Сварные конструкции. Расчет и проектирование

ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ РАБОТЫ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАГРУЗКАХ. ПОСЛЕСВАРОЧНАЯ ОБРАБОТКА СОЕДИНЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ

Главные принципы проектирования конструкций.

1. Проектирование соединений при минимальной кон­центрации напряжений, выполненных дуговой и кон­тактной сваркой, а также угловых швов с формой очер­таний, обеспечивающих наиболее равномерное распреде­ление в них напряжений. Плавные переходы от наплав­ленного металла к основному получаются и при обработке швов аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом. После такой обработки в стыковых соединениях из стали СтЗ предел усталости а_, повышается с 80 до 120 МПа. Эффект повышения усталости соединений нз низкоугле­родистых и низколегированных сталей достигается также механической зачисткой швов.

2. Учет термообработки сталей, в результате которой основной металл при переменных нагрузках приобретает пониженную прочность в зоне отпуска. Аналогичное по­нижение предела выносливости в зоне отпуска наблю­дается в сварных соединениях термически обработанных
цветных сплавов (алюминиевые, магниевые и др.). Разру­шение происходит на небольшом расстоянии А от границы шва (рис. 5.13), где предел выносливости ниже, чем в основном металле, не подвергавшемся отпуску. Повы-

Термю1ра}отаыные пито пеги районные стала

'> — а

Основной металл термически не обработан, качество сварки высокое, швы обработаны — разрушение в целом металле либо в зоне термического влияния (рис. 5.13, а). Швы не обработаны — разрушение в зоне термического влияния (рис. 5.13,6). Основной металл термически об­работан. Возможны разру - Q.

шения в мягкой прослойке (рис. 5.13, в).

3. Повышение усталост­ной прочности механичв' ской обработкой деталей, обеспечивающей плавное сопряжение наплавленного и основного металла (рис.

5.14). Эффективность та­кого приема можно видеть на примере приварки пла­нок к листовым элемен­там, изображенным на рис. 5.15, а. . .в. Для срав­нения на рисунках ука­заны пределы выносливо­сти. При отсутствии вы­кружки (рис. 5.15, г) пре­дел выносливости сущест­венно снижается (по срав­нению с рис. 5.15, а. . .в).

Устранить по возможности вредное влияние остаточных напряжений на несущую способность, которое для различ­ных сталей и видов концентраторов напряжений может оказаться совершенно различным.

Остаточные напряжения могут понижать несущую спо­собность конструкции, чаще всего не оказывают на нее влияния, а в некоторых случаях даже и повышают ее. Аналитически предел выносливости образца с остаточными напряжениями при г——1 может быть выражен следую­щей формулой:

Ши

(5.3)

где а_і — предел выносливости при симметричном цикле в отсутствие остаточных напряжений; о,*;»— остаточные растягивающие напряжения в зоне возможного разруше­ния; о, — предел прочности материала.

При сжимающих о0ст предел прочности а_| повы­шается.

Отпуск при температуре 650 °С, устраняющий оста­точные напряжения, вызванные сваркой, как правило, не повышает усталостную прочность низколегированных ста­лей. Эго объясняется тем, что отпуск не только устраняет остаточные напряжения, но и изменяет до некоторой степени механические свойства металла — снижает предел текучести. На рис. 5.16, а, б можно видеть различное влияние отпуска на усталостную прочность образцов из

I)

6г, НИо

fed:

Рис. 5.16. Результаты испытаний сварных образцов с фланговыми (а) и пересекающимися стыковыми (б) швами при переменных

нагрузках:

I — в исходном состояния; I — после яысокого отпуск*

низкоуглеродистой стали. При нагружениях в условиях симметричного цикла отпуск полезен; при г=0 — беспо­лезен; при г>0 — снижается предел выносливости.