-во
стандартов, 1985. - 61 с.
36. Черепанов Г. П., Каплун А. Б., Пучков Ю. И. О влиянии м асш табного
ф актора на хруп кую п рочн ость // П робл. прочности . - 1970. - № 7. -
С. 36 - 41.
37. Когут Н. С. Т рещ иностойкость конструкционны х м атериалов. - Львов:
В ищ а ш к., 1986. - 160 с.
38. Андрейкив А. Е. П ространственны е задачи теории трещ ин. - Киев:
Наук. думка, 1982. - 348 с.
39. Махутов Н. А., Москвичов В. В. О пределение характеристик разру
ш ения при неупругом деф орм ировании цилиндрических образцов с
трещ ин ой // Завод. лаб. - 1978. - № 10. - С. 254 - 263 с.
40. Махутов Н. А., Морозов Е. М. М етоды испы таний в м еханике разру
ш ения // Там же. - 1982. - № 2. - С. 105 - 109.
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, N2 4 75
М. С. Когут
41. Когут Н. С., Панъко И. Н. П рим енение трубчастого образца для опре
деления трещ ин остой кости м атериала сосудов давления и их сварны х
соединений // Ф из.-хим . м еханика м атериалов. - 1984. - № 4. - С. 63 -
67.
42. Когут М. С., Лебгдъ Н. М., Караїм В. С., Кунинецъ I. В. М етодика
визначення м іцності стикових ш вів зварних з ’єднань рейок // В існ. Львів.
держ . аграрного у н -ту “А гро ін ж ен ерн і досл ід ж ен н я” . - 2001. - № 5. -
С. 150 - 160.
43. Когут Н. С. С борны й трубчасты й образец для определения трещ и н о
стойкости вязких м атериалов сварны х соединений // Завод. лаб. - 1986.
- № 2. - С. 76 - 78.
Поступила 02. 02. 2005
76 1&$М 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4
|