Продольные стыковые соединения

Продольные стыковые соединения

Большинство усталостных испытаний продольных стыковых соединений было выполнено на образцах типа. В таких образцах приложенная внешняя нагрузка воспринимается металлом сварного швач и основным металлом. Так как геометрическая форма предел прочности при растяжении этих двух элементов неодинаковы, то можно ожидать, что поведение их при действии внешней нагрузки также будет различным. В металле сварного шва, обладающем неровной поверхностью и более высоким пределом текучести по сравнению с основным материалом, могут возникать местные напряжения у неровностей поверхности, превышающие напряжения в основном материале. Это может особенно выявляться при типе цикла напряжения, характеризующемся сравнительно высокими осевыми напряжениями, которые в сочетании с остаточными напряжениями вызывают местные пластические деформации в материале с более низким пределом текучести. Ввиду этого прочность и характеристики поверхности материала шва могут играть важную роль в сопротивлении усталости детали конструкции с продольным сварным швом.

При испытаниях исследовалось влияние типа соединения (V-образное и Х-образное), материала, подготовки кромок, метода сварки и типа цикла напряжения.

Основной материал. Большинство испытаний продольных стыковых соединений испытывалось на образцах из конструкционной стали ASTM А7 или St37. Однако по данным исследователей некоторое число испытанных образцов было изготовлено из сталей ASTM А242, St52 и Ну-80, подвергаемой закалке и отпуску. Предел выносливости соединений малоуглеродистой стали высокой прочности оказался на 28-35 кГ/мм2 выше предела выносливости аналогичных соединений углеродистой конструкционной стали, а предел выносливости соединений стали Ну-80 после закалки и отпуска — на  28-35 кГ/мм2 выше  предела  выносливости соединений низколегированной стали А242 и стали St52. Сварка образцов из низколегированных и термически обрабатываемых сталей производилась низководородистыми электродами типа Е7016 или Е 11018 вместо электродов Е 6010. Возможно, что отмеченное повышение предела выносливости сварных соединений частично объясняется использованием низководородистых электродов повышенной прочности.

Электроды, технология и техника сварки. При испытаниях Х-образных стыковых соединений углеродистой конструкционной стали было установлено, что соединения, сваренные электродами Е 7016, обладают несколько более высоким пределом выносливости по сравнению с соединениями, сваренными электродами Е 6010. Однако неизвестно, объясняется ли это повышение прочности более высоким качеством и большей прочностью наплавленного металла, полученного при использовании низководородистых электродов, или другими факторами, например, лучшей геометрической формой шва. При испытании образцов, сваренных разными электродами из серии Е 60ХХ, существенных изменений предела выносливости обнаружено не было.

По вопросу влияния техники сварки на предел выносливости продольных сварных соединений имеется очень мало данных. При некоторых из ранних испытаний низкие значения предела выносливости, по-видимому, были обусловлены низким качеством материала сварного шва, особенно в тех случаях, когда усиление было удалено. В технической литературе очень мало данных по качеству сварки образцов рассматриваемого типа и влиянию качества сварки на предел выносливости продольных соединений.

Тип цикла напряжений. Большинство продольных стыковых сварных соединений испытывали при пульсирующем цикле растяжения или при близком по форме цикле с небольшим растягивающим минимальным напряжением. Небольшое число испытаний было проведено при симметричном цикле напряжения.

Сводка результатов испытаний, выполненных при пульсирующем цикле растяжения. Приведенные данные показывают, что предел выносливости образцов с продольным стыковым швом на 10- 20% выше предела выносливости образцов с поперечным стыковым швом. Этот результат следует считать вполне закономерным в связи с тем, что эффект концентрации напряжений у краев поперечного стыкового сварного соединения обычно более значителен, чем в случае продольных стыковых сварных швов.

Предел выносливости образцов с продольным стыковым швом и удаленным усилием при симметричном цикле напряжения составляет около 55% предела выносливости аналогичных образцов при пульсирующем цикле растяжения. Следует заметить, что размах напряжения при симметричном цикле был на 10% больше, чем при пульсирующем цикле растяжения. Наклон кривых усталости для образцов с продольным стыковым швом приблизительно такой же, как для образцов с поперечным швом и составляет приблизительно 0,13. При этом ограниченный предел выносливости при 100 — 103 циклов до разрушения приблизительно на 50% выше, чем при числе циклов до разрушения 2-Ю6.

Остаточные напряжения. Влияние обработки, устраняющей остаточные напряжения, на предел выносливости деталей  конструкции  с продольным стыковым сварным швом изменяется в зависимости от типа образца, обработки и условий испытания. Обычный высокий отпуск при температуре 620° С для устранения внутренних напряжений, а также применение механического метода устранения внутренних напряжений, по-видимому, не оказывают существенного влияния на ограниченный предел выносливости при числе циклов до разрушения 100 -103 как с усилением шва, так и без него. Однако при числе циклов до разрушения 2-Ю6 устранение остаточных напряжений указанными методами повышает предел выносливости на 7-28%. Испытания небольшого числа образцов показали, что применение метода устранения остаточных напряжений при низкой температуре повышает предел выносливости на 10-20%. Так как устранение остаточных напряжений обычно не оказывает заметного влияния на предел ограниченной выносливости деталей с продольным стыковым соединением при относительно малом числе циклов до разрушения (т. е. при высоких напряжениях от внешней нагрузки), то можно предполагать, что в этих условиях остаточные напряжения значительно уменьшаются при первых циклах напряжения. Благодаря этому они не оказывают существенного влияния на предел выносливости даже при относительно высоком первоначальном значении остаточных напряжений в направлении действия внешней нагрузки. Однако при большом числе циклов до разрушения и более низких напряжениях от внешней нагрузки остаточные напряжения могут оказывать заметное влияние на предел выносливости некоторых типов элементов конструкции с продольными стыковыми швами, причем изменение предела выносливости может зависеть от геометрической формы элементов конструкции и величины и знака напряжений от внешней нагрузки. Таким образом, любая общая гипотеза, касающаяся влияния остаточных напряжений на усталость, по необходимости должна усложняться учетом большого числа факторов. Вопрос влияния остаточных напряжений на прочность конструкций при переменных нагрузках заслуживает дальнейшего изучения.

Читайте так же:

002 049 008 043 007 045 021 022

Комментарии запрещены.

Явление усталости

037 017 034 011 023 035
Усталость конструкций
http://mirotoplenie.ru
Сопротивление усталости