СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

ВЛИЯНИЕ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ

В работе [88] приведены опыты, в которых подвергнуты дей­ствиям вибрационной нагрузки полосы, сварные двутавры, сквозные фермы, имеющие и не имеющие сварочных напряжений. Результаты этих опытов даны в табл. 21. В этой таблице не приведено значение числа нагруже­ний, при котором про­изошло бы разрушение не - отожженной полосы (фер­мы), не имеющей свароч­ных напряжений. Поэтому данные первой и третьей строк этой таблицы не дают основания судить, насколько сварочные на­пряжения уменьшают или увеличивают число нагру­жений, при котором про­исходит разрушение, так как полоса (или ферма), не будучи отожжена до сварки, находилась в таком состоянии, в смысле ее поведения под нагрузкой, которое не может быть отождествлено с ее состоянием после отжига. Другими словами, приведенные выше данные опытов с полосой (фермой) не могут служить осно­ванием для заключения, что сварочные напряжения не понижают усталостной прочности, так как здесь не соблюдены условия сравнимости результатов опытов. Что же касается опытов со сварными двутаврами (табл. 21), то в них обеспечены условия сравнимости результатов, так как сварка производилась после отжига, и влияние сварки на усталостную прочность можно уста­новить путем сравнения числа нагружений, при котором про­исходит разрушение отожженного после сварки двутавра. Это сравнение показывает, что сварочные напряжения понижают чи­сло нагружений на 31%.

Аналогичные результаты были получены в работе [53], где исследованы влияния наплавок и приварок на усталостную проч­ность. Результаты испытаний приведены в табл. 22, которые пока­зывают влияние сварочных напряжений, их ориентировки, а также концентраторов напряжений на предел усталости.

В работе [148] показано, что предел усталости образцов с дву­сторонними продольными валиками после удаления валиков строж­кой на 21 % ниже предела усталости исходного основного металла. Более того, известно, что значительное влияние на предел уста­лости оказывает состояние поверхности образца или изделия, а сварные соединения, где швы обработаны вровень с поверхностью соединения, на практике применяются относительно редко. Поэтому нет каких-либо оснований для вывода о том, что свароч­ные напряжения не влияют на предел усталости. Наоборот, ре­зультаты опытов [148] показывают, что пределы усталости при растяжении, полученные при испытании образцов с продольными двусторонними валиками, наложенными различными электро­дами, составили 48—57% от предела усталости основного металла. Причем 80% разрушений образцов с продольными швами про­исходило у начала и у конца валика, т. е. там, где имели место резкие градиенты сварочных напряжений. При рабочей длине I = 230 мм образцы с двусторонними поперечными валиками имели тот же предел усталости, что и образцы той же формы из исходного материала. Это является следствием того, что при большой длине образца местная неоднородность металла в зоне на­плавки и местные сварочные напряжения в той же зоне, образуя короткий жесткий узел, не могли оказать заметного влияния на результаты опыта [116]. Аналогичные результаты получены в ра­боте [141 ], где испытаниями на усталость при изгибе установлено, что предел усталости образцов из мягкой стали с двусторонними валиками, состроганными вровень с поверхностью образца, со­ставляет 58% от предела усталости основного металла. Авторами [141], кроме того, были испытаны на усталость надрезанные

образцы без начальных и с начальными напряжениями в зоне нагрева. Предел усталости надрезанного образца с начальными напряжениями составил 50% предела усталости такого же образца без начальных напряжений. Эти опытные данные показывают, что в зависимости от ориентировки направления силы по отношению к шву, в зависимости от характера распределения неоднородно­сти металла и самих сварочных напряжений в пределах всего сварного соединения, сварочные напряжения могут привести к значительному уменьшению предела усталости сварного соеди­нения по сравнению с пределом усталости исходного металла.

В той же работе приведены результаты испытания швеллеров с приваренными накладками. Накладка, приваренная попереч­ными швами, снизила предел усталости на 20%, в то время как накладка, приваренная продольными швами, снизила предел усталости на 60%. Приварка ребер жесткости к растянутым по­яскам двутавровых балок низкоуглеродистой и низколегирован­ной стали привела к снижению предела усталости в 1,5 раза.

В работе [126] приведены результаты исследования усталост­ной прочности плоских образцов при различной последователь­ности наложения шва. Автор [126, 127] приходит к выводу, что влияние сварочных напряжений на усталостную прочность свар­ного соединения зависит от величины и характера распределения этих напряжений и от формы сварного соединения. С уменьшением величины переменных напряжений растягивающее остаточное сварочное напряжение усиливает свое влияние и значительно снижает предел усталости сварного соединения.

В работе [51 ] испытывались на плоский переменный изгиб при симметричном цикле пластины Ст. З и стали 45 с приваренными накладками. Усталостное разрушение во всех случаях начиналось у торцов накладок около сварных швов. При этом для пластин Ст. З предел усталости понизился с 1300 до 300 кГ/см2, для пла­стин стали 45— с 1650 до 300 кГІсм2. Изложенные результаты опытов указывают на существенное влияние остаточных свароч­ных напряжений на усталостную прочность сварных конструкций. Это резкое влияние остаточных сварочных напряжений на уста­лостную прочность является следствием взаимодействия следую­щих факторов-

а) концентрация самих остаточных сварочных напряжений в зоне шва;

б) неоднородность металла этой зоны;

в) конструктивные, эксплуатационные и технологические кон­центраторы напряжений, которые, будучи неблагоприятно рас­положены по отношению к ориентировке растягивающих свароч­ных и рабочих напряжений, приводят к резкому снижению предела усталости. Для исключения или уменьшения влияния остаточных сварочных напряжений на усталостную прочность могут быть использованы комплексы мероприятий, изложен­ные выше.