Том 1. Прочность (1041446), страница 29
Текст из файла (страница 29)
4.7), Таблица 43 Пределы выносливости сварных стыковых соединений низколегированных сталей при числе циклов Ф Прочность нахлесточных соединений и соединений с накладками, работающих при переменных нагрузках, низка из-за концентрации напряжений в соединениях этого рода. Она образуется о '/,/'1/Тц в основном металле вблизи угловых швов, между швами, в попереч- ных сечениях самих швов, а также по длине швов вследствие нерав- номерного распределения усилий, данные указывают на низкие усталостные свойства соединений с угловыми швами и на возможность их повышения путем применения улучшенных конструктивных форм и технологической обработки.
Работоспособность соединений с фланговыми швами при переменных нагрузках зависит от длины фланговых швов, от ширины накладок и расстояния между швами. На рис. 4.8 приведены кривые пределов выносливости для разных типов сварных со- Рис. 4.9. Эффективные коэффициенты концентрации Ка сварных соединений сталей СтЗ н 15ХСНД На рис. 4.9 приведены значения эффективных коэффициентов концентрации К„полученные опытным путем при испытаниях сварных соединений и элементов конструкций из сталей СтЗ и 15ХСНД. Стыковые соединения имеют наименьшие К„соединения с фланговыми швами — наибольшие. В конструкциях из низко- легированной стали 15ХСНД коэффициенты К, выше, чем в конструкциях из стали СтЗ. Влияние концентраторов на прочность при переменных нагрузках наглядно видно на рис.
4.10, где изображены различные виды сварных соединений и их пределы выносливости при испытаниях в условиях отнулевых циклов т = О, ших толщин термическая обработка, особенно в сочетании со снятием усиления, приводит к заметному повышению усталостной прочности. Т а б л и ц а 4.4 Предел выносливости элементов 65Х75 мм при различной термообработие Термообработка В ид соеди ненни и', Мпа -и 185 75 Нет » Основной металл Сварное соединение с т'-об- разным швом То же То же, усиление шва снято То же Отпуск при 620'С Нет Отпуск при 620'С Нормализация при 930' С и отпуск при 620" С 115 105 145 !75 †1 Рис.
4.10, Пределы выносливости сварных соединений из стали 37 при т = 0': т' — целая полоса; 2 — полоса с озверстием; а — модель соединении с лобовымн швами; 4 — шов обработан, подеарен; а — шов не обработан, подварсн; б — шов без поднара: 7 — крестовое соединение, швы не обработаны; а — то же, швы обработаны; 9 — соединение с заклепками; тΠ— поперечный валик без обработки; ы — косой стыковой шов обработан; 12 — то же, не обработан, подварен; !3 — флапсовые швы обработанные Экспериментальным путем установлено, что усталостная прочность сварных соединений элементов больших толщин, сваренных электрошлаковым способом, из низкоуглеродистых и углеродистых сталей, например марки 35Л, удовлетворительна. С увеличением размера сварного элемента предел выносливости несколько снижается.
Однако достаточная прочность сварных соединений при переменных нагрузках позволяет применять электрошлаковую сварку в самых ответственных машиностроительных конструкциях. Заметное влияние на повышение усталостной прочности оказывает термообработка сварных конструкций. Это видно из данных табл. 4.4, где приведены результаты испытаний сварных соединений из низкоуглеродистой стали 22К. При сварке элементов боль- 142 8 3. Сопротивление усталости сварных соединений, выполненных контактной сваркой Соединения, выполняемые контактной стыковой сваркой, обладают высокими механическими свойствами не только при статических, но и при переменных нагрузках.
При сварке низкоуглеродистых и многих низколегированных сталей соединения имеют предел выносливости, близкий к пределу выносливости основного металла. Большое влияние на усталостную прочность оказывает качество провара стыка, а также состояние его поверхности. При грубой обработке поверхности предел выносливости меньше; при гладкой, особенно полированной, — больше. Усталостная прочность точечных соединений значительно уступает прочности стыковых. Точечные соединения условно рассчитывают по напряжениям среза. Однако их разрушения при работе под переменными нагрузками всегда происходят в результате разрывов металла в надточечной или околоточечной зонах. Эти разрушения вызваны концентраторами напряжений.
Усталостная прочность точечных соединений в очень большой степени зависит от того, являются ли они связующими или рабочими, от рода материала и степени его чувствительности к концентраторам напряжений. Данные экспериментов показывают, что пределы выносливости рабочих точек намного ниже, чем связующих, что наименее чувствительны к концентраторам точечные соединения из низкоуглеродистых сталей, более чувствительны соединения из аустенитной стали 12Х18Н10Т и из стали ЗОХГСА после закалки и низкого отпуска.
Усталостная прочность в сильной степени зависит от конструкции соединения. Чем больше шаг между точками в ряде, направленном перпендикулярно действующей силе, тем выше концентра- 143 ция напряжений и ниже усталостная прочность. В соединениях с двухсрезными точками усталостная.прочность повышается почти в три раза по сравнению с одноо ух! Ла срезными. Качество сварных точек, глг особенно рабочих, также влияет на усталостную прочность.
Внутренние трещины в точке оказывают небольшое влияние на значение разрушающей нагрузки; наружные же трещи!оо ны могут снизить ее в три раза и более. Очень большое влияние на усталостную прочность точек оказы!оо вает характер цикла испытаний (рис. 4.11). При знакопеременных нагруоо жениях предел выносливости в несколько раз меньше, чем при знакопостоянных.
о Усталостная прочность соедине- -1 оо оо о» ц о ог оо оо оо ! ний, выполненных шовной сваркой, Харауаоориолуатта лалла ниже, чем стыковой, но выше, чем Рис. 4.1!. Зави ость предела точечной, так как шовные соелиневыносливости точечных соединс- ния обеспечивают более равномерний от характеристики цикла ный силовой поток. Примерные значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений ' К, для точечных и шовных соединений приведены в табл. 4,5, Таблица 45 Коэффициент Аз точечных и шовных соединений Рабохгие Связующие Толщины соединяемых частей, мм Марка материала точеч- ные щов- ные точеч- ные гнев- ные 5,0 7,5 5,0 2,25 1,25 2,0 1,3 1,3 7,5 12,0 10,0 12,0 12,0 1,4 2,0 2,0 2,0 2,0 Сталь 10 . Сталь 12Х!8Н10Т.....
Титановый сплав Алюминиевый сплав Д15Т Сталь ЗОХГСА,,...,, 3 — 3 1„5 — 1,5 1,5 — 1,5 1,5 — 1,5 1,5 — 1,5 я 4. Методы повьппения прочности свариых соединений при переменных нагрузиах. Влияние остаточных напряжений 144 Формы разрушений сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках, разнообразны.
Места разрушения определяются наличием дефектов в сварных швах, нерациональным очертанием сварных соединений, а также наличием зон отпуска в соединениях термообработанных сталей (рис. 4.12). При сварке термически обработанных легированных сталей наименьшую прочность при переменных нагрузках в сварном соединении имеет основной металл в зоне отпуска. Аналогичное понижение предела выносливости в зоне отпуска наблюдается в сварных соединениях термически обработанных цветных сплавов (алюминиевых, магниевых и др,). Разрушение, как правило, происходит на небольшом расстоянии Л от границы шва (рис.
4.12), где предел выносливости ниже, чем в основном металле, не подвергавшемся отпуску. Повышают прочность сварных соединений легированных сталей при переменных нагрузках последующей термической обработкой изделия. Чтобы предотвратить снижение прочно- Л жнх л Х «лли стн прн переменных ннгрупхнх, неоахопнно рн- ЯЯ~дад циоиально спроектировать сварную конструк- %БЬ цгио, т. е. создать конструктивные формы, ко- К":~Яф'К~Д фЕЦ~Я~» торые обеспечивали бы максимальное устранение концентрации напряжении (1зис. 4.13).
Герруаоорааоупанные назлолегарооанноуе глтала Повышению усталостной прочности способствует механическая обработка сварных деталей, обеспечивающая плавные сопряжения Рис. 4.12. Локализации вероятных разрушений наплавленного и Основ- сварных соединений из низколсгиоованных станого металла. Зффектив- лей при переменных нагрузках ность такого приема можно видеть на примере приварки планок к листовым элементам, изображенным на рис. 4.14.
Для сравнения указаны пределы выносливости о т Плавные переходы от наплавленного металла к основному получаются и при обработке швов аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом. После такой обработки стыковых соединений из стали СтЗ предел усталости о, повысился с 80 до 120 МПа. Зффект повышения сопротивления усталости соединений из низкоуглеродистых и низколегированных сталей достигается также механической зачисткой швов. Много исследований было проведено для установления влияния остап!очных напряжений на несущую способность сварных соединений и конструкций.
Было' показано, что для различных сталей, видов концентраторов напряжений влияние полей остаточных напряжений на несущую способность может быть совершенно различнь1м. Они могут понижать ее, часто не оказывают влияния, а в некоторых случаях даже повышают. Аналитически предел выносливости образца с остаточными напряжениями при г =- — 1 145 приближенно может быть выражен следующей формулой; (4.3) где о., — предел выносливости при симметричном цикле; гу„,— остаточные растягивающие напряжения в зоне возможного разрушения; пв — предел прочности материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
