Эксплуатационные требования к судостроительной стали

ГОСТ 9454—78 устанавливает, что образцы с U-образными концентраторами применяются для приемо-сдаточных испытаний металлов и сплавов; образцы с более острым V-образным концентратором — при выборе и приемочном контроле сплавов для конструкций повышенной надежности (летательные аппараты, транспортные средства, трубопроводы, сосуды давления и т. п.); образцы с Т-образным концентратором используются в случае выбора и приемочного контроля сплавов для особо ответственных конструкций, оценка сопротивления развитию трещины которых имеет первостепенное значение.

В первых двух случаях определяют полную работу разрушения образца, складывающуюся из работы зарождения трещины и работы распространения трещины. При этом большая величина ударной вязкости еще не гарантирует вязкого разрушения. Материал может оказаться хрупким, если энергия распространения трещины в нем близка к нулю. Поэтому при испытании сталей особо ответственного назначения целесообразно определять не полную работу разрушения, а только работу распространения трещины. Для этой цели и предусмотрены образцы с заранее созданной трещиной.

Долговечность характеризует способность материала сопротивляться развитию разрушения при длительном статическом или многократном циклическом нагружении. Она обеспечивает работоспособность конструкций в течение заданного времени (ресурса). Причины потери работоспособности (постепенного отказа) могут быть самыми разнообразными: развитие процессов усталости в результате повторяющегося воздействия волн и ветров, механический износ, коррозионное разрушение и т. д. Эти процессы вызывают постепенное накопление необратимых повреждений в материале и его разрушение.

Сопротивление конструкций усталостному разрушению зависит как от механических свойств материала, из которого они изготовлены, так и от наличия концентраторов напряжений, формы и размера валиков наплавленного при сварке металла и т. д. Усталостная прочность сварных соединений в конструкции, как правило, значительно ниже усталостной прочности основного металла. Для повышения усталостной прочности сварных соединений в отечественной и зарубежной практике используется ряд технологических приемов: нагартовка, шлифование, обработка с использованием дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, плазменная обработка и др. Повышение сопротивления металла сварных соединений усталостному разрушению при нагартовке (наклепе) связано с возникновением в их поверхностном слое сжимающих напряжений. Шлифованием (абразивной зачисткой) удаляют поверхностные дефекты шва, улучшают его форму. Наибольшее повышение усталостной прочности сварных соединений (при одновременном улучшении условий труда) обеспечивает их отделка   электрической   дугой,   полученной   с   применением вольфрамового электрода в среде защитного газа, и плазменной дугой. При этом в результате вторичного расплавления металла все включения переходят в шлак, улучшается лицевая кромка шва, увеличивается его твердость. Вследствие этого усталостная прочность сварного соединения значительно повышается и приближается по своим значениям к усталостной прочности основного металла (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Влияние отделки углового шва дуговой сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа на усталостную прочность судостроительной стали (0,16 % С, 0,15-0,50 % Si, не более 1,5 % Mn, 0,04 % Nb) °°° без обработки; ••• с обработкой

Для повышения усталостной прочности сварных соединений может быть использована наплавка дополнительного слоя металла на лицевую кромку сварного шва. По эффективности этот процесс уступает обработке электрической или плазменной дугой. Однако он более прост, так как не требует применения специального сварочного оборудования.

Наличие коррозионной среды ускоряет усталостное разрушение сварных конструкций. Особенно неблагоприятные условия создаются в зонах, периодически омываемых морской водой.