книги / Прочность сварных соединений при переменных нагрузках
..pdfнии [33, 163, 295]. Это относится и к |
мент появления трещины |
на |
поверхно |
|||||||||||||||||||||||||
сварным соединениям |
[39, |
82], |
однако |
сти шва принимался в качестве критерия |
||||||||||||||||||||||||
у последних сопротивление зарождению |
разрушения |
образцов, |
|
по |
которому |
|||||||||||||||||||||||
и |
распространению |
усталостных |
тре |
строились |
зависимости |
|
номинальных |
|||||||||||||||||||||
щин в области сжатия имеет свои осо |
разрушающих |
напряжений |
от |
числа |
||||||||||||||||||||||||
бенности. |
Сопротивление |
|
разрушению |
циклов |
[29]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
определяется в данном случае не толь |
С целью приближенной оценки ско |
|||||||||||||||||||||||||||
ко |
концентрацией |
напряжений, |
обус |
рости |
|
распространения |
усталостных |
|||||||||||||||||||||
ловленной формой соединений, но и в |
трещин |
|
при |
|
повторно-переменном |
|||||||||||||||||||||||
значительной мере остаточными свароч |
сжатии испытания отдельных образцов |
|||||||||||||||||||||||||||
ными |
напряжениями. |
Выполненные |
продолжались |
после |
выхода |
трещин |
||||||||||||||||||||||
ИЭС Е. О. Патона АН УССР и Ново- |
на наружную поверхность. Измерения |
|||||||||||||||||||||||||||
Краматорским |
|
машиностроительным |
показали, что средняя скорость рас |
|||||||||||||||||||||||||
заводом исследования [29, 176] свиде |
пространения трещин в исследованном |
|||||||||||||||||||||||||||
тельствуют |
о |
существенном |
изменении |
диапазоне |
изменения |
напряжений |
[29] |
|||||||||||||||||||||
предельных |
амплитуд и характера диа |
для |
стыковых |
соединений |
составляет |
|||||||||||||||||||||||
грамм |
предельных |
напряжений |
цикла |
примерно |
0,13 |
10~3 мм |
за |
цикл. |
По |
|||||||||||||||||||
в |
области |
|
сжатия |
в |
результате |
сов |
||||||||||||||||||||||
|
мере увеличения размера трещины ско |
|||||||||||||||||||||||||||
местного воздействия концентрации |
на |
|||||||||||||||||||||||||||
рость ее распространения |
постепенно |
|||||||||||||||||||||||||||
пряжений и остаточных напряжений на |
||||||||||||||||||||||||||||
снижалась |
до |
нуля, |
после |
чего |
рост |
|||||||||||||||||||||||
сопротивление |
|
усталости |
|
сварных |
со |
|||||||||||||||||||||||
|
|
трещин |
прекращался. |
Максимальные |
||||||||||||||||||||||||
единений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
размеры трещин |
на |
поверхности |
тру |
||||||||||||||
Усталостным |
испытаниям |
подверга |
||||||||||||||||||||||||||
бы составляли: у |
образцов, не имев |
|||||||||||||||||||||||||||
лись |
два |
типа |
образцов |
из |
труб: об |
|||||||||||||||||||||||
ших |
дефектов, |
20—65 мм, у образцов |
||||||||||||||||||||||||||
разец первого |
типа |
представлял собой |
||||||||||||||||||||||||||
с непроварами в корне стыкового шва |
||||||||||||||||||||||||||||
две |
трубы |
|
сечением |
114 |
X 8 мм, |
со |
||||||||||||||||||||||
|
40—105 мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
единенные стыковым швом на стальной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Усталостные |
трещины |
в |
образцах с |
|||||||||||||||||||||||||
кольцевой подкладке; |
образец второго |
|||||||||||||||||||||||||||
нахлесточным соединением зарождались |
||||||||||||||||||||||||||||
типа |
изготовлялся |
из |
однотипной тру |
|||||||||||||||||||||||||
в зонах наибольшей |
концентрации |
на |
||||||||||||||||||||||||||
бы, |
к |
стенке |
которой приваривались |
|||||||||||||||||||||||||
пряжений (на участках сплавления шва |
||||||||||||||||||||||||||||
продольные |
ребра. Химический |
состав |
||||||||||||||||||||||||||
с основным |
металлом) |
с |
последующим |
|||||||||||||||||||||||||
и |
механические свойства |
|
стали |
20, |
||||||||||||||||||||||||
|
распространением |
в |
тело трубы. |
При |
||||||||||||||||||||||||
использованной |
для |
изготовления |
об |
|||||||||||||||||||||||||
этом |
средняя |
скорость |
|
роста |
трещин |
|||||||||||||||||||||||
разцов, |
соответствовали |
ГОСТ 1050— |
|
|||||||||||||||||||||||||
74. |
Сварка стыков и продольных ребер |
составила |
0,09 |
1СР3 мм |
за |
цикл. Их |
||||||||||||||||||||||
выполнялась |
|
вручную |
|
электродами |
распространение |
прекращалось |
при |
|||||||||||||||||||||
У ОНИ |
13/45. |
|
Образцы |
воспроизводи |
достижении |
длины |
55—75 |
мм на по |
||||||||||||||||||||
ли реальные сварные узлы нижнего |
верхности |
трубы. Дальнейшее |
продол |
|||||||||||||||||||||||||
пояса стрелы |
экскаватора |
[29], |
в |
ко |
жение испытаний не приводило к за |
|||||||||||||||||||||||
торых при обследовании были обнару |
метному росту трещин. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
жены усталостные трещины. Часть об |
Характер |
возникновения |
и |
распро |
||||||||||||||||||||||||
разцов со стыковым соединением имела |
странения усталостных трещин в образ |
|||||||||||||||||||||||||||
непровары глубиной 1,5 мм в корне |
цах при повторно-переменном сжатии |
|||||||||||||||||||||||||||
шва. |
Усталостные |
испытания |
образ |
обусловлен |
проявлением влияния двух |
|||||||||||||||||||||||
цов |
проводились при знакопостоянном |
факторов: концентрации |
напряжений, |
|||||||||||||||||||||||||
сжатии |
с |
коэффициентом |
асимметрии |
создаваемой |
формой |
соединения |
или |
|||||||||||||||||||||
цикла В0 = |
Ю. |
|
|
|
|
|
|
|
технологическими |
дефектами, |
и оста |
|||||||||||||||||
При испытаниях образцов со стыко |
точных |
сварочных напряжений. |
Про |
|||||||||||||||||||||||||
вым соединением усталостные трещины |
веденные неразрушающим магнитно-уп |
|||||||||||||||||||||||||||
зарождались в корне шва и распростра |
ругим методом [185] измерения показали4 |
|||||||||||||||||||||||||||
нялись по наплавленному металлу до |
что в образцах со стыковым и нахлес |
|||||||||||||||||||||||||||
выхода на наружную_поверхность. Мо |
точным соединением зоны с максималь- |
|
|
|
|
|
|
яд |
|
|
вттЯтЯй |
ласти |
циклического |
сжатия |
значения |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ГАоо |
|
|
|
|
СИГ |
предельных напряжений нахлесточных |
|||||||||||||||
|
|
|
|
А / 7 |
|
|
|
г - А |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
< |
0 |
|
|
|
У |
|
соединений (рис. 53, б) значительно |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
выше принятых в работе [39]. Расхож |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
«им |
|
|
У |
|
|
|
дение |
|
между |
экспериментально |
ус |
|||||||||||
|
|
|
|
|
у |
|
|
|
ЧЮ |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ЧЮ |
|
к |
|
|
тановленными |
значениями |
и |
рекомен |
|||||||||||||
|
|
|
' |
/ |
/ |
|
|
|
ци |
||||||||||||||||||
|
|
|
// / |
|
|
|
|
|
'№0 |
дуемыми [39] |
на |
основе |
линейной |
экс |
|||||||||||||
—р |
/ |
|
/я |
|
|
/ / 7 |
|
траполяции предельными напряжения |
|||||||||||||||||||
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Я* , |
-я |
-00 |
0 |
|
ми |
цикла |
сварных |
соединений |
до |
|||||||||||||
т |
-гоо |
|
-во |
|
стигает |
70 |
|
%. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
о |
•г<40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
а |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
Общий характер диаграмм свидетель |
||||||||||||||
Рпс. 53. Диаграммы предельных напряжений |
ствует о двух важных для инженерной |
||||||||||||||||||||||||||
цикла стыковых (а) и нахлесточных (б) соеди |
практики особенностях. Во-первых, в |
||||||||||||||||||||||||||
7 — по |
|
|
|
|
нений: |
|
[29]; |
2 (штри |
отличие от области (ат ^ 0), в которой |
||||||||||||||||||
экспериментальным |
данным |
предельные |
амплитуды |
соединений с |
|||||||||||||||||||||||
ховые линии) — рекомендуемые в работе |
[39]. |
||||||||||||||||||||||||||
нымп |
остаточными |
напряжениями |
рас |
высокими |
остаточными |
напряжениями |
|||||||||||||||||||||
не зависят от средних напряжений |
|||||||||||||||||||||||||||
тяжения |
|
совпадают |
с очагами зарожде |
цикла, в области циклического сжатия |
|||||||||||||||||||||||
ния |
усталостных |
трещин. |
Результаты |
предельные амплитуды существенно уве |
|||||||||||||||||||||||
измерений |
удовлетворительно согласу |
личиваются |
с |
ростом |
абсолютной |
ве |
|||||||||||||||||||||
ются с эпюрами остаточных напряже |
личины |
средних |
напряжений |
цикла. |
|||||||||||||||||||||||
ний, определенных расчетным методом в |
Во-вторых, пределы выносливости сты |
||||||||||||||||||||||||||
сварных |
|
цилиндрических |
оболочках |
ковых и нахлесточных соединений, раз |
|||||||||||||||||||||||
[158]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
личающиеся в области положительных |
|||||||||||||
Предел |
выносливости |
стыкового |
со |
значений |
средних напряжений |
цикла |
|||||||||||||||||||||
единения |
труб с полным |
проваром |
шва |
более чем в 2 раза, в условиях знако |
|||||||||||||||||||||||
на базе испытаний 5 млн |
циклов |
со |
постоянного |
сжатия |
(Н0 ^ |
8) практи |
|||||||||||||||||||||
ставил — 200 |
МПа. Непровар в корне |
чески одинаковы и достигают значения |
|||||||||||||||||||||||||
шва приводил к резкому уменьшению |
расчетного |
|
сопротивления |
низкоугле |
|||||||||||||||||||||||
разрушающего числа циклов (на поря |
родистой |
стали по статической несущей |
|||||||||||||||||||||||||
док |
и |
|
более) |
при |
соответствующих |
способности |
(210 МПа). |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
уровнях |
|
действующих |
напряжений |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
снижению |
|
абсолютного |
значения |
пре |
|
|
3. |
ПРЕДЕЛЫ ВЫНОСЛИВОСТИ |
|
||||||||||||||||||
дела |
выносливости |
(до |
—160 МПа |
на |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
СОЕДИНЕНИЙ С НИЗКИМИ |
|
|
||||||||||||||||||||||
базе 1 |
|
106 циклов) в сравнении с без |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
ОСТАТОЧНЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ |
|
||||||||||||||||||||||||
дефектными |
стыковыми |
соединениями |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
труб. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Описанные в предыдущем |
параграфе |
||||||||||||
Предел выносливости |
нахлесточного |
закономерности |
изменения |
|
предель |
||||||||||||||||||||||
соединения составил —193 МПа. В ус |
ных напряжений цикла в зависимости |
||||||||||||||||||||||||||
ловиях повторно-переменного сжатия |
от ат и приведенные значения |
пределов |
|||||||||||||||||||||||||
пределы |
|
выносливости |
бездефектных |
выносливости не отвечают сварным |
со |
||||||||||||||||||||||
стыковых |
|
и |
нахлесточных |
соединений |
единениям с низкими начальными ос |
||||||||||||||||||||||
оказались |
|
практически |
одинаковыми |
таточными |
напряжениями. При |
испы |
|||||||||||||||||||||
(соответственно |
—200 и |
— 193 МПа). |
|
тании |
образцов |
небольшого |
размера |
||||||||||||||||||||
Диаграммы предельных напряжений |
или крупномасштабных, но вырезанных |
||||||||||||||||||||||||||
цикла |
(рис. 53) свидетельствуют о том, |
из |
общей |
предварительно |
сваренной |
||||||||||||||||||||||
что рекомендуемые в работе [39] пре |
заготовки, возрастает влияние тех фак |
||||||||||||||||||||||||||
дельные |
напряжения |
цикла |
стыковых |
торов, которые относительно мало из |
|||||||||||||||||||||||
соединений |
выше установленных |
|
экс |
меняли |
|
сопротивление |
усталости |
со |
|||||||||||||||||||
периментально на |
образцах |
с высоки |
единений с высокими |
остаточными |
на |
||||||||||||||||||||||
ми остаточными напряжениями. Най |
пряжениями. Здесь в полной мере на |
||||||||||||||||||||||||||
денные экспериментальным путем в об |
чинает |
проявляться влияние |
изменчи- |
83 |
|
|
3. |
Пределы |
выносливости |
соединений |
с низкими остаточными |
напряжениями* |
|||||||||||||||
вости геометрических параметров швов. |
до 200 МПа при отнулевом цикле. Еще |
||||||||||||||||||||||
В связи с этим полученные различными |
большее рассеяние наблюдается в слу |
||||||||||||||||||||||
исследователями значения пределов вы |
чае |
низколегированных |
сталей: от 90 |
||||||||||||||||||||
носливости однотипных соединений су |
до 205 МПа при симметричном цикле |
||||||||||||||||||||||
щественно |
|
расходятся. |
|
|
|
|
|
и от 110 до 235 МПа при отнулевом. Ин |
|||||||||||||||
Стыковые |
соединения. |
Рассмотрено |
тервал изменения |
пределов |
выносли |
||||||||||||||||||
более |
ста |
наиболее |
представительных |
вости |
стыковых |
соединений |
высоко |
||||||||||||||||
кривых усталости, относящихся к сты |
прочных |
сталей |
|
составляет |
80— |
||||||||||||||||||
ковым |
соединениям |
низкоуглеродис |
120 МПа при симметричном цикле и |
||||||||||||||||||||
тых, низколегированных и высокопроч |
120—180 МПа при отнулевом. |
|
|
||||||||||||||||||||
ных сталей. В табл. 16—18 приведены |
Затруднительно перечислить все при |
||||||||||||||||||||||
данные о материале, виде сварки, ха |
чины |
столь |
значительного |
рассеяния |
|||||||||||||||||||
рактеристике |
цикла |
и |
соответствую |
пределов выносливости в каждой группе |
|||||||||||||||||||
щие им пределы выносливости (над чер |
прочности основного металла. В то же |
||||||||||||||||||||||
той — среднее значение, |
под чертой — |
время можно с уверенностью сказать, |
|||||||||||||||||||||
интервал |
рассеяния |
аЛ(у). |
Эти |
данные |
что главная |
из |
них — это различие |
в |
|||||||||||||||
взяты, главным образом, из каталога |
концентрации |
напряжений |
образцов, |
||||||||||||||||||||
результатов |
усталостных |
|
испытаний |
подвергавшихся |
испытанию. |
Как |
уже |
||||||||||||||||
сварных |
соединений [396]. |
Получен |
отмечалось во второй главе, |
под влия |
|||||||||||||||||||
ные |
в |
этих |
|
исследованиях |
значе |
нием |
технологических |
факторов |
кон |
||||||||||||||
ния пределов |
выносливости |
стыковых |
центрация |
напряжений |
стыковых |
со |
|||||||||||||||||
соединений |
низкоуглеродистых |
сталей |
единений может изменяться в 2 раза |
и |
|||||||||||||||||||
изменяются |
от 70 до 140 МПа при сим |
более. При отсутствии высоких растя |
|||||||||||||||||||||
метричном цикле нагружения и от 135 |
гивающих |
остаточных |
|
напряжений |
|||||||||||||||||||
Таблица 16. |
Пределы выносливости стыковых соединений пизкоуглеродистых сталей |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
—“ |
6.ь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о о |
|
|
|
Марка стали |
|
СГу, |
|
|
ов, |
|
Способ сварки |
|
|
сгд |
|
, МПа |
|
с е ^ н |
«ЯО. |
|
|||||||
|
МПа |
|
МПа |
|
|
|
11а |
|
|
|
|
в.к |
х |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р’ я в я ? |
Я 2 а |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П в а |
|||
СтЗ, 22К, 8Т8-141312, 215-259 |
400—541 |
Ручная дуговая |
—1,0 |
|
|
105 |
|
|
6 |
Ц52, |
|||||||||||||
8Ь-37, 813-141311 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
70-120 |
|
|
|
172, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
1 |
396] |
|
М16С |
|
|
|
|
260 |
|
|
440 |
|
Автоматическая |
- 1 ,0 |
|
|
|
|
(28Ц |
|||||||
22К |
|
|
|
|
|
— |
|
456-487 |
Электрошлаковая |
- 1 ,0 |
|
115 |
|
|
2 |
[1301 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90—140 |
|
6 |
|
|
|||
ВЗ-15, |
81-37, 88-41 |
236-277 |
403-450 |
Ручная дуговая |
0,0 |
|
|
170 |
|
|
[346,. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
135—190 |
|
2 |
396]. |
||||
Низкоуглеродистая |
|
— |
|
|
— |
|
Автоматическая |
0,0 |
|
|
135 |
|
|
[3461 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 ♦—170 |
|
2 |
|
|
|||
ВЗ-15 |
|
|
|
|
|
— |
|
|
— |
|
Электрошлаковая |
0,0 |
|
|
155 |
|
|
[1311 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
110 *—200 |
|
1 |
|
|
|||
Низкоуглеродистая |
|
250 |
|
|
425 |
|
Порошковой про |
0,0 |
|
|
200 |
|
|
[3961 |
|||||||||
судостроительная |
|
|
|
|
|
|
|
волокой |
|
0,1 |
|
|
185 |
|
|
2 |
[396]. |
||||||
81-37 |
|
|
|
|
|
265 |
|
407-432 |
Ручная дуговая |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
155—215 |
|
2 |
|
|
|||
М16С, 81-37 |
|
|
|
|
265 |
|
430-432 |
Автоматическая |
0,1 |
|
|
155 |
|
|
[169; |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
150—160 |
|
|
396] |
Сварные соединения с большой выпуклостью швов и резким переходом па основной металл.
Т а б л и ц а 1 7 .
Марка стала
Пределы выносливости необработанных стыковых соединений низколегированных сталей
|
|
|
|
|
Числопро |
анализиро ванныхкри выхусталос |
|
| |
"т. |
|
|
|
Од |
ти |
Литератур ныйисточ ник |
||
МПа |
МПа |
Способ сварки |
л* |
■‘ о |
|
|
|
|
|
51-52, РЕ-52Б, |
251—437 |
459-598 |
Ручная дуговая |
|
- 1 ,0 |
|
120 |
|
6 |
[396] |
|||||
|
518-141411, |
|
|
|
|
|
|
|
|
90—145 |
|
|
|
|
||
|
518-142172, 81-52-3 |
320 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
09Г2, А-36 |
|
490—565 |
Автоматическая |
|
- 1 ,0 |
|
105 |
|
3 |
[236, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90—205 |
|
|
396] |
||
|
51-52-3, |
81-52 |
375-450 |
543—600 |
Дуговая в СОа |
|
- 1 ,0 |
|
120 |
|
10 |
[396] |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90—145 |
|
|
|
|
|
|
51-52-3 |
|
|
420 |
570 |
|
Дуговая в смеси |
- 1 ,0 |
|
110 |
|
5 |
[396] |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Аг, С02 и 0 2 |
|
|
105-125 |
|
|
|
|
||
|
НТ8-36, 8М-50А, |
368-395 |
537-555 |
Ручная дуговая |
|
0,0 |
|
170 |
|
8 |
[396] |
|||||
|
В8-968, НТ-50, |
|
|
|
|
|
|
|
|
140—200 |
|
|
|
|
||
|
РЕЕ-355 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15ХСНД, 8М-41, |
295—395 |
460-564 |
Автоматическая |
|
0,0 |
|
150 |
|
6 |
[36, |
|||||
|
НТ-50, В8-968, |
|
|
|
|
|
|
|
|
110-235 |
|
|
396] |
|||
|
РЕЕ-355 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
51-52-3 |
|
|
375 |
543 |
|
Дуговая в С02 |
|
0,0 |
|
155 |
|
1 |
[396] |
||
|
ЛТ8-40, |
НТ, |
368—400 |
545-560 |
Ручпая дуговая |
|
0,1 |
|
225 |
|
5 |
[396] |
||||
|
5М-50А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
165—295 |
|
|
|
|
|
51-11483 |
|
|
390 |
565 |
|
Автоматическая |
|
0,2 |
|
190 |
|
1 |
[396] |
|||
|
|
|
390 |
565 |
|
|
0,2 |
|
175 |
|
1 |
[396] |
||||
|
изменение этого фактора в образцах раз |
В то же время при одном и том же виде |
||||||||||||||
личных серии в основном и приводило |
сварки можно получить стыковые со |
|||||||||||||||
к наблюдаемому рассеянию. |
|
|
единения, существенно отличающиеся со |
|||||||||||||
|
Приведенные в табл. 16—18 данные |
противлением усталости. По данным [3461 |
||||||||||||||
не позволяют установить связь между |
предел |
выносливости стыкового |
соеди |
|||||||||||||
изменениями пределов выносливости и |
нения, |
выполненного |
автоматической |
|||||||||||||
способом сварки различных сталей. На |
сваркой под флюсом с плавным перехо |
|||||||||||||||
пример, средние значения о_ 1 стыковых |
дом шва к основному металлу, равнялся |
|||||||||||||||
соединений низкоуглеродистых |
сталей, |
170 МПа, а с большой выпуклостью шва |
||||||||||||||
выполненных ручной |
электродуговой и |
и резким переходом на основной ме |
||||||||||||||
автоматической сваркой, равны соответ |
талл — только |
100 |
МПа. |
При умерен |
||||||||||||
ственно 105 и 120 МПа. В случае низко |
ной выпуклости шва, выполненного вруч- |
|||||||||||||||
легированных |
сталей |
данные противо |
ную рутиловыми электродами, |
предел |
||||||||||||
положные: ручной сварке |
соответствует |
выносливости |
составлял |
154 |
МПа. |
|||||||||||
среднее |
значение |
а_1 = |
120 |
МПа, |
Ухудшение формы шва вследствие пере |
|||||||||||
а |
сварке |
автоматической — сг_1 = |
хода к сварке без разделки кромок элек |
|||||||||||||
= 105 МПа. Нельзя отдать предпочте |
тродами, |
позволяющими |
|
обеспечивать |
||||||||||||
ния ручпой, автоматической, дуговой в |
глубокое |
проплавление, |
|
приводило |
к |
|||||||||||
углекислом газе и смеси аргона, угле |
снижению |
предела |
выносливости |
до |
||||||||||||
кислого газа и кислорода и по данным |
108 МПа. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
испытаний стыковых |
соединений |
высо |
Сопротивление усталости стыковых со |
|||||||||||||
копрочных сталей. |
|
|
|
|
единений, |
выполненных |
электрошлако |
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.
Т а б ли ц а |
18. Пределы выносливости необработанных стыковых соединений |
|||||||
|
|
высокопрочных сталей |
|
|
проЧисло |
анализиро ванныхкри |
уставых лости |
|
|
С||1, |
|
|
|
а о |
|||
Марка сталп |
а В» |
Способ сварки |
|
, МПа |
|
|
||
МПа |
МПа |
п а |
«а |
|
|
|
кк
СЗ сх
с. я
^Я Я
М-А-ХТНА65, |
417—850 |
618—900 |
Ручная дуговая |
-1 ,0 |
100 |
6 |
[166г |
РЕ52Б, Т1, Т1В, |
|
|
|
|
80—120 |
|
396]. |
Т1А |
499—757 |
654—814 |
Дуговая в смеси |
-1 ,0 |
105 |
2 |
[3961 |
8ТЕ-47, 8ТЕ-70 |
|||||||
|
|
|
Аг и С02 |
|
100-110 |
12 |
[166,. |
И-А-ХТКА65, |
600-850 |
725—950 |
Ручная дуговая |
0,0 |
155 |
||
НУ-80, Т1, Т1В, |
|
|
|
|
130-185 |
|
396], |
Т1А, 8ТЕ-70, Н-80 |
|
800-950 |
Автоматическая |
0,0 |
125 |
2 |
(396) |
8ТЕ-70 |
700 |
||||||
|
|
|
|
|
120—130 |
1 |
[396) |
8ТЕ-70 |
753 |
814 |
Дуговая в смеси |
0,0 |
170 |
||
|
|
|
Аг и С02 |
0,2 |
165 |
2 |
[396) |
81-45/60 УИ |
435 |
620 |
Ручная дуговая |
||||
|
|
|
|
|
155-175 |
2 |
(396) |
81-45/60 VI*, |
435-870 |
620—947 |
Автоматическая |
0,17— |
190 |
||
141Ш МВСи |
|
|
|
0,2 |
145-235 |
1 |
[396) |
1Ч-А-ХТНА70 |
740 |
830 |
Ручная дуговая |
0,4 |
255 |
||
8ТЕ-47, 8ТЕ-70 |
499-753 |
654—814 |
Дуговая в смеси |
0,4 |
260 |
2 |
[396) |
|
|
|
Аг и С02 |
|
250-270 |
1 |
(396) |
Низколегированная |
870 |
947 |
Автоматическая |
0,5 |
200 |
||
высокопрочная |
499—753 |
654—814 |
Дуговая в смеси |
0,7 |
460 |
2 |
(396) |
8ТЕ-47, 8ТЕ-70 |
|||||||
|
|
|
Ах и С02 |
|
450-475 |
1 |
(396) |
8ТЕ-70 |
753 |
814 |
Дуговая в смеси |
0,8 |
600 |
||
|
|
|
Ах и СОа |
|
|
|
|
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
Т а б ли ц а 19. Пределы выпослпвости пахлесточяых соединений с поперечными угловыми швами нпзкоуглеродпстых сталей
Марка стали |
*Т. |
ов, |
Способ сварив |
На ода, мпа |
|
МПа |
МПа |
|
|
Число про анализиро ванных кри вых уста лости |
Литератур ный источ ник |
СтЗ, 31-37 |
254-294 |
391-422 |
Ручная дуговая |
-1,0 |
110 |
7 |
[31, |
|
|
|
|
|
|
|
85—145 |
|
73, |
|
|
|
|
|
|
|
|
397] |
СтЗ, 31-37, В8-4360, |
240—300 |
370—510 |
» |
» |
0,0 |
150 |
9 |
[31, |
8М-41В |
|
|
|
|
|
95—190 |
|
397] |
5М-41В |
300 |
450 |
Дуговая в СОа |
0,0 |
12) |
1 |
[397] |
|
РЕЕ-24 |
280 |
400 |
Автоматическая |
0,0 |
125 |
1 |
[397] |
|
31-37 |
240 |
370 |
Ручная дуговая |
0,1 |
220 |
7 |
[397] |
|
|
|
|
|
|
|
120-255 |
1 |
[397] |
|
294 |
422 |
» |
» |
0,5 |
235 |
||
СтЗ |
— |
— |
Полуавтоматиче |
0,14 |
135 |
1 |
[83] |
|
|
— |
— |
0,14 |
150 |
1 |
[83] |
||
|
|
|
ская |
|
0,2 |
175 |
3 |
[169] |
М16С |
— |
451 |
Автоматическая |
|||||
|
|
|
|
|
|
150—205 |
1 |
[169] |
|
— |
451 |
|
» |
0,3 |
160 |
Глава третья. Сопротивление усталости соединений в многоцикловой области
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
Т а б ли ц а 20. Пределы выносливости нахлесточных соединений с поперечными угловыми швами низколегированных сталей
Марка стали |
*т. |
МПа |
Способ сварив |
Во |
о о , МПа |
МПа |
“О |
Число про анализиро ванных кри вых уста лости |
Литератур ный источ ник |
81-52, РЕЕ-355, |
360—419 |
520-573 |
Ручная дуговая |
-1 ,0 |
105 |
7 |
иве, |
|
низколегированная |
|
|
|
|
|
70—130 |
|
3971 ( |
81-52, ВЗ-968, |
297—396 |
460—560 |
» |
» |
0,0 |
125 |
15 |
{347, |
РЕЕ-355, НТ-50 |
|
|
|
|
|
100—220 |
|
397] | |
В8-968 |
390 |
560 |
Дуговая в С02 |
0,0 |
120 |
1 |
[3971 |
|
РЕЕ-355 |
435 |
600 |
Автоматическая |
0,0 |
140 |
1 |
[397] |
|
РЕЕ-355, НТ8-36 |
298-419 |
476—573 |
Ручная дуговая |
0,1 |
165 |
3 |
[397] |
|
81-52 |
|
|
» |
» |
0,2 |
135—200 |
|
|
360 |
520 |
290 |
1 |
[397] |
||||
|
383 |
530 |
» |
» |
0,33 |
220 |
1 |
[397] |
между средними и минимальными зна |
и высокопрочных сталей |
составляют |
||||||
чениями соответствующих пределов вы |
соответственно 60, 55 и 45 МПа |
при |
||||||
носливости не превышает 10—15 МПа. |
симметричном цикле, 95, |
85 и 90 при |
||||||
Средние значения пределов вынос |
отнулевом и 170, 168 и 140 |
МПа |
при |
|||||
ливости рассматриваемых |
соединений |
Ва = 0,5. Здесь более заметно влияние |
||||||
низкоуглеродистых, низколегированных |
прочности основного металла на сопро- |
|||||||
Таблица 21. Пределы выносливости нахлесточимх соединений с поперечными швами |
|
|||||||
|
высокопрочных сталей |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
ОоО., |
а*в* |
|
0>ц, |
ов. |
Способ сварки |
ка |
(Тр , М П а |
с |
И н |
Й о |
|
Марка стали |
М П а |
|
н е * |
а.3 |
||||
М П а |
|
|
|
|
о |
|||
|
|
|
|
|
|
у 2 = К 5 |
н « - |
|
|
|
|
|
|
|
^ Я Я Ш Ч |
* 3 я |
|
|
|
|
|
|
|
Ч = з: |
М-А-ХТНА70, |
512—765 |
673-830 |
Ручная дуговая |
|
РЕЕ-460, НТ-80 |
499-753 |
654-814 |
Автоматическая |
|
31-Е70, 31-Е47 |
||||
Н-А-ХТНА70, |
619-814 |
697-814 |
Ручная дуговая |
|
31-Е70, НТ-80 |
499-753 |
654-814 |
Автоматическая в |
|
81-Е70, 81-Е47 |
||||
|
|
|
смеси Аг и СОа |
|
РЕЕ-460 |
512 |
673 |
Ручная дуговая |
|
81-Е47, 31-Е70 |
499-753 |
654-814 |
Автоматическая в |
|
|
|
|
смеси Аг и СОа |
|
И-А-ХТВА70 |
740 |
830 |
Ручная дуговая |
|
НТ-80 |
765 |
804 |
» |
» |
81-Е70 |
753 |
814 |
Автоматическая в |
|
|
753 |
814 |
смеси Аг и СОа |
|
|
То же |
|
-1 .0 |
75 |
|
60-100 |
- 1,0 |
80 |
|
65-105 |
0,0 |
150 |
|
90-240 |
0,0 |
145 |
|
140-150 |
О |
110 |
О |
200 |
|
175—220 |
0,5 |
230 |
0,6 |
290 |
|
260-315 |
0,7 |
365 |
0,8 |
500 |
4 [397]
4 [397]
19(347г 397]
3 [397>
1 |
(397Х |
4 |
[397* |
1 |
(397}’ |
2 |
[397] |
1 |
[397] |
1 |
[397] |
■ |
0 В.Ш• ВЛ_______&• |
|
7 ~ 7 |
200 |
у//у7 |
|
|
|
У/У |
|
|
|
и в /*у |
|
|
1 |
Ж™ |
|
|
|
|
|
|
ш |
|
|
|
/ 7 и - |
|
|
|
|
юо |
гоо |
вт.упо |
|
а |
|
|
Ота,М1 |
________ 0 М |
№ |
& |
|
/ / / / |
__ х |
|
1 |
я-, ягт ./ / 7 |
•' |
|
~Фу Г |
|
|
|
Ж / |
|
|
|
|
юо |
т |
от,шю |
|
6 |
|
|
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-