Файл: Майзель В.С. Сварные конструкции учебник.pdf

Подобные условия были созданы при испытании образца с крес­ товыми соединениями (рис. 3.17).

Такие типы соединения характерны для сопряжений пере­ секающихся плоских элементов, расположенных в различных плоскостях. Примеры применения подобных соединений в реаль­ ных конструкциях встречаются довольно часто.

в) Ks

Рис. 3.17. Распределение напряжений в крестовых соеди­

Условия работы среднего участка центральной пластины кре­ стового образца являются весьма сложными. Этот участок харак­ теризуется значительной концентрацией напряжений. Наиболь­ шие напряжения имеют место в точках, расположенных у концов примыкающих ребер. Коэффициент концентрации напряжений зависит от расстояния между концами ребер (размер а на рис. 3.17, а). При большом расстоянии между ребрами поля кон­ центрации напряжений, создаваемые по концам крепления ребер, не оказывают влияния друг на друга. При сближении ребер (при уменьшении размера а) происходит взаимное наложение полей концентрации напряжений и в связи с этим коэффициент концен­ трации возрастает. Об этом можно судить по графикам на 3.17, б, построенным на основании расчета.

«Для снижения концентрации напряжений подобных соедине­ ний необходимо увеличивать расстояния между прикрепляемыми концевыми ребрами (расстояние а на рис. 3.17, а) и, кроме того, обеспечивать более плавное изменение формы постепенным умень­ шением ширины концевых ребер и применением дополнительной механической обработки, как это показано на рис. 3.18. При вы­

полнении указанных рекомендаций подобные соединения могут применяться в ответственных сварных конструкциях.

Изучение условий распределения напряжений в различных сварных соединениях способствует более всесторонней оценке условий их работы и позволяет наметить пути для выбора более совершенных форм сварных узлов.

Рис. 3.18. Обработка концов прикрепляемых элементов, рекомендуемая для снижения концентрации напряжений

Первоначальные условия распределения напряжений в про­ цессе эксплуатации конструкций могут изменяться из-за появле­ ния местных пластических деформаций в районе наибольшей кон­ центрации напряжений. В связи с этим в дополнение к данным о первоначальных условиях распределения напряжений необхо­ димо располагать еще характеристиками прочности сварных соеди­ нений при различных видах нагружения.§

§ 12. ПРОЧНОСТЬ И ВЫНОСЛИВОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Оценка прочности сварных конструкций. Условности, принятые при определении механических характеристик, затрудняют вопрос непосредственной оценки прочности элементов реальных конструк­ ций, в том числе и сварных соединений, только по результатам испытания стандартных образцов.

Механические характеристики, полученные указанным спо­ собом, определяют свойства только самого металла.

Условия работы сварных соединений, для которых характерно наличие различных зон неоднородного металла (основного ме­ талла, металла шва и зоны влияния), а также возможно наличие различных изменений формы, могут существенно отличаться от условий испытания стандартных образцов. Поэтому для оценки прочности сварных соединений необходимо знать не только меха­ нические характеристики металла различных зон, но также рас­ полагать данными, полученными на основании соответствующих испытаний самих сварных соединений.

Как было указано ранее, прочность сварных конструкций и надежность их в работе в общем случае обеспечиваются опреде­ ленным комплексом требований к материалу конструкции, к фор­ мам сварных соединений и технологии изготовления.

Применительно к условиям, наиболее часто встречающимся в практике изготовления сварных конструкций из малоуглероди­ стой и низколегированной стали (т. е. к условиям, когда выбор материала уже произведен), задача обеспечения требуемой проч­ ности сварных соединений несколько упрощается. При этом остает­ ся, учитывая свойства заданного материала, произвести соответ­ ствующий выбор форм сварных соединений и технологии изго­ товления.

Если допустить, что вопросы, связанные с технологией изго­ товления, будут успешно решены, т. е. будет обеспечено (как это и имеет место для конструкций из малоуглеродистой и низколе­ гированной стали) получение сварных соединений высокого ка­ чества, в которых металл шва и околошовной зоны не будет усту­ пать по прочности основному металлу и в то же время будет обес­ печена необходимая пластичность металла указанных участков, то вопрос об оценке прочности всех разнообразных по форме свар­ ных соединений можно будет еще более упростить, конкретизи­ ровав его применительно к определенным условиям.

Такая условность в постановке вопроса об оценке прочности сварных соединений относится только к конструкциям из мало­ углеродистых и низколегированных сталей, технология изготов­ ления которых является хорошо освоенной. Однако подобная схема решения вопросов может быть вполне применимой и по отношению к сварным конструкциям из других материалов. В частности, она применима к конструкциям из некоторых марок легких сплавов (термически неупрочняемых), которые в настоящее время начинают применяться в отдельных отраслях промышлен­ ности и строительства. Таким образом, можно считать, что при­ нятая постановка вопроса об оценке прочности сварных соедине­ ний не относится только к частному случаю, а может быть применима для конструкций, наиболее часто встречающихся в производственных условиях.

Прочность при статической нагрузке. Одним из основных требований, которые предъявляются к материалу для сварных конструкций, является обеспечение достаточной его пластичности. Сварные соединения из малоуглеродистой стали удовлетворяют этому требованию и их разрушение обычно сопровождается зна­ чительными пластическими деформациями.

В этих условиях первоначальная концентрация напряжений, наблюдающаяся в различных сварных соединениях, не может оказывать влияния на их прочность, так как в процессе развития пластических деформаций происходит выравнивание напряжений и к моменту разрушения сварного соединения напряжения в его опасном сечении во многих случаях полностью выравниваются,

Для предотвращения хрупких разрушений в соединениях и узлах с резкими изменениями формы необходимо принимать меры для снижения концентрации напряжения. Опыт показывает, что при соответствующем увеличении расстояния между отдель­ ными элементами концентрация напряжений уменьшается на­ столько, что опасность хрупкого разрушения исчезает.

Рис. 3.19. Зависимость предела прочности в образ­ цах с резким изменением формы от расстояния между концевыми ребрами (а) и температуры (б)

элементов из стали марки 15ХСНД является значительно более высокой, чем для элементов из стали марки М16С. Основными причинами появления хрупких разрушений в элементах сварных конструкций являются концентрация напряжений, создаваемая в местах резкого изменения сечения, и низкая температура. На­ личие дефектов (таких, как непровары, подрезы и кратеры свар­ ных швов) в местах высокой концентрации напряжений также способствует хрупкому разрушению.

В качестве основных мероприятий для повышения сопротив­ ляемости элементов сварных конструкций хрупким разрушениям рекомендуется снижать резкость изменения переходов в местах приварки фасонок и других деталей конструктивного оформления и не допускать скученности их расположения, которая может при­ вести к концентрации деформаций.