Файл: Труфяков, В. И. Усталость сварных соединений.pdf

заготовки, поперечным сечением образца и дополнительными шва­ ми. В ряде случаев на распределение и величину остаточных напря­ жений влияют порядок наложения швов, режим сварки, жесткость закрепления образцов во время сварки и т. п. Отличаясь остаточ­ ной напряженностью, образцы не могут показывать одинаковую выносливость. Вероятно, этим обстоятельством можно объяснить существенное расхождение данных различных авторов в отношении пределов выносливости стыковых соединений при симметричном цикле напряжений и большую стабильность этих данных при од­ нозначных напряжениях (табл. 10).

Согласно исследованиям де Гармо [208], поперечные остаточные напряжения достигают максимума, начиная с длины стыкового

Рис. 32. Влияние толщины и ширины образца на выносливость стыковых соединений:

а _ Ь = 200 мм; б — 6 = 26 мм.

шва 203 мм при толщине пластин 25 мм. Приведенные на рис. 31 эпюры показывают, что при ширине пластины 200 мм и толщине 26 мм поперечные остаточные напряжения близки к пределу теку­ чести основного металла. Поэтому надо полагать, что наименьшую долговечность будут показывать стыковые соединения на образцах сечением 200 X 26 мм и более. Для проверки этого предположения испытывались на изгиб при симметричном цикле напряжений [155,

ные из малоуглеродистой стали М16С. Стыки выполнялись автома­ тической сваркой, усиление швов не снималось. В образцах различ­ ных сечений форма перехода шва к основному металлу практически была одинаковой. Испытания прекращались при достижении уста­

Во всех образцах усталостные трещины зарождались по линии пере­ хода шва на основной металл в зонах наиболее высоких растяги­ вающих остаточных напряжений.

Падение выносливости наблюдалось как при утолщении образ­ цов, так и при их уширении. Однако после того как ширина образца становилась равной 200 мм, а толщина — 26—30 мм, пределы вы­ носливости соединений стабилизировались и достигали своего ми­ нимального значения (рис. 32).

58

Возможно, что в соединениях других видов для создания макси­ мальных остаточных напряжений требуются образцы меньших раз­ меров. Тем не менее размеры сечений и этих образцов могут ока­ заться выше предельных для имеющегося испытательного оборудо­ вания. При таких условиях возникает необходимость получения минимальных пределов выносливости на образцах небольшого раз­ мера с искусственно наведенными растягивающими остаточными напряжениями.

В ряде случаев такая задача может быть решена путем наплав­ ки на образцы дополнительных валиков или же соответствующего

ют растягивающие остаточные напряжения, равные пределу текучес­ ти материала. Такой же величины они достигают и в стыковых соединениях на пластинах 200 X 26 мм. Испытания показывают, что те и другие образцы обладают одинаковым сопротивлением усталостным разрушениям (рис. 33).

Существенное значение может иметь порядок наложения допол­ нительных швов [155]. Например, последовательность наплавки по­ перечных и продольных валиков заметно изменяла долговечность образцов, показанных на рис. 34. В образцах серии Е сперва вы­ полнялась продольная наплавка. После ее остывания наплавлялся поперечный валик. В образцах серии Ж принят обратный порядок сварки. Поскольку в этом случае создаются более высокие остаточ­ ные напряжения, данные образцы менее долговечны.

Таким образом, изменяя последовательность наложения основ­ ных и дополнительных швов в небольших образцах, можно созда­ вать различную остаточную напряженность. Когда дополнительные

59

I

продольные швы наплавляются в последнюю очередь, они создают наибольшие остаточные напряжения. Выносливость этих образцов падает и становится примерно такой же, как у больших образцов.

Если продольная наплавка производится раньше, чем выполняется соединение, остаточные напряжения уменьшаются, а долговеч­ ность образцов возрастает.

Иллюстрацией могут служить результаты испытаний больших

малого размера имели две разновидности. В первой наплавка вы­ полнялась после приварки ребер (рис. 35, б), во второй — до при­ варки (рис. 35, в). Соответственно изменялась и остаточная напря­ женность. В средней части образцов первой разновидности растяги-

60

вающие остаточные напряжения достигали 20 кГ/лш2, в то время как в образцах второй разновидности не превышали 12 кГ/мм2.

Как видно из рис. 36, точки, характеризующие результаты ис­ пытаний образцов сечением 200 х 30 и 80 X 12 мм с дополнитель­ ными наплавками, создающими максимальные растягивающие остаточные напряжения 20 к/ /мм2, размещаются в одной и той же области рассеяния, а образцы сечением 80 X 12 мм с меньшими остаточными напряжениями показывают более высокую долговеч­ ность.

При испытаниях на усталость однозначные нагрузки обычно пре­ вышают знакопеременные. В области однозначных напряжений происходит большая релаксация остаточных напряжений. Поэтому при высоких значениях г сварные образцы малых и больших разме­ ров, образцы с дополнительными наплавками и без них показывают примерно одинаковые пределы выносливости. В этом случае размеры образцов могут быть уменьшены. Не все соединения в реальных конструкциях имеют максимальную остаточную напряженность. В коротких стыковых швах, соединениях тонкостенных конструк­ ций и т. п. остаточные напряжения невелики. Для оценки вынос­ ливости таких соединений следует использовать образцы неболь­ ших сечений.

4. Вид напряженного состояния

Переменное осевое нагружение (растяжение — сжатие) и повторный плоский изгиб являются наиболее распространенными видами нагружения сварных образцов при усталостных испыта­ ниях. Результатам, полученным при испытании на растяжение — сжатие иногда отдается предпочтение перед результатами испытаний на изгиб. При изгибе проявляется влияние градиента напряжений, вследствие чего выносливость может оказаться завышенной. В то же время известно, что при осевом нагружении затруднительно избавиться от эксцентриситетов приложения нагрузки, приводящих к возникновению неучитываемых моментов и значительной неравно­ мерности распределения напряжений по сечению образца. Особен­ но искаженной картина напряжений получается в сварных образ­ цах, как правило, деформированных. Поэтому в тех случаях, когда влияние градиента напряжений по толщине образца перестает ска­ зываться, более приемлемыми могут оказаться испытания на изгиб.

Чтобы установить размеры образца, при которых эффект под­ держивающих сил практически исчезает, сопоставлялась выносли­ вость однотипных образцов при изгибе и при растяжении. Испытывались пластины с отверстием и сварные образцы.

Пластины с отверстием (рис. 37) имели толщину 15, 26, 40 и 60 мм. Они вырезались из одного и того же сляба (сталь 22К.) тол­ щиной 90 мм. Сляб разрезался по ширине, что обеспечивало во всех образцах стабильность структуры и механических свойств в месте

61