книги из ГПНТБ / Труфяков, В. И. Усталость сварных соединений

В ряде работ [35, 36, 50] для подобных соединений указываются более высокие пределы выносливости. В то же время они совпадают

Все полученные выше значения пределов выносливости сварных соединений сведены в табл. 20. Обращает на себя внимание, что эти пределы выносливости, относя-

щиеся к различным соединениям и полученные при испытании

От

крайние положения, различаются на 4,6/сГ/лш2 , а соседнее положе­

По данным табл. 20, на рис. 56 построены диаграммы предельных напряжений в координатах ат, а т а х . Верхние части диаграмм от­ сечены допускаемым уровнем напряжений по условиям статиче­ ского нагружения. В рассматриваемых границах линии предель­ ных напряжений сварных соединений наклонены под углом 45° к оси абсцисс. Это указывает на то, что предельные амплитуды aa практически не зависят от среднего напряжения цикла о1П. Для дан-

92

ного соединения с высокими остаточными напряжениями обстает­ ся постоянной во всем диапазоне расчетных максимальных напря­ жений. Такая закономерность позволяет выразить предельное на­

Рекомендуемые значения эффективных коэффициентов концент­ рации напряжений Ка, подсчитанные по данным диаграммы от — о"тах (см. рис. 56), приведены в табл. 21. При определении Ко пре­ дел выносливости o_i основного металла с прокатной коркой

2. Низколегированные стали

В сварных конструкциях используются низколегирован­ ные стали различных марок. Проведенные ранее исследования вы­ носливости сварных соединений не позволяют расположить эти ста­ ли в определенный ряд по степени сопротивляемости переменным нагрузкам. .

93

флюс АН-22 и проволока Св-10НМ. Планки приваривались вручную

ковые соединения термоупрочненной стали 1GT2C1, выполненные на трех различных режимах (табл. 23) механизированной сваркой под флюсом проволокой диаметром 5 мм.

из стали 14Г2 были изготовлены и испытаны две партии образцов — толщиной 20 и 30 мм.

Большинство образцов испытывалось на плоский изгиб при сим­ метричном и пульсирующем циклах напряжений. Пределы выносли­ вости при асимметричных циклах определялись на образцах из ста­ ли 15Г2С со стыковыми швами (осевое нагружение г = 0,5) и на образцах из стали 14Г2 с приваренными планками (испытания на изгиб, г — 0,3).

В стыковых соединениях трещины усталости зарождались либо по линии перехода шва на основной металл в средней его части, либо по концам. Образцы с планками обычно имели несколько оча­ гов зарождения усталостных трещин, т. е. характер разрушений был таким же, как и в ранее описанных опытах на малоуглероди­ стой стали.

Результаты испытаний образцов из сталей 14Г2, 19Г, 15ГС и 14ХГС (б = 20 мм) со стыковыми швами были одинаковыми. Пре­

на различных режимах и при этом применялись существенно отлич­ ные сварочные материалы. При сварке стыковых соединений стали 10Г2СД применялась проволока Св-08ГА и флюс АН-348 (резуль­ таты испытаний этих образцов представлены на рис. 59, б черными квадратами), а при сварке стали 10Г2С1 —проволока Св-10НМ, флюс АН-22 и режимы, соответствующие тепловложениям 5000,

96

11000 и 16000 кал/см (результаты испытаний изображены на рис. 59, б соответственно черными, светлыми и наполовину черны­ ми ромбиками, кружки с крестиками соответствуют образцам, сварен­ ным проволокой Св-ЮНМ, и тепловложению 16 000 кал/см, но от­ носятся к образцам, испытанным при симметричном и асимметрич­ ном циклах). Одинаковую выносливость показали образцы сталей 10ХСНД и 15ХСНД (рис. 59, в), а также сталей 15Г2АФДпс и 18Г2АФпс.

Для сопоставления на рис. 60, а сгруппированы все кривые усталости стыковых соединений, а на рис. 60, б — кривые усталости образцов с планками. Выявилась достаточно четкая картина: кри­ вые усталости однотипных сварных соединений низколегированных сталей различных марок практически совпадают. Совместились кривые, относящиеся к симметричному циклу напряжений (обозна­ чены цифрами без индексов), и кривые усталости, полученные при пульсирующих циклах напряжений (обозначены цифрами с индек» сами). Несколько отличное расположение кривых 9—12 объясняет­ ся только тем, что они относятся к образцам толщиной 20, а не

пытаний. В ряде случаев оно соизмеримо с точностью определения напряжений в испытызаемых образцах. Поэтому для однотипных сварных соединений низколеги­ рованных сталей различных марок более обоснованно принимать одинаковые пределы выносливости. Проведенные исследования поз­

98

чин ап полученных ранее при испытании таких же образцов из ма­ лоуглеродистой стали (см. табл. 20). Поэтому в тех случаях, когда сварные соединения не подвергаются дополнительной обработке, применение низколегированных сталей в конструкциях, испытываю­ щих переменные напряжения с асимметрией цикла г менее 0,4— 0,7, может оказаться нецелесообразным.

Совпадение пределов выносливости, а следовательно, и диа­ грамм предельных напряжений, относящихся к различным сталям, получено по результатам испытаний двух типов соединений — сты­ кового и нахлесточного. Надо полагать, что это совпадение являет­ ся закономерным, в связи с чем диаграммы средних значений пре­ дельных напряжений иных соединений низколегированных сталей можно получать путем продления в область более высоких значений г соответствующих линий предельных напряжений, относящихся к соединениям малоуглеродистых сталей до пересечения их с лини­ ей предельных статических напряжений данной стали. При этом можно воспользоваться закономерностями, анализ которых дан в гл. I I , параграф 6.

3. Высокопрочные низколегированные стали

В наиболее нагруженных сварных элементах или кон­ струкциях может оказаться целесообразным применение высоко­ прочных низколегированных сталей с пределом текучести 60— 90 кПмм2. В основном это низкоуглеродистые стали с добавками марганца, хрома, никеля, меди, молибдена, вольфрама мартенситного или бейнитного класса, прошедшие термическую обработку.

Наиболее распространенной американской высокопрочной сталью является Т-1 (от > 63 кГ/мм2, ов > 74 кГ/мм2, б > 18%). Высокий предел текучести сталь Т-1 приобретает в результате за­ калки с охлаждением в воду от 900—927° С и последующего отпу­ ска при 620—650° С. Поставляется она в прокате толщиной от 12,7 до 152 мм. При этом механические свойства в листах различной тол­ щины изменяются незначительно. В ряде случаев применяется ее модификация — сталь марки XU-Z.

В Англии широкую известность получила бейнитная сталь Fortiweld («очень хорошо сваривающаяся») с относительно невысо­ ким содержанием молибдена, хрома и марганца (в отдельных мар­ ках — никеля) и обязательным микролегированием бором. Опти­ мальной термической обработкой этой стали является нормализа­ ция при 930—980° С или субкритический отжиг при 930—980° С

Японские стали 2H-Ultra, Welten-80, NK-Hiten-80 и другие, ле­ гированные марганцем, кремнием, а также медью, никелем, хромом, молибденом и бором, после термической обработки имеют предел

сталей с необрабатываемой поверхностью может быть целесо­ образным. Наглядно это можно видеть при совмещении диаграмм предельных напряжений сталей различной прочности (рис. 61), построенных по результатам усталостных испытаний пластин с про­ катной поверхностью на базе 2 • 10е перемен напряжений и л = 1,0; 0 и 0,14 136, 99, 134 и др.]. Для определения сопротивляемости высо­ копрочных сталей усталостным разрушениям в случае значительной

прочных сталей наиболее полно может проявиться в изделиях с тща­ тельно обрабатываемой поверхностью, не имеющих резких концен­ траторов напряжений. В этом случае между прочностью и уста­ лостью металла существует прямая зависимость. При симметричных

ний, вследствие чего указанная зависимость существенно наруша­ ется при испытании образцов с надрезами. В случае весьма острых надрезов или коррозированной поверхности пределы выносливости

102

лы выносливости изменяются не в таком отношении, как прочность сопоставляемых сталей, высокопрочная сталь показала заметное повышение выносливости.

Примерно такие же данные получены в работе [99] при обобще­

Рис. 62. Зависимость предела выносливости образцов от предела прочности стали:

а — образцы с выточками; б — стыковые соединения на образцах небольшого сечения.

По мере перехода к более прочным сталям наблюдается повыше­ ние средних значений пределов выносливости. Вместе с тем усили­ вается рассеяние экспериментальных данных и минимальные пре­ делы выносливости перестают зависеть от прочности (рис. 62, б).

сталь 1 4 Х М Н Д Ф Р .

500

Наблюдаемое выравнивание пределов выносливости сварных соединений, очевидно, должно объясняться не только повышенной чувствительностью к концентрации напряжений более прочных сталей, но и влиянием растягивающих остаточных напряжений. Оотаточные напряжения возрастают пропорционально пределу те­ кучести основного материала. Следовательно, при прочих равных условиях, в сварных соединениях высокопрочных сталей они будут выше. На рис. 63 показаны эпюры остаточных напряжений в

103