Существующие методы испытаний на коррозионное растре с-

h

BaHMe сварных соединений можно объединить в три группы: — испытания для оценки сопротивления зарождению разрушения; 2 — испытания на коррозионную трещиностойкость; 3 — испытания макетов и узлов в условиях, приближенных к реальным.

В настоящее время накоплен большой опыт использования испы­таний первой группы. Его обобщение позволило разработать ГОСТ 26294-84.

Стандарт устанавливает четыре метода испытаний [290]: при постоянной нагрузке; при постоянной деформации; с остаточными сварочными напряжениями; при сложнонапряженном состоянии.

В качестве критерия оценки сопротивляемости сварных соедине­ний коррозионному растрескиванию выбраны: наличие или отсутствие коррозионного растрескивания за установленный срок испытания; время до появления коррозионных трещин, больших некоторого, заранее установленного размера; уровень безопасных напряжений, не вызывающих растрескивания.

В качестве объекта испытания при постоянной нагрузке и дефор­мации приняты сварные образцы, типоразмеры которых определены ГОСТ 6996-66 “Сварные соединения. Методы определения механи­ческих свойств”.

Для удобства моделирования напряженного состояния, возникаю­щего в сварных конструкциях различных типов, ГОСТ 26294-84 реко­мендует три вида образцов с остаточными сварочными напряжениями: дисковые образцы, пластины и образцы с патрубком. Ряд размеров подобран так, чтобы обеспечить сопоставимость результатов испытаний, полученных на образцах различной толщины. В стандарте приведены рекомендации по выбору состава среды и условий ускоренных испыта­ний в зависимости от марки основного металла испытуемого сварного соединения.

В использовании второй группы методов испытаний накоплен значительно меньший опыт. Признано, что наиболее удобной для инженерной практики характеристикой статической коррозионной трещиностбйкости является параметр К1жс.

За рубежом наибольшее распространение получил метод, предло­женный Брауном, который заключается в следующем. Образец с предварительно созданной усталостной трещиной нагружают ступен­чато, выдерживают на каждой »ступени в коррозионной среде и контро­лируют рост трещины. В качестве параметра коррозионной трещино — стойкости К1юс принимают максимальное значение Kt, при котором не обнаружено признаков коррозионного растрескивания в течение заданной базы испытания. В силу рассмотренных в §13.2 особенностей разрушения в коррозионной среде, этот метод дает, как правило, завышенные значения KIscc. Кроме того, длительность таких испытаний сравнительно велика, т. к. в зависимости от свойств металла и среды длительность выдержки образца на каждой ступени может колебаться от нескольких минут до 2… 100 часов.

Частично эти недостатки устранены в методах испытания на коррозионное растрескивание, рекомендуемых ГОСТ 9.903-81 [64].

Стандарт предусматривает три метода испытаний: по времени. до разрушения образцов с трещиной; по страгиванию трещины при постоянной нагрузке; по остановке трещины. Предусмотрено использо­вание четырех типов образцов: плоского с центральной трещиной — на растяжение; призматического с боковой трещиной — на изгиб и два варианта образцов на внецентренное растяжение.

ГОСТ 9.903-81 во многом не совершенен. Он не предусматривает контроль электрохимических процессов при испытании, не учитывает морфологию зоны разрушения, рекомендуемые им толщины образцов не всегда обеспечивают получение минимальных значений KIjcc.

В процессе испытания необходимо вести контроль электрохими­ческой обстановки в вершине трещины, при расчете величины К, учитывать ветвление и притупление трещины, при испытании сварных соединений пассивирующихся сплавов выдержке образца под постоян­ной нагрузкой должно предшествовать циклическое нагружение его в коррозионной среде [3].

Для получения минимального значения Kj кс целесообразно приме­нять образцы натурной толщины либо образцы с поверхностной трещиной, обеспечивающие максимальное приближение механическогсі стеснения деформаций и электрохимических условий к реальны^ условиям в вершине трещины у сварной конструкции.

Важным условием корректного проведения испытаний на коррози­онное растрескивание является четкое фиксирование момента начала развития разрушения или момента прекращения роста коррозионной трещины. Визуальное слежение отличает простота и надежность, но для уверенного фиксирования изменения длины трещины требуется значи­тельное увеличение длительности проведения испытания, поскольку начальные скорости роста трещины могут не превышать 1(Г8 м/с.

Слежение за развитием разрушения упрощается при использовании физических методов контроля. Так как при испытании на коррозионное растрескивание практически отсутствуют посторонние шумы, сигналы акустической эмиссии позволяют достаточно четко фиксировать начало растрескивания и момент окончания роста трещины. При испытании пассивирующихся металлов колебания электродного-потенциала также сигнализируют о продвижении трещины. Количественную оценку длины трещины можно получить, фиксируя изменение податливости

і

образца, или путем измерения электрического потенциала. Оба эти метода требуют предварительной калибровки и, вероятно, изменение морфологии трещины — ветвление или притупление ее может повлиять на точность количественной интерпретации результатов измерений.

Полнота учета действующих факторов, а также эффектов, связан­ных с одновременностью их действия, определяет степень расхождения’ получаемых характеристик сопротивления разрушению образца и конструкции. Поэтому третья группа испытаний предполагает макси­мальное приближение к реальным условиям.

В качестве объекта испытания в данном случае используют элемен­ты натурных сварных узлов, макеты или имитационные образцы. При этом стремятся воспроизвести реальную коррозионную обстановку не только составом среды, но и ее параметрами (температура, давление, гидродинамический режим нагружения и др.).

Достоинством таких испытаний является сохранение Технологичес­кого подобия изготовления образца и изделия, а также возможность анализировать кинетику разрушения с учетом реального распределения полей напряжений, возникающих как от внешней нагрузки, так и в результате изготовления сварного узла. Они позволяют определить участки сварного соединения, являющиеся наиболее вероятными инициаторами разрушения, выявить траекторию распространения разрушения, оценить конструкционную трещиностойкость. Последнее представляется важным достоинством испытания элементов конструк­ций, т. к. нередки примеры, когда, несмотря на высокое сопротивление разрушению образцов, вырезанных из различных зон сварного шва, трещиностойкость сварного элемента оказывается низкой.

Испытания сварных узлов получили наибольшее распространение при оценке работоспособности сварных соединений оболочковых конструкций. Характерное для таких конструкций двухосное поле напряжений можно получать гидростатическим наїружением закреплен­ного по контуру дискового образца или цилиндрической панели [136]. Для сварных элементов с толщиной стенки t < 25 мм можно исполь­зовать схемы двухосного растяжения, для сварных соединений из металла толщиной / = 25… 100 мм предпочтение следует отдать схеме двухосного изгиба [163].

На рис. 13.4.1 показаны дисковые образцы, позволяющие оценить трещиностойкость основного металла (А), различных зон сварного соединения (Б) и конструкционную трещиностойкость сварного шту­церного соединения (В). Образец закрепляют шарнирно по контуру (см. §6.5, рис.6.5.2) и нагружают циклически до появления усталостной трещины в заданной зоне сварного соединения. Затем закрепленный таким же образом образец подвергают испытаниям на коррозионное растрескивание.

Рис.13.4.1. Типы дисковых образцов для оценки сопротивления коррозионному растрескиванию элементов сварных оболочковых конструкций

Примеры расчетных подходов к оценке работоспособности свар­ных оболочек, работающих в коррозионной среде, рассмотрены в § 14.6.