книги / Прочность сварных соединений при переменных нагрузках

Т а б л и ц а 1 7 .

Марка стала

Пределы выносливости необработанных стыковых соединений низколегированных сталей

вой сваркой, также изменяется в зави­ симости от формы шва. При хорошем профиле шва о0достигает 200 МПа, а при неблагоприятном формировании (напри­ мер, в случае несовпадения медных пол­ зунов) снижается до 110 МПа [131].

Как при автоматической, так и при ручной сварке вид разделки кромок (X, V, И-образная) может сказаться на со­ противлении усталости соединения лишь в тех случаях, когда это приводит к из­ менению геометрических параметров сты­ кового шва. Если же идентичность фор­ мы шва обеспечивается соответствующим подбором режимов сварки, влиянием этого фактора можно пренебречь 1166, 281, 346]. То же относится и к выбору сварочных материалов, в частности элек­

тродов для ручной сварки. В общем слу­ чае тип электрода не оказывает суще­ ственного влияния на сопротивление усталости сварного соединения, если при этом исключаются подрезы и достигает­ ся плавный переход от шва к основному металлу [281, 346]. Следует отметить, что плавность перехода легче достигается при использовании электродов, обеспе­ чивающих мелкогапечьный перенос ме­ талла [346]. Электроды с низким содер­ жанием водорода дают более грубую по­ верхность шва, чем электроды с рути­ ловым покрытием.

Не всегда явно проявляется влияние на сопротивление усталости соедине­ ний с невысокими остаточными напря­ жениями прочности основного металла.

кк

СЗ сх

с. я

^Я Я

Данные, приведенные в табл. 16—18, позволяют заключить, что при сопоста­ вимых характеристиках цикла К а сред­ ние значения пределов выносливости «стыковых соединений низкоуглероди­ стых, низколегированных и высокопроч­ ных сталей практически одинаковы. Они составляют соответственно 113, 116 и 103 МПа при симметричном цикле на­ пряжений и 170, 158 и 150 МПа при отнулевом. Здесь, как и в случае со­ единений с высокими остаточными на­ пряжениями, наблюдается инвариант-

выносливости, располагаются выше ли­ ний пределов выносливости стыковых соединений с высокими остаточными напряжениями (на рис. 54 они обозна­ чены цифрами соответственно 1 и 3). Наибольшее расхождение этих линий — в области знакопеременных напряже­ ний, поскольку здесь наблюдается наи­ большее падение пределов выносливо­ сти под влиянием растягивающих оста­ точных напряжений. В то же время линия предельных напряжений цикла, соответствующая минимальным значе-

ниям пределов выносливости стыковых соединений с невысокими остаточными напряжениями (прямая 2 на рис. 54), располагается вблизи линии предель­ ных напряжений цикла стыковых соедипений с высокими остаточными на­ пряжениями. Это важное положение сле­ дует иметь в виду при рассмотрении вопросов, связанных с установлением расчетных сопротивлений усталости сварных соединений.

Нахлесточные соединения с попереч­ ными угловыми швами. Основные поло­ жения, касающиеся изменения сопро­ тивления усталости стыковых соедине­ ний с невысокими остаточными напря­ жениями, справедливы и в отношении соединений с поперечными угловыми швами. При качественном выполнении угловых швов способ сварки (ручная, автоматическая, полуавтоматическая) не оказывает существенного влияния на изменение сопротивления усталости со­ единения.

Угловые швы, не передающие сило­ вого воздействия (ребра жесткости, диа­

фрагмы, крепления, проушины и т. п.), снижают сопротивление усталости не­ сущих элементов до уровня пределов выносливости стыковых соединений. Для низкоуглеродистых, низколегиро­ ванных и высокопрочных сталей сред­ ние значения пределов выносливости соединений с поперечными угловыми швами составляют соответственно 110, 105 и 78 МЦа при симмеаричном цикле напряжений, 165, 128 и 148 МПа при отнулевом цикле и примерно 230 МПа при Яа = 0,5. Здесь замечается неко­ торое падение сопротивления усталости соединений цри переходе на более проч­ ные стали.

Приведенные величины существенно отличаются от значений пределов вы­ носливости аналогичных соединений с высокими остаточными напряжениями. По результатам рассмотрения 101 кри­ вой усталости (табл. 19—21) на рис. 55 представлены диаграммы предельных напряжений цикла соединений с попе­ речными угловыми швами. Там же на­ несены линии предельных напряжений

аналогичных соединений с высокими остаточными напряжениями. Наиболь­ шее расхождение линий (1, 2, 3 соот­ ветствуют рис. 54) наблюдается, как ив случае стыковых соединений, в области знакопеременных напряжений. Преде­ лы выносливости о_ 1 соединений с вы­

сокими и низкими остаточными напря­ жениями отличаются в 2 —2,5 раза. По

мере возрастания от линии предельных напряжений сходятся. Наиболее на­ глядно это показано на рис. 55, а, от­ носящемся к соединениям высокопроч-

Рис. 55. Предельные напряжения цикла нахлесточных соединений с поперечными угло­ выми швами:

а — штзкоуглеродистыс стали; б — низколегирован­ ные стали; в — высокопрочные стали.

ных сталей. Сварные образцы этих ста­ лей испытывались в наиболее широком диапазоне положительных значений На.

Рассеяние пределов выносливости со­ единений с поперечными угловыми шва­ ми довольно большое, примерно такое же, как и у стыковых швов (на рис. 54 и 55 области рассеяния заштрихованы). Одинаковы и причины, их вызывающие.

Нахлесточные соединения с продоль­ ными угловыми швами и прикрепления встык. Как уже отмечалось в парагра­ фе 1 данной главы, в образцах различно­

го размера остаточная напряженность по концам фланговых швов примерно оди­ накова. По сравнению с поперечными стыковыми и угловыми швами более стабильна и концентрация напряжений в зонах окончания фланговых швов. Вследствие этого не наблюдается боль­ шого рассеяния пределов выносливости различных образцов с фланговыми шва­ ми, включая в эту группу и прикрепле­ ния встык (рис. 56). Число рассмотрен­ ных кривых усталости (табл. 22—24) было таким же, как и в случае соедине­ ний с поперечными стыковыми или уг­ ловыми швами,— 106. Однако разница

4 [397]

4 [397]

19(347г 397]

3 [397>

тивление усталости, чем в соединениях с поперечными стыковыми и угловы­ ми швами. С повышением прочности -стали сопротивление усталости соеди­ нения снижается.

Нельзя не обратить внимания на то, что и для соединений с фланговыми шва­ ми значения пределов выносливости об­ разцов небольшого размера в 1,5—2 ра­ на отличаются от приведенных выше значений пределов выносливости круп­ номасштабных образцов, хотя по абсо­ лютным величинам разница не столь

ные стали: * — высокопрочпые стали.

велика (примерно 30 МПа). Возможно, это связано с тем, что на сопротивление усталости образцов с фланговыми шва­ ми более, чем на другие виды соедине­ ний, оказывает влияние соотношений ширин и толщин свариваемых пластин. В крупномасштабных образцах эти соот­ ношения зачастую менее благоприят­ ные. Кроме того в небольших образцах данного вида растягивающие остаточ­ ные напряжения могли и не достигать предельных значений. При сварке не обращалось никакого внимания на их остаточную напряженность и не исклю­ чалась правка образцов после сварки. Все это не могло не сказаться на конеч­ ных результатах. Здесь уместно еще раз подчеркнуть важность контроля ос­ таточной напряженности испытываемых образцов.

Регламентированные значения пре­ делов выносливости. Очевидно, что при­ веденное выше деление образцов на две группы (с высокими и низкими остаточ­ ными напряжениями), так же как и соот­ ветствующих им значений пределов выносливости, не является достаточно четким. Тем не менее такое деление на-