Том 1. Прочность (1041446), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В тавровых соединениях они могут выполняться как с полным, так и с неполным проваром. В нахлесточных соединениях угловые швы в зависимости от направления сил работают либо как лобовые, либо как фланговые, а в некоторых случаях воспринимают комбинированные нагрузки. Распределение напряжений в угловых швах крайне неравномерно, непровары при ограниченной пластичности металла шва могут существенно влиять на их прочность.
У соединений пластичных металлов разрушению предшествует существенная пластическая деформация, что позволяет оперировать средними по сечению напряжениями и влияние концентраторов напряжений во внимание не принимать, Рассмотрим вначале прочность и пластичность угловых швов, выполненных из пластичных металлов, по свойствам близким к основному металлу.
Как показывают экспериментальные данные, в этом случае наибольшие пластические деформации при нагрузке н последующее начальное разрушение возникают вблизи такого сечения Оп (рис. 3.22), в котором интенсивность напряжений оь вычисленная по средним напряжениям, является максимальной. Угол, образованный этой плоскостью с осью Оу, обозначим гр. Для о деления положения этой плоскости вычислим напряжения о;.
ложим Сила Р в общем случае может быть направлена произволь . Р вольно. азм силу Р на две составляющие: Р„направленную вдоль углового шва, и Р, расположенную в плоскости уг. Сила Р,. вызывает касательные напряжения т„. вдоль шва. Определим длину отрезка ОА прп равных катетах К шва: ОА = К/[~/2 соз (гр — 45сд, Касательные напряжения в плоскости Оп т,. = 7 2 Р„соя (гр — 45')/(К/), где / — длина шва, Наибольшие касательные напряжения тс будут в сечении с гр =- 45"; они составят т, „„=) 2Р,./(И). Определим средние напряжения в шве от силы Р,. В сечении Оп, расположенном под углом гр, будут возникать как нормальные о, так и касательные т,„напряжения.
чы Р на составляюи1ие Р и р л определения положения плоскости Оп с максимальной интенсивностью напряжений о; Проекция силы Р„на ось Оп будет уравновешена касательными напряжениями х„а проекция силы Р, на перпендикулярную к Оп ось будет уравновешена нормальными напряжениями о„. Проекция силы Р„на ось Оп, обозначенная Р„равна Р, = Р, соз (180' — а — ср) = — Р,„соз (а+ гр). (3.21) т,„= — 1l 2 Р„сов (а+ гр) соз (гр — 45')/(К/). Проекция силы Р„на перпендикулярную к Оп ось, обозначейная Рп, равна Р, = Р„з1п (180' — а — гр) =- Р„ь1п (сб+ гр).
(3.23) Нормальные напряжения о„=- ~г 2 Р„з1п (и+ (р) сов (гр — 45')/(К1). (3.24) Интенсивность напряжений на площадке Оп о; =1l и'+3 (т'+т,'-'-) . (3.25) Подставляя в (3.25) выражения (3.19), (3.22), (3.24), получим о~ — — $г'2 сов (ср — 45') )~ Ра11+ 2 созе (я+ гр)1+ ЗР,'-'!(К1). (3.26) Угол гр для сечения с наибольшим о; можно найти из условия — '=О. (3.27) дф Именно в этом сечении начнутся и будут интенсивно развиваться пластические деформации по мере роста нагрузки.
В соседних участках также будет разр виваться пластическая деформация по мере упрочнения металла в наиболее нагруженном сечении. На рис. 3.23 показаны линии одинаковых интенсивноси тей пластических деформаций е;, полученные па расчетом по теории течения. Видно, что они сгущаются вблизи максимально нагруженного сечения о Оп.
Если металл находится в вязком состоянии, то последующее разрушение происходит в основном по этой же плоскости Оп, По мере снижения вязкости металла характерно отклонение плоскости последующего разрушения в сторону, обеспечивающую преобладание нормального отрыва, т. е. к линии 07е, Рис, 3.23. Линии одинаковых интенсивностей пластических деформаций в; в угловом гав- ' р роном шве плоскость менее нагру- жена. Прочность угловых швов зависит от свойств металла и направления нагрузки Р (см.
рис. 3.22). Прочность шва увеличивается по мере перехода от схемы нагружения шва на срез к схеме нагру- жтния на отрыв. Наименьшую прочность угловые швы им равлена вдоль шва (~гол 7 О) Наибол проч' ность будет при у = 90', а = 45; наименьшее сечение при этом а/ пратр Рратр, дл,, 3,0 $ спл пк х Рис. 3.24.
Результаты испытаний сварных соединений с угловыми швами в зависимости от направления нагрузки, определяемого углами сс и у: а — испытания на прочность; б — испытания на пластичность работает на разрыв. Следует отметить, что в этом случае поперечного утонения швов, как при растяжении гладких образцов, не наблюдается. На рис. 3.24 показаны результаты испытаний угловых швов на прочность и на пластичность, когда углы а и у направления нагрузки изменялись от 0 до 90'. Коэффициент увеличения прочности С = Рр„,~Р„„Ф. выражает отношение прочности углового 107 шва при произвольном направлении нагрузки к прочности флангового шва, Пластичность металла шва оценивали как епл = Л„,фК, .где Л„, — пластическое перемещение в угловом шве, предшествующее его разрушению; ~К вЂ” наименьшее сечение шва.
Значение Л„, определялось измерением перемещения одной детали образца относительно другой в направлении приложения силы Р. Сварнце соединения выполнялись на СтЗпс проволокой Св-08 под флюсом АН-348А «в лодочку» и имели швы с катетом К = 6 мм. При т = — 90' и а = 0 шов работает как лобовой и в 1,5 раза прочнее, чем фланговый. При у = 90' и а =- 90' шов работает как тавровый и имеет прочность в 1,19 раза большую, чем фланговый. Меньшую прочность таврового углового шва по сравнению с лобовым можно объяснить неблагоприятным расположением плоскости концентратора, нормально ориентированной по отношению к на- грузке.
Наибольшая пласа! тичность (рис. 3.24, б) у й ю/ фланговых швов, наимень- Р шая — в тавровом соеди- Р ненни. Лобовой шов занимает промежуточное поло- Р жение. На прочность угловых Р швов влияют размер катета шва, коэффициент Рис. 3,25. Разрушение сварных соединений с угловыми швами, прочность металла кото- концентрации рых су1цественно выше прочности основного ний, вызванный непроваметалла, в зависимости от направления при- рОМ, раЗЛИЧИЕ МЕХаНИЧЕ- ложения нагрузки Р ских свойств металла шва и основного металла. Когда шов находится в пластичном состоянии, концентрация напряжений в меньшей мере влияет на прочность. Поэтому увеличение катета шва, хотя и сопровождается ростом коэффициента концентрации напряжений, тем не менее приводит к пропорциональному росту прочности.
Повышение прочности может быть достигнуто увеличением глубины провара, что равносильно увеличению катета шва. Прочность соединений повышают применением более прочных присадочных металлов. Когда металл шва существенно прочнее основного металла, разрушение происходит по основному металлу на границе сплавления со швом путем чистого среза в случае лобового шва и таврового соединения (рис. 3.25, а, б) или путем среза с отрывом при наличии нормальных напряжений в случае а =- 45' (рис. 3.25, в). Соединение из алюминиевого сплава АМг61 с угловыми швами также имеет различную прочность в зависимости от направления приложенной силы (табл.
3.3). Лобовые швы в 1,4 — 1,5 раза прочнее,:ем фланговые, Зависимость прочности угловых швов от направления силы вызывается в основном различием в напряженном состоянии углового шва (преобладание среза или отрыва) и влиянием объемности на- 108 нряженного состояния в случае отрыва, возникающего' вследствие связи шва с основным металлом и невозможности по этой причине образования шейки. Вторая причина аналогична эффекту контактного упрочнения, который наблюдается в стыковых сварных соединениях, имеющих мягкую прослойку (см. 9 3). При достаточной иластичности металла шва концентрация напряжений и объемность напряженного состояния способствуют повышению прочности углового шва. Таблица 33 Прочность угловых швов на сплаве АМг61 с 'присадочной проволокой АМг61, МПа Лобовой Способ сварки Фланговый 119 — 155 178 — 2! 0 Ручная, вольфрамовый электрод 139 192 108 — 132 164 — 209 Автоматическая, плавящийся электрод .
184 120 П р и м е ч а н и е. В числителе — разброс значений; в знаменателе — средние арифме1 ические. и 7. Прочность точечных сварных соединений Точечные нахлесточные сварные соединения имеют, как указы- валось в гл. 2, крайне высокую концентрацию напряжений. Зазор между листами настолько мал, что по периметру литого ядра Рр,гх концентратор может рассматриваться как кольцевая трещина, охватывающая место сплавления. Прочность точечных соединений зависит от прочности металла и диаметра точки. При контактной сварке диаметр точки определяется толщиной свариваемых листов.
В связи с более высокой концентрацией напря- Рис. 3.28. Зависимость минимальной Нрочности на срез сварной точки от предела прочности металла при различной толщине тонкого листа: ,.1 — 4=0,8 мм; 2 — «=1,2 мм; д— 4=1,.э мм; 4 — 4=-2,0 мм; б — а= =З,о мм 0 4ОО ~ар бар 7ЮО Ипб„И170 109 ргр, кН жений при работе точки на отрыв по сравнению с работой на срез прочность зависит также от направления действия силы и чувствительности металла к концентрации напряжений. Несущие точечные сварные соединения обычно применяют при работе на срез в листах относительно малой толщины из сравнительно пластичных металлов. При этом отрицательное влияние концентрации напряжений проявляется слабо и зависимость минимальной прочности точек на срез от предела прочности металла для сталей и титановых сплавов прака в тически линейна (рис.
3.26). Прочность точек на срез у пластичных металлов может быть пропорциональна площади среза, однако прочность точек на срез чаще выражают в зависимости от толщины металла, так как диаметры точек находятся с ней в сложной зависи- 75 мости (рис. 3.27). предопределяет характер разрушения точки. При высокой чувствительности металла к концентрации напряжений и малом отношении диаметра точки к толщине при работе точки на отрыв происходит разрыв литого ядра В 25 Й1агоприятных случаях при работе на отрыв происходит срез листа по периметру точки при сохранении целым литого ядра и на одной из половин образца. При работе на срез возможен любой из двух видов разрушения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
