Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Коэффициент снижения разрушающих амплитуд на пряас ения Основной металл— сталь Метод сварки фс Состояние металла Аустеннт- ная Исходное состояние Термическая обра- ботка Ручная Автомати- ческая 1,О 1,О Коэффициенты концентрации в первом приближении устанавливают с использованием формулы Нейбера (11, 12) (45) о 2 во оо,а где ав — теоретический коэффициент концентрации напряжений (значения ав для различных форм сварных соединений приведены на стр. 100, 101).
На основе (45) коэффициенты концентрации условных напряжений оказываются зависящими от уровня номинальных нфпряжений и, следовательно, от предельного числа циклов. Для сварных соединений в расчет по формулам (44) вместо величин /сэ можно вводить эффективные коэффициенты концентрации /ге, о Оэ' определяемые по данным эксперимента как отношения разрушающих амплитуд деформаций для гладкого образца из основного металла н для сварного соединения при заданной долговечности.
Применительно к наиболее часто встречающимся сварным соединениям из низкоуглеродистой конструкционной стали в случае циклического изгиба в табл. 6 приведены 15, 12) величины йэ для долговечносозо тей от 10в до 10'. Для случая малоциклового деформирования осевыми нагрузками указанные в табл.
6 эффективные коэффициенты концентрации увеличиваются в 1,2 — 1,5 раза. В расчетных уравнениях (36) — (41), (44), (45) следует использовать гарантируемые характеристики механических свойств Е, о,, о, и тр. Для нессационарных режимов малоциклового нагружения долговечность на стадии образования трещин определяют с использованием 111, 12] правила линей- 4 н/р, Винокурова В. А., т.
3 Максимальные оэ „, и амплитудные а* местные условные напряжения в зонах концентрации рассчитывают [11, 12) как произведение коэффициентов концентрации (равных коэффициентам концентрации деформаций) на номинальные условные напряжения: йзах э (/оэ)шах (олэ)шах " Оаэ (~ое)а (Олэ)а~ (44) где (оэ ),„и (о„*,) — максимальные и амплитудные номинальные напряжения; (/с") „„, (й*) — коэффициенты концентрации максимальных и амплитудных напряжений. 98 (47) вн кес1нмг 1 у = — (х — 1и а,). у 10 2 д Прочность сварных соединений при переменных нагрузках ного суммирования повреждений, равных отношению чисел циклов нагружения на заданном режиме эксплуатации к предельному числу циклов для эксплуатационных нагрузок рассматриваемого режима. Запасы и, и по по уравнению (43) принимают в зависимости от типа н ответственности конструкций, устойчивости механических и конструктивных форм.
Для сварных конструкций, применяемых в строительстве, энергетическом н химическом машиностроении, в судостроении эти запасы нужно выбирать соответственно не ниже 5 — 20 и 1,5 — 2. В тех случаях, когда по соображениям безопасности и экономичности допускается эксплуатация сварных конструкций с трещинами малоциклового разрушения, размеры которых превышают размеры дефектов по техническим требованиям дефектоскопического контроля, в качестве предельного в уравнении (43) используют разрушающее число циклов А1= А1с+ А1р (46) где й! — число циклов до образования трещины; Жр — число циклов развития трещины до допустимых размеров, Число циклов Мр, как указывалось выше, определяется интегрированием уравнений (30) — (32) в пределах размеров трещин от начальных 1„до допускаемых 1,, При этом допускаемые размеры трещин 1, должны быть меньше критических по условиям хрупкого разрушения.
СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ МНОГОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ ФОРМА КР И В Ы Х УСТАЛОСТИ Сварные элементы мостов, вагонов, тепловозов, кранов, подкрановых балок, экскаваторов, сельскохозяйственных и дорожных машин, цементных печей, антенно-мачтовых сооружений и многих других конструкций за срок своей службы могут туг г .1» УВ1В' ~ Дэ УВУ Рис. 12. Кривые усталости сварных соединений на базе 100 млн, циклов; соединения: ! — нахлесточное с фланговыми авами: г — стыковое испытывать число перемен напряжений, исчисляемое миллионами.
При проверке на усталость таких конструкций в основе расчетных сопротивлений должны лежать пределы выносливости соединений, т. е. напряжения, отвечающие горизонтальному участку соответствующей кривой усталости (рис. 12), Когда сварной эле- Сопротивление усталости при многоцикловом погружении мент или конструкцию рассчитывают на заданную долговечность в пределах 10' 2 Х !О" циклов, за предельные напряжения принимают ограниченные пределы выносливости — напряжения, соответствующие на кривой усталости заданному числу циклов.
При графическом изображении в логарифмических (!ца,!д Ф) нли полулогарифмических координатах (а, !я А1) кривые усталости сварных соединений могут быть представлены в виде двух прямых: одной — круто падающей и другой— горизонтальной. После перелома происходит некоторое дальнейшее понижение долговечности с возрастанием числа циклов, но для практических целей им обычно пренебрегают. В качестве примера на рис. 12 приведены кривые усталости сварных образцов сечением 200 К 28 мм со стыковыми и с фланговыми швами, Испытания соединений проводились на базе 100 млн.
циклов (17!. В зависимости от принимаемого критерия завершения испытаний наклонные участки кривых и места переломов заметно смещаются. Когда критерием завершения испытаний крупногабаритных сварных образцов служит начальная стадия развития усталостной трещины, перелом кривых обычно наблюдается в интервале 1,5 — 4 млн. циклов и в первом приближении можно полагать, что его положение не зависит от вида соединения и типа образца.
Установлено также, что базе 2 ° 10г циклов соответствует менее 20% точек перелома кривых усталости, в то время как базе 5 млн. циклов — около 99,9",0 [17!. В наибольшей мере экспериментальным данным отвечает экспоненцнальное уравнение кривой усталости с числом циклов в показателе экспоненты /и а=а,ем+ нли 1и а — 1и а А1+В ' где а — действующее напряжение; а, — предел выносливости; В и и — параметры кривой усталости.
1 После замены переменных 1п а на х и на у уравнение приводится 1 + к линейному виду Это уравнение так же, как и уравнение (!5), можно использовать для получения значений пределов выносливости (путем экстраполяции результатов испытаний сварных соединений), отвечающих области ограниченной долговечности. В некоторых случаях кривые усталости получают по результатам испытания сварных образцов до полного излома. Сопоставления их с кривыми усталости, полученными по критерию образования трещины или начальной стадии ее развития, показывают, что от момента возникновения трещины до полного излома сварные соединения могут выдерживать значительное число перемен нагрузок.
При низких напряжениях для полного развития усталостной трещины может потребоваться несколько миллионов циклов. Иногда это может быть использовано для продления срока эксплуатации конструкции и установления ее расчетной живучести в области ограниченной долговечности. Однако для большинства упомянутых выше металлоконструкций усталостные повреждения, отвечающие начальной стадии образования трещин, имеют решающее значение, так как после достижения этими трещинами определенных критических размеров возможен переход усталостного разрушения к внезапному хрупкому при низких номинальных напряжениях, В сварных элементах мостов, грузоподъемных, транспортных и дорожных машинах, подвижном составе железных дорог усталостные повреждения вызываются сравнительно невысокими переменными напряжениями. В то же время этн машины и конструкции могут эксплуатироваться при низких климатических температурах, а также испытывать небольшие ударные импульсы случайного харак4а 101 Прочность сварных соединений при переменных нагрузках Со»гротивление усталости при многоцикловом нагружении и Типы соединений Стыковые 11рнкрепления фасонок встык, ребер жесткости, диафрагм н т.
и. элементов Нахлесточные с обваркой по контуру . с фланговыми швами . 1,3 1,7 2,3 гб тера или же вполне закономерные (например, железнодорожные вагоны или экскаваторы). При таких условиях и толщинах металла 20 — 30 мм и более резкое падение разрушающих напряжений может наблюдаться при глубине усталостной трещины 3,5 — 4,5 мм 1171. В этой связи рассматриваемые конструкции нужно рассчитывать на усталость по критерию зарождения усталостной трещины илн начальной стадии ее развития. СОПРОТИВЛЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ЗАРОЖДЕНИЮ УСТАЛ ОСТ Н Ы Х ТРЕШ И Н Сопротивление сварных соединений зарождению усталостных трещин определяется следующими основными факторами: концентрацией напряжений, создаваемой формой соединения, остаточной напряженностью в зонах концентрации, дефектностью швов, режимом действующих переменных нагрузок — числом перемен напряжений, их размахом, изменчивостью во времени н частотой.
Другие факторы (механические свойства и химический состав стали, неоднородность свойств околошовной зоны, способ дуговой сварки, тип электродов, конфигурация разделки стыкуемых кромок) оказывают меньшее влияние на стадию образования усталостного повреждения, особенно прн напряжениях, близких к пределу выносливости. В качественных соединениях, не обрабатываемых после сварки, усталостные трещины, как правило, зарождаются в зонах концентрации напряжений, Наиболее низкую выносливость имеют нахлесточные соединения с фланговыми швами. В таких соединениях напряжения распределяются неравномерно по длине шва.
Наиболее высокая концентрация напряжения создается по концам шва. В этих местах обычно и появляются усталостные трещины. Обварка по контуру приводит к более равномерному распределению силового потока в нахлесточном соединении. Концентрация напряжений снижается. Вместе с тем добавление лобового шва может увеличить остаточную напряженность соединения. Тем не менее сопротивление усталости несколько возрастает. В таких соединениях усталостные трещины обычно зарождаются по линии сплавления лобового шва. В различных соединительных швах трещины усталости могут возникать в наплавленном металле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
