книги / Несущая способность сварных соединений

1.15. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ИИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ (ПАЯНЫХ) СОЕДИНЕНИЙ С УЧЕТОМ

ИХ МЕХАНИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ

Выбор различных конструктивно-технологических параметров при проектировании и изготовлении соединений необходимо увязы­ вать с действительной их прочностью. При этом назначать следует такие размеры и формы швов, при которых обеспечивается равнопрочность сварного соединения с основным металлом. Предпочте­ ние следует отдавать шевронным и косым прослойкам, Эффектив­ ной является также прямоугольная мягкая прослойка. Однако ди­ апазон равнопрочности соединений с основным металлом по соот­ ношению геометрических параметров здесь немного ниже, чем у шевронных и косых прослоек, Еще более узкий диапазон геоме­ трических параметров, при которых за счет эффекта контактного упрочнения достигается равнопрочность соединений, имеют X- и Y-образные мягкие прослойки. Несущая способность соединений с такими прослойками при одинаковой степени механической неод­ нородности и прочих конструктивно-геометрических параметрах намного ниже, чем у соединений с шевронной, косой и прямоуголь­ ной прослойками.

При назначении зазора под сварку (или пайку) целесообразно

соединений из пластин взаимосвязь оптимальных конструктивно­ геометрических параметров при различной степени механической

(1.54) — (1.56).

Если при высокой степени механической неоднородности К3 величина зазора щ технологически недостижима, т. е. разделка кромок получается слишком узкой, что препятствует проведению сварки, то равнопрочность соединений с основным металлом мож­

чину с следует определять также с учетом эффекта контактного упрочнения Кх соответствующей прослойки:

« = i ] - (ь87>

Для сварных и паяных соединений с тонкими мягкими про­ слойками (как правило, при высоких значениях /Св) появляется опасность квазивязких разрушений (до наступления предельно вязкого состояни). В данном случае максимальные нормальные напряжения в центре прослоек достигают уровня сопротивления металла М внутризеренного микроскола а™ах = # мс. Для предот­

вращения таких разрушений необходимо выполнение условия

Удовлетворить данное неравенство можно как путем подбора соответствующей относительной толщины прослойки, так и за счет назначения присадочного металла с повышенным уровнем харак­ теристики RjtC

При сварке металлов, прошедших термическое или термомеха­ ническое упрочнение, геометрические размеры участков разупроч­ нения и харкатер зоны термического влияния в значительной ме­ ре зависят от погонной энергии сварки. С понижением данной величины (например, за счет повышения скорости сварки или в ре­ зультате уменьшения сварочного тока) уменьшается степень меха­ нической неоднородности Кв, протяженность разупрочненного уча­ стка и, изменяется характер распределения прочностных свойств мягкого металла по объему прослойки. В ряде случаев при пра­ вильном выборе режимов сварки достигается равнопрочность свар­ ных соединений с основным металлом несмотря на наличие разу­ прочненного участка в зоне термического влияния. Например, при сварке термоупрочненной стали 14 ГН и 19 Г (закалка+отпуск при 873 К) с погонными энергиями q f v ^ 33,4-105 Дж/м2 относи­ тельная толщина прослойки х^0,125, что обеспечивает равнопроч­ ность соединений основному металлу [121].

В некоторых случаях нецелесообразно добиваться необходимых геометрических параметров и степени механической неоднородно­ сти путем подбора соответствующих способов и режимов термооб­ работки. Например, при контактной стыковой сварке термоупроч­ ненной арматуры железобетона (стали 35ГС, 20ГС, 20Г2С, 20ХС2) сварное соединение непосредственно в губках машины подверга­ ется термической обработке — ускоренному охлаждению в воде (непосредственно после нагрева в процессе сварки) с последую­ щим низким отпуском в ходе электротермического натяжения [154]. Закалка со сварочного нагрева позволяет уменьшить сте­ пень механической неоднородности и протяженность разупрочне­ ния (параметр к) и, тем самым, обеспечить равнопрочность свар­ ных соединений основному металлу.

В настоящее время свойства сварных соединений определяют по результатам испытаний микрообразцов, вырезаемых из шва, зоны термического влияния и т. п. Использование в конструктив­ но-технологическом проектировании расчетных методов, учитыва­ ющих фактор механической неоднородности сварных соединений, позволит не только более правильно оценить уровень их несущей способности, но и выбрать оптимальный вариант ее повышения.

Глава 2 НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ СТЫКОВЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ДЕФЕКТАМИ И ИХ НОРМИРОВАНИЕ

2.1. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ СТЫКОВЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Проблема влияния дефектов на прочность сварных соединений весьма сложна и многопланова. Разрешить ее можно, учитывая условия эксплуатации, характер дефектности и свойства металлов сварных соединений.

Дефекты сварных соединений по месту их расположения разде­ ляют на наружные и внутренние. В зависимости от причин возник­ новения дефекты подразделяются на металлургические, термичес­ кие, возникающие при сварке и остывании металла сварных соединений, и дефекты, связанные с формированием сварных швов. К первой группе дефектов относятся кристаллизационные и хо­ лодные трещины, поры, шлаковые включения и т. п. Ко второй — дефекты типа непроваров, несплавлений, смещений кромок, угло­ вых деформаций, т. е. дефекты, возникновение которых обусловле­ но нарушением технологического процесса.

Для правильного анализа влияния дефектов сварки на проч­ ность сварных соединений необходимо классифицировать их по наиболее общим признакам. Так, дефекты типа непроваров, не­ сплавлений, подрезов, расслоений металла, трещин относят к тре­ щиноподобным дефектам, которые являются наиболее опасными и могут существенно снижать работоспособность сварных соеди­ нений. Многие из них относятся к числу недопустимых (кристал­ лизационные и холодные трещины, непровары), поскольку могут стать очагами хрупких разрушений. Наиболее распространены не­ провары и несплавления^ Так, статистический анализ рентгеноконтроля стыковых соединений из сплава АМгб, выполненный в ус­ ловиях высокоразвитого производства, показал, что даже в этом случае 75% всех дефектов приходится на непровары и несплавления. Аналогичные явления отмечены и для изделий из сплава АМгб, выполненных на стапелях судоверфей (до 57% от общего

числа) [41].

Характерная особенность непроваров и несплавлений состоит, в том, что они часто заканчиваются остроконечными трещинами [97].

Влиянию трещиноподобных, дефектов на прочность сварных со­ единений посвящены отечественные и зарубежные исследования [45, 60, 94, 112, 115, 142, 169, 194, 196, 199], которые свидетельст­ вуют о том, что в условиях статического нагружения при комнат­

ложенному слева от линии разветвления (точки О на оси Ох), соответствуют выражения для определения нормальных напряже­ ний оу и Ох (по сечению Ох):

2k,

(2.3)

где

Рис. 2.2. Поле линий сколь­ жения и эпюры напряжений

ov и ах по центральному се-

2у

Для поля линий скольжения, расположенного справа от точки 0 и примыкающего к дефекту

А /_ 2 2 )+ 2£ы;

(2.4)

где

На рис. 2.2,6 представлено поле линий скольжения, построен­ ное для случая, когда основной (твердый) металл не вовлекается в пластическую деформацию (при /С»^4).

Для оценки прочности сварных соединений с дефектом при вязком разрушении принимали допущение о малости параметра линии разветвления L [ЦВ-*-0). С учетом этого получено выра-