ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ИСПЫТАНИЯ НА ОСТАНОВКУ ТРЕЩИНЫ

В литературе эти испытания часто называются «испытаниями по Робертсону» (T. S. Robertson). Схема испытаний показана на рис. 6.56а.

Образец 1 имеет слева выступ с круглым отверстием, на кото­рое выходит клиновой вырез. На правой кромке этого отверстия

предварительно выращена усталостная трещина 7. При испыта­ниях на этот выступ надевается холодильник 6. Справа у образца также имеется выступ, на который при испытаниях надевается нагреватель 8. По горизонтальной оси образца закрепляется не­сколько термопар, по показаниям которых строят распределение температуры в образце, показанное на рис. 6.56б.

Испытательное усилие N к образцу прилагается через отвер­стия 4 в пластинах захватов 3. Чтобы получить равномерное рас­пределение напряжений по ожидаемому пути распространения трещины, между пластинами 3 и образцом 1 ввариваются более тонкие пластины 2 из пластичной стали. Их толщина назначается так, чтобы при расчетном усилии N они были бы нагружены до предела текучести и выравнивали распределение напряжений по образцу 1 за счет пластических деформаций в них.

Когда образец нагружен до заданных напряжений и по его длине x получено заданное распределение температуры, в кли­новой вырез справа вставляют клин 5. По этому клину пневма­тическим молотком наносят тарированный удар, от которого на­чальная трещина 7 начинает распространяться. По мере роста трещины ее вершина попадает во все более теплые слои металла. Вязкость разрушения возрастает, и на расстоянии ха при темпера­туре Та (рис. 6.56б) трещина останавливается. Авторы назвали эту

температуру температурой остановки трещины Та («arrestive tem­perature»).

Испытав несколько образцов при разных уровнях усилия N, можно построить график зависимости средних напряжений в об­разце от температуры остановки трещины. Характер такого гра­фика показан на рис. 6.57.

Испытания, выполненные по этой методике в Центральном научно-исследовательском институте строительных конструкций имени В. А. Кучеренко (ЦНИИСК), показали, что для большинст­ва строительных конструкционных сталей при толщинах больше 10 мм критическая температура Та превышает комнатную темпе­ратуру. Таким образом, при проектиро­вании обычных сварных конструкций необходимо предотвратить возможность инициации быстрой хрупкой трещины.

Предотвратить ее быстрое распростра­нение невозможно.

Хрупкая трещина обычно останав­ливается тогда, когда на наклеп ее по­верхностей израсходована вся упругая энергия, выделившаяся при ее распро­странении. В случае, когда инициация хрупкой трещины вызывается ударом по клину, работу удара нужно суммировать с выделившейся упругой энергией.

Таким образом, удар по клину может смещать точку останов­ки трещины и влиять на Та, получаемую в результате испытаний. Кроме того, на температуру остановки трещины, с этой точки зре­ния, может повлиять форма кривой распределения температуры по пути распространения трещины. Чтобы устранить эти погреш­ности, была разработана методика «испытания на двойное рас­тяжение» (Double Tension Test — DTT), схема которой показана на рис. 6.56в.

Вместо нагрузки клином по этой методике в правой части об­разца делаются дополнительные захваты — для статического при­ложения силы N1, инициирующей хрупкую трещину без удара. Сила N1 создается специальной малой разрывной машиной с гид­родомкратом, которая на этом рисунке не показана.

Кроме этого при DTT образец охлаждается равномерно по все­му сечению. Это резко увеличивает трудоемкость, так как вместо одного образца с градиентом температур приходится испытывать серию образцов при различных температурах. За температуру Та

при заданном напряжении в этих испытаниях принимают такую температуру, при которой трещина в двух образцах остановилась, а в образце, испытанном при температуре на 5° ниже Та, трещина распространилась на все его сечение.