книги из ГПНТБ / Труфяков, В. И. Усталость сварных соединений

леродистой стали и 25 кГ/мм2 для стали 15ХСНД. Коэффициент асимметрии цикла составлял 0,36—0,46. В табл. 29 приведены долговечность некоторых исследованных прикреплений в исходном состоянии и перечень мер, обеспечивающих заданную долговечность

выкружек, полного провара и механической обработки переходов. Совокупность этих мер резко снижает концентрацию напряжений и,

ного влияния остаточных напряжений. Долговечность соединений при использовании стали М16С возрастает в 3—13 раз и более в случае применения низколегированной стали. Вместе с тем следу­ ет учитывать, что рекомендуемые меры значительно повышают тру­ доемкость изготовления сварных узлов.

Для создания плавных переходов от основного металла к шву вместо механической зачистки можно применять электродуговую обработку. При такой обработке поперечные стыковые и угловые швы, сваренные под флюсом или вручную, сглаживаются до полу­ чения плавного перехода на основной металл. Обработка произво­ дится с помощью аргоновой горелки, вольфрамового электрода и дополнительного присадочного стержня [235] либо без присадоч­ ной проволоки 14]. Согласно «Временной технологической инструк­ ции по оплавлению границ швов неплавящимся вольфрамовым электродом в защитной среде аргона», электродуговая обработка может осуществляться любым серийным держателем (горелками), предназначенным для сварки вольфрамовым электродом в защит­

128

ВТУСЦО-21-088ТУ. В ФРГ создан специальный автомат для сварки в среде С0 2 и одновременного оплавления швов неплавящимся электродом в среде инертных газов [234].

При использовании малоуглеродистых и низколегированных сталей сглаживание дает такой же эффект, как и механическая за­ чистка швов (табл. 30). Наибольшая эффективность достигается при обработке стыковых соединений. Стыки малоуглеродистой ста­ ли повышают сопротивление усталости до уровня основного метал­ ла. При переходе на более прочные стали наблюдается дальнейшее увеличение пределов выносливости, хотя отношения их значений к пределам выносливости основного металла заметно снижаются (табл. 31). Поэтому при использовании высокопрочных сталей сня­

Рис. 81. Косые стыковые и лобовые швы.

В меньшей степени после дуговой обработки повышают сопро­ тивление усталости соединения с угловыми швами (табл. 31). Раз­ рушение их так же, как и после механической зачистки, начинается от корня углового шва. В корне шва создается примерно такая же концентрация напряжений, как и по линии сплавления у кромки шва. Этим обстоятельством и объясняется сравнительно неболь­ шая эффективность электродуговой и механической обработок в случае угловых швов [235].

В ряде опытов 119, 35, 73] наблюдалось повышение сопротивле­ ния усталости при переходе на удлиненные косые швы (рис. 81). В частности [35], балки с прямыми стыковыми швами в поясах и стенке показывали предел выносливости о0 = 14 н- 15 кПмм2, а с косыми стыками — 17 кПмм2. В плоских образцах из стали НЛ-2 (15ХСНД) косые швы повышали предел выносливости стыков на 13% [73]. Заметное увеличение долговечности было отмечено после устройства скосов под углом 45° на конце дополнительного поясно­ го листа. Образцы с прямыми необработанными угловыми швами до появления трещин выдерживали около 600 тыс. циклов, а после устройства скосов трещины не обнаруживались после 2 млн. цик­ лов [19].

Повышение выносливости при переходе на косые швы обычно связывают только с уменьшением нормальных рабочих напряжений в шве и степенью их концентрации. Надо полагать, однако, что суще­ ственную роль играют здесь и остаточные напряжения. На рис. 82 приведены результаты испытаний на переменный изгиб при симметричном цикле напряжений плоских образцов из стали Ст. 3 сечением 80 х 14 мм с нормальными и косыми швами в исходном

пах, показанных на рис. 83, б, длина была увеличена до 220 мм. Испытания проводились осевым нагружением при пульсирующем цикле напряжений. Образцы с нормальными и удлиненными шва­ ми имели одинаковую выносливость [162J.

Противоположные выводы были сделаны в работе [2831 после усталостных испытаний при двух уровнях напряжений нахлесточных соединений с фланговыми швами различной протяженности. Поскольку образцы с удлиненными швами показали несколько боль­ шую долговечность (соответственно 504 и 704, 44 и 195 тыс. цик­ лов), был сделан вывод о заметном влиянии длины фланго-

132

В сварных металлоконструкциях затруднительно избавиться от соединений с фланговыми швами. Необходимость изыскания эффек­

носливости ожидалось и у образцов с деконцентраторами напря­ жений. Однако, как видно из табл. 32, пределы выносливости испы­ танных образцов существенно отличались. Изменение пределов выносливости в столь широких пределах трудно объяснить измене­ нием напряженного состояния по концам швов за счет возможного эксцентриситета, отставания работы накладных компенсаторов, раз­ личия переходов на основной металл и другими второстепенными причинами [52]. Оно могло произойти только под действием одного из основных факторов, изменяющих сопротивление усталости свар­ ных соединений. Вероятнее всего, таким фактором являлись оста­ точные напряжения.

В испытанных образцах фланговые швы не были одинаковыми (табл. 32). В образцах серии 1 и 5 катеты швов составляли 8 X 8 ммг а в остальных они были 10 X 10, 20 X 20 мм и более. При нало­ жении таких швов существенно менялся разогрев исследуемых ча­ стей образца, вследствие чего должна была измениться и остаточ­ ная напряженность по концам фланговых швов. Это предположе­ ние проверялось в ИЭС им. Е. О. Патона измерением остаточных

133

2. Изменение полей остаточных напряжений

Снятие растягивающих остаточных напряжений и со­ здание в районе сварных соединений сжимающих остаточных на­ пряжений может быть достигнуто различными способами. Условно их можно разделить на две группы: способы общей обработки кон­ струкции или ее элементов и способы местной обработки соедине­ ний. К первой группе относятся высокий отпуск и перегрузка конструкции; ко второй — создание в сварном соединении остаточ­ ных напряжений сжатия путем упрочняющего наклепа, местного нагрева, точечного и линейного обжатия или микровзрыва.

Область рационального применения высокого отпуска для по­ вышения выносливости сварных соединений определяется условия­ ми проявления влияния остаточных напряжений и зависит от вели­ чины действующих напряжений, асимметрии цикла, вида соедине­ ний и характера передачи усилий. В гл. I было установлено, что с понижением действующих напряжений, уменьшением асимметрии цикла и снижением степени концентрации напряжений растягиваю­ щие остаточные напряжения усиливают свое действие. В наиболь­ шей степени они понижают сопротивление усталости изделий к конструкций, работающих при знакопеременных нагрузках, имею­ щих различного рода приварки и прикрепления конструктивного характера, а также при отсутствии в несущих сварных соединениях резкой концентрации напряжений, которая создает сжимающие остаточные напряжения в процессе нагружения конструкции. В то же время влияние растягивающих остаточных напряжений мо­ жет проявиться только при наличии в сварном соединении кон­ центраторов напряжений. Снятие в таких конструкциях растяги­ вающих остаточных напряжений с помощью высокого отпуска мо­ жет заметно повысить сопротивление усталости соединений.

Стыковые соединения после высокого отпуска повышают пре­ дел выносливости при симметричном цикле напряжений на 50— 100% (см. рис. 17 и 86). При пульсирующем цикле долговечность этих соединений в исходном состоянии и после высокого отпуска одинакова, а при асимметричных циклах более долговечными оказы­ ваются образцы, не подвергавшиеся отпуску (см. рис. 17). Отсюда определяются границы целесообразного применения высокого от­ пуска стыковых соединений. Они охватывают большую часть об­ ласти знакопеременных напряжений.

При прочих равных условиях разность между пределами вынос­ ливости отожженных и неотожженных образцов уменьшается по ме­ ре увеличения степени концентрации напряжений. В связи с этим, как уже отмечалось, область рационального применения высоко­

135