Стыковые соединения с проваром части сечения

Стыковые соединения с проваром части сечения

Стыковые сварные соединения иногда бывают ориентированы так, что наибольшее главное напряжение действует параллельно оси соединения, а напряжение, перпендикулярное оси соединения, значительно меньше максимального. Примером таких соединений могут служить окружные швы цилиндрического резервуара для жидкости. Однако при выполнении сварных швов с проваром части сечения в соединении возникает концентрация напряжений, значительно снижающая сопротивление усталостному разрушению. Соединения с проваром части сечения могут также являться местом начала хрупкого разрушения. Поэтому такие соединения можно применять только после тщательного анализа условий нагружения конструкции в эксплуатации. Для определения усталостных данных сварных соединений с проваром части сечения были проведены испытания образцов с продольными и поперечными соединениями рассматриваемого типа. Конструкция образцов и детали выполнения соединений, где изображен образец с поперечным стыковым соединением. Образцы с продольным стыковым соединением имеют аналогичную конструкцию и отличаются только тем, что ось стыкового соединения ориентирована по направлению нагрузки, прикладываемой при испытаниях.

Провар части сечения в соединениях этих образцов не следует смешивать с небольшим непредусмотренным непроваром сечения. При изготовлении усталостных образцов, кромки перед сваркой разделывали так, чтобы при сварке была проварена только половина, а в некоторых случаях — только треть сечения образца. Таким образом, при изготовлении этих образцов заранее предусматривался очень значительный непровар сечения.

В технической литературе имеется мало данных по прочности соединений с частичным проваром сечения. Для описываемых испытаний была изготовлена только одна серия образцов из углеродистой конструкционной стали ASTMA7. Сварка производилась электродами Е6010 без последующей термической обработки для устранения остаточных напряжений. Работа выполнялась без тщательного технического надзора. Большинство образцов было испытано в состоянии после сварки и небольшое число — после удаления усиления шва. Таким образом, проведенные испытания позволяют оценить влияние нескольких факторов.

Все испытания соединений с проваром части сечения проводились при пульсирующем цикле растяжения. Такой способ определения предела выносливости удобен при оценке относительной прочности поперечного стыкового соединения в долях прочности полного сечения  образца  при  переменных напряжениях. Сопротивление усталости поперечных стыковых швов с проваром части сечения очень низко и далеко не достигает даже значения, соответствующего отношению сечения сварного шва к полному сечению образца. Проведенные испытания показали, что предел выносливости плоских образцов с продольным стыковым соединением с неполным проваром не отличается от предела выносливости аналогичных образцов с продольным Х-образным стыковым соединением. Однако по изложенным выше соображениям эти результаты не следует рассматривать как основание для необходимого применения стыковых соединений с проваром части сечения даже в тех случаях, когда ось соединения параллельна направлению напряжения от внешней нагрузки.

Удаление усиления шва с проваром части сечения дает различные результаты в зависимости от ориентировки соединения относительно направления нагрузки (продольное или поперечное) и в случае поперечных соединений — в зависимости от площади сечения сварного шва. Удаление усиления продольного шва не приводило к заметному понижению предела выносливости. При удалении усиления поперечного шва внешняя форма соединения улучшалась, однако одновременно уменьшалась площадь поперечного сечения сварного шва, которое и без того было значительно меньше полного сечения образца. В этом случае предел выносливости соединения уменьшался.

Интересно отметить, что статическая прочность образцов с продольным и с поперечным стыковым соединением с неполным проваром почти одинакова, тогда как значения предела выносливости этих образцов значительно разнятся. Если химический состав и металлургические характеристики материала, температура и напряженное состояние не способствуют хрупкому разрушению, то концентрация напряжений, обусловленная геометрической формой деталей, обычно не вызывает значительного понижения статической прочности образца или детали, если площадь поперечного сечения уменьшена незначительно. В случае соединений с неполным проваром, предел прочности при растяжении металла сварного шва, очевидно, был выше предела прочности основного материала на величину, достаточную для компенсации уменьшения площади поперечного сечения при статической нагрузке. Также и это обстоятельство нельзя рассматривать как основание для необдуманного применения стыковых соединений с проваром части сечения, даже при статических нагрузках. При выборе типа соединения нужно учитывать многие другие факторы.

При испытаниях образцов со стыковым швом с неполным проваром исследовалось также влияние температуры образцов. Испытания трех образцов с поперечным соединением и четырех образцов с продольным соединением при температуре -29° С показали некоторое увеличение как статической прочности, так и предела выносливости по сравнению с соответствующими характеристиками образцов, испытанных при нормальной температуре. Предел выносливости образцов с продольным сварным соединением увеличился на 13% и предел выносливости образцов с поперечным сварным соединением — на 33%. Однако следует заметить, что число образцов было слишком мало для возможности определенных выводов по результатам этих испытаний

При исследовании влияния непровара сечения испытывались также образцы с двумя номинальными размерами стыкового шва (глубина канавки при разделке кромок под сварку) 4,75 мм и 3,18 мм по обе стороны полосы толщиной 22,2 мм. Номинальный размер непроваренной корневой части соединения составлял, соответственно, 12,7 и 15,85 мм. Как следовало ожидать, изменение размера шва не привело к существенному     изменению     предела  выносливости образцов с продольным соединением. Однако для образцов с поперечным соединением увеличения размера шва с 3,18 до 4,75 мм привело к повышению предела выносливости при пульсирующем цикле растяжения приблизительно на 15%. При этом увеличение площади сечения сварного шва было больше 15%. Отсюда следует, что сопротивление поперечного усталостному разрушению соединения с неполным проваром зависит не только от площади сечения сварного шва, воспринимающего нагрузку, но также и от концентрации напряжений в соединении.

Результаты усталостных испытаний поперечных стыковых соединений с неполным проваром показывают важность правильной разделки кромок свариваемых деталей для предотвращения случайного непровара сечения типа, намеренно осуществленного в описанных выше образцах. Для обнаружения непровара сечения может быть использован   рентгенографический    метод контроля, однако рентгенограммы следует рассматривать очень внимательно. В некоторых случаях непровар бывает трудно обнаружить, например в случае. Усадка металла сварного шва может вызывать настолько плотное смыкание непроверенных кромок деталей, что линия раздела их может с трудом обнаруживаться на рентгенограмме, особенно при сравнительно малой длине соединения.

Результаты испытаний соединений с неполным проваром свидетельствуют о необходимости правильной разделки кромок деталей, свариваемых стыковым швом, и соблюдения всех мер предосторожности для исключения возможности непровара. Несмотря на сравнительно высокий предел выносливости соединений с неполным проваром, получаемый расчетом на основании площади сечения сварного шва, такие соединения не следует применять в конструкциях, работающих при переменных нагрузках. Вообще не следует применять соединения с неполным проваром без тщательного анализа условий работы соединения как при сборке конструкций, так и при последующей ее эксплуатации.

Читайте так же:

018 008 020 011 047 043 028 032

Комментарии запрещены.

Явление усталости

042 047 001 044 026 039
Усталость конструкций
Ведущий на свадьбу в Харькове: http://wedding.kharkov.ua.
Сопротивление усталости