Проектирование динамически нагруженных сварных конструкций
Версия для печатиГлавные принципы проектирования конструкций
1. Проектирование соединений при минимальной концентрации напряжений, выполненных дуговой и контактной сваркой, а также угловых швов с формой очертаний, обеспечивающих наиболее равномерное распределение в них напряжений. Плавные переходы от наплавленного металла к основному получаются и при обработке швов аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом. После такой обработки в стыковых соединениях из стали СтЗ предел усталости σ-1 повышается с 80 до 120 МПа. Эффект повышения усталости соединений из низкоуглеродистых и низколегированных сталей достигается также механической зачисткой швов.
2. Учет термообработки сталей, в результате которой основной металл при переменных нагрузках приобретает пониженную прочность в зоне отпуска. Аналогичное понижение предела выносливости в зоне отпуска наблюдается в сварных соединениях термически обработанных цветных сплавов (алюминиевые, магниевые и др.). Разрушение происходит на небольшом расстоянии Δ от границы шва (см. рисунок снизу), где предел выносливости ниже, чем в основном металле, не подвергавшемся отпуску. Повышается прочность сварных соединений легированных сталей при переменных нагрузках последующей термической обработкой изделий.
а) основной металл термически не обработан, качество сварки высокое, швы обработаны - разрушение в целом металле либо в зоне термического влияния;
б) швы не обработаны - разрушение в зоне термического влияния;
в) основной металл термически обработан. Возможны разрушения в мягкой прослойке.
3. Повышение усталостной прочности механической обработкой деталей, обеспечивающей плавное сопряжение наплавленного и основного металла (рисунок ниже). Эффективность такого приема можно видеть на примере приварки планок к листовым элементам, изображенным на а...в. Для сравнения на рисунках указаны пределы выносливости. При отсутствии выкружки (г) предел выносливости существенно снижается (по сравнению с а... в).
Остаточные напряжения могут, как понижать несущую способность конструкции, так и повышать ее, но чаще всего они не оказывают на нее влияния.
Отпуск при температуре 650°С, устраняющий остаточные напряжения, вызванные сваркой, как правило, не повышают усталостную прочность низколегированных сталей. Это объясняется тем, что отпуск не только устраняет остаточные напряжения, но и изменяет до некоторой степени механические свойства металла - снижает предел текучести.