Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 16
Текст из файла (страница 16)
1!Остоянпые Са и та зависят также от дефектности сварного соединения. Сопротивление разрушению при жестком нагружении — по моменту образования макротрещины (длиной по окружности рабочей части образца 0,5 — 1 мм н глубиной 0,2 — 0,3 мм) при заданных амплитудах упругопластических деформаций в/ описывается уравнением (14), В соответствии с рнс.
2 амплитуда упруго- пластической деформации Е/а Ранна сУмме амплитуд пластической Рр и упругой деформации Реа: ЗаВИСИМОСтЬ аМПЛИтуд ПЛаотИЧЕСКИХ И уПруГИХ дЕфОрМацИй От ЧИСЛа ЦИКЛОВ А/с до образования трещины показана на рис, 6, 88 89 2е %™Рс С ра с рс) 2е й/ ес еа с ест (17) (18) сеа 10' 10 ' 10 с 10 ~ 70 10г сй 1 Ср,— — е/ Рс= 2 100 е =1п 100- р (19) Сес =,„° Е.4 сс (20) 2е И~'р/= С ра / р/~ (23) Прочность сварных соединений лри переменных нагрузках С учетом (14) зависимость между е,, е и й/ может быть дана в видестепенных функций типа Мэнсона — Лангера где трс тес, Ссс, Сес постоянные. Как показали результаты экспериментов, при жестком нагружении постоянная т, изменяется в пределах 0,45 — 0,55 и может быть принята равной 0,5, а Рис. 6.
Связь амплитуд пластических и упругих деформаций с числом циклов до образования трещины (обозначення см. в табл, 1) постоянная С может быть определена нз рассмотрения условий статического раз* рушения (2ера = е/ при Жс = 1/4), т, е, где тр — относительное сужение площади поперечного сечения металла соответствующей зоны сварного соединения. Постоянная С, определяется из соотноше. ния 2ееа = Зи/Е при й/с = 1/4, т, е. Показатель степени т„для основного металла н металла сварных соединений равен примерно 0,1; тогда Сес = 1$15Е ' (21) Прочность лри малоцикловом нагружении В соответствии с (14)„(17) — (21) амплитуда полной упругопластической деформации е~ и число циклов й/с до образования макротрсщины связаны соотношением е1 — 0,25е/ й/ Р +0,435 — ~ /У (22) Кривые малоциклового разрушения при жестком нагруженни по уравнению (22), т.
е. в амплитудах суммарных деформаций прн тр, = 0,5 и т„= 0,1, а также экспериментальные результаты для основного металла и металла шва сварных соединений показаны на рис. 7. 10 з 2 10 10 101 102 103 ас Рис. 7. Связь между амплитудами упругопластических деформаций и числом циклов до образования трещины (обозначения см. в табл. 1) Различие в сопротивлении упругопластическим статическим и циклическим деформациям основного металла и металла шва сварного соединения определяет неоднородность распределения упругопластических деформаций в сварном соеднненнн, зону разрушения н разрушающее число циклов й с [13).
Например, испытания при жестком нагруженни образцов из стали 22К со сварным швом (ручная сварка), в которых зона сплавления располагалась в середине рабочей части образца, показали, что окончательное разрушение образцов из основного металла и из металла сварных соединений происходило при числах циклов е//, превышающих й'с и зависящих от амплитуды деформации. Связь между величинами е а и /ч/ может быть записана в таком же виде, как и между величинами ер и Д где тр/ и Ср/ — постоянные материала применительно к стадии разрушения. Величины С / и тр/ в первом приближении можно определить, предположив, что размах пластической деформации равен разрушающей деформации е/ по (19) Прочность при малоиикловом нагружении 90 Прочность сварных соединений при переменных нагрузках при У1 = 1/2 и что числа циклов У1 и У, равны при циклических напряжениях, равных пределу выносливости (на базе 10').
В соответствии с этими предположе- ниями Ср1 = е112~пр1 и т >1 = 1,04пчр . Тогда из уравнения (23) г;олучается Ус 0~52Ф~),о (24) 1О' 10' 1О~ 1Р Связь между числами циклов У, и У1 по результатам эксперимента (точки) н по уравнению (24) (сплошная линия) показана на рис. 8. С увеличением числа циклов У1 отношение числа циклов У, до образования трещины к числу циклов У1 до разрушения увеличивается. Уравнение (24) достаточно хорошо описывает резуль- таты экспериментов как на основном ле металле, так н на металле зон сварных соединений. Разрушению при мягком нагружении (а„= сопз() циклически апизотропных металлов предшествует одностороннее накопление пластических деформаций е~ 1 (см, рис. 2).
Например, для металла сварных соединений стали 22К в области небольшого числа циклов (от 1 до 2 10') накопление пластических деформаций (см. рис. 5) 10~ в основном металле (1), в металле ь-1 шва (1/) и зоны термического влияк х -д' ния (11') ручной сварки приводило л — Щ к квазистатическим разрушениям о — Ж (рис.
9). При этих разрушениях относительное сужение площади поперечного сечения ф было таким х~е, как и при однократном разрушении. МакРис. 8. Связь между числами циклов ротрещины в рабочей части образца до образования трещины и до оконча- перед разрушением не возникали. По- тельного разрушения по данным ра- верхность разрушения была волокнисчета и эксперймента (обозначения см. стой. При большем числе циклов в табл. 1) (Л'1 > 2 10з) квазистатические разрушения, характеризующиеся постоянством значений чр, постепенно сменяются усталостными, при этом увеличивается размер усталостной трещины и уменьшается относительное сужение ф. При числе циклов около 2 10з величина чр составляет не более 0,5 величины чр при однократном разрушении, а площадь усталостной трещины достигает 30 — 45% площади в изломе.
Однако поверхность излома образца в последнем полуцикле растяжения оставалась также волокнистой, Металл электрошлакового шва (111), обладающий пониженной пластичностью (чр = 35,8%) при однократном разрушении, при мягком нагружении квазистатически не разрушался. Снижение пластичности (чр) вдвое у металла электрошлакового шва происходило уже при числе циклон менее 30. Переход к малоцикловым усталостным разрушениям у металла зоны термического влияния (г) электро- шлакового сварного соединения начинается при числе циклов менее 30. Доля волнистой составляющей в изломе Г, у металла сварного шва (Ш) при числах циклов более 30 начинает резко уменьшаться, и при числе циклов более 200 поверхность разрушения в последнем полуцикле оказывается кристаллической.
Доля кристаллической составляющей в изломе металла зоны термического влияния (г) увеличивается до 15 — 20% при числе циклов более 700. Таким образом, при малоцикловом мягком нагружении у основного металла и металла сварных соединений происходит накопление одностороыних нластн- ческих деформаций в сочетании с циклическими пластическими деформациями, характеризующимися шириной петли упругопластического гистерезиса. Накопленное квазистатическое повреждение оценивается отношением односторонне накопленной деформации к разрушающей статической е1~1/е .
р Накопленное усталостное повреждение оценивается отношением пройденного числа циклов к разрушающему п11У1. Условие разрушения при мягком нагружеиии в области перехода от квазистатических разрушений к усталостным с исполь- ГО, % 1да Рис. 9. Зависимость относительного сужения поперечного сечения и доли волокнистой составляющей в изломе от числа циклов до разрушения (обозначения см, в табл. 1) е /е1+п11У =О, ('1) (25) где е 1 односторонне накопленная пластическая деформация для числа (ь с) полуциклов й1, й1 — число полуциклов нагруження до разрушения в переходной области; е1 — деформация при однократном разрушении; п1 — число циклов до смешанного разрушения при мягком нагружении (п1 = й112); У1 — число циклов до усталостного разрушения при жестком нагружении при заданной амплитуде пластической деформации; 0 — суммарное накопленное повреждение. Квазистатическое разрушение происходит при величине односторонне накоп- ленной пластической деформации ер 1 = е1, при этом накопленное усталостное () повреждение л11У1 ~~', 1 мало, т.
е. квазистатическое повреждение является преи ч обладающим и ер1)1е = 0 = 1, р 1 При усталостном малоцикловом разрушении, когда не происходит односто- роннее накопление пластических деформаций (жесткое нагружение е( 1)/е ~ 1), А ч р накопленное усталостное повреждение является преобладающим и п11У1 = 0 = 1, зованием правила линейного суммирования квазистатических и усталостных повреждений может быть записано в виде о,',, кгг/нмг ЕО сопротивлвнив рАзвитию трвщин с(1/йй/=С 1(ЛК) (30) 12Р ! в ~ [г~~)! ял ( / 1 (26) / — ~!М =С /2, (27) Прочность сварных соединений при переменных нагрузках В переходной области одностороннее накопление пластических деформаций сочетается с накоплением усталостных повреждений; поэтому в этой области можно принять суммарное накопление повреждений с), равное 1.
Односторонне накопленная пластическая деформация определяется по уравнениям (8) и (9) при я = й!; деформация е! — по уравнению (19). Эквивалентная амплитуда пластических деформаций е для числа циклов и при мягком нагружера нии определяется при условии линейного суммирования усталостных поврежде- Рис. 10. Связь между амплитудой напряжений при мягком нагружении и числом циклов до разрушения (обозначения в табл. 1) ний при непрерывно меняющихся (см. рис, 3) амплитудах пластических деформаций е' = 8!а1/2 по уравнению (1) с использованием уравнения (23): Число циклов до разрушения М! при жестком нагружении при амплитудах е„', определяется по уравнению (23).
Сопротивление малоцикловому разрушению при мягком нагружении, выраженное в амплитудах напряжений о = о'е' для основного металла [!7) и металла сварных соединений (!! — у), показано на рис. 10. Кривые на рис. 10 проведены го данным расчета по уравнению (25) при 0 = 1, Разрушающие амплитуды напря>кеинй о, определенные из эксперимента, показаны на рис.
10 точками. Кривые разрушения металла сварных соединении при мягком нагружении в широком диапазоне числа циклон до разрушения с использованием выражения (!5) (от 10а до 10') можно описать уравнением где зр — относительное сужение площади поперечного сечения при нагрулсении, При этом постоянная Со в первом приближении определяется исходя из предположения о том, что однократное разрушение (М! = 1) происходит'при напряже- Прочность при малоцикловом нагружении нии в момент потери устойчивости пластических деформаций!(о = а,/(1 — фв), где ф, — равномерное сужение1. Тогда С =2 — ' (28) та При известном пределе выносливости о 1 металла сварного соединения (для й!!= !От) пго = 0,15 1д (29) (1 — фв) а,' Для металла сварных соединений из малоуглеродис тых и низколегированных сталей при о,/о, = 0,4 —:0,5 и 'фа = 0,1 —: 0,3 по уравнению (29) то = = 0,07 —: 0,09.
Чйсла циклов Жг до образования трещин при мягком нагружении для заданных /Ч! определяют по уравнению (24). Изменение температур испытаний сказывается на сопротивлении малоцикловому разрушению при мягком и жестком нагружении. Влияние температур на долговечность при малоцикловом нагруженни учитывается введением в уравнения (22) и (27) характеристик статических механических свойств для данной температуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
