Прочность соединений и допускаемые напряжения

Прочность сварного соединения зависит от следующих основных факторов: качества основного материала, определяемого его способностью к свариванию, совершенства технологического процесса сварки; конструкции соединения; способа сварки; характера действующих нагрузок (постоянные или переменные). Хорошо свариваются низко- и среднеуглеродистые стали. Высокоуглеродистыс стали, чугуны и сплавы цветных металлов свариваются хуже. Значительно снижают прочность такие пороки сварки, как непровары и подрезы (рис. 1), шлаковые и газовые включения, скопление металла в месте пересечения швов и т. п.

Рис.1

Эти дефекты являются основными причинами образования трещин как в процессе сварки, так и при эксплуатации изделий. Влияние технологических дефектов сварки значительно усиливается при действии переменных и ударных нагрузок.

Эффективными мерами повышения прочности сварных соединений являются: автоматическая сварка под флюсом и сварка в защитном газе; термообработка сваренной конструкции (отжиг); наклеп дробью и чеканка швов. Эти меры позволяют повысить прочность составных сваренных деталей при переменных нагрузках в 1,5...2 раза и даже доводить ее до прочности целых деталей.

Многообразие факторов, влияющих на прочность сварных соединений, а также приближенность и условность расчетных формул вызывают необходимость экспериментального определения допускаемых напряжений. Принятые нормы допускаемых напряжений для сварных соединений деталей из низко- и среднеуглеродистых сталей, а также низколегированных сталей (типа 14ГС, 15ГС, 15ХСНД, 09Г2, 19Г и пр.) при статических нагрузках см. в табл.1.

Таблица 1 Допускаемые напряжения в швах

Примечание. [σ]_р = σ _т / п — допускаемое напряжение на растяжение для материала соединяемых деталей при статических нагрузках. Для металлических конструкций запас прочности п = 1,4.-1.6.

Для переменных нагрузок допускаемые напряжения, взятые из табл. 1, понижают умножением на коэффициент γ<1, а расчет выполняют по максимальному (по абсолютной величине) напряжению цикла (σ_max или τ_max) так, как если бы это напряжение было статическим.

При переменных нагрузках рекомендуют рассчитывать прочность не только сварного шва, но и самих деталей в зоне этого шва. Допускаемое напряжение для деталей в зоне шва также умножают на коэффициент γ. Для углеродистых сталей γвычисляют по формуле

γ= l/[(0,6К_эф±0,2)- (0,6 К_эф -+0,2)R] ≤ 1 (1)

где R = σ_min / σ_max или τ_min / τ_max— коэффициент асимметрии цикла напряжений; К_эф — эффективный коэффициент концентрации напряжений, который относится и к σ, и к τ (см. табл. 2 и 3); верхние знаки— при растягивающем наибольшем по абсолютной величине напряжении и при касательных напряжениях, а нижние — при сжимающем. В переходной зоне (R = —1 или близко к этому) расчет ведутпо более опасному напряжению.

Если при вычислении γ по формуле (1) получают γ > 1, то в расчет принимают γ = 1. Это обычно получается при большой асимметрии цикла (R >0) и указывает на то, что для данного цикла решающее значение имеет не сопротивление усталости, а статическая прочность.

Таблица 2

Таблица 3

Дата добавления: 2015-08-09