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 УСТАЛОСТИСопротивление 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 Рекомендуется выполнять швы с усилением при 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 Во многих легированных сталях (например, 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 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 Иногда для усиления стыкового соединения лобовыми швами приваривают накладки. 5. Пределы выносливости стыковых сварных соединений
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 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 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 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 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 (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
|
1 |
Оглавление
|