20.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Прогнозирование прочности и долговечности сварных соединений и конструкций должно базироваться на достаточно надежных и в то же время простых методах расчета. Основной целью расчетов является сопоставление напряженного состояния, возникающего в конструкции под действием внешних нагрузок, с опасным напряженным состояни­ем, характерным для конкретных условий эксплуатации и характери­зуемым так называемыми критериями прочности. Установление этих критериев требует теоретического и экспериментального изучения за­кономерностей процесса разрушения и по сути является комплексной проблемой, зависящей от многих факторов, некоторые из них до насто­ящего времени еще не исследованы в достаточной мере.

Сварное соединение является наиболее уязвимым местом сварной конструкции, во многих случаях именно в этих местах наблюдалось за­рождение и развитие первичных разрушений. Это обусловлено специ­фичностью сварного соединения в пределах конструкции: структурной и химической неоднородностью металлов шва и околошовных зон, фор­мой и размерами сварного соединения и конструкции в целом, наличием микро - и макроскопических дефектов, уровнем и распределением оста­точных сварочных напряжений и деформаций. С учетом внешних фак­торов (температура, степень агрессивности среды и др.) в эксплуатаци­онной практике наблюдались как вязкие, так и хрупкие разрушения.

Если перед разрушением металл испытывает, кроме упругой, зна­чительную пластическую деформацию, говорят о вязком разрушении и о пластичном состоянии металла. Если разрушение происходит пос­ле упругой либо незначительной пластической деформации (порядка 1%), говорят о хрупком разрушении и хрупком состоянии металла. Ве­личина пластической деформации, в свою очередь, определяет затраты энергии на процесс самого разрушения. В случае вязкого разрушения эта энергия больше, так как она расходуется в значительной мере на пластическую деформацию металла. О характере разрушения можно судить по виду поверхности самого излома: вязкое разрушение харак­теризуется матовой, волокнистой, без металлического блеска поверх­ностью излома. Хрупкий разрыв приводит к образованию гладкой по­верхности излома с характерным кристаллическим видом.

Хрупкость и вязкость не есть неизменные свойства металлов шва или основного металла, а являются состояниями, в которых они могут находиться.

Как правило, сварные соединения в хрупком состоянии для эксплу­атации не пригодны. Они чувствительны к концентраторам напряжений, плохо сопротивляются ударным нагрузкам. Сварные соединения, ко­торые имеют большой запас пластичности, лишены этих недостатков.

Двойственный характер разрушения металлов обусловливает не­обходимость разработки двух расчетных методик оценки прочности сварных соединений и конструкций. Одна методика должна позво­лять производить оценку прочности в условиях нахождения метал­ла конструкции в пластичном состоянии и предусматривать возмож­ность вязкого разрушения; другая - позволять оценивать прочность сварных соединений и конструкций, металлы которых находятся в хрупком состоянии, и предусматривать возможность хрупкого раз­рушения. Первая из указанных методик давно разработана, много­кратно экспериментально проверена и широко используется в инже­нерной практике. Надежной методики расчета сварных соединений и конструкций на вероятность хрупкого разрушения еще не суще­ствует, хотя этой проблеме уделяется все возрастающее внимание. В настоящее время для оценки хрупкой прочности сварных соеди­нений применяются специальные испытания и различного рода про­бы. Полученные при этом экспериментальные данные о склонности к хрупким разрушениям позволяют выбрать основные и сварочные материалы, назначить технологию сварки и конструктивное оформ­ление сварных соединений такими, при которых исключается воз­можность хрупкого разрушения.