Том 1. Прочность (1041446), страница 28
Текст из файла (страница 28)
На рис. 4.4 показана полная диаграмма зависимости и ах и о,„ш от среднего напряжения и в области растягивающих и сжимающих напряжений. С рос+оптах +оппел том средних сжимающих напряже- ний амплитуда разрушающих наи — — — » пряжений растет, пределом роста т является о", ' — предел текучести при сжатии. Отношение предела выносливости и предела текучести при испытании стандартных гладких образцов из низкоуглеродистых сталей на изгиб в условиях симметричного цикла равно о,/от ж 6»' ж 0,6 —:0,7. Для низколегированевп'и ных конструкционных сталей от- ношение о тlп, меньше, чем для Рис.
4.4. Полная диаграмма усталости в области растяжения и НИЗКОУГЛЕРОДИСтЬ!Х сжагия Обычно при повышении тем- пературы пределы выносливости. сталей понижаются. В агрессивных средах предел выносливости значительно уменьшается. Прочность деталей конструкций при переменных нагрузках зависит от концентрации напряжений.
Э ф ф е к т и в н ы м к о э ф ф и ц и е н том кон центр а ци и н а и р я ж е н и й К, называется отношение предела вьиосливоети гладкого образца к пределу выносливости образца при наличии концентратора; К, ) 1, причем чем ближе К, к 1, тем лучше работает изделие, У хрупких материалов эффективный коэффициент концентрации К, близок к теоретическому а, (см. гл. 3), в пластичных он значительно меньше. Опытами установлено, что при значениях г, близких к единице, концентрация напряжений не оказывает существенного влияния на предел выносливости. С уменьшением г влияние концентраторов на понижение предела выносливости растет, наибольшего значения К, достигает при г = — 1. Расчетным путем пределы выносливости для образцов с концентраторами определяются на основе статистической теории 136 усталостных разрушений, разработанной С, В.
Серенсеном и В. П. Когаевым. Пределы выносливости образцов круглого сечения диаметром д из сталей обыкновенного качества можно находить по соотношению 1а (о,а, — 8,9) = 1,4 — 2,3 1Я (зтг1/[(2/Р) + (2/И)и, (4,2) где и, — теоретический коэффициент концентрации; р — радиус закругления в вершине концентратора. Чувствительность к концентраторам в образцах из низколегированной стали может быть выше, чем из низкоуглеродистой. Пределы выносливости сталей, испытанных при изгибающих усилиях и симметричных циклах, приведены в табл. 4.1. Таблица 4.1 Пределы выносливости сталей а „МПа СтЗсп Сталь !ЗХСНД Испыгуемый образец Стакп 121 134 Ьб 188 150 Лист без обработки Лист шлифованный Лист с отверстиями 158 108 110 Т а б л и ц а 4,2 Пределы выносливости сталей в коррозионной среде при Л/=б ° Гпт циклов о а,Мпа Сталь п, Мпа в пресной воде в соленой воде ва воздухе Углеродистая, улучшенная Никелевая Хромованадиевая Нержавеюшая Кремненикелевая 440 630 1050 620 1760 250 340 465 380 770 65 !15 140 155 130 260 120 210 137 Предел выносливости основного металла в околошовной зоне иногда изменяется по сравнению с пределом выносливости образцов из основного металла, не подвергавшегося влиянию процесса сварки.
Восстановить предел выносливости можно термической обработкой сварного соединения. Заметное влияние на сопротивление усталости оказывают также размеры сечений образцов или конструктивных элементов. При увеличении диаметра образцов с 10 до 200 мм значения предела выносливости стали 22 снизились с 215 до 165 МПа, а стали 35— со 155 до 90 МПа. Крайне отрицательное влияние на усталостную прочность оказывает коррозионный эффект в агрессивных средах (табл, 4.2).
Сварные конструкции в некоторых областях техники подвергают испытаниям при низкой частоте нагружений и доводят до разрушения при нескольких десятках тысяч циклов. Такие испытания называются повторно-статическими. Многие явления, свойственные поведению образцов под усталостными нагрузками, имеют место при повторно-статических нагрузках. Прочность образцов зависит от наличия концентраторов в соединениях, свойств материала и качества сварных соединений. Тем не менее сопротивляемость сварных соединений нагружениям при низкой частоте (несколько циклов в минуту, в час, в сутки) заметно хуже, чем при испытаниях с высокой частотой.
Низкочастотные нагрузки снижают прочность всех видов материала и сварных соединений. Низкочастотным нагружениям подвергаются конструкции подводных судов, резервуарно-котельные конструкции. Низкочастотные колебания нагрузки, модулированные более высокой частотой, особенно резко снижают усталостное сопротивление сварных конструкций.
т 2. Сопротивление усталости сварных соединений, выполненных дуговой сваркой В сварных конструкциях предел выносливости зависит от материала, технологического процесса сварки, формы конструкции, а также от рода усилия и характеристики цикла нагружения, Влияние технологического процесса сварки на прочность при переменных нагрузках обычно изучают на образцах стандартного типа, имеющих стыковые швы.
В образцах со снятым усилением концентрация напряжений практически отсутствует. Как показали результаты многочисленных опытов, в таких обработанных сварных образцах из низкоуглеродистых и ряда-низколегированных конструкционных сталей отношение о',!гт, == 0,9, где о, — предел выносливости образца из основного металла при симметричном цикле; о', — предел выносливости стыкового сварного соединения. Значения предела выносливости при автоматической сварке более стабильны, чем при ручной.
Это объясняется лучшим качеством сварных швов. При действии переменных нагрузок следует отдельно рассматривать прочность швов и прочность прилегающего к ним основного металла. В большинстве случаев в стыковых соединениях разрушение наступает в околошовных зонах. Это объясняется наличием в них концентраторов напряжений от швов с необработанной поверхностью, а также разупрочнений легированных или закаленных сталей в результате теплового действия сварочной дуги. На рис.
4,5 приведены усталостные характеристики сталей и алюминиевого сплава Д16Т и их сварных соединений. Высокие отношения пределов выносливости соединений к пределам прочности основного металла имеют низкоуглеродистые стали. Аустенитные стали, высокопрочная сталь марки ЗОХГСНА, сплав марки Д! 6Т имеют низкие значения а,!гт, и а',/а,. И8 о, Ы7а ие 139 Стали повышенной прочности наиболее эффективно используются в условиях статических и переменных нагрузок при г ) О. Если значения коэффициентов концентрации напряжений конструкции высоки и г — ~- — 1, то эффективность применения высоко- прочных сталей резко понижается.
Как показали исслед-.анния Института электросварки им. Е. О. Патона (табл. 4.3), в этом случае пределы выносливости для сталей с совершенно разл«чнымн значениями пределов прочности почти не отличаются. П Прп наличии технологических дефектов (шлаковых включений, пор, окислов, трещин, непроваров и т. п.) прочность сварных соединений при переменных нагрузках резко падает. Даже небольшой непровар корня шва образует надрез и кон- ур центрацию напряжений, что может существенно снижать прочность стыковых соединений при переменных нагрузках. Влияние непровара на уменьшение уста- ле лост ной прочности зависит от рода материала.
Очень чувст- ~рр вительны к непроварам сварные соединения из аустенитных сталей типа 12Х18Н9Т и титановых сплавов. На рис. 4,6 показано изменение пределов выносливости сталей и алюминиевых сплавов в зависимости от глубины Рис. 4.5. Пределы прочности и вынос непровара. ливости сталей и сплава Д16Т: о, ос' ноевого металла (вертикальная штри~ Большое влияние на предел ховка); о основного металла (незашт. выносливости оказывает очерта- рихованные полосы); а', сварного со« ние поверхности швов.
У вы- единения (косая штриховка) пуклых стыковых швов он более низкий, чем у гладких; весьма хорошие результаты получаются при снятии усилений стыковых швов или при их обработке, обес печивающей плавный переход от шва к основному металлу. Получить соединения с хорошей прочностью можно не только при сварке прокатных элементов, но и при сварке литых деталей или прокатных с литыми. Прочность при переменных нагрузках тавровых соединений в значительной степени зависит от подготовки кромок. Экспериментально доказано, что предел выносливости таврового соединения, сваренного с подготовкой кромок, выше, чем того же соединения без подготовки.
Причиной этого является концентрация напряжений из-за непровара кромок. При сварке тавровых соединений на автоматах под флюсом глубина проплавления больше. Для стали СтЗ при растягивающих усилиях и к = 0,15 соединения с лобовыми швами при отношении катетов 2:1, когда механическая обработка отсутствует, имеют предел выносливости 81— 109 МПа, а при ее наличии — 113 МПа. У соединений с фланговыми швами обычного типа предел выносливости составляет 76 МПа, а в соединениях с выточками в накладках у начала фланговых швов — до 90 МПа. Зти о омпа о „Мпа схемы дидпд сдарнык спединенид ов мпа о Мпа Марка стали Марка стали /5ХСХД дид д плане Разрезы Ю =!О' Ы=2.10' П/ — 2.
1оа йг =!О' Сп/ыкпдпе спединение с пдрадан/най с/пь/кпдпгп шда М! 6С 14Г2 15ГС 19Г 10Г2СД 448 596 622 500 518 70 09Г2С 10Г2С! 15ХСНД 10ХСНД 15 Х!'2СМФР 518 615 584 600 762 77 67 7,0 97 100 89 70 Тпкнплпгинпским пуп/с м 1.— — еь — ~ивась~ г нюи' ппртд пп1 шеа к пснпднпму негппллу и механинескпи и ра/пки пдычнпгп кпнесгпда чная дарка б, М//а д,г Ирыд 'сп1енки 200 ~ /50 4 /00 50 7,0 2,5 ддрмд пяспд О /О 20 50 40 Глудина непрпдара Рис. 4.6.
Влияние глубины непровара в корне шва на предел выносливости стыконых соединений при растяжении Р = 0,1 —: О,З; Л' = 2 10' циклов): / — ЛМгб; 2 — ннзкоуглероднстз н сталь; П вЂ” 12Х13111ОТ', П вЂ” Д1ОТ; П вЂ” ЗОХ ГСА О д/й 0500' /О' г/о' 5/о' /аб 2/Оп о -/,0 -0,5 0 Оа 00/' Рис. 4.7, Пределы выносливости тавровых соединений в зависимости от разделки кромок: / — основной металл; 2 — образец, сварен ный на автомате с разделкой кромок, П— то же„при сварке вручную; П вЂ” образец, сваренный вручную, без разделки кромок: П вЂ” то же, прн сварке звтоматом Рис. 4.8.
Пределы выносливости сварных соединений с концентраторами напряжений единений из низкоуглеродистой стали. Кривая 1 получена для сварных соединений с наиболее резкими концентраторами напряжений, кривая 4 — с наиболее слабыми концентраторами, кривые 2 и 3 — с промежуточными. Для соединений из более прочных сталей о„'/о„' имеют еще меньшие значения, 141 !40 Зто обстоятельство улучшает работу соединений, подвергающихся переменным нагрузкам (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
