книги / Усталость металлов

усталости высокопрочных сталей при малых долговечностях или высоких средних напряжениях цикла значительно выше, чем для мягких сталей, хотя при больших долговечностях эти материалы обычно имеют небольшое преимущество или вообще его не име­ ют [525]. Эта особенность может объясняться рядом причин. Вы­ сокая прочность при растяжении часто достигается термической обработкой, эффект может быть устранен в зоне нагрева, кроме того, в процессе сварки могут возникать трещины в этих материа­ лах из-за их пониженной пластичности. Высокопрочные стали более чувствительны к надрезам и поэто- « му характерны большим понижением пре­ дела усталости от наличия резких изме­ нений поверхности и внутренних дефек­ тов. Результаты усталостных испытаний

______ L/ZftfrL

Де Орвил Доти, приведенные в табл. 62, показывают значитель­ ное повышение предела усталости, полученное для легированной стали при механической обработке шва с усилением. Причиной небольшого сопротивления усталости являются остаточные на­ пряжения, наводимые в процессе сварки, которые, вероятно, в вы­ сокопрочных сталях имеют большую величину и меньше снижа­ ются при дальнейшем нагружении.

Некоторые результаты, полученные для поперечной стыковой сварки легких сплавов, иллюстрируют ряд особенностей, подоб­ ных результатам, полученным для стали (табл. 63). Из данных, полученных в работе [531] (табл. 63), следует, что при долговеч­ ности больше миллиона циклов, сварные соединения высокопроч­ ного сплава 14S-T6 сопротивляются усталости приблизительно так же, как сплавы без термообработки. При малых долговеч­ ностях предел усталости более тесно связан с прочностью на рас­ тяжение соединений и, действительно, вплоть до 1000 циклов ограниченный предел усталости почти равен прочности на растя­ жение для всех испытанных материалов. Эти авторы, нашли, что механическая обработка усиления шва дала в результате незна­ чительное увеличение предела усталости, и цифры, приведенные

251

в таблице, ограничивают зону разброса для всех результа­ тов. Нейман [527], с другой стороны, нашел, что предел устало­ сти алюминиевых сплавов при стыковой сварке в основном зави­ сит от концентрации напряжения в валике шва; процесс сварки мало влиял на предел усталости.

Сварка внахлестку. Сварные соединения внахлестку имеют более низкий предел усталости, чем сварные соединения встык, из-за концентрации напряжения в сечении, где шов соединяет листы.

Для увеличения сопротивления статическому напряжению нужно накладывать шов достаточной толщины и длины, чтобы получить соединение с более высокой прочностью, чем основной металл, но как и для стыковых швов, сопротивление усталости не может быть улучшено этим путем. На предел усталости свар­ ных соединений внахлестку не влияет размер шва в довольно широких пределах и никакого дальнейшего увеличения предела усталости не получается с увеличением толщины или длины швов свыше определенного минимального размера [509].

Сравнение пределов усталости сварки встык и внахлестку конструкционной стали дано в табл. 64 [532]. Сравнительно низ­ кий предел усталости поперечного шва внахлестку вызван тем, что шов не распространен по всей ширине соединенных листов. Можно отметить, что наблюдается небольшое понижение преде­ ла усталости сварных соединений внахлестку с увеличением сред­ него напряжения цикла.

При использовании высокопрочных сталей предел усталости сварных соединений внахлестку повышается.

Швы внахлестку, не передающие нагрузки, а примененные только для присоединения ребер, могут понизить предел усталос­ ти элемента, передающего нагрузку. Как иллюстрацию этого, Де Лир и Дьютелью [517] показали, что два образца на рис. 135 имеют одинаковые пределы усталости. Сопротивление усталости сварных соединений зависит в большой степени от конструкции; эти вопросы рассматривались наиболее детально Веком [508].

Встыковых поперечных швах трещины наиболее часто распро­ страняются от кромки наружной поверхности шва, а в продоль­ ных стыковых швах от конца шва. Поэтому можно увеличить предел усталости, обработав шов так, чтобы он плавно соприка­ сался с листом; пересечения швов следует избегать. Когда это возможно, надо применять швы встык вместо швов внахлестку.

Вконструкциях из листов, например, лучше соединять плоские листы переменной толщины или ширины стыковой сваркой, чем применять сварку внахлестку с накладками. Это показано в табл. 65 по результатам Манса и Стелмейера [533]. Можно от­ метить, что форма накладок значительно влияет на предел уста­ лости и использовались различные способы, чтобы сделать изме­ нение в поперечном сечении балки более постепенным и благо-

256

Сопротивление усталости стыковых сварных соединений и сварных соединений внахлестку ASTM-A7 из конструкционной стали (детали сварных соединений внахлестку показаны на рис. 134)

приятным. Более высокий предел усталости достигается, однако, при применении листов различной ширины и толщины, сваренных встык. Широкую плиту следует сужать до размера меньшей, как показано на рис. 136; лучшие результаты, видимо, получатся при расположении швов на некотором расстоянии от места измене­ ния сечения. Не следует применять накладки для усиления свар­ ки встык. По данным Века [509], источниками усталостных раз­ рушений в сварных конструкциях являются ожоги, возникающие при случайном касании материала с электродом, и крепежные приварки для сборки перед сваркой. Он рекомендовал разме­ щать крепежную приварку либо в свариваемое соединение, либо в областях, где действуют низкие напряжения.

Из-за высокой концентрации напряжений при сварке внах­ лестку на сопротивление усталости существенно влияют остаточ­ ные напряжения. Можно значительно повысить сопротивление

Сопротивление усталости балок с различными площадями сечения поясов [533]

Рис. 136. Детали накладок различной формы [533]

усталости, применив обработку, снижающую остаточные напря­ жения [534], или местный нагрев для образования благоприят­ ных остаточных напряжений. Так был повышен предел усталос­ ти сварных соединений внахлестку из мягкой стали [535].

Т о ч е ч н а я с в а р к а . Поведение соединений с точечной сваркой под действием переменных напряжений во многом по­ добно поведению заклепочных соединений. На предел усталости значительно влияет качество сварки, форма шва и конструкция соединения и, как для заклепочных соединений, вид усталостного разрушения отличается от вида статического. Статическое раз­ рушение происходит от среза или вырывания сварных точек из листа, в то время как усталостные разрушения обычно происхо­ дят по листу.

Ряд исследователей проводили усталостные испытания точечной сварки одной накладки, и характерные значения пре­ дела усталости, полученные как для стали, так и для алюмини­ евого сплава, составляли 10 и 15% от статической прочности [536]. В исследуемом диапазоне было найдено, что предел уста­ лости возрастает с увеличением размера точки сварки, числа рядов и точек в каждом ряду. Соединения с одной накладкой являются неудовлетворительными из-за возникающего изгиба, и

ки [536], что можно отнести в первую очередь к полезному влия­ нию возникающих остаточных напряжений [537].

Т а б ли ц а 66

Сопротивление усталости при изгибе с вращением паяных встык соединений

9SQ