Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ...

скачать книгу Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций

Преимуществом паяных швов является возможность образования пластических деформаций в нахлесточных паяных соединениях, сопровождаемых снижением напряжений в крайних точках соединений и выравниванием эпюры напряжений по длине соединения
...
При сопоставлении значений концентраций напряжений в паяном и сварном нахлесточных соединениях, состоящих из двух лобовых швов, коэффициенты концентрации напряжений высоки в обоих случаях, но при пайке они ниже
...
Некоторые понятия теории упругости и пластичности Определение некоторых механических свойств металлов производят, используя простые схемы нагружения,
...
Закон неизменяемости объема при пластической деформации может быть записан как где ех , еу , гг — действительные пластические деформации в направлении координатных осей х, у, г
...
Одно из основных положений теорий пластичности состоит в том,что для различных напряженных состояний конкретного металла принимается справедливой одна и та же экспериментальная зависимость между напряжениями и деформациями
...
Идеальные условия плоской деформации можно представить, если рассматривать пластину, помещенную между двумя абсолютно жесткими плитами, которые позволяют пластине деформироваться в плоскости, но полностью исключают как утолщение, так и утонение пластины
...
Это приведет к тому, что в местах, где пластина должна была бы утолщаться, появятся сжимающие напряжения аг, а в местах возможного утонения — растягивающие напряжения о
...
Стандартные методы определения механических свойств сварных и паяных соединений Существует много стандартных методов определения механических свойств металлов
...
Это испытания на растяжение, испытания гладких образцов на статический изгиб и надрезанных образцов на ударный изгиб, определение твердости металла, испытание на длительную прочность и многие другие
...
Часть методов предназначена для получения характеристик металла, которые хотя и не участвуют как количественные в расчетах на прочность, но используются для качественной оценки работоспособности изготовляемых из него деталей или для установления соответствия металла техническим условиям на его поставку
...
Назначение этих методов испытаний состоит в определении механических свойств, которые используются для количественной и качественной оценки работоспособности сварных соединений и конструкций, а также для сравнения механических свойств основного металла и металла сварных соединений с целью оценки соответствия принятой технологии сварки тем требованиям, которые предъявлены к сварной конструкции
...
Влияние неоднородности механических свойств на прочность и пластичность сварных соединений Сварное стыковое соединение в поперечном сечении имеет несколько участков, которые могут существенно различаться между собой по механическим свойствам
...
В той или иной мере для всех сварных соединений характерно различие механических свойств металла в разных участках, соизмеримых с размерами соединения, главным образом с толщиной свариваемых элементов я, называемое механической неоднородностью
...
Простейший случай неоднородности имеет место при стыковой сварке наклепанных термически неупрочняемых сталей и сплавов, например аустенитных сталей или алюминиевых сплавов, которые упрочнены холодной прокаткой
...
Механические свойства образца, вырезанного из мягкой прослойки и имеющего низкую прочность, еще не свидетельствуют о том, что сварное соединение в целом обладает такими же свойствами
...
Это означает, что прочность сварного соединения с твердой прослойкой, нагруженного вдоль шва, окажется ниже, чем прочность такого же элемента из основного металла, так как разрушение в последнем случае произойдет при напряжениях, близких к охсоа,
...
При действии силы вдоль шва наличие малопрочных мягких прослоек практически не влияет на общую несущую способность нагруженного элемента, так как площадь прослоек обычно невелика
...
Можно рассматривать идеализированный случай работы мягкой прослойки, считая соседние с прослойкой участки металла абсолютно твердыми, недеформируемыми
...
Следует, однако, иметь в виду, что повышение прочности соединения с мягкой прослойкой за счет уменьшения х ограничено уровнем истинного разрушающего напряжения металла мягкой прослойки
...
При испытании соединений с мягкой прослойкой на изгиб до разрушения разрушающий момент Мр, при котором появляются трещины в прослойке, не зависит от относительной ширины прослойки х
...
Поэтому касательные напряжения, действующие вблизи границ мягкой прослойки, хотя и влияют на процесс пластической деформации во время нагружения, но не изменяют существенно толщины образца и его момента сопротивления
...
В сварных соединениях прослойки могут находиться под углом к направлению действия сил, иметь произвольную форму поперечного сечения и иначе влиять на прочность
...
Одним из видов неоднородности механических свойств металла является анизотропия, она выражается в различии свойств металла при нагружении его в разных направлениях
...
Существуют определенные возможности за счет регулирования термического воздействия сварки получить свойства зоны термического влияния, обеспечивающие равнопрочность и достаточную пластичность сварного соединения по сравнению с исходным основным металлом
...
В ряде случаев для высокопрочных и сложнолегированных сталей необходимо проводить термическую обработку отдельных сварных деталей или всей конструкции, чтобы устранить последствия отрицательного влияния термического цикла сварки на свойства околошовной зоны
...
При автоматизированных способах сварки это может быть достигнуто выбором химического состава электродных проволок, легированием металла флюсом и смешиванием присадочного и основного металла при расплавлении
...
Отрицательное влияние термического цикла на околошовную зону может проявляться в росте зерна вблизи линии сплавления, понижении пластичности металла в зоне, испытавшей перекристаллизацию, понижении прочности в зоне высокого отпуска, если основной металл перед сваркой находился в термически обработанном состоянии
...
Степень указанных воздействий может меняться в зависимости от термического цикла сварки, химического состава стали и ее термической обработки до сварки
...
Прочность сварных стыковых соединений может зависеть от концентрации напряжений в месте перехода от шва к основному металлу, а также от абсолютных и относительных размеров зон с различными свойствами
...
Следует отметить, что чем выше уровень прочности основного металла и его чувствительность к концентраторам напряжений, тем труднее обеспечить в конструкции равнопрочность сварного соединения и основного металла
...
В этих случаях может потребоваться как термическая обработка сварного соединения, так и его механическая обработка для уменьшения концентрации напряжений или даже термомеханическая обработка соединений, заключающаяся в пластической деформации металла сварного соединения перед термической обработкой
...
Для сплавов невысокой прочности, а также для сплавов, находящихся в ненаклепанном состоянии, предел прочности сварных соединений приближается к пределу прочности основного металла
...
Термическое воздействие сварки снимает наклеп в широкой зоне, вследствие чего прочность таких соединений оказывается на уровне отожженных и горячекатаных сплавов
...
Для других сплавов прочность соединений может быть повышена применением присадочных материалов, измельчающих структуру металла шва, например с добавками редкоземельных элементов
...
В нахлесточных соединениях угловые швы в зависимости от направления сил работают либо как лобовые, либо как фланговые, а в некоторых случаях воспринимают комбинированные нагрузки
...
Распределение напряжений в угловых швах крайне неравномерно, непровары при ограниченной пластичности металла шва могут существенно влиять на их прочность
...
У соединений пластичных металлов разрушению предшествует существенная пластическая деформация, что позволяет оперировать средними по сечению напряжениями и влияние концентраторов напряжений во внимание не принимать
...
Как показывают экспериментальные данные, в этом случае наибольшие пластические деформации при нагрузке и последующее начальное разрушение возникают вблизи такого сечения Оп
...
По мере снижения вязкости металла характерно отклонение плоскости последующего разрушения в сторону, обеспечивающую преобладание нормального отрыва, т
...
Меньшую прочность таврового углового шва по сравнению с лобовым можно объяснить неблагоприятным расположением плоскости концентратора, нормально ориентированной по отношению к нагрузке
...
На прочность угловых швов влияют размер катета шва, коэффициент концентрации напряжений, вызванный непроваром, различие механических свойств металла шва и основного металла
...
Поэтому увеличение катета шва, хотя и сопровождается ростом коэффициента концентрации напряжений, тем не менее приводит к пропорциональному росту прочности
...
Когда металл шва существенно прочнее основного металла, разрушение происходит по основному металлу на границе сплавления со швом путем чистого среза в случае лобового шва и таврового соединения
...
Разрушение сварных соединений с угловыми швами, прочность металла которых существенно выше прочности основного металла, в зависимости от направления приложения нагрузки Р пряженного состояния в случае отрыва, возникающего вследствие связи шва с основным металлом и невозможности по этой причине образования шейки
...
При этом отрицательное влияние концентрации напряжений проявляется слабо и зависимость минимальной прочности точек на срез от предела прочности металла для сталей и титановых сплавов прак
...
Прочность точек на срез у пластичных металлов может быть пропорциональна площади среза, однако прочность точек на срез чаще выражают в зависимости от толщины металла, так как диаметры точек находятся с ней в сложной зависимости
...
Чувствительность металла к концентрации напряжений, фактическое соотношение между диаметром точки и толщиной металла предопределяет характер разрушения точки
...
При высокой чувствительности металла к концентрации напряжений и малом отношении диаметра точки к толщине при работе точки на отрыв происходит разрыв литого ядра по плоскости листов
...
Например, путем изменения угла или увеличения длины нахлестки в косых и нахлесточных соединениях можно повысить прочность соединения при недостаточной прочности металла припоя в шве
...
Концентрация касательных напряжений создает объемное напряженное состояние, что при достаточной пластичности припоя приводит к повышению прочности соединения и может рассматриваться как положительный эффект
...
уменьшается среднее касательное напряжение на единицу длины нахлестки,, поскольку предельная нагрузка не может быть выше разрушающей нагрузки для сечения основного металла
...
Ударная вязкость, характеризующаяся работой разрушения паяного соединения, в основном отражает свойства паяного шва, если он существенно уступает по прочности основному металлу
...
В этом случае ударная вязкость характеризует агрегатную энергоемкость разрушения паяного соединения в целом и его чувствительности к концентрации напряжений при ударном нагружении
...
Прежде чем излагать методы и характеристики оценки сопротивляемости металлов разрушению в присутствии концентратора, необходимо ознакомиться с критериями и понятиями, которыми принято описывать напряженно
...
Для оценки поля напряжений вблизи концентратора используют понятие коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины при упругих деформациях, обозначаемого К, и понятие интенсивности освобождения энергии деформации, обозначаемой
...
Использование рассмотренных в настоящем параграфе понятий для определения механических характеристик металла и сварных соединений дано в следующем параграфе
...
Характеристики сопротивляемости металла разрушению в присутствии концентраторов Традиционным приемом оценки механических свойств металла является нагружение образца или детали до разрушения с регистрацией в процессе испытания и
...
Например, напряжение в момент начала текучести называют пределом текучести материала сгт, значение коэффициента К в момент начала движения трещины называют критическим коэффициентом интенсивности напряжения материала Кс
...
Наиболее распространенной характеристикой оценки прочности металла, сварного соединения или детали в присутствии концентратора является среднее разрушающее напряжение аср
...
Однако оценка свойств только по среднему напряжению часто не обнаруживает отрицательного влияния концентратора, пока он не превысит некоторого значения
...
Целесообразно наряду с определением Рр регистрировать пластичность металла или соединения Ар, например, путем записи в процессе испытания перемещения Д, т
...
При увеличении толщины металла или непровара при малой пластичности средние разрушающие напряжения могут заметно падать, принимая значения, отмеченные крестиками
...
Схема испытаний двух скрепленных между собой образцов ,срр характеризует не только пластические свойства металла, но также и влияние радиуса концентратора, угла а перехода от шва к основному металлу в
...
Кроме рассмотренных выше силовых и деформационных характеристик сопротивляемости металла зарождению трещины в концентраторе используют также энергетические характеристики
...
Таким образом, при испытании образца в виде пластины с трещиной достаточно зарегистрировать значение напряжения в момент начала движения трещины, чтобы вычислить затем по формуле
...
Для оценки свойств металла используют также критический коэффициент интенсивности напряжений Кс — силовую характеристику, связанную с полем напряжений у конца трещины
...
В этих случаях энергетические затраты на разрушение крупного образца и образца ограниченных размеров до состояния, соответствующего точке С, могут не совпадать
...
При приближении фронта трещины к противоположной поверхности на участке разном по размеру у различных металлов, возникают условия деформирования металла, близкие к плоскому напряженному состоянию, что проявляется в повышенной пластической деформации металла перед разрушением
...
Общим недостатком большинства этих методов является игнорирование влияния толщины металла на работу распространения трещины и использование для испытания пластичных
...
Различают распространение трещин со скоростями в десятки и сотни метров в секунду и распространение трещин при повторных нагружениях невысокими напряжениями, когда трещина продвигается при каждом цикле на
...
Влияние дефектов на механические свойства сварных соединений и их работоспособность Формирование сварных соединений в процессе сварки происходит под влиянием большого числа факторов
...
Так как каждый металл обладает определенным уровнем прочности — пределом текучести и пределом прочности — и обычно предназначен для работы при напряжениях, несколько меньших от, то оценку нечувствительности в присутствии трещин более точно можно дать по отношению
...
Для образного представления эту величину можно рассматривать как пропорциональную корню квадратному из длины трещины в бесконечной пластине, при которой среднее разрушающее напряжение равно ат
...
В известной мере можно говорить, что толщина в данном случае является фактором хотя и не относящимся к свойствам металла, но рлпяющим на его чувствительность к наличию трещин
...
При сквозных трещинах нечувствительность металла конкретной толщины к концентрации напряжений в условиях неплоской деформации может быть оценена по отношению
...
В листовых металлах с толщиной выше определенного уровня, различного для каждого отдельного металла, несквозная трещина также может создавать условия для корректного определения Кс в рамках линейной
...
Зависимость прочности сварных соединений от глубины непровара Следует, однако, отметить, что постоянное или мало изменяющееся сгсрр еще не свидетельствует о том, что металл или сварное соединение никак не реагируют на изменение
...
В момент разрушения в точке С, средние напряжения могут оказаться выше временного сопротивления, хотя средняя деформация есрф при этом будет существенно ниже, чем у гладкого образца
...
Такие дефекты и концентраторы, как неправильной формы трещины, непровары, несплавления, шлаковые и окисные включения, цепочки близко расположенных пор, подрезы, царапины, места перехода от наплавленного металла к основному, вытянутые в длину и расположенные своим большим размером и средней плоскостью перпендикулярно силовому потоку, могут быть сведены к некоторой эквивалентной длине трещины
...
Оценка работоспособности конструкций в присутствии трещины или острого концентратора сводится к определению ряда коэффициентов запаса и сравнению их с предельно допустимыми
...
Отношение предела выносливости и предела текучести при испытании стандартных гладких образцов из низкоуглеродистых сталей на изгиб в условиях симметричного цикла равно
...
Эффективным коэффициентом концентрации напряжений Кэ называется отношение предела выносливости гладкого образца к пределу выносливости образца при нали
...
Сопротивление усталости сварных соединений, выполненных дуговой сваркой В сварных конструкциях предел выносливости зависит от материала, технологического процесса сварки, формы конструкции, а также от рода усилия и характеристики цикла нагружения
...
Как показали результаты многочисленных опытов, в таких обработанных сварных образцах из низкоуглеродистых и ряда низколегированных конструкционных сталей отношение о
...
Эти данные указывают на низкие усталостные свойства соединений с угловыми швами и на возможность их повышения путем применения улучшенных конструктивных форм и технологической обработки
...
Однако достаточная прочность сварных соединений при переменных нагрузках позволяет применять электрошлаковую сварку в самых ответственных машиностроительных конструкциях
...
При сварке элементов боль ших толщин термическая обработка, особенно в сочетании со снятием усиления, приводит к заметному повышению усталостной прочности
...
Сопротивление усталости сварных соединений, выполненных контактной сваркой Соединения, выполняемые контактной стыковой сваркой, обладают высокими механическими свойствами не только при статических, но и при переменных нагрузках
...
Усталостная прочность соединений, выполненных шовной сваркой, ниже, чем стыковой, но выше, чем точечной, так как шовные соединения обеспечивают более равномерный силовой поток
...
Зависимость предела выносливости точечных соединений от характеристики цикла Марка материала Толщины соединяемых частей, мм Связующие Рабочие точечные шовные точечные шовные
...
Места разрушения определяются наличием дефектов в сварных швах, нерациональным очертанием сварных соединений, а также наличием зон отпуска в соединениях термообработанных сталей
...
При сварке термически обработанных легированных сталей наименьшую прочность при переменных нагрузках в сварном соединении имеет основной металл в зоне отпуска
...
Рекомендуемое оформление соединений со стыковыми и угловыми швами, работающих под переменными нагрузками до некоторой степени механические свойства металла — снижает предел текучести
...
При этом в поверхностных слоях металла происходит пластическая деформация, которая вызывает наклеп металла, сопровождающийся повышением ат, и, кроме того, образуются остаточные напряжения сжатия
...
Выносливость сварных соединений может быть увеличена предварительным их нагружением при одновременном устранении вредных растягивающих остаточных напряжений в зоне концентрации
...
Несущая способность сварных соединений при переменных нагрузках Расчет прочности сварных конструкций, работающих под переменными нагрузками, производится по марке металла, характеристике цикла г, эффективным коэффициентам концентрации напряжений Кэ и продолжительности эксплуатации, определяемой числом нагружений
...
При расчете по СНиПу основное внимание при переменных нагрузках уделяют расчету прочности основного металла в зоне сварных швов, считая, что прочность швов достаточно обеспечена расчетом на равнопрочность основному металлу при статическом нагружений
...
Изменение свойств металлов при понижении температуры Об изменении свойств металлов при понижении температуры обычно судят, ориентируясь на их свойства при комнатных температурах
...
Высокая, работоспособность многих деталей машин, сварных соединений и элементов сварных конструкций при пониженных температурах решающим образом зависит от их способности сопротивляться хрупким разрушениям
...
Следует, однако, отметить, что для многих материалов даже комнатные температуры могут быть областью их хрупкого поведения и лишь при повышенных температурах разрушения становятся вязкими
...
При этом испытании выявляется как абсолютный уровень ударной работы разрушения ан, который довольно сильно зависит от типа и остроты надреза, так и характер разрушения — вязкий или хрупкий
...
Однако присадочные материалы, технология выполнения сварных соединений, их конструктивное исполнение также в значительной мере определяют поведение сварных конструкций при низких температурах
...
Термический цикл сварки весьма существен для зон термического влияния, удовлетворительные свойства которых при неизменном составе основного металла могут быть получены только за счет рационального термического цикла
...
Пластические деформации металла и деформационное старение относятся к наиболее сильным отрицательным факторам, вызывающим хрупкость при понижении температуры в случае, если они происходят в неблагоприятно ориентированных концентраторах напряжений, расположенных в зоне нагрева от сварки
...
Это, например, непровары в перпендикулярно пересекающихся стыковых швах, непровары в корне многослойных швов, где концентрируются пластические деформации по мере укладки слоев, это стыки двух не сваренных между собой элементов, пересекаемые перпендикулярными швами, концы фланговых швов в зоне перехода стержневого элемента к косынке, места остановки процесса сварки, в которых возник непровар, плоскость которого перпендикулярна оси шва, места пересечения соединений с неполностью проваренными швами
...
К неблагоприятно ориентированным концентраторам относятся также линии перехода от шва к основному металлу и непровары в тех случаях, когда на некотором небольшом расстоянии от них параллельно укладываются короткие швы, поперечная местная усадка которых вызывает концентрацию пластических деформаций
...
Пластическая деформация в концентраторе, накопленная при температуре, когда металл находится в вязком состоянии, отрицательно сказывается затем в случае работы металла при низкой температуре
...
Нахлесточные соединения, когда швы работают как лобовые или фланговые, уже обладают значительной концентрацией напряжений, но благодаря высоким вязким свойствам металла шва и относительно небольшим размерам катетов обычно не являются причиной хрупких разрушений
...
Следует иметь в виду, что опасность разрушения при тех или иных формах соединений зависит от радиусов закругления и абсолютных размеров участвующих в сварном соединении элементов
...
элементов с косынками даже радиус закругления, формируемый концом флангового шва, может оказаться достаточным для начала хрупкого разрушения основного металла при низких температурах
...
Дефектами сварных соединений, способными вызвать разрушения при низких температурах, могут быть в первую очередь несплавления, трещины, плоские по форме шлаковые включения, острые подрезы, места пересечения швов с участками расслоения металла, мелкие невидимые трещины в угловых швах нахлесточных соединений, непроваренные места остановки процесса сварки, а также резкие вырезы с малыми
...
радиусами после термической резки, неплавные переходы корневых валиков к основному металлу в многослойных швах, глубокие неровности от чешуйчатости поверхности шва, сильные сужения швов из
...

Физико-химические процессы при пайке
Сварка, резка, пайка металлов
Сварка и резка металлов
Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций
Триботехника (износ и безызносность)
Справочник по сварке цветных металлов
Немецко-русский словарь по сварке

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций