Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Прн дальнейшем развитии они переходят на основной металл. Наименьшую концентрацию напряжений создают стыковые соединения. Такие соединения имеют наибольшу»о выносливость. Усталостные трещины в стыковых швах наиболее часто появляются по линиям сплавления. В тех случаях, когда могут влиять остаточные напряжения, трещины зарождаются по линии сплавления в зонах высоких растягивающих остаточных напряжений — по середине шва нлн (если прнваривались выводные планки) по концам шва. Даже весьма качественные стыковые и угловые швы всегда имеют небольшие неровности, наплывы, подрезы н». д.
Этн незначительные изменения профиля шва, усиливая концентрацию напряжений в отдельных точках, могут вызнать преждевременное зарождение усталостной трещины. В то же время такие изъяны шва трудно воспроизвести илн учесть при экспериментальном или расчетном определенна коэффициентов концентрации напряжений с»о сварных соединений. Для одних н тех же соединений в различных исследованиях получены различающиес; п»ччення ао (17, 20). Концентрация напряжений нахлесточных соединений г фланго"ыми швами, в зависимости от соотношений геометрических параметров соединения, характеризуется значениями с»о = 1,3 —: 3,2. Для соединений с лобовымн швами оо = 3 —: 4 и более. В то же время по данным аналитических исследований 1 охийского университета коэффициенты концентрации таких соединений, относящ»»етая к упругой области напряжений, не превышают 1,32.
С приведенными результата»сн согласуются коэффициенты концентрации, полученные в Институте илектросвар».»» пм, Е. О, Па»она АН УССР применительно к качественным соедн- пениям и наиболее распространенным геометрическим параметрам швов и соеди- нений: В местах изменения сечения концентрируются не только напряжения от внешних нагрузок, но и сварочные остаточные напряжения, возникшие в процессе образования швов.
Остаточные напряжения, изменяя асимметрию цикла, при определенных условиях могут существенно влиять на сопротивление усталости сварных соединений. Степень их влияния зависит от асимметрии цикла, вида соединения и характера передачи силового потока. Наибольшее б падение выносливости сварных соединений под действием растя- а гнвающих остаточных напряжений наблюдается при симметрич- 2 ном цикле напряжений. В некоторых случаях под влиянием 8 этого фактора предел выносливости может снизиться до 35— 5004 . 4 С ростом асимметрии цикла влияние остаточных напряжений ю на предел выносливости заметно снижается.
Если стыковые и на- р хлесточные соединения, участвующие в передаче основного силового потока, изменяют пределы выносливости под действием растягивающих остаточных напряжений только прн знако- ПЕРЕМЕННЫХ НатруЗКаХ, тО В МЕ- "~' "' л а б т2 Гб ° Кг,~„пг стах прикрепления конструктивных злеме»»тов (Ребер, проушн»», Рис. 13, Диаграммы предельных напряжений диафрагм, фасонок и т. п.) Ра- сварных соединений низкоуглероднстых стастягивающие остаточные напря- лен.
ження могут проявить свое влияние и в области однозначных переменных напряжений. Остаточная напряженность заметно изменяет характер зависимости пределов выносливости от асимметрии цикла переменных напряжений. Диаграммы предельных напряжений для основных видов сварных соединений с максимальными остаточными напряжениями показаны на рис.
13. Эти диаграммы относятся к низкоуглероднстым сталям с пределом текучести 24 — 25 кгс/ммв. Они получены по данным усталостных нспы»аний сварных образцов сечением 200 л, 26 мм прн различной асимметрии цикла. База испытаний составляла 107 циклов. Верхние участ- » — стыковые соединения; 2 — прнкреплення фасонок встык; б — пересекающиеся швы; 4 — прнкрепления ребер жесткостн; б — нахлесточные соединения с обваркой по контуру; б — наклеоточные соединения с фпанговымн швами Сопротивление усталости при многоцикловом нагружении 102 Прочность сварных соединений при переменных нагрузках ки ветвей диаграмм 1 — 6 отсечены допускаемым уровнем напряжений по условиям статического нагружения.
Ветви диаграмм предельных напряжений практически параллельны. амаю. агеуча~ г 0,9 ОХ О,?5 г Рис. 14. Совмещенная диаграмма предельных напряжений стыковых соединений низкоуглеродистых сталей (ф, от = 24 —: 25 кгс/мма), низколегированных (Д, о, = ЗЗ вЂ”: — 40 кгс/мма) и сталей повышенной прочности (и, о, = 60 кгс/ммв): 1 — Я вЂ” предельные статические напряжении соответственно низкоуглероднстых, низколегированных и высоко. прочных сталей; е — б — области рационального использовании соответственно ннзкоуглероднстой, ннзколегированной и высокопрочной низколегированной сталей ь кб -б Е б Ы Ю Зб чб а,„, ниунн' Аналогичные диаграммы и закономерности получены применительно к сварным соединениям низколегированных сталей.
В соответствии с экспериментальными данными [17) пределы выносливости сварных соединений с высокимн растягивающими остаточными напряжениями практически не зависят от прочности основного материала [!7). На совмещенной диаграмме сварному соединению более прочной стали соответствует линия предельных напряжений, относящаяся к менее б„а„хасУннг Рис. 15. Диаграммы предельных напряжений сварных соединений с дефектами, расположенными в зонах высоких растягивающих остаточных напряжений: т — дефектов нет (стыковой шов на стали ОэггС); 2 — поры в стыковых нли угловых швах; г — подрезы глубиной г — З,б мм в стыковых швах; б — непровары; б и б — основные расчетные сопротивления соответственно низкоуглеродистых н низколегированных сталей 0 б а б ут Гб б заануалт прочному материалу, продолженная до заданного уровня предела текучести или предельного статического напряжения (рнс.
!4). Дефекты сварных швов существенно снижают сопротивление усталости соединения, особенно в тех случаях, когда они располагаются в зонах высоких растягивающих остаточных напряжении. В то же время внд диаграмм предельных напряжений сохраняется (рис. 15). Во всех случаях ветви диаграмм предельных напряжений наклонены под углом 45' к оси абсцисс. Это указывает на то, что для рассматриваемых условий предельные амплитуды о (или размахи напряжений 2о ) не зависят отсреднего напряжения цикла о„,.
Поэтому расчет на усталость в многоцикловой области при М ) 2 — 5 млн. цйклов может проводиться по размахам напряжений без учета влияния асимметрии цикла. Применительно к необрабатываемым после сварки качественным соединениям допустимые размахи напряжений 2о, отвечающие вероятности неразрушения р = 0,95, рекомендуется принимать [17) равными; го, сумм' Типы соединений; а' овые 11 6 Стык Прикрепления: фасонок встык .
9,4 ребер жесткости ° 6,6 Нахлесточные; с обваркой по контуру . б,г с фланговыми швами . 3,6 В последнее время, особенно в США и Англии, расчет сварных соединений все более часто выполняют по размахам напряжений. В частности, такой подход принят в новом британском стандарте ВБ153 для расчета на усталость сварных соединений мостов и других конструкций. Тем не менее в среднецикловой области (при 10в ( М < 2 ° 10' циклов) отмеченные выше закономерности изменения сопротивления усталости нарушаются и расчет по размахам напряжений в этой области может приводить к заметным погрешностям. Это связано с тем, что с увеличением напряжения от переменных нагрузок в зонах концентрации под влиянием пластических деформаций растягивающие остаточные напряхсения могут изменять не только свою величину, но и знак.
Вследствие этого меняются сопротивления усталости сварного соединения и диаграммы предельных напряжений становятся иными. На рис. 16 приведены диаграммы предельных напряжений нахлесточных соединений с фланговыми швами. В среднецикловой области размахи напряжений заметно изменяются в зависимости от асимметрии цикла, С понижением г размахи напряжений возрастают и относительное влияние этой зависимости усиливается с уменьшением М.
Перестает действовать и другая отмеченная ранее особенность, касающаяся влияния прочности материала. В среднецикловой области сопротивление усталости сварных соединений заметно увеличивается с повышением прочности основного металла. На ркс. 17 совмещены диаграммы предельных напряжений при различных числах циклов М для стыковых соединений сталей различной прочности (сплош. ной линией показаны диаграммы низкоуглеродистой стали с пределом текучести 24 — 25 кгс/ммв, пунктирными линиями — соответствующие диаграммы низколегированных сталей с пределом текучести 30 — 40 кгс/ммв и штриховой линией— диаграммы сталей с пределом текучести 60 кгсУммв.
Этн диаграммы построены по данным большого числа кривых усталости, полученных [17) при испытании сварных образцов сечением 200 Х 26 мм при коэффициентах асимметрии г, равных — 1; 0; +0,3; +0,5 и +0,75. Если при симметричном цикле напряжений стыковые соединения из ннзкоуглеродистых, низколегированных и высокопрочных сталей имеют одинаковые предельные напряжения при соответствующих значениях М (что связано с проявлением остаточных напряжений), то по мере увеличения коэффициента асимметрии цикла г линии предельных напряжений расходятся, выявляя преимущества более прочных сталей. Прн г = 0,15, например, размах напряжений, отвечающий низколегированной высокопрочной стали, на 22% выше, чем у низкоуглероднстой.
То же наблюдается и у соединений других видов (рнс, 18), В среднецикловой области в большей степени, чем в многоцикловой, следу т считаться и с влиянием частоты нагруження. С увеличением частоты нагружен,.я возрастают скорость деформации и упрочнение, вследствие чего может повышаться сопротивление усталости сварного соединения. Медленное нагружение заметно снижает долговечность образцов. Наибольшее падение долговечности наблюдается в интервале частот 300 — 30 цикловУмин [1?).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
