книги / Несущая способность сварных соединений
..pdfНС. КОГУТ
М.В. ШАХМАТОВ В. В. ЕРОФЕЕВ
НЕСУЩАЯ
СПОСОБНОСТЬ
СВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
львов
ИЗДАТЕЛЬСТВО «свит»
I 9 9 \
Когут Н. С., Шахматов М. В., Ерофеев В. В. Несущая способность сварных соединений. — Львов. Свит, 1991, — 184 с.
ISBN 5-11-000843-4
В монографии разработаны методики оценки напряженно-деформи рованного состояния н несущей способности сварных соединений с учетом их механической неоднородности. Установлено влияние дефектов сварки на прочностные свойства рассматриваемых соединений при вязких, квазнвязкнх, квазнхрупких н хрупких разрушениях. Изучено влияние геоме трической формы стыковых и угловых швов на напряженно-деформи рованное состояние и предельную несущую способность соединений. Пред ложены методики нормирования дефектов сварки в статических нагру женных сварных соединениях и рекомендации по выбору их оптимальных конструктивно-геометрических параметров. Разработаны также методики определения характеристик трещиностойкости на малогабаритных цилинд рических и трубчатых образцах с исходными внешними и внутренними кольцевыми трещинами, позволяющие прогнозировать работоспособность сварных соединений в различных условиях эксплуатации без проведения натурных испытаний.
Нормативные материалы приведены по состоянию на 1 января 1991 г. Для преподавателей, студентов, научных и инженерно-технических работников, сварщиков и механиков. Ил. 93. Табл. 17. Библногр.: 210 назв.
Рецензент: д-р техн. наук, проф. Ю. П. Трыков (Волгоградский политехи, нн-т)
Редакция литературы по экологии, медицине и биологии
Редактор |
Э. А. Г л а в а ц к а я |
2004030000-064 |
© Когут, Н. С. 1991 |
25-91
М225(04)-91 ISBN 5-11-000843-4
Все сварные соединения в той или иной мере механически не однородны. Наиболее существенно влияют на работоспособность соединений участки, где металл имеет пониженные прочностные характеристики (предел текучести, временное сопротивление, трещииостойкость) по сравнению с основным металлом. Такие участки принято называть мягкими прослойками. Ими могут быть сварной шов, зона термического влияния, диффузионные зоны, прилегающие к границе сплавления, промежуточные слои и на плавки (при сварке неоднородных сталей и сплавов) и др.
Разработан ряд методов оценки несущей способности свар ных соединений с учетом их механической неоднородности. Следует отметить труды советских ученых Н. О. Окерблома, А. Л. Немчинского, О. А. Бакши, Р. 3. Шрона, В. Н. Земзина, М. А. Дауниса, Н. А, Клыкова, А. Н. Моношкова, Л. А. Копельмана, Л. М. Качанова, В. И. Похмурского, а также зару бежных — В. Ольшака, К. Сато, М. Тоеда и др.
Однако существующие методы не всегда удовлетворяют потреб ностям инженерной практики. Для большинства расчетных схем, характеризующихся сложной формой мягкой прослойки, и самих
сварных соединений такие методы отсутствуют. В ряде |
случаев |
не полностью учитываются особенности взаимодействия |
металлов |
с различными прочностными характеристиками, что также при водит к значительным погрешностям при оценке несущей способ ности соединений. Недостаточно изучено влияние дефектов сварки на статическую прочность механически неоднородных соединений как в условиях общей текучести их нетто-сечений, так и при квазихрупких разрушениях, что важно при изготовлении сварных конструкций из высокопрочных сталей и сплавов, для 'которых характерна высокая степень механической неоднородности ме таллов прослоек. Технологическая сложность их выполнения пред определяет большую вероятность появления' дефектов.
Цель настоящей работы — разр9 фртк|1 .и .обобщение методов оценки несущей способности механически неоднородных сварных соединений в условиях общей текучести и при хрупких (квази хрупких) разрушениях, выработка рекомендаций по повышению прочности соединений за счет оптимизации их конструктивно геометрических параметров, а также получения данных, необхо димых для нормирования дефектов сварки в статически нагру женных конструкциях.
Определенное внимание уделено разработке методик опреде ления характеристик трещиностойкости металлов отдельных зон сварных соединений, базирующихся на эффективных способах
з
инициирования внешних и внутренних кольцевых трещин в отдель ных прослойках цилиндрических и трубчатых образцов, а также методики определения остаточных сварочных напряжений. Полу ченные результаты могут служить основой для корректной рас четной оценки несущей способности сварных соединений, особенно для упругой стадии их работы.
Надеемся, что предложенные расчетные методы оценки проч ности сварных соединений позволяют по-новому подойти к их конструктивно-технологическому проектированию, т. е. выбирать на базе полученных закономерностей оптимальную форму и раз меры сварных швов, разделки кромок под сварку, присадочный металл, режимы сварки и термообработки с учетом степени меха нической неоднородности соединений, повышать эффективность контроля качества соединений путем установления допустимых диапазонов дефектов и т. д.
Авторы выражают благодарность заслуженому деятелю науки и техники, д-ру техн. наук, проф. А. П. Гавришу за помощь при подготовке данной монографии, а также научным сотрудникам С. В. Богословскому и А. Г. Игнатьеву за помощь в проведении численных расчетов и экспериментальных исследований.
единению и отвечающих его предельному состоянию, можно рас сматривать как характеристику прочности механически неодно родного соединения.
В приконтактных участках твердого металла касательные на пряжения имеют противоположный знак по сравнению с мягкой прослойкой. В силу этого при растяжении соединения напряжения тХу и (см. рис. 1.2) в приконтактной области твердого металла являются сжимающими. Условия пластичности в данной области в случае, если рассматриваемые участки с ростом нагрузки вовлека ются в пластическую деформацию, удовлетворяются при значе ниях средних растягивающих напряжений несколько меньших, чем
предел текучести твердого металла Oj |
Это явление названо эф |
фектом смягчения твердого металла [7]. |
При интенсивном вовле |
чении твердого металла в пластическую деформацию уровень контактных касательных напряжений т£у заметно снижается, что
характерно для сварных соединений с небольшой степенью меха нической неоднородности Къ-
Для простой формы мягкой прослойки (см. рис. 1.1, а) предло жены соответствующие зависимости для оценки прочности сое динений с учетом вовлечения основного металла в пластическую деформацию [7, 19, 56]. Рассмотрим порядок оценки напряженно го состояния и предельной несущей способности механически не однородных соединений с учетом геометрической формы мягкой прослойки и вовлечения твердго металла в пластическую деформа цию. Для этого необходимо установить влияние степени механи ческой неоднородности Кв. угла наклона контактных границ ме таллов Т и М (по отношению к вектору действующего внешнего усилия) и размеров мягкой прослойки на величину предельных контактных касательных напряжений т*у.
На первом этапе изучали напряженно-деформированное состоя ние механически неоднородных сварных соединений методом ко нечных элементов (МКЭ). При этом варьировали указанные па раметры. Программа МКЭ, аналогично [74], базировалась на теории течения. Сетка конечных элементов состояла из 192 элемен тов и 117 узлов. В силу симметрии рассматривали либо одну че тверть, либо половину соединения.
На рис. 1.3 для сварных соединений с прямоугольной прослой кой представлены конечно-элементная разбивка, полученная эк спериментально картина муаровых полос, или линий равных перемещений частиц металла в поперечном направлении (в на правлении оси х), а также аналогичная картина, выявленная в результате расчетов МКЭ. Границу области сложного напряжен ного состояния в твердом металле находили из равенства нулю касательных напряжений тху.
В результате расчетов установлено, что размер области объем ного (сложного) напряженного состояния с изменением Кв и от носительных геометрических размеров мягкой прослойки практи чески не изменяется н равен ширине сварного соединения В, При
ю
