книги / Прочность сварных соединений при переменных нагрузках
..pdfТа б ли ц а 22 . Пределы выносливости нахлесточных соединений с фланговыми швами
иприкреплений встык пизкоуглеродистых сталей
Марка стали
СтЗсп, МСтЗ, В5-15, 81-37, 81-38В-2
811-3811-2
СтЗсп, ВЗ-15, ВЗ-2762, 81-38В-2, 31-37, 33-1312
81-37, 81-38В-2
81-37
51-38В-2, 51-34В-2, 81-3811-2
МПа |
*в. |
Способ сварки |
|
аЯд, МПа |
Числопро |
анализиро ванныхкри уставых |
1 Литератур источный ник |
|
МПа |
|
|
|
|
|
|
лости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
240—300 |
370-450 |
Ручная дуговая |
—1,0 |
50 |
|
8 |
[55, |
|
248 |
|
|
|
|
45-60 |
|
|
398] |
393 |
Дуговая в СО* |
-1 ,0 |
70 |
|
1 |
[398] |
||
240-300 |
380-450 |
> |
» |
0,0 |
95 |
|
15 |
[131, |
|
|
|
|
|
80—120 |
|
|
398] |
240-245 |
370-396 |
> |
> |
0,1 |
125 |
|
5 |
[398] |
240 |
370 |
» |
» |
0,2 |
85-200 |
|
|
[398] |
160 |
|
3 |
||||||
267—284 |
393-433 |
» |
» |
|
130-190 |
|
|
[398] |
0,5 |
170 |
|
3 |
|||||
|
|
|
|
|
165—170 |
|
|
|
чипает получать признание у специалистов в области сварных конструкций, Объясняется это тем, что результаты подавляющего большинства усталостных испытаний, проведенных как в нашей
стране, так и за рубежом, относятся к сварным образцам сравнительно небольшого размера, на остаточную напряженность которых не обращалось внимания. Полученные на таких образцах
Та б ли ц а 2 3 . Пределы выносливости пахлесточных соединений с фланговыми швами
иприкреплений встык низколегированных сталей
Марка стали |
МПа |
ав» |
Способ сварки |
«а О п • МПа |
|
МПа |
|
|
Число про анализиро ванных кри вых уста лости |
Литератур ный источ ник |
81-52, В8-15, 31-3811-2, |
281—387 |
453-539 |
Ручная дуговая |
-1,0, |
60 |
8 |
[398] |
|
Н-52-3, ВЗ-4360 |
|
|
|
|
|
45-110 |
|
[398] |
Н-52-3, Н-45-2, КТ-52-3, |
284-370 |
456-548 |
Дуговая в СО2 |
-1,0 |
50 |
6 |
||
КТ-45-2 |
|
|
|
|
|
45-60 |
|
[347, |
ВЗ-15, В8-968, 31-52, |
268-396 |
460-564 |
Ручная дуговая |
0,0 |
85 |
23 |
||
НТ, 5МА-50-1, ВЗ-4360, |
|
|
|
|
|
75-105 |
|
398] |
3321-32 |
282-360 |
453-520 |
» |
» |
0,1 |
100 |
3 |
[398] |
31-3811-2, Н-52-3 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
100—100 |
4 |
[398] |
Н-52-3, Н-45-2, КТ-52-3, |
284-370 |
456-539 |
Дуговая в С02 |
0,1 |
95 |
|||
КТ-45-2 |
|
|
|
|
|
90—100 |
1 |
[398] |
РЕЕ-355 |
400 |
565 |
Ручная дуговая |
0,15 |
105 |
|||
Н-52-3 |
366 |
548 |
Дуговая в СОа |
0,2 |
105 |
1 |
[398| |
|
31-52, 81-384-2, Н-52-3 |
282—349 |
453-527 |
Ручная дуговая |
0,5 |
185 |
4 |
[398] |
|
|
|
|
|
|
|
160—240 |
6 |
[398] |
Н-52-3. Н-45-2, КТ-52-3, |
284—370 |
456—548 |
Дуговая в СО* |
0,5 |
150 |
|||
•КТ-45-2 |
|
|
|
|
|
140—160 |
|
|
Т а б л и ц а 2 4 . Пределы выносливости нахлесточиых соединении с фланговыми швами н прикреплении встык высокопрочных сталей
Марка стали |
®г» |
*в. |
Способ сварки |
«а а в & МПа |
|
МПа |
МПа |
|
|
Число про анализиро ванных кри вых уста лости |
Литератур ный источ ник |
НТ, 0X812 |
332-755 |
632-805 |
Ручная дуговая |
0,0 |
90 |
4 |
[347, |
|
|
|
|
|
|
|
85—95 |
|
398] |
81-Е690, РЕЕ-460 |
475—763 |
625—806 |
» |
» |
0,1 |
115 |
2 |
[398] |
|
|
|
|
|
|
110-125 |
|
[398] |
Н-60-3 |
450-456 |
617—630 |
Дуговая в С02 |
—1,0 |
45 |
2 |
||
|
|
|
|
|
|
40-45 |
|
[398] |
|
450 |
630 |
» |
» |
0,1 |
75 |
1 |
|
|
456 |
617 |
» |
» |
0,2 |
100 |
1 |
[398] |
|
450-456 |
617—630 |
> |
» |
0,5 |
140 |
2 |
[398] |
|
|
|
|
|
|
130-150 |
|
|
пределы выносливости соединений послужили основой для принятых в большинстве норм проектирования свар ных конструкций соответствующих до пускаемых напряжений и расчетных сопротивлений по условиям усталости. С учетом того, что в ряде соединений реальных конструкций растягивающие остаточные напряжения не достигают предела текучести основного металла (или же снимаются тем или иным спо собом), полученные выше исходные дан ные могут оказаться полезными для использования на практике.
Такой подход к нормированию зна чений пределов выносливости сварных соединений и узлов принят, в частности, Координационным центром стран — членов СЭВ. Наряду со значениями пределов выносливости соединений с высокими остаточными напряжениями (они соответствуют приведенным в па раграфе 2 настоящей главы) рекомен дуются значения пределов выносливости с небольшими остаточными напряже ниями, составляющими не более поло вины предела текучести основного ма териала. При этом все сварные соеди нения и узлы в зависимости от их вида, класса качества и крутизны выпукло сти швов разбиты на девять групп — от КО и К8. Каждая из групп в общем ви
де характеризуется следующими основ ными признаками: КО — основной ме талл с фрезерованной или механически обработанной другим способом поверх ностью; К1 — основной металл с про катной поверхностью и сварные элемен ты, соответствующие классу качесава 1, с поверхностью, шлифованной в на правлении прилагаемой нагрузки; К2 — основной металл с прокатной поверх ностью и сварные элементы, соответ ствующие классу качества 2, необрабо танные стыковые соединения с крутиз ной выпуклости шва ^ 15°; КЗ — не обработанное стыковое соединение с крутизной выпуклости шва ^ 1 5 ° , со ответствующее классу качества 3, тав ровые соединения с плоскими швами при К-образных разделках; К4 — необ работанные стыковые соединения с кру тизной выпуклости шва ^ 25°, соот ветствующие классу качества 3, стыко вые соединения двутавровых профилей с такой же крутизной шва, основной металл с планками, приваренными по периметру пологими угловыми швами, приварка фасонок встык с закруглен ными и зашлифованными переходами с радиусом, равным величине, не менее чем трехкратная ширина полки; К5 — необработанные стыковые соединения с крутизной выпуклости шва ^ 35°, со
ответствующие классу качества 3, при варка фасонок встык с закругленными и зашлифованными переходами, имею щими радиус перехода, кратный шири не полки; Кб — необработанные сты ковые соединения с крутизной выпук лости шва ^ 35°, соответствующие клас су качества 4, тавровые соединения с пологими угловыми швами, приварка прямоугольных фасонок встык, крутиз
на |
выпуклости необработанного шва |
^ |
25°, корень шва с подваркой, привар |
ка фасонок прямоугольной и трапецие видной формы, привариваемые к поя сам балок внахлестку с обваркой по контуру; К7 — прерывистые швы, а также сварные элементы с концевыми кратерами, угловые швы, подвергаемые кручению; К8 — сварные элементы, подвергаемые воздействию сдвига.
Соответствующие значения пределов выносливости сварных соединений с низкими остаточными напряжениями применительно к сталям классов проч ности Ят = 380 МПа и Ят = 520 МПа представлены на рис. 57, а для некото рых соединений с высокими остаточны ми напряжениями — на рис. 58. При веденные значения отвечают вероятно сти разрушения Р = 50 %.
Сопротивление усталости соединений при ударном нагружении. Исследова ния, выполненные в Институте проблем прочности АН УССР [228, 312], пока зали, что при нормальной температуре сопротивления усталости сварных со единений повторно-ударным и гармони ческим нагружениям практически оди наковы. Этот вывод сделан на основа
нии результатов |
испытаний |
сварных |
|
образцов |
стали |
14Х2ГМР (ат = |
|
= 700 МПа, |
а0 = |
800 МПа) |
при плос |
ком изгибе и отиулевом цикле нагруже ния (рис. 59, а). Влияние высоких рас тягивающих остаточных напряжений проявляется и в условиях повторно ударного нагружения. Под их действи ем циклическая долговечность соеди нений с поперечными угловыми швами снижалась в 1,7—2,3 раза [232].
В то же время установлено существвенное различие в сопротивлениях уста
лости при низких температурах [81, 312]. Если при гармоническом нагру жении низкие температуры приводят к повышению циклической долговечности сварных соединений, то в условиях
Рис. 57. Предельные напряжения в зависи мости от коэффициента асимметрии цикла для элементов сварных конструкций КО — К8 с невысокими остаточными напряжениями:
а — класс прочности стали 380 МПа; б — то же. 520 МПа.
Рис. 58. Предельные напряжения в зависи мости от коэффициента асимметрии цикла для соединений с высокими растягивающими оста точными напряжениями:
7, 2, 3 — пределы текучести соответственно высоко прочных, низколегированных и низкоуглсролнстых сталей.
ударного нагружения она существенно снижается. Величина и характер этих изменений зависят от уровня внешнего нагружения. При номинальных напря жениях, соответствующих числу цик лов нагружения до разрушения N > > 5 105, воздействие низких темпе
ратур приводит в условиях повторно ударного нагружения к заметному сни жению сопротивления усталости свар ных соединений. С повышением дей ствующих напряжений это влияние уменьшается. Начиная с некоторого уровня ударного нагружения цикли ческая долговечность сварных соеди нений при —60 °С выше, чем в усло виях нормальной температуры (см. рис. 59).
Установленный в этих исследованиях общий характер изменения сопротив ления усталости сварных соединений при повторно-ударном нагружении под воздействием низких климатических
температур согласуется с результатами усталостных испытаний сварных со единений в условиях гармонического нагружения, полученными в ЦНИИ строительных конструкций им. В. А. Кучеренко. Госстроя СССР. Результа ты свидетельствуют о том, что в условиях гармонического нагружения и воздействия низких температур со противление усталости сварных соеди нений зависит от уровня нагружения: при высоких нагрузках циклическая долговечность возрастает, а при низких становится меньше циклической дол говечности соединений при нормальной температуре. Такой характер изменения сопротивления усталости сварных со единений под воздействием низких кли матических температур в зависимости от уровня нагружения объясняется раз ной степенью проявления роли низко температурного упрочнения па стадии зарождения усталостной трещины и охрупчивания материала, имеющего ме сто на стадии развития макротрещниы, а также остаточных сварочных напряже ний.
4.СОЕДИНЕНИЯ
СТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ДЕФЕКТАМИ
Очагами преждевременных усталост ных разрушений наиболее часто слу жат недопустимые дефекты сварки, число которых в металлоконструкциях продолжает оставаться высоким. По дан ным МВТУ им. Н. Э. Баумана при мерно 25 % от общего числа обследо ванных объектов содержали соединения с отклонениями, выходящими за пре делы установленных допусков [147]. Вместе с тем наблюдались случаи уста лостных разрушений, очагами которых становились небольшие дефекты, до пускаемые нормами. На это обстоятель ство следует обратить особое внимание.. По-видимому, имеются неучитываемые дополнительные факторы, играющие важную роль в снижении сопротивле ния усталости дефектных соединений.
Понижение циклической долговечно сти соединений с дефектами ранее свя-
Рис. 59. Кривые усталости сварных соеди нений и основного металла при повторно ударном (сплошные линии) и гармоническом (штриховые линии) нагружении:
о — по данным [312]; б — по данным [81]; 1 % 2 — сварные соединения соответственно при +20 и —60 °С; з , 4 — основной металл соответственно прп +20 и —60 °С.
зывали только с уменьшением площади поперечного сечения шва. Для под тверждения этого приводились данные о сопротивлении усталости пористых швов и соединений с непроварами [393, 429]. Наличие пористости до 0,5 % сни жало выносливость соединений с обра
Рис. 60. Снижение предела выносли вости в зависимо сти от ослабления поперечного сече
ния шва:
ботанной поверхностью на 52 МПа (рис. 60, а). При пористости 2 % пре дел выносливости соединения был та кой же, как и у бездефектного стыка, имеющего выпуклость шва. Дальнейшее* увеличение пористости до 8 % умень шало предел выносливости примерно да 110 МПа. Нетрудно заметить, однако, что наиболее резкое падение пределавыносливости было при сравнительна небольшой пористости. Аналогичный ха рактер снижения сопротивления уста лости наблюдался в стыках с непрова рами (рис. 60, б). В этих опытах уве-
а — порами; б — непроиарэми.
личивалась протяженность непровара и |
Рис. 61. Обобщение результатов усталостных |
|||||||||||||||
сохранялась неизменной |
его |
глубина, |
испытании стыковых соединений с дефектами |
|||||||||||||
округлой формы и предлагаемые уровни ка |
||||||||||||||||
равная 1,6 мм. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
развитие исследований |
|
чества [372]. |
|
|
|
|||||||||||
Последующее |
кие и объемные. К плоским отнесены |
|||||||||||||||
по |
установлению допустимости |
техно |
||||||||||||||
логических дефектов связано с установ |
технологические |
отклонения, |
выходя |
|||||||||||||
лением |
коэффициентов |
концентрации |
щие на поверхность шва по |
всей |
его |
|||||||||||
напряжений. Полагая, что |
решающим |
длине или на значительной протяжен |
||||||||||||||
фактором, определяющим |
|
сопротивле |
ности (длинные |
непровары, |
цепочки |
|||||||||||
ние усталости соединения, является кон |
слившихся пор, выходящие на поверх |
|||||||||||||||
центрация напряжений, создаваемая его |
ность, а также сквозные непровары |
в |
||||||||||||||
формой |
либо |
имеющимся |
технологи |
середине шва). К объемным причислены |
||||||||||||
ческим отклонением, И. И. Макаров |
все дискретные технологические откло |
|||||||||||||||
[147] предложил сопоставлять |
коэффи |
нения (единичные поры, отдельные ко |
||||||||||||||
циенты концентрации напряжений ас и |
роткие цепочки или скопления слив |
|||||||||||||||
<хд, |
отвечающие |
соответственно |
форме |
шихся и неслившихся пор, местные не- |
||||||||||||
соединения и данному отклонению. Ес |
сплавления внутри шва). К этой группе |
|||||||||||||||
ли |
а д < |
а с, то |
несущая |
|
способность |
отнесены отклонение, |
выходящие |
на |
||||||||
будет определяться формой шва или |
поверхность, но |
имеющие |
небольшую |
|||||||||||||
соединения; в этом случае технологиче |
протяженность (единичные |
поры, шла |
||||||||||||||
ское отклонение не следует относить к |
ковые включения, скопления и цепочки |
|||||||||||||||
дефекту соединения. Если же |
а с < |
ад, |
слившихся пор). Такое разделение ос |
|||||||||||||
то степень снижения долговечности |
со |
новано на различии методов теорети |
||||||||||||||
единения должна оцениваться по экспе |
ческого и экспериментального решения |
|||||||||||||||
риментальным данным. При этом все |
задач распределения напряжений в зо |
|||||||||||||||
технологические |
отклонения, |
создаю |
нах |
технологических |
отклонений. Для |
|||||||||||
щие концентрацию напряжений ад, раз |
первой группы распределение напряже |
|||||||||||||||
биваются на две основные группы: плос |
ний |
устанавливается |
путем |
решения |
||||||||||||
плоской задачи теории упругости. При |
соединений с плоскими |
трещиноподоб |
|||||||||||||||||||
менительно ко второй группе решены |
ными дефектами (например, непровара |
||||||||||||||||||||
некоторые трехмерные задачи. Показа |
ми) — расчетным путем, используя под |
||||||||||||||||||||
но, что учет объемности напряженного |
ходы механики разрушения. |
|
|
|
|||||||||||||||||
состояния |
от |
внутренних |
дискретных |
Применительно к дефектам округлой |
|||||||||||||||||
отклонений |
приводит |
к |
уменьшению |
формы результаты испытаний обобщены |
|||||||||||||||||
коэффициента |
концентрации |
напряже |
на рис. 61. Здесь же нанесены предла |
||||||||||||||||||
ний в 1,5 раза по сравнению |
с плоским |
гаемые уровни качества. Они начина |
|||||||||||||||||||
концентратором. Это соотношение оста |
ются с уровня V, предъявляемого |
к из |
|||||||||||||||||||
ется постоянным для разных сочетаний |
делиям и сооружениям, испытывающим |
||||||||||||||||||||
подобных по форме плоских и объемпых |
значительные размахи |
переменных |
на |
||||||||||||||||||
концентраторов. |
На |
основе |
теоретиче |
пряжений и сравнительно большое число |
|||||||||||||||||
ских |
и |
экспериментальных |
исследова |
перемен нагрузок, и оканчиваются уров |
|||||||||||||||||
ний, |
выполненных |
применительно |
к |
нем качества 2, допустимым для эле |
|||||||||||||||||
внутренним |
дефектам |
(путем |
сопостав |
ментов конструкций с низкими пере |
|||||||||||||||||
ления коэффициентов |
ад и |
ас), уста |
менными |
напряжениями. Уровни |
ка |
||||||||||||||||
новлено, |
что |
концентрация, |
обуслов |
чества, представленные |
зонами |
V. РУ, |
|||||||||||||||
ленная формой шва, |
во многих случаях |
X, У и 2, разделены прямыми линиями |
|||||||||||||||||||
может |
оказаться |
определяющей. |
|
с наклоном х/4. Разбивка на зоны |
и вы |
||||||||||||||||
Метод |
оценки |
технологических |
от |
бор наклона линий сделаны произволь |
|||||||||||||||||
клонений, |
основанный на |
использова |
но. Полагается, однако, что принятый |
||||||||||||||||||
нии |
коэффициентов |
концентрации |
на |
наклон линий */4 согласуется с экспе |
|||||||||||||||||
пряжений, имеет определенные достоин |
риментальными |
результатами, относя |
|||||||||||||||||||
ства. Он позволяет обоснованно отнести |
щимися к шлаковым включениям и по |
||||||||||||||||||||
обнаруженное |
отклонение |
к опасному |
рам. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
или не требующему исправления. В |
то |
Принимая нижние границы рассеяния |
|||||||||||||||||||
же время данный подход не позволяет |
в качестве допустимых уровней напря |
||||||||||||||||||||
определить |
ресурс дефектного |
соедине |
жений, для каждого класса качества |
||||||||||||||||||
ния. Когда |
ас ^ |
ад, |
несущая |
способ |
устанавливают наибольшую длину шла |
||||||||||||||||
ность соединения может быть установ |
кового включения (табл. 25) и макси |
||||||||||||||||||||
лена только экспериментальным путем. |
мальную |
пористость: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Примером |
|
метода |
|
количественного |
Уровень качества |
|
V |
IV |
X |
У |
2 |
||||||||||
определения |
допустимости дефектов мо |
|
|||||||||||||||||||
жет быть предложение Харрисона [372], |
Допускаемая величина |
0 |
3 |
8 |
20 |
20 |
|||||||||||||||
пористости, |
% |
|
|||||||||||||||||||
представленное |
Международному |
ин |
Уровни качества, установленные для |
||||||||||||||||||
ституту сварки (МИС). Оценку долго |
|||||||||||||||||||||
вечности соединений с дефектами ок |
отнулевого цикла, принимаются не |
||||||||||||||||||||
руглой |
формы |
(порами, |
шлаковыми |
изменными и для других характеристик |
|||||||||||||||||
включениями) рекомендуется выполнять |
цикла напряжений. В то же время |
||||||||||||||||||||
по так |
называемым уровням качества, |
влияние асимметрии цикла па сопро- |
|||||||||||||||||||
|
|
|
Таблица 25. |
Максимальная длила допускаемых шлаковых включений |
|
|
|||||||||||||||
Класс |
|
|
Шв .1в исходном |
|
Швы В ИСХОДНОМ |
Соединения со |
Соединения, выпол |
||||||||||||||
|
состоянии, электро |
|
состоянии, |
|
ненные в жестком |
||||||||||||||||
качества |
|
|
ды с рутиловым |
|
|
электроды |
снятыми остаточны |
контуре, или пере |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
покрытием |
|
|
низководородистые |
ми напряжениями |
|
секающиеся швы |
||||||||||
|
V |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
\У |
|
|
|
|
1,5 мм |
|
|
|
5 мм |
|
|
5 мм |
|
|
3—4 мм |
|
||||
|
X |
|
|
|
|
10,0 мм |
|
|
25 мм |
|
Не ограничивается |
|
|
4 мм |
|
||||||
|
У |
|
|
Не ограничивается |
Не ограничивается |
|
» |
> |
|
|
25 мм |
|
|||||||||
|
2 |
|
|
|
|
» |
|
» |
|
|
» |
|
» |
|
» |
» |
Не ограничивается |
||||
тивление |
усталости |
соединения |
пред |
соответственно |
|
четырем уровням |
на |
||||||||||||
лагается |
|
определять по |
зависимости |
пряжений (190, 150, 130 и 110 МПа)* |
|||||||||||||||
Гудмана. Это ,не только осложняет |
испытывались |
при |
симметричном |
ци |
|||||||||||||||
определение допустимости дефектов при |
кле напряжений. В каждую партию вош |
||||||||||||||||||
различной |
|
асимметрии |
переменных |
ли по 5—13 образцов с малым числом |
|||||||||||||||
напряжений, но и противоречит действи |
пор в шве, цепочкой, группой пор* |
||||||||||||||||||
тельному характеру изменения предель |
сплошной пористостью и без видимых |
||||||||||||||||||
ных напряжений цикла для соедине |
дефектов в швах. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
ний с высокими остаточными напряже |
В большинстве образцов усталостные |
||||||||||||||||||
ниями, влияние которых в данной ра |
разрушения начинались вдали от пор* |
||||||||||||||||||
боте не |
учитывалось. |
|
|
|
|
по линии сплавления шва с основным |
|||||||||||||
|
Один и тот же дефект может по- |
металлом. Не являлись очагами разру |
|||||||||||||||||
разному |
изменить сопротивление уста |
шения и поры, расположенные по ли |
|||||||||||||||||
лости соединения в зависимости от то |
нии сплавления. Только в тех случаях, |
||||||||||||||||||
го, в каком поле сварочных остаточных |
когда поры ослабляли шов настолько* |
||||||||||||||||||
напряжений он располагается. В связи |
что его сечение становилось значитель |
||||||||||||||||||
с этим циклическая долговечность де |
но меньше сечения образца вдали от |
||||||||||||||||||
фектного соединения должна оценивать |
шва, разрушение происходило по ос |
||||||||||||||||||
ся с учетом возможного влияния |
оста |
лабленному шву. На каждом уровне |
|||||||||||||||||
точных напряжений. Такой подход к |
напряжений разброс результатов полу |
||||||||||||||||||
определению |
предельных |
напряжений |
чился значительным, |
но |
обнаружить |
||||||||||||||
соединений с порами, подрезами и не |
зависимость |
между |
циклической |
дол |
|||||||||||||||
проварами |
принят |
в |
работах |
ИЭС |
говечностью соединения и степенью его |
||||||||||||||
им. Е. О. Патона АН УССР [9, 11, |
пористости не удалось. Образцы, не |
||||||||||||||||||
253, 281]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
имевшие пор, |
|
выдерживали |
меньшее |
|||||||
Поры. Известно, что поры создают |
число перемен напряжений, чем об |
||||||||||||||||||
наименьшую |
концентрацию |
напряже |
разцы, в которых были крупные поры |
||||||||||||||||
ний по сравнению с другими дефекта |
или цепочка мелких. Образцы |
с малым |
|||||||||||||||||
ми. При этом сама форма соединения, |
числом пор оказывались менее долго |
||||||||||||||||||
выпуклость сварного шва и т. д. созда |
вечными, чем образцы с большим их |
||||||||||||||||||
ют |
большую |
концентрацию |
напряже |
числом. В область рассеяния попали и |
|||||||||||||||
ний. Поэтому швы с порами чаще все |
результаты |
испытания |
образцов, |
раз |
|||||||||||||||
го |
оказываются |
более |
долговечными, |
рушившихся по шву, если расчетные |
|||||||||||||||
чем |
доброкачественные |
соединения с |
напряжения относились к ослабленному |
||||||||||||||||
необработанной поверхностью. Особен |
сечению. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
но это относится к сравнительно ко |
Иное положение наблюдается в сое |
||||||||||||||||||
ротким поперечным |
швам. |
|
|
|
динениях с протяженными швами, в |
||||||||||||||
В качестве иллюстрации можно при |
том числе и соединительными. В длин |
||||||||||||||||||
вести результаты опытов, подробно опи |
ных продольных швах, например, рас |
||||||||||||||||||
санных в работе [253]. Испытывались |
тягивающие остаточные напряжения до |
||||||||||||||||||
образцы шириной 70 мм с поперечным |
стигают наибольших значений, а пора |
||||||||||||||||||
стыковым |
швом, |
которые |
вырезались |
в таком поле напряжений является |
|||||||||||||||
из предварительно сваренных |
пластин |
единственным |
концентратором |
напря |
|||||||||||||||
размером |
420 |
X 600 |
X |
12 |
мм |
(сталь |
жений. Такие сочетания могут вызвать |
||||||||||||
М16С). Выпуклость стыкового шва не |
непредвиденные |
разрушения. |
Они |
на |
|||||||||||||||
снималась. |
В |
большинстве |
образцов |
блюдались |
как |
на |
практике, |
так и |
|||||||||||
это |
компенсировало |
ослабление, |
вызы |
при испытаниях сварных балок. Вместо |
|||||||||||||||
ваемое порами. В некоторых образцах |
ожидаемого разрушения в зонах раз |
||||||||||||||||||
ослабленное порами сечение было мень |
личного рода приварок усталостное раз |
||||||||||||||||||
ше, чем сечение образца вдали от шва. |
рушение началось от поры в продоль |
||||||||||||||||||
Часть образцов пор не имела. Все об |
ном шве, расположенной вдали от |
||||||||||||||||||
разцы, разделенные |
на |
четыре партии |
напряженного |
сечения |
[5]. |
В |
стыках |
||||||||||||
большой протяженности поперечные ос таточные напряжения на отдельных участках шва достигают значений пре дела текучести металла. В этом случае выносливость соединений с поперечными пористыми швами может также суще ственно снижаться.
Сопротивление усталости соединений с пористыми швами и высокими остаточ ными напряжениями не зависит от чис ла пор, их размеров и взаимного рас положения. В частности, это подтвер ждается результатами испытания об разцов с высокими остаточными напря жениями растяжения, в которых име лись единичные поры и их различные сочетания (рис. 62). Результаты этих опытов лежат в одной зоне рассеяния а определяют величину предела выносли вости при симметричном цикле напря жений, равную 50 МПа [281].
Как показывают исследования [281], различные виды соединений с протяжен ными пористыми стыковыми и угловыми швами обладают практически равным сопротивлением усталости (рис. 63). Испытанию подвергались крупномас штабные образцы стали 09Г2С толщи ной 12, 20 и 30 мм (от = 320...390 МПа, сгв = 520...560 МПа). Сварка выполня лась проволокой Св-08ГА под флюсом АН-348. Число пор и их взаимное рас положение варьировались. Все образцы разрушались по внутренним порам, причем усталостные трещины зарожда лись сначала в тех продольных угловых швах, которые сваривались в послед нюю очередь, т. е. с наиболее высокими остаточными напряжениями. В стыко вых поперечных швах трещины разви вались от пор, которые находились на участке высоких растягивающих оста точных напряжений. Около пор, рас положенных на участке сжимающих остаточных напряжений, усталостных трещин, как правило, не было, что сви детельствует о существенной роли ос таточной напряженности в формирова нии места усталостного разрушения пористых швов. Результаты испытаний образцов с различными типами сварных соединений попадают в одну область
рассеяния, пределы выносливости на базе 2 • 10е циклов одинаковы и равны
108 МПа. Все это указывает на то, что независимо от вида соединения поры»
Рис. 62. Результаты испытании образцов с продольными швами:
1 — образцы с единичными порами; 2 — образцы с группами пор; з — образцы с цепочкой пор.
Рис. 63. Результаты испытании сварных сое динений с пористыми швами:
1 — поперечные |
стыковые швы; 2 — продольные |
стыковые швы; |
з — продольные угловые швы. |
расположенные в поле высоких растя |
циклов перемен напряжений. На сни |
||||||||||||||||||||||||
гивающих напряжений, |
в одинаковой |
жение циклической долговечности ока |
|||||||||||||||||||||||
мере снижают |
циклическую |
долговеч |
зывают влияние также длина подреза и |
||||||||||||||||||||||
ность сварных соединений. Их влияние |
его острота. На выносливость соеди |
||||||||||||||||||||||||
определяется в основном концентрацией |
нений с протяженными швами значи |
||||||||||||||||||||||||
напряжений, |
характером |
и |
величиной |
тельное влияние могут оказывать и вы |
|||||||||||||||||||||
остаточных напряжений. При |
высоких |
сокие |
растягивающие |
остаточные |
на |
||||||||||||||||||||
растягивающих |
|
остаточных |
напряже |
пряжения. На рис. 64 приведены ре |
|||||||||||||||||||||
ниях заметного влияния диаметра пор |
зультаты |
экспериментальных |
испыта |
||||||||||||||||||||||
не обнаружено. Незначительное |
рассе |
ний стыковых соединений с подрезами. |
|||||||||||||||||||||||
яние результатов испытаний свидетель |
Образцы |
сечения |
160 |
X 30 |
и |
|
160 X |
||||||||||||||||||
ствует о том, что швы с внутренними |
X 20 мм из стали 09Г2С с поперечным |
||||||||||||||||||||||||
порами диаметром 0,5—3,5 мм имеют |
стыковым швом испытывались при от- |
||||||||||||||||||||||||
одинаковую |
долговечность. |
|
Поэтому |
нулевом |
осевом |
растяжении. Подрезы |
|||||||||||||||||||
вряд ли целесообразно проводить диф |
создавались |
предварительным |
|
оплав |
|||||||||||||||||||||
ференциацию пор при оценке сопротив |
лением отдельных участков кромок раз |
||||||||||||||||||||||||
ления усталости соединений с высоки |
делки. |
Глубина |
подрезов |
изменялась |
|||||||||||||||||||||
ми |
растягивающими |
остаточными на |
от 1 до 3,5 мм, располагались они в |
||||||||||||||||||||||
пряжениями. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
различных зонах остаточной напряжен |
|||||||||||||||
Подрезы. |
Подрезы |
являются |
более |
ности |
шва. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
резкими концентраторами напряжений, |
Сопоставление |
кривых, |
относящих |
||||||||||||||||||||||
чем поры. С возрастанием глубины под |
ся к образцам с подрезами |
одинаковой |
|||||||||||||||||||||||
реза |
выносливость |
соединения |
падает. |
глубины, показывает, что хмеиьшей вы |
|||||||||||||||||||||
По данным работы [205] пределы вы |
носливостью обладают образцы с более |
||||||||||||||||||||||||
носливости шлифованных |
образцов со |
высокими |
растягивающими |
|
остаточны |
||||||||||||||||||||
снятой |
выпуклостью |
стыковых |
швов, |
ми напряжениями. Увеличение глубины |
|||||||||||||||||||||
имеющих |
подрезы |
(сечение |
образцов |
подреза в 2 раза снижает предел вы |
|||||||||||||||||||||
13 X 35 мм), и таких же образцов с |
носливости ыа 15 %, а увеличение уров |
||||||||||||||||||||||||
доброкачественными швами, не подвер |
ня остаточных растягивающих |
напря |
|||||||||||||||||||||||
гавшихся |
механической обработке, от |
жений с 50—100 до 200 МПа — на 18 %. |
|||||||||||||||||||||||
личаются на 10—15 МПа при подрезе |
Суммарный эффект обоих факторов из |
||||||||||||||||||||||||
глубиной 0,5 мм п на 40 МПа при под |
менил |
предел |
выносливости |
стыкового |
|||||||||||||||||||||
резе |
глубиной |
1 |
мм |
на |
базе |
2 |
106 |
соединения с 165 до 82 МПа, т. е. иа |
|||||||||||||||||
Рис. |
64. |
Результаты |
усталостных |
испытаний |
50 %. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Непровары. По сравнению с другими |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
образцов с подрезами: |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
технологическими |
дефектами |
непровар |
|||||||||||||||||
1 — образцы |
без |
дефектна; 2 |
— подрезы |
глубиной |
|||||||||||||||||||||
1— 1,5 |
мм, |
остаточные |
напряжения до |
100 МПа; |
создает наибольшую |
концентрацию |
на |
||||||||||||||||||
з , 5 — подрезы глубиной |
2—3,5 |
мм, |
|
остаточные |
пряжений, |
вершина |
непровара |
часто |
|||||||||||||||||
напряжения до 100 МПа; 4 |
— подрезы |
глубиной |
|||||||||||||||||||||||
2— |
|
3,5 |
мм, |
остаточные |
напряжения |
до 200 |
МПа; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 — з — толщина образцов |
20 |
мм; |
4, |
5 — толщина |
имеет весьма острый надрыв, который |
||||||||||||||||||||
5о,Ма |
|
|
|
образцов |
30 |
мм. |
|
|
|
|
не выявляется неразрушающими |
мето |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дами контроля. Поэтому даже неболь |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шие непровары могут вызывать резкое |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
снижение |
выносливости |
стыковых |
сое |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
динений. Однако в отличие от соедине |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ний с порами и подрезами образцы с |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
непроварами |
показывают значительное |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рассеяние результатов испытаний. Так,- |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обобщение данных о выносливости этих |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соединений, |
сделанное |
Харрисоном |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[372], позволило установить, что рас |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сеяние может достигать двух порядков |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
числа циклов. Обработке подвергались |
||||||||||||