Главная > Расчет на прочность деталей машин
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ

Сопротивление усталости сварных соединений часто оказывается более низким, чем сплошных деталей. Это объясняется следующими факторами:

концентрацией напряжений, связанной с геометрией шва, непроварами и т. п.;

неравномерным распределением нагрузки вдоль шва (во фланговых швах и др.);

остаточными напряжениями после сварки;

литейной структурой шва и околошовной зоны.

Стыковые соединения. Эти соединения по сравнению с соединениями Других типов обладают повышенной прочностью благодаря уменьшению концентрации напряжений. На рис. 10 в качестве примера показано распределение нормальных напряжений в поверхностных слоях образца. Значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений в сварных соединениях приведены в табл. 4.

Рис. 10. Напряжения в стыковом соединении

Стыковая сварка является основным видом соединения ответственных элементов конструкции.

На основании экспериментальных исследований и данных практики можно указать следующие основные факторы, существенно влияющие на сопротивление усталости стыковых соединений.

Состояние поверхности основного металла в зоне шва. Пределы выносливости деталей из низкоуглеродистых сталей, сваренных без удаления окисных пленок с

4. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений в сварных соединениях

(см. скан)

Рис. 11. (см. скан) Остаточные напряжения в сварном соединении

поверхностн, ниже, чем у основного металла, на 40—65% и практически не зависят от режима автоматической сварки и сварочных материалов (электродов, флюса). Для низколегированных и средиеуглеродистых сталей прочность снижается еще в большей мере.

Еслн окисиую пленку удалить методами резаиия, то предел выносливости соединений повысится на 20— 30%.

Форма и размеры сварного шва. Размеры шва характеризуются высотой усиления шва g, его шириной и углом (см. рис. 10; g = 3 мм; мм).

Рекомендуется выполнять швы с усилением при 160-170° и отношении при этом эффективный коэффициент концентрации напряжений можно принимать по табл. 4. При значения табл. 4 следует увеличивать в 2 раза.

При односторонней сварке, когда невидимая часть шва формируется на флюсомедной подкладке с водяным охлаждением, можно получить предел выносливости, близкий к пределу выносливости основного металла.

В свариых конструкциях следует избегать пересечения швов, иначе предел выносливости соединений снизится на 17—30%.

Остаточные напряжения от сварки. Если распад аустенита в сталях происходит при высоких температурах (например, в низкоуглеродистых и низколегированных сталях), то после охлаждения шва в околошовных зонах образуются растягивающие остаточные напряжения с высоким градиентом (рис. 11, а). Со временем остаточные напряжения изменяются (см. рис. 11, б), что может привести к появлению трещин в околошовной зоне.

Остаточные растягивающие напряжения на 30—40% снижают сопротивление усталости стыковых соединений из сталей и др.

Во многих легированных сталях (например, и др.) распад аустенита происходит при низких температурах. При охлаждении шва в таких материалах в околошовных зонах образуются сжимающие остаточные напряжения.

Для ответственных конструкций после сварки обязательно проводят отжиг (в среде аргона или в вакууме) для снятия остаточных напряжений.

Механическая обработка шва. Зачистка и снятие методами резания усиления шва способствует повышению сопротивления усталости соединений вследствие снижения концентрации напряжений. Эффективным средством повышения сопротивления усталости стыковых соединений из низколегированной стали и среднелегированных сталей и др. является сочетание механической зачистки шва и термической обработки (снятие остаточных напряжений и улучшение структуры металла околошовной зоны).

Обработка швов и околошовных зон методами поверхностного пластического деформирования (обдувка дробью, чеканка, обкатка роликом и др.) приводит к существенному повышению предела выносливости соединений. Особенно эффективно применение упрочняющей обработки для крупногабаритных деталей. В этом случае можно добиться равнопрочности основного металла и шва даже без обработки усиления шва методами резания. Повышение предела выносливости на таких деталях составляет 50— 100%.

В табл. 5 приведены значения пределов выносливости стыковых соединений при симметричном и пульсирующем циклах нагружений.

Иногда для усиления стыкового соединения лобовыми швами приваривают накладки.

5. Пределы выносливости стыковых сварных соединений низколегированных сталей при симметричном и пульсирующем циклах

В результате этого предел выносливости соединений снижается на

Нахлесточиые соединения. В отличие от стыковых иахлесточные соединения имеют более высокую концентрацию напряжений. На рис. 12 показано распределение радиальных окружных и касательных напряжений в нахлесточных соединениях с лобовыми швами. При уменьшении до 45° концентрация напряжений возрастает, а усталостная прочность снижается на Применение пологих катетов ) в сочетании с механической обработкой швов позволяет повысить предел выносливости соединений на 30%.

Значения теоретических коэффициентов концентрации напряжений в соединениях с лобовыми швами даны в табл. 6.

Соединения с фланговыми швами имеют большую концентрацию напряжений, чем соединения с лобовыми швами. Последнее связано с

Рис. 12. Напряжения в лобовом шве

6. Теоретические коэффициенты концентрации напряжения в нахлесточных соединениях с лобовыми швами

неравномерным распределением нагрузки вдоль шва (рис. 13, а). Поэтому в динамически нагруженных конструкциях нежелательно использовать соединения с фланговыми швами.

В соединении с фланговыми и лобовыми швами последние улучшают распределение нагрузки и повышают предел выносливости соединений на 34—50%. Предел выносливости таких соединений с необработанными швами составляет в ряде случаев 30—45% предела выносливости цельной пластины. Высокий отпуск после сварки иахлесточных соединений не изменяет прочности. Поверхностный наклеп повышает предел выносливости на 25% соединений с фланговыми швами и на 60% — с лобовыми швами.

С увеличением площади поперечного сечения накладки (например, за счет толщины накладки) предел выносливости соединений возрастает, так как максимум нагрузки смещается в этом случае в сторону основного листа с площадью поперечного сечения (рис. 13, б).

В нахлесточных соединениях низколегированные высокопрочные стали не имеют преимущества по сравнению с углеродистыми конструкционными сталями.

Сопротивление усталости нахлесточных соединений, полученных контактной сваркой (точечной и шовиой), низкое, что связано с высокой концентрацией напряжений в шве (табл. 7).

Тавровые соединения. Концентрация напряжений в тавровых соединениях существенно выше, чем в стыковых, и зависит от подготовки кромок и степени проплавления (рис. 14).

Цифрами на рис. 14 показаны значения нормальных напряжений в в различных сечениях шва.

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений в тавровых соединениях с неподготовленными кромками и без проплавления изменяются от 2 до 4,5, а теоретические — от 3,4 до 5.

Для тавровых соединений с малой глубиной проплавления (рис. 15, а-в) менее прочным является сечение по сварному шву. В соединениях с разделкой кромок элементов при наличии глубокого проплавления (рис. 15, г-е) эффективные коэффициенты концентрации напряжений изменяются от 1,1 до 1,7. Меньшие значения получают при тщательном выполнении сварки со сквозным проплавлением.

В соединениях толстых листов получение полного провара затруднено и

Рис. 13. Распределение нагрузки по длине иахлесточкого соединения

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

Продолжение табл. 8 (см. скан)

9. Максимальные разрушающие напряжения Для сварных соединений из низкоуглеродистых сталей ( циклов)

(см. скан)

удорожает изготовление сварных конструкций. Наиболее рациональным в Таировых соединениях при больших толщинах принято считать применение частичного скоса кромок с сохранением непроверенной щели (см. рис. 15,

в), отрицательное влияние которой можно скомпенсировать повышенной прочностью сварных швов. Исследования показали, что при ширине щели До 50% толщины листов несущая способность соединений не снижается.

Соединения с конструктивными элементами. В ряде конструкций к основным силовым элементам приваривают различные конструктивные и связующие элементы (косынки, ребра, планки, накладки и др.), образующие обычно тавровые и угловые соединения. В таких конструкциях через сварные швы, как правило, не передается нагрузка на основной элемент. Однако при нагружении основного элемента в зоне присоединения дополнительного элемента создается значительная концентрация напряжений из-за резкого изменения сечения.

Прочность конструкции в результате присоединения элементов может снизиться в несколько раз (табл. 8). Фланговые швы снижают прочность в большей степени, чем лобовые.

Для уменьшения концентрации напряжений следует применять косынки с плавным очертанием и механической обработкой места перехода.

Сопоставление пределов выносливости однотипных сварных соединений из низколегированных сталей показывает, что химический состав и механические свойства сталей практически мало влияют на сопротивление усталости соединений в исходном состоянии (без обработки). Сопротивление усталости соединений практически не изменяется даже после термического упрочнения сталей и зависит главным образом от амплитуды переменных напряжений цикла (табл. 9, при коэффициенте асимметрии при

1
Оглавление
email@scask.ru