Коэффициент интенсивности напряжений
Коэффициент интенсивности напряжений K описывает концентрацию напряжений у вершины трещины. Он зависит от растягивающего напряжения, длины трещины и геометрии детали. Если K превышает характеристику материала K_IC, трещина распространяется мгновенно.
Физико-химический механизм действия
У вершины трещины напряжения концентрируются. Теоретически напряжение там становится бесконечно большим. Коэффициент интенсивности напряжений K показывает силу этой концентрации напряжений. K вычисляют из номинального напряжения, длины трещины и геометрического фактора. Единица измерения — MPa·√m. Каждый материал выдерживает до критического значения K_IC. Если K меньше K_IC, трещина остаётся стабильной или растёт только медленно. Если K больше K_IC, трещина мгновенно распространяется дальше.
Металлургическая значимость и риски при сварке
Сварные швы часто содержат мелкие трещины или начальные трещины. Кроме того, сварочные остаточные напряжения создают высокие растягивающие напряжения. И то, и другое увеличивает коэффициент интенсивности напряжений K. В зоне термического влияния может образовываться мартенсит. Мартенсит имеет низкую трещиностойкость K_IC. Тогда достаточно небольшой трещины, чтобы K превысил K_IC. Трещина растёт хрупко и без предупреждения. Водород в наплавленном металле усиливает эту опасность.
Практика в мастерской и указания к действию
Предотвращайте трещины тщательной подготовкой сварного шва и подходящими присадочными материалами. Соблюдайте заданную температуру предварительного подогрева. Это замедляет охлаждение и предотвращает образование твёрдого мартенсита. Снижайте сварочные остаточные напряжения целенаправленной последовательностью сварки или отжигом для снятия напряжений. Если после сварки обнаружена трещина, измерьте её длину и оцените её по методу механики разрушения. Если K превышает допустимое значение, трещину необходимо полностью удалить и заварить заново.