Основы дуговой сварки

CTOD – Раскрытие в вершине трещины

Сварные сооружения могут быть подвержены быстрому неустойчивому разрушению из-за дефектов сварных соединений и усталостных трещин, которые возникают в участках накопления напряжения в сварных соединениях под воздействием более низкой, чем предполагалось, нагрузки. Нестабильные разрушения или хрупкие изломы могут возникать в неожиданно короткие промежутки времени до завершения проектного срока службы сооружения. Разломы такого типа могут вызывать серьезные повреждения сварных сооружений.

Механика разрушения – это область исследований, которая была создана с целью предотвращения нестабильных разрушений. Исследования параметров разломов позволяют систематически рассчитать устойчивость конструкции к разломам.

Параметры разлома включают в себя коэффициент интенсивности напряжения (К), J-интеграл и раскрытие в вершине трещины (CTOD). В настоящее время CTOD наиболее широко применяется в структурном и компонентном проектировании и при оценке допустимости распространения трещины и допустимых приложенных нагрузок. Тестирование CTOD применяется в основном для углеродно-марганцевых и низколегированных стальных сплавов в диапазоне температур перехода из пластичного состояния в хрупкое, оно находит широкое применение в тестировании сварочных процедур при работах на морских сооружениях в Северном море.

Испытания CTOD определены британским стандартом (BS 7448-91), японским стандартом сварочных инженерных работ (WES 1108-95) и американским стандартом ASTM (ASTM El 290-93).

Большинство испытаний CTOD проводится с одноугловой гибкой, с использованием испытательного образца полной толщины, на котором имеется надрез с предварительно нанесенной усталостной трещиной на конце. На первоначальном этапе приложения нагрузки на образец пластическая деформация происходит на вершине первоначальной усталостной трещины, вызывая определенное перемещение раскрытия на вершине трещины в период от R до c―Иллюстрация 1.

Информация о сварочных материалах для морских сооружений
KOBELCO Сварочные материалы для хладостойких сталей (Только на английском)

Характер разрушений образца анализируют и определяют в соответствии со следующими описаниями, от полного хрупкого разлома до полного пластического разрушения.
(1) Хрупкий излом (неустойчивое разрушение или внезапный скачок трещины при полной нагрузке) на первоначальном этапе приложения нагрузки; величина CTOD обозначена δc.
(2) Хрупкий излом после медленного (вязкого) роста трещины, величина CTOD обозначена δu.
(3) Медленный (вязкий) рост трещины до разрушения образца при максимальной нагрузке в условиях стабильного роста трещины; величина CTOD обозначена δm.

Величина CTOD определяется путем замера перемещения раскрытия трещины (в мм) с помощью измерительного зажима на вершине первоначальной усталостной трещины при образовании хрупкого излома (1) или (2), или когда максимальная нагрузка была достигнута в условиях (3). Таким образом, величина CTOD для конкретного сооружения означает, насколько оно устойчиво при приложении нагрузки, если в нем имеется трещина, которая может быть обнаружена в ходе неразрушающих испытаний. Чем больше величина CTOD, тем более длинные трещины или большие нагрузки может выдерживать сооружение.

На величину CTOD может влиять температура и толщина материала; следовательно, требования к величине CTOD определяются в соответствии с температурой эксплуатации и максимальной толщиной стенок сооружения, например CTOD при –10°C ≥ 0.25 мм для морских сооружений. При существующей тенденции к строительству все более крупных сооружений, эксплуатируемых в суровых условиях холодных морей, эти требования продолжают становиться все более жесткими.

Иллюстрация 1. Рост первоначальной усталостной трещины и перемещение при полной нагрузке в образце одноугловой гибки.

(Источник: Технический справочник Kobe Steel, No. 395, 2003)

Верх страницы