Сварные соединения — Влияние основных нагрузках

Если электродуговая сварка выполнена плохо, шов может иметь различные пороки, из которых основными являются (рис. 9.1) включения шлаков и окислов, располагающиеся точками, цепочкой или полосками /, подрез II и непровар III у основания шва. Эти пороки снижают прочность сварного соединения, особенно при переменных нагрузках, когда их влияние как концентраторов напряжений особенно велико. [c.100]

Результаты исследований показали, что длительное влияние статических напряжений и среды не вызывает существенных изменений механических свойств и коррозионного растрескивания. В то же время циклическими испытаниями установлено, что у образцов сварных соединений значение условного предела выносливости значительно меньше, а интенсивность снижения коррозионноусталостной прочности больше, чем у основного металла. Металлографические исследования свидетельствовали о том, что разрыхления и трещины возникают главным образом по границам зон термического влияния. Это обусловлено тем, что циклическая нагрузка интенсифицирует коррозию под напряжением по сравнению со статической, в большей степени приводя к неоднородности физикомеханических и электрохимических свойств в металле сварного соединения. Трещины распространяются преимущественно внутрикристаллитно, что говорит [c.236]

Сварные соединения представляют собой сложную физико-химическую, механическую и электрохимическую макро- и микрогетерогенную систему со следующими характерными видами неоднородности структурно-химическая макро- и микронеоднородность зон (основной металл, литой металл шва, зона термического влияния) неоднородность напряженного состояния - собственные (остаточные сварочные напряжения и пластические деформации) и от внешней нагрузки геометрическая неоднородность, обусловленная наличием технологических концентраторов напряжений (граница шва и основного металла, дефекты формы шва - подрезы, непровары и др.) и конструктивных концентраторов напряжений, определяемых геометрическими параметрами шва. [c.8]

В связи с этим суммарные напряжения от циклической нагрузки и остаточные напряжения в этой области сварного соединения меньше, чем напряжения, действующие в материале при отсутствии сварочных напряжений для той же нагрузки. В результате этого средняя скорость развития усталостных трещин в образце с острым надрезом, изготовленным на расстоянии 80 мм от оси симметрии металла сварного шва, оказывается меньше, чем основном металле. Это обеспечивает также увеличение продолжительности распространения трещины в данном месте по сравнению с длительностью роста трещины в металле зоны термического влияния и в несварном образце. [c.206]

Разрушение конструкций чаще всего начинается от дефектов, возникающих в сварном соединении или основном металле. Влияние дефектов на свойства сварных соединений определяется величиной и формой дефектов, частотой их повторения, материалом конструкций, условиями эксплуатации и характером нагрузки. Опасность дефектов наряду с влиянием их собственных характеристик зависит от множества конструктивных и эксплуатационных факторов. Так, влияние дефектов, представляющих собой концентраторы напряжений, во многом будет зависеть от распределения остаточных и рабочих напряжений, возникающих в процессе эксплуатации. [c.240]

Однако наружные дефекты также оказывают серьезное влияние на работоспособность сварных конструкций. Опасным наружным дефектом является подрез. Он не допускается в конструкциях, работающих на выносливость. Подрезы небольшой протяженности, ослабляющие сечение не более чем на 5 % в конструкциях, работающих под действием статических нагрузок, на прочность конструкций не оказывают заметного влияния. Однако суммарное влияние подреза и увеличения растягивающих остаточных напряжений может привести к снижению предела выносливости вдвое. Усиление шва не снижает статическую прочность, но сильно влияет на вибрационную прочность сварного соединения. Чем больше усиление шва, а следовательно, меньше угол перехода от основного металла к наплавленному, тем сильнее снижается предел выносливости. Поэтому чрезмерное усиление сварного шва может привести к ликвидации тех преимуществ, которые получены от оптимизации технологического процесса по улучшению качества наплавляемого металла в сварных соединениях, работающих ири динамических, вибрационных нагрузках. Наплывы также снижают выносливость конструкций, являясь концентраторами напряжений. Наплавы большой протяженности нередко сопровождаются непроварами. [c.242]

Методы механических испытаний сварных соединений включают определение характеристик металла при статической ударной и вибрационной нагрузках. При этом определяемые характеристики могут относиться к металлу шва, зоны термического влияния сварки, к металлу околошовного участка этой зоны, к сварному соединению в целом и для сравнения к основному металлу. [c.99]

Сплавы титана чувствительны к концентрации напряжений, что весьма сильно проявляется при циклических нагрузках. Характерная для сварных соединений неоднородность структуры и возможный рост зерен в шве и в области термического влияния сварки вызывают снижение предела усталости сварного соединения по сравнению с пределом усталости основного металла. [c.82]

Прочность сварных соединений при ударной нагрузке не ниже прочности основного металла. Разрушение сварных соединений при равномерном растяжении происходит вне зоны влияния швов по основному металлу и сопровождается значительными пластическими деформациями. [c.75]

Испытания на разрыв статической нагрузкой и ударом сварных соединений из малоуглеродистой стали, проведенные в температурном интервале от +20° до —60° С показали, что наблюдаемые в обычных типовых соединен иях различия формы не имеют существенного значения и прочность их всех является одинаковой [14 ]. При этом разрушение как при статической нагрузке, так и при ударе, производимом свободно падающим грузом, происходит в сечении по основному металлу, расположенному вдали от сварного шва и сопровождается значительными пластическими деформациями. В таких условиях первоначальная концентрация напряжений не может оказывать влияния на прочность, так как при пластическом деформировании происходит выравнивание напряжений и концентрация напряжений значительно снижается или даже полностью пропадает. [c.24]

Прочность сварных стыковых соединений зависит главным образом от формы перехода шва к основному металлу. На форму перехода оказывают влияние конструктивные и технологические факторы, из которых наиболее существенными являются форма подготовки кромок, чистота поверхности металла в районе формирования шва и режим сварки. Изменяя эти факторы, можно обеспечить получение стыковых соединений с формой поверхности, при которой достигаются условия равнопрочности сварного соединения с основным металлом при вибрационной нагрузке. [c.26]

При оценке влияния усиления шва в стыковых соединениях при статических нагрузках было показано, что усиление шва в сварных соединениях, чувствительных к концентрации напряжений, при некоторой определенной величине непровара повышает прочность соединения до прочности основного металла. [c.59]

Основным фактором, который оказывает весьма большое влияние на величину динамической прочности сварных соединений, является концентрация напряжений на границе переходной зоны и литого металла шва в результате резкого изменения формы передающих нагрузки сечений. [c.202]

В лобовых швах низкоуглеродистых, низколегированных и аустенитных сталей, а также пластичных алюминиевых сплавов при нормальной температуре, концентратор обычно не оказывает заметного влияния на прочность. В тавровых сварных соединениях концентратор ориентирован неблагоприятно относительно силового потока, что может заметно отразиться на деформационной способности при пониженных температурах. Фланговые швы при нагружении деформируются по длине неравномерно. Концентрация сдвиговых деформаций у концов шва вызывает срез участка шва еще до появления полного разрушения. При пониженных температурах, когда проявляется хрупкость металла, это приводит к распространению разрушения по основному металлу. Неравномерность распределения усилий по длине шва особенно заметна в многоточечных сварных соединениях. При числе точек в продольном ряду более пяти предельная нагрузка не возрастает, так как разрушение точек идет последовательно, начиная с крайних (рис. 9-П). [c.211]

Образование хрупких разрушений. Эксплуатация сварных конструкций показывает, что иногда в них образуются трещины. Нередки случаи, когда трещины, обнаруженные в эксплуатации, представляют собой кристаллизационные трещины, возникшие в швах при их наложении и раскрывшиеся спустя длительный промежуток времени в результате растягивающих напряжений и низкой температуры. В сварных конструкциях, работающих при переменных нагрузках, усталостные трещины образуются в сварных швах, в околошовных зонах, в основном металле, в местах концентрации напряжений (в зависимости от формы и конструкций соединений, рода материала, термической об работки и т. д.). Трещины в сварных конструкциях образуются также и при отсутствии первичных разрушений и переменных напряжений. Подобного рода трещины называют хрупкими. Иногда образование хрупких трещин в сварных конструкциях объясняется влиянием собственных остаточных напряжений, вызванных сваркой. В гл. VII было показано, что величины остаточных напряжений в сварных соединениях из углеродистых и других сталей почти всегда достигают предела текучести металла, а в некоторых случаях превышают его. [c.213]

При переменных нагрузках смещение кромок стыкового шва оказывает существенное влияние на предел выносливости сварного соединения. Степень снижения предела выносливости в основном зависит от величины смещения кромок и технологии сварки. [c.70]

Влияние изгибающего момента можно также ослабить, используя массивные волноводы с увеличенной изгибной жесткостью. Продольно-поперечная система [7], показанная на рис. 22, а, намного сложнее продольной. Из распределения колебательных смещений, показанного на рис. 22, а, видно, что в месте присоединения продольно-колеблющегося волновода к стержню происходит трансформация продольных колебаний в изгибные колебания этого стержня (направление колебаний показано стрелками). Изгибные колебания стержня можно возбуждать и с помощью пары сил. В этом случае возбуждающие устройства присоединяются к стержню не в пучности изгибных смещений, как на рис. 22, а, а в пучности деформаций (узле смещений). Существует много видов продольно-поперечной системы, в которых преследуется цель ввести возможно большее количество упругой энергии в изгибно-колеблющийся стержень, чтобы увеличить толщину свариваемых деталей. Одна из таких систем показана на рис. 22, б, (преобразователи работают в противофазе). Основным преимуществом продольно-поперечной системы является осевое приложение силы N. В отличие от продольной системы, предельная величина N может быть значительной и определяется критической для изгибной устойчивости стержня нагрузкой [12]. Правда, величина N ограничивается другими обстоятельствами. Преимущество продольно-поперечной системы заключается в возможности сварки больших толщин, а также в том, что такая система ослабляет непосредственное влияние нагрузки (сварное соединение) на электромеханический преобразователь. Основное назначение продольно-поперечной системы — сварка деталей или конструкций как отдельными точками, так и многоточечными швами без перекрытия точек и с их перекрытием. [c.97]

Наиболее критичным местом в сварном соединении является зона термического влияния, ширина которой составляет 5...6 мм при ручной сварке, в ней еще различают шесть дополнительных участков. На стыке между основным металлом и швом находится тонкий переходной участок, относящийся к зоне термического влияния, — участок неполного расплавления. Роль этого участка очень важна здесь происходит сплавление — образование металлической связи между металлом шва и свариваемой деталью. Если между зернами имеется пленка окислов или осажденных газов, то в этом месте не произойдет прочной металлической связи и будут возникать трещины в зоне сплавления. Сразу за этим участком находится еще более критичное место — участок перегрева. Для него характерен значительный рост размеров зерна. Перегрев снижает механические свойства стали, в основном пластичность и стойкость к ударным нагрузкам. Эти свойства тем хуже, чем больше размер перегретых зерен и шире участок перегрева. Перегретый металл является самым слабым местом в сварном соединении, поэтому здесь он чаще всего и разрушается. [c.145]

Проблема влияния дефектов на прочность сварных соединений крайне сложна и многопланова. Решить ее можно, учитывая условия эксплуатации, характер дефекта и свойства металла сварного соединения. Поэтому исследования в области влияния дефектов на прочность группируются вокруг отдельных вопросов. Например, в особые направления выделяются вопросы влияния дефектов при переменных нагрузках, в условиях коррозии, при низких температурах и т. д. в зависимости от вида дефекта рассматривается влияние трещин, непроваров, пор, смещений, мест перехода от наплавленного металла к основному и т. п. проводят исследования различных материалов высокопрочных сталей, алюминиевых и титановых сплавов и т. д. В связи с таким многообразием проблем в настоящем параграфе рассматриваются только наиболее принципиальные вопросы чувствительности металла к концентрации напряжений, а именно при наличии трещин как наиболее опасных дефектов при статических нагрузках. [c.127]

В сварных конструкциях предел выносливости зависит от материала, технологического процесса сварки, формы конструкции, а также от рода усилия и характеристики цикла нагружения. Влияние технологического процесса сварки на прочность при переменных нагрузках обычно изучают на образцах стандартного типа, имеющих стыковые швы. В образцах со снятым усилением концентрация напряжений практически отсутствует. Как показали результаты многочисленных опытов, в таких обработанных сварных образцах из низкоуглеродистых и ряда низколегированных конструкционных сталей отношение 011/0-1 0,9, где 0 1 — предел выносливости образца из основного металла при симметричном цикле 0 — предел выносливости стыкового сварного соединения. Значения предела выносливости при автоматической сварке более стабильны, чем при ручной. Это объясняется лучшим качеством сварных швов. [c.138]

Как и в случае соединений других типов, испытания тавровых соединений показали, что геометрическая форма соединения оказывает существенное влияние на прочность при переменных напряжениях. Наиболее высокое значение предела выносливости соединений со стыковыми швами при растяжении было получено при сравнительно малых размерах наружной части сварного шва. В тех случаях, когда наружный валик стыкового шва доводился по форме и размерам до очертаний углового шва, предел выносливости соединения понижался, но все же оказывался значительно выше предела выносливости таврового соединения с угловыми швами. Большинство тавровых соединений со стыковыми швами разрушалось по основному материалу у кромки шва. Однако иногда встречались случаи разрушения по шву, приблизительно при том же значении нагрузки, при котором можно было ожидать разрушения цо основному материалу. В соединениях с угловыми швами разрушение обычно начиналось в какой-либо произвольной точке по длине сварного шва и затем распространялось вдоль узкого сечения шва. [c.216]

И значения приложенных растягивающих напряжений а. С увеличением нагрузки относительное влияние концентратора на время до растрескивания сварных соединений сказывается в меньшей степени по сравнению с основным металлом в связи со значительным влиянием структурного фактора, связанного в рассматриваемом случае с выпадением анодной Р-фазы по линии сплавления сварного соединения. Аналогичное влияние оказывает характер напряжения на долговечность других материалов в средах, вызывающих коррозионное растрескивание. В средах, вызывающих явление деконцентрации, влияние концентраторов проявляется только при большом уровне напряжений. [c.526]

Импульсно-магнитная сварка. Этот вид сварки прогрессирует с 1955 г. Сварочный процесс протекает в короткое время— 0,01 с. Зона термического влияния в стыковом соединении достш-аег 0,01 мм. Сварка выполняется давлением на специальных мащинах. После начала сварки давление верхнего электрода усиливается импульсным магнитным полем. Благодаря этому подача верхнего электрода в период осадки свариваемых металлов ускоряется настолько, что приобретает ударный характер. Прочность сварных соединений при любом виде нагрузки равна прочности основного металла. [c.199]

Как следует из приведенных данных, в процессе эксплуатации в результате действия нагрузок происходило увеличение разности потенциалов между швом и основным металлом, что согласовывалось с лабораторными результатами исследований. Однако у сварных соединений, выполненных электродами марки УОНИ-13/55, происходило разблагороживание шва, которое сопровождалось усилением его растворения. У сварных соединений, выполненных электродами марки МР-3, небольшое увеличение разности потенциалов вызывало некоторое увеличение общей потери массы, распределенной, однако, на большую площадь основного металла. В таких условиях шов этого сварного соединения был защищен. Такое изменение поведения во времени сварных соединений, выполненных электродами с рутиловым покрытием, может быть объяснено положительным влиянием рутила на структуру металла шва в связи с переходом ее в более равновесное состояние. При этом эксплуатационные нагрузки не вызывали упрочнения металла, не имеющего в твердом растворе кремния. У сварных соединений, выполненных электродами марки УОНИ-13/55, наоборот, происходило преимущественное локальное упрочнение металла шва и разблагороживание потенциала. У всех сварных соединений после термообработки гетерогенность практически выравнивалась и мало изменялась во времени. [c.243]

Это прежде всего важно для объяснения причин разрушений сварных соединений. Структуры сварного соединения отрал ают характер протекающих при сварке металлургических и тепловых процессов. Поэтому по структуре можно сделать выводы о влиянии этих процессов на работоспособность сварных соединений при эксплуатационных нагрузках. Эти данные могут быть использованы для предупреждения разрушений и для совершенствования существующей технологии. Металловед должен располагать сведениями об образовании той или иной структуры, полученными на основании подробных исследований в широком диапазоне условий и режимов сварки. Это дает ему возможность правильно оценить исследуемую структуру и сделать выводы о ее свойствах, условиях образования и поведении при заданных нагрузках. Металловед должен быть подробнейшим образом ознакомлен с целью проводимого исследования и со всеми деталями, касающимися исследуемых материалов, в частности с основным и присадочным металлом, способом сварки, термообработкой и т. д. При работе над решением проблемы вместе с ииженером-сварщиком оп может использовать все возможности металлографии, свои собственные знания и опыт с наибольшим успехом. [c.9]

Для оценки сопротивляемости сварных соединений разрушению в агрессивных средах в условиях напряженного состояния разработан ряд методик. Напряжения в образце могут быть вызваны собственным полем остаточных напряжений за счет сварки, путем приложения внешней нагрузки или суммарным действием обоих факторов. Напряженное состояние в образцах может быть одноосным или двухосным. Испытания при одноосном нагружении внешней нагрузкой следует рассматривать как сравнительные, поскольку они не полностью воспроизводят напряженное состояние конструкций типа оболочек. Тем не менее они могут быть успешно использованы для сравнительной оценки стойкости против коррозионного растрескивания основного металла, а также влияния различных факторов неоднородности сварных соединений. Одноосные напряжения могут быть созданы постоянной нагрузкой. Статические растягивающие одноосные напряжения в образцах с заданной начальной деформацией могут быть созданы изгибом или растяжением. Для сварных соединений широко используют образцы в виде скоб (рис. 101). Различные начальные напряжения в них можно создавать, изменяя с помощью винта величину стрелы прогиба. Для выявления стойкости определенной зоны сварного соединения целесообразно использовать одноопорную схему, так как в зоне приложения нагрузки создаются максимальные напряжения. При двухопорной схеме более равномерное распределение напряжений позволяет сразу выявить слабую зону. Подготовленные таким образом образцы помещают в агрессивную среду и, если через заданное время образец не разрушился, его испытывают на растяжение. Считается, что сварное соединение может работать в условиях напрялсенного состояния, если изменение свойств не превышает 5... 10 %. [c.174]

В конце сварки при внезапном обрыве дуги образуется углубление, называемое кратером. Размеры кратера зависят от силы сварочного тока. Если сварку ведут без выводных планок, кратер следует тщательно заваривать и обрывать дугу на уже заваренном участке шва. Незаделанпые кратеры оказывают неблагоприятное влияние на прочность сварного соединения,так как являются концентраторами напряжений. Не следует выводить кратер на основной металл, так как это приводит к образованию подрезов. При наличии в металле шва кратера в случае приложения вибрационной нагрузки снижение прочности сварных соединений из малоуглеродистой стали достигает 25%, а из низколегированной — 50 %. [c.231]

Наличие несплошностей, а также конструктивных концентраторов напряжений, связанных с резкими переходами от основного металла к металлу шва или от одного элемента к другому, может способствовать снижению надежности сварного соединения. Их отрицательное влияние иногда цроявляется даже в случае статического приложения нагрузок при неблагоприятном сочетании с собственными напряжениями при действии низких температур или агрессивных сред. Наиболее сильное влияние наличия несплошностей имеет место при работе конструкции под усталостной нагрузкой. В этом случае даже небольшой дефект или концентратор может стать источником зарождения трещины. [c.8]

К отдельному виду нагружения относят длительно действующие нагрузки в условиях высоких температур. Основным здесь является Шбор металла, обладающего длительной жаропрочностью, и способа сварки, обеспечивающего получение сварных соединений, не уступающих по свойствам основному металлу [92]. Длительное воздействие 1вмпературы или ее изменение во времени по определенному закону, В том числе и без нагрузок, в ряде случаев может вызвать существенные изменения прочности и пластичности под влиянием изменения струк-typHoro состояния. [c.17]

Подход с использованием решений, известных в теории упругости, получил значительное развитие в работах Д.И.Навроцкого [203]. Сварное соединение расчленялось на несколько простейших геометрических фигур, к каждой из которых по границам расчленения прикладывались нагрузки. Используя известные из теории упругости решения для этих фигур и удовлетворяя условию равенства напряжений по плоскостям расчленения, можно определить напряжения. В книге [203] использовался упрощенный подход. Например, для случаев стыкового и нахлесточного соединений (рис.5.2.6,б,в) к полосе прикладывались некоторые касательные силы Т. Решающим для правильного определения коэффициента концентрации напряжений являлось корректное задание эпюры касательных сил и в особенности у ее концов, что должно отражать влияние радиуса за1фугления р в местах перехода шва к основному металлу. Для точного решения задачи характер эпюры должен выявляться по ходу решения при удовлетворении совместности деформаций по границам расчленения. Закон изменения принимался как известный. Так, например, в [203, с. 149] он принят в шде кубичной параболы, что предопределяет неточности такого подхода. В этом случае с его помощью можно провести лишь сравнительные исследования тю влиянию отдельных факторов на а . Естественно, что и влияние радиуса р в этом случае также устанавливается приблизительно. [c.91]

Характер влияния ОСН на скорость роста усталостной трещины определяется главным образом размахом напряжений от внешней нагрузки До и коэффициентом асимметрии цикла R, которые обусловливают степень релаксации ОСН, причем в наибольшей мере влияние ОСН проявляется при небольших значениях размаха коэффициета интенсивности напряжений АЩ [316, 256]. Результаты работ по нормированию пределов вьшосливости сварных соединений и узлов с этих позиций представлены на рис.9.5.4. Можно видеть, что в наибольшей степени влияние ОСН проявляется при симметричном цикле напряжения. С ростом асимметрии цикла влияние ОСН понижается. Для сварных соединений с ОСН, не превьппающими половины предела текучести основного металла, разбитых на девять классов от AD до A8 [c.344]

Влияние низких температур на основной металл. При понижении температуры ниже известного предела обычные углеродистые стали и наплавленный из них металл становятся хрупкими и их ударная вязкость резко понижается, хотя предел прочности стали при этом даже несколько возрастает. Если при температуре +20° ударная вязкость малоуглеродистой стали Ст. 3 равна около Ъ кгс-м1см , то при температуре—40° она составит всего только 0,5—1 кгс>м см . Поэтому сварные соединения из стали при температуре ниже—40 могут давать трещины при ударных нагрузках или в местах концентрации напряжений. Отжиг после сварки устраняет внутренние напряжения и поэтому повышает надежность эксплуатации конструкции в условиях пониженной температуры. [c.134]

При любой из этих величин (39 50,7 45,6 тс) образец должен был разрушиться по основному металлу соединяемых листов, предельная нагрузка которых равна 31—32 тс, однако этого не произошло. Образец разрушился от последовательного среза электрозаклепок, начиная с крайних, показав предельную нагрузку Рд = 25,2 тс. Аналогичное явление было и с образцами, имеющими пять, шесть и семь электрозаклепок. Увеличение количества электрозаклепок сверх пяти не дает повышения предела прочности соединений. Этот результат однозначно отвечает на вопрос многих исследователей о влиянии неравномерности распределения срезывающих усилий в сварных точечных соединениях на предельную прочность этих соединений. Следовательно, общепринятый метод расчета таких соединений, исходящий из равномерного распределения усилий среза между сварными точками, является не совсем верным. На фиг. 58 показано изменение прочности свар- [c.90]

При расчете точечных соединений под статической нагрузкой допускаемые напряжения [а ] в металле около точки могут приниматься равными допускаемому напряжению в основном металле [а]р при условии, если термический эффект сварки не вызывает его разупрочнения. В противном случае допускаемое напряжение в основном металле должно быть установлено с учетом раз-упрочняющего влияния сварки при необходимости должны быть проведены специальные испытания. Допускаемые напряжения в сварной точке (при условном расчете на срез) могут быть приняты равными 0,6 от нормального допускаемого напряжения в основном металле соединения, с учетом термического эффекта сварки. Допускаемые напряжения в точечных соединениях при их работе под переменными нагрузками должны быть установлены только для основного металла соединения, так как эксперименты показывают, что при правильных значениях геометрических размеров точек в функции от толщины деталей разрушения происходят всегда в надточечных зонах основного металла. При переменных нагрузках допускаемое напряжение в зоне соединения [c.464]

Аналогичные данные о преобладающей роли формы сварного стыкового шва при оценке влияния пористости на прочность сварных соедипспий прь псроленных нагрузках получали при испытании плоских стыковых образцов с порами в середине шва и без пор из низкоуглеродистой стали (см. рис. 38). Разрушение соединений во всех случаях происходило по границе перехода от усиления шва к основному металлу. [c.63]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...