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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 81

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

расположения отверстия. Полученные после анодной резки заго­ товки с припуском 10 мм на сторону проходили перед строжкой высокий отпуск. Рабочая часть и поверхность отверстия шлифо­ вались, после чего образцы подвергались вторичной термообработке для снятия остаточных напряжений (нагрев 650° С, выдержка 2—3 ч, охлаждение с печью).

Одна половина образцов каждой партии испытывалась на пов­ торный плоский изгиб, другая — на переменное растяжение. В том и другом случаях цикл напряжений был пульсирующим. После то­

 

 

 

го как усталостная трещина до­

 

 

 

стигала глубины 2—4 мм, испы­

 

 

 

тания прекращались. Из сорока

 

 

 

испытанных образцов

семь

ока­

 

 

 

залось

с расслоем

металла,

от­

 

 

 

куда и

начинались

усталостные

 

 

 

разрушения. Выносливость этих

 

 

 

образцов оказалась заниженной;

 

 

 

результаты их испытаний в рас­

 

 

 

чет не принимались.

В осталь­

 

 

 

ных образцах усталостные

тре­

 

 

60 5,лш

щины

зарождались

у

края

от­

 

 

верстия.

 

 

 

Рис. 37.

Изменение пределов выносли­

 

 

 

Испытания при растяжении и

вости образцов

с отверстием:

изгибе

показали различную

за­

/ — изгиб;

2 —

растяжение .

висимость пределов

выносливос­

 

 

 

ти от толщины образца (рис. 37). Точки — результаты, полученные при растяжении,— размещаются на одной прямой. Заметного влияния размеров на сопротивление усталости не наблюдается. Пределы выносливости образцов равны 14—15 кПмм2. При изгибе зависимость от толщины проявляется более резко, особенно до толщины 40 мм. Пределы выносливости изменяются от 26 до 18 кПмм2. Однако они не снижаются до уровня нижнего значения, равного пределу выносливости при растяжении. Если исходить из того, что пределы выносливости при изгибе и рас­ тяжении в конечном счете должны быть равны 192], то это возможно только на пластинах толщиной значительно больше 60 мм.

Иная картина наблюдается при испытаниях сварных образцов. Равенство пределов выносливости при изгибе сварных образцов сечением 200 X 26 и 200 X 46 мм (см. рис. 32) указывает, в част­ ности, на то, что эффект поддерживающих сил снимается в сварных образцах ранее, чем в образцах без сварки. Поэтому и совпадения пределов усталости ст„зг и а р а с т сварных соединений следует ожи­ дать на образцах меньшей толщины. Подтверждением служат ре­ зультаты проведенных опытов. При растяжении и изгибе испытывались стыковые соединения на образцах толщиной 12 и 30 мм (сталь М16С). Для создания одинаковых передельных растягиваю­

щих остаточных

напряжений на тонкие образцы

дополнительно

к стыковому шву

наплавлялись продольные валики

(рис. 38). Об-
указывает на возможность исполь­ зования для практических целей
Рис. 39. Кривые усталости стыковых со­ единений при изгибе и растяжении:
разцы испытывались при пульсирующем цикле напряжений до об­ разования усталостных трещин глубиной 2—4 мм (большинство трещин было глубиной приблизительно 2,5 мм). Выносливость тон­ ких образцов при изгибе и растяжении была различной. Предел выносливости тонких образцов при изгибе был выше предела вы­ носливости при растяжении на 35%, а пределы выносливости об­ разцов толщиной 30 мм при растяжении и изгибе практически сов­ падали (рис. 39).
Аналогичные результаты получены при испытании образцов из стали М16С, имитирующих прикрепление ребер жесткости. Все это

, ! •

800

ч11

1200

Рис. 38. Образцы 70 X 12 мм (а), 160 X 30 (б) и 200 X 30 мм (в).

 

/ — изгиб

(70

X 12

мм):

2

— растяжение

результатов испытании на из­

(70

X 12

мм):

3

— растяжение

 

(160

X 30 .ил):

4 —

изгиб

(200

X

30

мм).

 

 

 

гиб сварных образцов толщи­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ной 30 мм и более. Пределы

выносливости

 

таких образцов

дости­

гают минимальных значений,

а рассеяние

 

результатов

меньшее,

чем при испытаниях на растяжение.

 

 

 

 

 

 

 

Определению сопротивления

усталости

 

стыковых

 

соединений

в условиях кручения и сложного

напряженного состояния

(изгиб

с кручением) посвящена работа [701. Испытания проводились на машине с заданной деформацией, позволяющей осуществлять кон­ сольный изгиб с кручением при синфазном изменении изгибающего и крутящего моментов. Критерием разрушения служила трещина глубиной 3—5 мм. Установлено, что с увеличением отношения ка­ сательных напряжений к нормальным предел выносливости образ­ цов уменьшается. Усталостные изломы образцов существенно отличаются. При отсутствии касательных напряжений плоскость разрушения перпендикулярна к нормальным напряжениям, а уста­ лостный излом состоит из мелкозернистой зоны — области распро­ странения усталостной трещины — и крупнозернистой — области статического долома.

63

Т а б л и ц а 11. Расчетные и опытные значения

пределов

выносливости соединений

 

 

 

Формулы

 

 

 

а

 

У ( ± а0 + qomy + а 2 ( ± т„ + 4 > х т т ) 2 = <т_!

 

1,7

 

 

 

 

 

 

(С. В. Сервисен)

 

 

 

2,0

У(±

о„ +

яртт )2 Ч- 4 ( ± т„ - ^ Ч)а,„)3

+ 4" Ч ' ° т =

0 - '

—

 

 

 

 

(И. А. Биргер)

 

 

 

 

|/"(±

ov+ omf

+

3 ( ± т„ + тт )» - (1 - г | ) ) К

<т* + Зт;п = о _ ,

—

 

 

 

(И. Мэрии)

 

 

 

 

 

 

а с

= ^^"^(cos2 ф + A, sin ср)

 

 

—

 

 

 

(И. В. Кудрявцев)

 

 

 

 

 

 

- г Г + ^ Г ~ ( ' - £ ) *

•

 

1,7

 

 

 

 

2,0

(Л. И. Савельев)

°опытн

П р и м е ч а н и е . Здесь т = -jp ха , 0"0 — амплитуды касательных и нормальных напряже-

o _ i — предел

выносливости

при

симметричном

цикле п

линейном напряженном

состоянии;

°*Oi" °Ч у ffOj —

амплитуды главных

напряжений

at, сг,< <J,;>

0"^_j —

предел

выносливости при

предел

прочности, выраженный

в касательных напряжениях; at — первое

главное

напряжение;

шенню

разрушающей нагрузки

к площади сечения образца

после

разрушения.

 

при изгибе с кручением

 

 

 

 

а

. кГ

1мм*

 

 

 

 

 

 

 

 

расч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

0

..5

о

0,25

1 0,5

|

0.8

1.5

 

 

г

== I

1

 

г = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хтф0

 

4,9

 

18,5

15,4

 

12,0

7,9

Тт=0

 

 

 

19,2

16,7

 

13,6

8,8

ТтФО

0

4,0

20,2

18,1

14,3

 

10,7

6,4

Хт

=

 

 

18,4

15,8

 

12,4

7,7

Хт

Ф0

4,0

22,4

19,9

16,3

 

12,4

7,6

Хт

=

0

 

 

20,8

17,3

 

13,2

8,0

Хт

ф

0

4,5

22,2

19,2

15,3

 

11,8

7,3

Хт

=

0

 

 

19,6

17,6

 

15,6

10,3

Xjn

= 0

5,5

—

—

—

 

—

—

T m =

0

 

4,9

 

20,2

19,1

16,1

. 13,0

8,4

 

 

 

 

 

4,0

 

 

18,5

15,1

11,8

7,3

 

 

 

 

12,5

6,0

 

20,0

20,0

17,7

15,5

11,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 - 1

 

т_1

вий;

т т ,

о т — постоянные касательные

н нормальные напряжения;

^~~а^—'

^ х =

тв

'

t l =

I M i - * !

) 4 ( * ! - y ' +

fe-i)!;

а = = _ Г Т

k=^-?~;

*3= ~п—;

сложном

напряженном

состоянии и г =

—1; t_j

— предел

выносливости

при кручении; т в

—

ф—

у г о л

между

a _ i

и поперечной

осью образца; S K — истинные напряжения,

равные

отно-

64

5

2—2315

65

При совместном действии переменных касательных и нормаль­ ных напряжений усталостная трещина в месте перехода шва на ос­ новной металл располагается перпендикулярно к направлению нор­ мальных напряжений. Затем излом распространяется в глубь образ­ ца по винтовой поверхности и на противоположной кромке линия излома проходит под углом к его поперечной оси, зависящим от со­ отношения касательных и нормальных напряжений. На поверхно­ сти усталостного излома появляются равные волокнистые линии. При этом чем больше отношение касательных напряжений к нор­ мальным, тем больше волнистых линий на поверхности излома.

Результаты опытов сопоставлялись с расчетными данными (табл. 11). Расчетные пределы выносливости лучше согласовыва­ лись с опытными, когда воздействие постоянных касательных на­ пряжений принималось равным нулю.

Следует, однако, отметить, что опыты проводились на стыковых соединениях, в которых остаточные напряжения снимались в про­ цессе вырезки образцов из общей заготовки.

5. Частота нагружения

С увеличением частоты нагружения увеличивается ско­ рость деформации и возрастает упрочнение, вследствие чего можег повышаться сопротивление усталости. Обобщение результатов ис­ следований различных авторов позволило установить, что рост частоты с 30—50 до 1000 гц приводит к повышению пределов вынос­ ливости на 10—20% [141]. В большей степени частота нагружения сказывается в области ограниченной выносливости при N << 10° [222, 2811. Тем не менее полагают, что при обычных усталостных испытаниях, выполняемых в диапазоне 10—100 гц, долговечность изменяется незначительно [42] и этим фактором можно пренебречь. Менее исследовано влияние низких частот, "характеризующихся несколькими циклами в минуту. Падение долговечности при таких частотах и высоких переменных напряжениях отмечалось в ряде исследований [16, 48, 93, 183]. Однако следующее отсюда предпо­ ложение, что при низких частотах можно ожидать смещения влево всей кривой усталости, требовало экспериментальной проверки, особенно для обычных конструкционных сталей и сварных соеди­ нений. В этой связи могут представить интерес результаты испы­ таний, выполненных в ИЭС им. Е. О. Патона [168].

=

Пластины с отверстием (сталь М16С, ат =

30 кГ/мм2,

а в =

46 кПмм2)

испытывались при пульсирующем цикле на частотах

20,

30, 60, 300 и 800 цикл/мин; сварные образцы (сталь Ст. 3) при

г — 0 и г =

+0,3 — на частотах 20—30 и 300

цикл/мин.

 

 

Все испытания выполнялись на гидравлической

машине

ЦДА\-200пу. Чтобы перекрыть указанный диапазон частот,

машина

ЦДМ-200пу видоизменялась. Для получения малых частот пульса­ торы отключались. Циклическое нагружение осуществлялось пу-

66

Рис. 40. Кривые усталости образцов с отверстием, г = 0 (а), и нахлесточных соединений, г => 0 и г = 0,3 (соответ­ ственно б и в), при различных частотах:

тем изменения давления в одном из цилиндров. Пределы изменения давления в этом цилиндре задавались контактной системой мано­ метров и дополнительным электромеханическим устройством. В дру­ гом цилиндре давление поддерживалось постоянным. Время иагружения и разгрузки образца, а также выдержки его под нагрузкой

ва,НГ/ММг

 

 

 

 

 

25,

<S

 

 

 

V4

о с

 

$

 

 

 

1

'680

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

J

 

 

О

-

 

/

 

 

 

•

- / /

 

 

 

A.-Ill

 

 

 

 

Д - I V

 

 

10

 

 

 

 

 

 

б„ .кГ/ым''

 

 

 

 

20)

. 4 \ г1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•

A)"

 

 

 

 

 

i \ •

 

Ю* 2

A 6810s 2 A 6810s 2

A 68N

Ca3.Hf/MU

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

29

 

С

 

 

 

26

 

 

I

t

-\

 

 

 

\

»

 

 

 

 

 

22,

 

 

Я- ^

 

 

к l \\

10*2 А68Ю52

T I n

4 681062 A 68N

 

6

 

можно было плавно

регулиро­

 

вать — каждое в пределах Злшк..

V*SI

Для получения частот в диапазо­

26

не 60—800 цикл/мин

асинхрон­

ный

электродвигатель

привода

 

пульсаторов с номинальным чис­

 

лом

1500 об/мин

был заменен

 

двумя двигателями: постоянного

 

тока

с плавным

регулированием

 

числа оборотов в пределах 150—

 

1500 об/мин и асинхронным с но­

 

минальным числом 3000 об/мин.

mos

510

б-К5кГ/мм*

 

4-Ю

 

3-10

 

210

 

 

й

20

10

20 30 40 60 80100

200 Х0 рцшлаб.Ш<

Рис. 41. Зависимость долговечности от частоты испытаний.

/ — 800 цикл/мин

(I)

и 300

цикл/мин

Напряжения в образцах изме­

(//); 2 — 600 цикл/мин

(///);

3 — 20 и

рялись

датчиками сопротивле­

30 цикл/мин

(IV);

V — испытания образ ­

ния. Одновременно с записью де­

цов с выдержкой под нагрузкой.

 

 

 

 

 

 

 

формаций на той же осцилло­

грамме

записывалась

частота эталонного

генератора — отметчика

времени. Испытания

прекращались после

того, как глубина уста­

лостной

трещины

достигала 2—3 лш.

 

Как видно из рис. 40, медленное нагружение заметно снижает долговечность образцов. Наибольшее падение наблюдалось в ин­ тервале частот 300—30 цикл/мин (рис. 41). Долговечность образцов;

5*

67.

Смотрите также файлы