Комбинированные соединения с фланговыми и лобовыми швами

Комбинированные соединения с фланговыми и лобовыми швами

В данном разделе рассматривается сопротивление усталостному разрушению трех типов комбинированных соединений с фланговыми и лобовыми швами: соединений внахлестку с непрерывными или прерывистыми фланговыми и лобовыми швами достаточно большой длины, соединений внахлестку с длинными фланговыми швами и короткими вспомогательными лобовыми или косыми швами в сужающейся части элементов соединения и, наконец, пластин с усиливающими накладками, приваренными фланговыми и лобовыми швами.

При испытаниях некоторых образцов с фланговыми и лобовыми швами имело место разрушение по соединяемым   пластинам.   В других   случаях   разрушение происходило по сварному шву. Результаты испытании при этих типах разрушения несравнимы. Однако на основании результатов испытаний каждой из групп можно составить достаточно полное представление о прочности рассматриваемых соединений при переменных напряжениях.

Описываемые испытания проводились при различных циклах напряжения, что позволило построить диаграммы предельных напряжений как для напряжений в основном материале, так и для напряжений в сварном шве. Из этих диаграмм видно, что предел выносливости пластин, сваренных комбинированными фланговыми и лобовыми швами, значительно ниже предела выносливости материала сварных швов. При проектировании такого рода соединений необходимо стремиться обеспечить достаточно большую длину сварных швов и такое их расположение, при котором получилось бы благоприятное распределение напряжений в основном материале, способствующее повышению предела выносливости. Иногда считают, что равнопрочная конструкция соединения, при которой вероятность усталостного разрушения по основному материалу и по сварному шву одинакова, обязательно обеспечивает максимальное значение предела выносливости. Усталостные испытания образцов соединений показывают, что это положение не всегда верно. Во многих случаях дальнейшее увеличение длины или сечения сварных швов за пределами равнопрочное соединения приводило к более выгодному распределению напряжений в основном материале и к повышению прочности соединения при переменных напряжениях. Такая возможность повышения прочности не учитывается действующими рекомендация ми и проектированию сварных соединений и не отражена в принятых значениях допускаемых напряжений.

Как и в случае соединений с одними фланговыми швами, испытания показали, что применение различных основных материалов не влияет (или влияет очень мало) на прочность соединений с фланговыми и лобовыми швами при переменных напряжениях. Качество основного материала начинает сказываться только при условиях нагружения, близких к статическим.

Размеры пластин, использованных при изготовлении образцов с комбинированными лобовыми и фланговыми швами, а также размеры сварных швов изменялись в широких пределах.

Несмотря на это, не удалось полностью выявить влияние размеров различных элементов соединения на его прочность при переменных напряжениях, так как одновременно изменялись также такие важные факторы, как тип цикла напряжения, материал образцов и расположение сварных швов. Насколько можно было установить, пропорциональное изменение размеров соединения не оказывает существенного влияния на предел выносливости соединения.

В связи со значительным влиянием концентрации напряжений, обусловленной геометрией соединения, предел выносливости пластин с местным усилением в виде приваренных накладок составляет всего 44-63% предела выносливости пластин без усиления. Таким образом усиливающие накладки фактически уменьшают прочность основного элемента при переменных напряжениях и любой форме накладок. Однако предел выносливости пластины, являющейся одним из элементов сварного соединения внахлестку, намного ниже предела выносливости цельной пластины с усиливающими накладками.

При числе циклов до разрушения 2-Ю6 предел выносливости материала пластин, сваренных комбинированными лобовыми и фланговыми швами, составляет около 30% предела выносливости исходной пластины. Испытанные соединения оказались немногим лучше соединений внахлестку с одними фланговыми швами. Другие испытания показали, что при некоторых условиях устранение лобового шва понижает сопротивление усталостному разрушению, хотя разрушение в обоих случаях происходит по основному материалу.

Осмотр места разрушения некоторых образцов сварных соединений   внахлестку показал, что усталостная трещина начинается от небольших усадочных трещин, возникающих в лобовых швах при   остывании   после сварки. Сечение этих швов было значительно меньше минимально допустимого сечения угловых швов, обычно принимаемого для данной толщины материала. Так как трещины могут возникать при наплавке валика малого сечения на толстый основной материал, то необходимы   специальные   меры    предосторожности    при наплавке тонких корневых   слоев   многослойного шва при относительно большой толщине свариваемого материала. Эти меры могут сводиться к замедлению остывания шва (путем предварительного  подогрева перед сваркой или путем соответствующего выбора   порядка сварки) или к уменьшению тем или иным способом ограничения усадочной деформации   наплавленного   металла.

Был описан один метод устранения усадочных трещин путем введения между поверхностями контакта свариваемых деталей прокладок из мягкой стальной проволоки малого диаметра, которые уменьшали ограничение усадки сварного шва. Такие меры предосторожности в большинстве случаев бывают излишними, однако, с другой стороны, установлено, что устранение тем или иным способом усадочных трещин в образцах сварных соединений существенно повышает сопротивление  соединения  усталостному разрушению. Трещины в сварном шве недопустимы также и по другим причинам.

Шлифование кромок лобовых швов для устранения резкого изменения контура и возможных подрезов значительно повышает предел выносливости соединений. Однако при рассмотрении этого метода повышения прочности необходимо сопоставлять дополнительные затраты и достигаемый эффект. Необходима также сравнительная оценка стоимости других средств повышения предела выносливости.

Разрушения комбинированных сварных соединений с фланговыми и лобовыми швами имели различный характер в зависимости от соотношения размеров сваренных пластин и сварных швов, а также расположения, формы и размеров швов. В некоторых случаях разрушение происходило по средней пластине, в других случаях — по крайним пластинам или по шву. В некоторых из образцов разрушившихся по шву усталостная трещина начиналась на лобовом шве и затем распространялась вдоль флангового. В комбинированных соединениях с лобовыми и фланговыми швами лобовые швы способствуют более благоприятному распределению напряжений, что позволяет ожидать повышения предела выносливости по сравнению с соединением, выполненным с применением одних фланговых швов.

Читайте так же:

008 030 028 032 007 040 001 027

Комментарии запрещены.

Явление усталости

043 045 042 025 037 030
Усталость конструкций
Сопротивление усталости