Диссертация (1173116), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Среднее напряжение приразрыве составило 668,0 МПа. Коэффициент вариации в испытанияхстержней со сварными соединениями составил 7,3%. Нормативное временноесопротивление разрыву составило: = ф ∙ (1 − ∙ ) = 668,0 ∙ (1 − 0,073 ∙ 1,64) = 588,0 МПа.Полученное временное сопротивление разрыву не соответствуетпринятому в ГОСТ 5781 [26], равному 590,0 МПа. Результаты образцоварматурных стержней на выносливость представлены в таблице 3.По результатам неудовлетворительных динамических и статическихиспытаний на выносливость изменены настроечные параметры регулятораконтактнойсваркиипроведенпереходотодноимпульснойкдвухимпульсной сварке с паузой в 10 мс при сварочном токе 12,2 кА вовремя первого импульса и 9,0 кА во время второго.После изменения режима сварки были статически испытаны еще 6образцов арматурных стержней класса А400 (АIII) диаметром 12 и 14 мм.51Напряжение при разрыве стержней составило от 681,0 до 694,0 МПа.
Среднеенапряжение при разрыве составило 688,2 МПа. Коэффициент вариацииуменьшился с 10,0% до 0,7%. Нормативное временное сопротивлениеразрыву составило: = ср ∙ (1 − ∙ ) = 688,2 ∙ (1 − 0,007 ∙ 1,64) = 680,3 МПа.Полученное временное сопротивление разрыву превышает минимальнодопустимое для арматуры класса А400 согласно ГОСТ 5781 [26], равное590 МПа. Результаты испытаний представлены в таблице 2.После статических были проведены испытания на выносливость еще10 стержней с соединениями, выполненными при отрегулированном режимесварки. Четыре стержня были испытаны при коэффициенте асимметриицикла ρ = 0,2 и шесть стержней при коэффициенте асимметрии цикла ρ = 0,1.Первая группа образцов диаметром 12 мм успешно выдержала 2 млнциклов изменения нагрузки.
Напряжение при разрыве стержней составило от518,0 до 606,0 МПа. Среднее напряжение при разрыве составило 576,0 МПа.Коэффициент вариации уменьшился с 7,3% до 6,9%. Нормативное временноесопротивление разрыву составило: = ср ∙ (1 − ∙ ) = 576,0 ∙ (1 − 0,069 ∙ 1,64) = 510,8 МПа.Полученное нормативное временное сопротивление разрыву несоответствует принятому в ГОСТ 5781 [26], равному 590,0 МПа. Результатыобразцов арматурных стержней на выносливость представлены в таблице 3.В ходе испытаний второй группы стержней диаметром 14 мм былдостигнут стабильный результат в 2 млн циклов изменения нагрузки примаксимальном напряжении 185,0 МПа, что соответствует снижению пределавыносливости на 17,8%. Напряжение при разрыве стержней составило от691,0 до 701,0 МПа.
Среднее напряжение при разрыве составило 696,5 МПа.52Коэффициент вариации уменьшился с 7,3% до 0,6%. Нормативное временноесопротивление разрыву составило: = ср ∙ (1 − ∙ ) = 696,5 ∙ (1 − 0,006 ∙ 1,64) = 689,6 МПа.Полученное временное сопротивление разрыву превышает минимальнодопустимое для арматуры класса А400 согласно ГОСТ 5781 [26], равное590,0 МПа. Результаты испытаний арматурных стержней на выносливостьпредставлены в таблице 3.Разброс в результатах испытаний может быть объяснен качествомисходных стержней, так как арматурные стержни для изготовления образцовпоставляли разные заводы.Результатыстатическихиспытанийстержнейсосварнымисоединениями и без них, прошедших 2 млн циклов изменения нагрузки, иконтрольныхстержнейпоказали,чтовслучаекачественногоиотрегулированного сварного соединения, оно не оказывает влияния настатическую работу стержня.Все стержни после регулировки режима работы сварочного агрегатауспешно прошли испытания на выносливость.
Разрыв стержней диаметром12 мм после 2 млн циклов изменения нагрузки при статических испытанияхпроизошел при меньших напряжениях, чем указано в ГОСТ 5781 [26].Современными нормативными документами статические испытанияпосле испытаний на выносливость не регламентируются, однако былопринято решение ограничить использование арматуры диаметром менее14 мм в сетках плиты проезжей части со сварными соединениями.53Таблица 2 – Результаты статических испытаний образцов арматурных стержней№ п/п Условное обозначение образца123456789101112131415Диаметр арматурногообразца, ммРазрывное усилие, т Напряжение при разрыве, МПаАрматурные стержни без сварных соединенийст1-1149,64614ст1-2149,44602Арматурные стержни с приваренным при неотрегулированном режиме сварки гладким стержнемст2-1149,97635ст2-2149,86628cт3128,28718cт4128,30720cт5126,53566Арматурные стержни с приваренным при отрегулированном режиме сварки гладким стержнемст6127,89684ст7127,95690cт81410,80688cт91410,86692cт10128,00694cт11127,85681Арматурные стержни без сварных соединенийст121410,82690ст131410,7668654Таблица 3 – Результаты динамических испытаний на выносливость образцов арматурных стержней№п/п1Условноеобозначениеобразца2ДиаметрМаксимальноерабочейнапряжение приарматуры,испытании наммвыносливость, МПа34Кол-воциклов,тысячи5НаличиеРазрывноеНапряжение приизлома вусилие, тразрыве, МПасварномстыке678Арматурные стержни без сварки, коэффициент асимметрии цикла ρ=0,211бØ 1422520429,8963022бØ 14225201910,3065633бØ 1422520059,98636Арматурные стержни с приваренным при неотрегулированном режиме сварки гладким стержнем,коэффициент асимметрии цикла ρ=0,241сØ 1422520149,98636нет излома52сØ 142251891--излом63сØ 1422520109,69617нет излома74сØ 1222520128,21712нет излома85сØ 122251287--излом96сØ 1222520168,15707нет излома5512345678Арматурные стержни с приваренным при отрегулированном режиме сварки гладким стержнем,коэффициент асимметрии цикла ρ=0,2101с2Ø 1222520476.72583нет излома112с2Ø 1222520386.98606нет излома123с2Ø 1222520385.97518излом134с2Ø 1222520376.88597нет изломаАрматурные стержни с приваренным при отрегулированном режиме сварки гладким стержнем,коэффициент асимметрии цикла ρ=0,1141с3Ø 142551288излом152с3Ø 142251140излом163с3Ø 14185202211.00701нет излома174с3Ø 14185201110.93696излом185с3Ø 14185200510.84691нет излома196с3Ø 14185202710.96698нет излома562.2.Металлографический анализ образцов арматурных стержнейЗначительным этапом испытаний сварных соединений арматурныхстержнейсталиметаллографическиеисследования,проведенныевЦНИИПСК им.
Мельникова и Воронежской лаборатории сварки филиалаЦНИИС«НИЦМосты»приучастииавтора.Основнойзадачейметаллографического анализа является исследование структуры и дефектовосновногоинаплавленногоМеталлографическиеметаллаисследованиябылисварноговыполненысоединения.длявыяснениякачественной картины изменения структуры стержневой арматуры из-заналичия сварных соединений и включали в себя проведение микроскопии,металлографическогоанализаитвердометрии.Параллельношлистатические и динамические испытания арматурных стержней.Для проведения исследований былиобразцоварматурыМикрошлиф–сэтокрестообразнымиспециальноизготовлены микрошлифысварнымиподготовленныйсоединениями.образецдлямикроскопического исследования. Поверхность микрошлифа тщательнополируется и протравливается.
Для сохранения краевой части образцовшлифы были запрессованы в компаунд – термоактивную термопластическуюполимерную смолу (рисунок 9). С помощью этих исследований можноустановить качество металла, обнаружить пережог металла, наличие окисловпо границам зерен, величину зерен металла, засоренность неметаллическимивключениями, измерение состава металла при сварке, микроскопическиетрещины, поры и другие дефекты структуры.Были исследованы 5 образцов диаметром 12 и 14 мм до изменениярежима работы сварочного аппарата и 2 образца диаметром 12 мм послерегулировки режимов по результатам неудовлетворительных статических идинамических испытаний.57Изучение поверхности шлифов выполняли с помощью микроскоповМИМ-10 и Неофот 32 при увеличении до 1000 крат.
Измерения твердостипроводилипометодуВиккерса,согласноГОСТ[23, 28]насертифицированных и поверенных твердомерах ИТ 5010-01 и HVS-1000. Всеисследования проводились в соответствии с требованиями нормативныхдокументов [19, 20, 21, 23, 25, 26, 28].Замеры твердости проводились в нескольких характерных зонах,показанных на рисунке 10: в основном металле арматурного стержня (1), научастке сплавления (2) и в зоне термического влияния (3,4).В ходе исследования установлено, что структура металла меняется отферритно-перлитной (вне зоны сварки) до мартенситной (в зоне сварногошва). Замеры значений твердости по Виккерсу (HV10) показали, что переходна новый режим сварки привел к существенному уменьшению негативноговоздействия процессов сварки на характеристики рабочей арматуры.
Тактвердость в самых подверженных влиянию сварки зонах термическоговлияния уменьшилась в среднем на 13,8% с 252-350 до 220-300 HV в зонетермического влияния у сварного соединения (3) и в среднем на 38,5% с 336545 до 230-350 HV в зоне термического влияния с обратной сторонысоединения (4).Результатызамератвердостивхарактерныхзонахсварныхсоединений, соответствующих рисунку 10, представлены в таблице 4.Микроструктура различных участков образца арматурного стержня сосварным соединением после регулировки режима сварки представлена нарисунках 11-14 с увеличением 625 крат.58Рисунок 9 – Микрошлиф, запрессованный в компаундРисунок 10 – Зоны проведения анализа микроструктуры сварного соединенияарматурных стержней (1 - основной металл арматурного стержня, 2 - участоксплавления, 3 и 4 - зона термического влияния)59Рисунок 11 – Фото микроструктуры зоны №1 (состав: полигональный феррит+ перлит; твердость в диапазоне 200-220HV)Рисунок 12 – Фото микроструктуры зоны №2 (состав: бейнит + мартенсит;твердость в диапазоне 320-370HV)60Рисунок 13 – Фото микроструктуры зоны №3 (состав: феррит + перлит +бейнит; твердость в диапазоне 240-260HV)Рисунок 14 – Фото микроструктуры зоны №4 (состав: бейнит + мартенсит;твердость в диапазоне 230-300HV)61Таблица 4 – Результаты замера твердости арматурных образцовЗначение твердости HV10№п/пДиаметробразца,ОсновнойУчастокЗонаЗонаметалл (внесплавлениятермическоготермическогозоны сварки)(сварной шов)влияния (увлияниясоединения)(обратнаяммсторонасоединения)(1)(2)(3)(4)Арматурные стержни с приваренным при неотрегулированном режимесварки гладким стержнем114202-210305-421252-276438-460214175-182260-273271-303336-448312228-231353-372258-278444-477412204-210350-381306-350498-545512240-246290-304323-342504-525Арматурные стержни с приваренным при отрегулированном режиме сваркигладким стержнем112170-180300-360220-300270-350212200-220320-370240-260230-30062Дополнительно в ходе исследования определялась осадка арматурныхстержней при сварке.
Величина относительной осадки стержней h/d′нопределялась согласно ГОСТ [21], где h – величина абсолютной осадки, мм,d′н – диаметр стержня распределительной арматуры; величина абсолютнойосадки h – по формуле 6 в соответствии со схемой (рисунок 15):h = ∑ - (a + b), мм; (6)где ∑ = н + ′н - сумма диаметров свариваемых стержней до сварки, мм;a - суммарная толщина стержней после сварки в месте пересечения, мм;b - суммарная величина вмятия (b′+b″), мм.Результаты измерений представлены в таблице 5. Во всех случаяхотносительная осадка оказалась больше минимально допустимой поГОСТ [21].Рисунок 15 – Схема крестообразного соединения, выполненного контактнойсваркой63Таблица 5 – Результаты замера осадки арматурных стержней при сваркеМинимальная№ДиаметрАбсолютнаяОтносительнаявеличина осадкип/побразца, ммосадка, ммосадкапо ГОСТ [21],ммАрматурные стержни с приваренным при неотрегулированном режимесварки гладким стержнем1141,40,1752141,50,1883121,60,24121,00,1255121,20,150,12Арматурные стержни с приваренным при отрегулированном режиме сваркигладким стержнем6122,10,2630,127121,30,133642.3.Выводы по главеВ ходе экспериментальных исследований работы арматурных стержнейкласса А400 (АIII) из стали марки 25Г2С со сварными крестообразнымисоединениямипотипуК1-Ктбылаподтвержденавозможностьиспользования этих соединений в сетках железобетонной плиты проезжейчасти автодорожных мостов из арматуры диаметром 14 мм и более.Совместно с МТФ-заводом мостовых железобетонных конструкций«МОКОН» был подобран и скорректирован в ходе испытаний режим работысварочного агрегата, что обеспечило стабильный и надежный результат прииспользовании данного соединения, проведен переход от одноимпульсной кдвухимпульсной сварке с паузой и уменьшенной по сравнению спервоначальной силой сварочного тока.Результаты испытаний, а также уменьшение негативного воздействияпроцессов сварки путем корректировки режима сварки подтвержденыметаллографическим анализом образцов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
