Диаграммы предельных напряжений и таблицы усталостных данных поперечных стыковых сварных соединений

Диаграммы предельных напряжений и таблицы усталостных данных поперечных  стыковых сварных соединений

Эти диаграммы показывают общую картину сопротивления рассматриваемых соединений усталостному разрушению и могут служить основанием для расчета прочности аналогичных поперечных стыковых сварных соединений при любом диапазоне (изменения напряжений. Диаграммы показывают влияние типа стали на усталостные характеристики, а также влияние удаления усиления сварного шва. При наличии этих данных и соответствующем выборе коэффициентов запаса прочности можно определять допускаемые напряжения практически для любого типа повторно-переменных нагрузок.

Приведенные на диаграммах предельные напряжения соответствуют числу циклов до разрушения 100-103 и 2- 106.

Ограниченный предел выносливости при другом значении числа циклов до разрушения можно вычислить на основании линейной зависимости. Для этого определяют пределы выносливости при заданном коэффициенте асимметрии и числе циклов до разрушения 100-103 и 2-106 и находят значение по формуле, после чего непосредственно определяют приближенное значение предела выносливости при заданном числе циклов до разрушения. Этот метод может быть полезен при необходимости оценки сопротивления усталостному разрушению в условиях, отличных от условий проведения испытаний.

Остаточные напряжения. При некоторых испытаниях делались попытки оценки влияния остаточных напряжений на сопротивление усталостному разрушению поперечных стыковых сварных соединений путем устранения остаточных напряжений в сваренных деталях. Термическая обработка для устранения остаточных напряжений, как правило, очень мало изменяла предел выносливости соединений или вовсе не изменяла его как при наличии усиления, так и без него. В некоторых случаях наблюдалось даже небольшое уменьшение прочности соединения. На основании этого можно заключить, что остаточные напряжения в поперечных стыковых соединениях, как правило, оказывают незначительное влияние или вовсе не влияют на сопротивление усталости этих соединений.

При анализе влияния остаточных напряжений на поведение поперечных стыковых сварных швов при переменных напряжениях необходимо учитывать, что остаточные напряжения, перпендикулярные продольной оси стыкового сварного шва, бывают относительно низкими.

Так как напряжения от внешней нагрузки также перпендикулярны оси сварного шва, то остаточные напряжения не должны оказывать существенного влияния на предел выносливости соединения. Однако выполненные в последнее время измерения показали, что в некоторых случаях могут иметь место высокие локализованные в малых объемах остаточные напряжения в поперечном направлении, возможно, такой же величины, как напряжения в продольном направлении.

Масштабный эффект. Ширина исследованных поперечных стыковых сварных соединений изменялась от 35 до 152 мм, толщина — от 12,7 до 38 мм. Таким образом, абсолютные размеры соединений изменялись в сравнительно узких пределах, хотя толщина свариваемых деталей находилась в пределах толщин большинства элементов реальных конструкций. Данные испытаний не обнаружили заметного масштабного эффекта. Однако следует заметить, что на результаты испытаний оказывало влияние большое число факторов, что обусловило значительный разброс результатов, из-за которого можно было не обнаружить незначительное влияние масштабного фактора.

Тип соединения. Наибольшее число испытаний было проведено со стыковыми соединениями, имеющими Х-образную, V-образную и U-образную разделку кромок. Существенной разницы в сопротивлении усталости этих трех соединений углеродистой конструкционной стали, как правило, не наблюдалось, хотя V-образные соединения, возможно, имели несколько более высокий предел выносливости по сравнению с Х-образными. Если такая разница в прочности соединений действительно имела место, то наличие ее можно объяснить тем, что при V-образном соединении зоны концентрации напряжений у краев наплавленного металла находятся на обеих сторонах свариваемых деталей в различных плоскостях, тогда как в Х-образном соединении эти зоны лежат в одной плоскости. Ввиду этого в Х-образном соединении может до известной степени проявляться взаимное наложение влияния двух зон концентрации напряжений, приводящее к небольшому понижению предела выносливости Одностороннее U-образное стыковое соединение в состоянии после сварки, с оставленным усилением, как правило, имело наименьшую прочность с другой стороны, на том же рисунке видно, что U-образное соединение с удаленным усилением имеет наиболее высокий предел выносливости. В целом данные испытаний показывают, что ни форма внутренних слоев металла шва, ни вид разделки кромок не оказывают существенного влияния на предел выносливости соединения. Поэтому допускаемое напряжение можно назначать одинаковым при любых видах подготовки кромок. Однако надо иметь в виду, что наименьшие искажения возникают при Х-образном шве.

Усиление сварного шва и качество обработки поверхности шва. Изучение усталостных разрушений поперечных стыковых соединений показывает, что геометрическая форма усиления сварного шва оказывает существенное влияние на сопротивление усталости. Если в стыковом соединении углеродистой стали не имеется значительных дефектов, то при удалении усиления сварного шва можно ожидать повышения предела выносливости соединения, что подтверждается большинством испытаний. Однако количественное значение повышения прочности при удалении усиления зависит от качества сварки.

При удалении усиления шва предел выносливости соединения может определяться качеством поверхности соединяемых стальных деталей или наличием внутренних дефектов шва. Ввиду этого для возможности получения максимальной выгоды от удаления усиления необходимо обеспечить хорошее качество металла шва, а следы механической обработки поверхности шва надо располагать параллельно действующим напряжениям; кроме того, поверхности шва и соединяемых деталей не должны иметь значительных дефектов. При выполнении этих условий предел выносливости сварного соединения может приближаться к пределу выносливости основного материала. Иногда делаются неудачные попытки усиления стыковых соединений с  помощью приваренных угловыми швами усиливающих накладок. В действительности наличие таких накладок понижает предел выносливости соединения из-за изменения поперечного сечения у концов усиливающих накладок и возникающей в связи с этим значительной концентрации напряжений.

Место разрушения. Усталостные разрушения в поперечных стыковых соединениях обычно начинаются в одной из перечисленных ниже зон.

1. По основному металлу у края сварного шва. Возможность разрушения по основному металлу у края сварного шва зависит от концентрации напряжений в этой зоне. Изменение сечения наплавленного металла или глубины подреза может приводить к значительным изменениям предела выносливости соединения.

2. По границе сплавления. Разрушения этого типа происходят в результате плохого сплавления металла шва с основным металлом, иногда сопровождаемого непроваром у корня шва.

3. По металлу сварного шва. Разрушения этого типа начинаются от внутренних дефектов сварного шва. Значительная пористость и шлаковые включения понижают сопротивление шва усталостному разрушению, однако наиболее серьезным дефектом являются усадочные трещины в металле.

Такие дефекты сварного шва, как пористость, шлаковые включения и непровар, приводят к значительному понижению предела выносливости. При этом количественное значение понижения предела выносливости, по-видимому, зависит от относительных размеров дефекта. При одном исследовании прочности сварки высокопрочной стали НУ-80 наличие сварного шва привело к понижению предела выносливости при 100 — 103 циклов в два раза.

Большинство соединений с хорошим качеством сварного шва, испытанных в состоянии после сварки без удаления усиления, разрушается у края усиления сварки. При наличии значительных дефектов внутри шва или при удаленном усилении разрушение может происходить по металлу сварного шва, как показано на рис, 7, 7,

Сводка данных по поперечным стыковым соединениям. Приведенные данные для нескольких типов соединений, испытанных при числе циклов до разрушения 100 -103 и 2-Ю6, при пульсирующем цикле растяжения и при симметричном цикле позволяют сравнивать прочность соединений в различных условиях.

Данные испытаний U-образных, V-образных и Х-образных стыковых соединений показывают, что при хорошем   качестве сварки выбранный вариант подготовки кромок не оказывает существенного влияния на предел выносливости соединения. Эти данные показывают также, что при хорошем качестве сварки прочность при переменных напряжениях стыкового сварного соединения с удаленным усилением и хорошим качеством обработки поверхности шва может быть практически равна прочности основного металла в тех же условиях.

Читайте так же:

021 013 038 016 gazoviy-kotel 024 027 028

Комментарии запрещены.

Явление усталости

050 047 020 038 049 002
Усталость конструкций
Сопротивление усталости