Одним из методов оценки чувствительности сварных соединений к дефектам при статических нагрузках можно рекомендовать испытание на статическое растяжение сварных стыковых соединений без усиления шва с непроваром корня, получаемого при сварке без зазора между стыкуемыми кромками. Если прочность соединения при указанном испытании с увеличением глубины непро-
вара изменяется пропорционально уменьшению рабочего сечения стыкового соединения ( 2, прямая —2), то металл шва нечув
Дефекты сварки и прочность
ствителен к дефектам при статических нагрузках. В этом случае дефект следует рассматривать только как фактор, уменьшающий рабочее сечение детали на величину, пропорциональную соответствующей глубине непровара.
Глубина непровара
Где tm — длина участка шва; t — шаг прерывистого шва. Формулы (3) и (5) справедливы для элементов большой жесткости, но ими можно пользоваться в случае приближенных расчетов и для конструктивных элементов ограниченной жесткости. При необходимости усадочную силу для сталей можно подсчитывать пр формуле, учитывающей жесткость свариваемого балочного элементе:
Изменение размеров и форм конструкций
J — момент инерции площади поперечного сечения свариваемой балки; F — площадь поперечного сечения балки; е — эксцентриситет приложения усадочной силы по отношению к центру тяжести поперечного сечения; ат — предел текучести металла. Распределение остаточных пластических деформаций укорочения в аустенитных сталях и титановых сплавах имеет тот же характер, какой показан на 1.
Высокие эксплуатационные характеристики сварных изделий — результат рациональных конструктивных решений и совершенства технологического процесса сборки и сварки. Потребности в создании ранее неизвестных сочетаний деталей, их свойств и служебных назначений рождают новые технологические приемы сварки, последние в свою очередь открывают для конструкторов новые возможности. В результате многолетних усилий проектировщиков и исследователей установлены рациональные формы сварных соединений, обоснованы методы их расчета на прочность. Итогом этой огромной работы являются многочисленные публикации в нашей и зарубежной литературе.
В случаях опасности образования холодных трещин или коррозионного растрескивания основным в конструктивных и технологических решениях является возможность осуществления такой последовательности сборочно-сварочных операций и использование таких методов сварки, которые обеспечивают минимальный уровень остаточных напряжений. При необходимости надо предусмотреть мероприятия по устранению остаточных напряжений.
Выбором способов и режимов сварки можно оказать некоторое положительное влияние на сопротивляемость хрупким разрушениям.
Стыковые швы должны иметь полное и гарантированное проплав-ление. При сварке сосудов этого достигают подваркой корня шва изнутри ( 7, а); если доступ к внутренней стороне шва отсутствует (в кольцевых стыках трубопроводов), то применяют сварку на подкладных кольцах ( 7, б, в), а для наиболее ответственных стыков из теплоустойчивых и жаропрочных сталей — сварку корневого слоя в защитных газах, гарантирующую полное проплавле-ние с внутренней стороны трубы ( 7, г).
Конструктивное оформление и технологичность
12 показывает, что влияние толщины в стыковых соединениях
Смещение кромок в стыковых соединениях
сплава АМгб в диапазоне толщин 4—10 мм начинает проявляться при смещении кромок более 30%.
При вибрационных нагрузках смещение кромок стыкового шва оказывает существенное влияние на прочность соединений, причем степень снижения зависит в основном от технологии сварки и величины смещения кромок. Степень снижения выносливости
Кратковременность процесса при высоких плотностях тока обеспечивает минимальную зону термического влияния. Свинцовое или цинковое покрытие металла практически не нарушается. Парони-товое кольцо 5 предупреждает возможное шунтирование и обеспечивает необходимую плотность прилегания фланца к баку.
Наливная труба в сварном исполнении ( 8, ё) отличается устранением дополнительной детали горловины 2 ( 8, в) и изготовлением наливной трубы из одной заготовки. Шовная сварка с раздавливанием кромок позволяет резко увеличить скорости сварки до 10 ммин вместо обычных, 2 ммин, так как сварное соединение образуется без получения литого ядра за счет совместного пластического деформирования [16]. При этом повышаются требования к точности величины нахлеста в пределах (1—1,5)6 (б — толщина металла).
Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Выше уровня предельных статических напряжений низкоуглеродистой стали лежит область рационального использования низколегированных сталей (обозначенная цифрой 5 на 3), а выше предельных статических напряжений низколегированных сталей — область целесообразного применения высокопрочных сталей.
Если в сварных элементах имеются только стыковые соединения, то согласно диаграмме, приведенной на 3, высокопрочные стали целесообразно применять при R > 0,5. У нахлесточных соединений диаграммы предельных напряжений уже, чем у стыковых. Поэтому такие соединения могут дополнительно сблизить границы рационального использования сталей различной прочности, если не принять специальных мер, обеспечивающих повышение выносливости сварных соединений.
При сварке плакирующего материала из никелевых сплавов (например, монель-металл) применяют монель-электроды с содержанием 0,5% С. Важнейшим моментом при сварке такой плакировки является недопустимость перемешивания с железом. Максимально допустимое содержание железа не должно превышать 8— 10%, что можно обеспечить лишь при многослойной сварке. Сварку ведут электродами малого диаметра с поперечными колебаниями для получения тонких «ленточных» валиков. Чтобы обеспечить
Особенности технологии сварки и конструктивное оформление
минимальное перемешивание с железной основой листа, применяют малые силы тока.
Д. При проведении расчетов прочности все шире становится использование ЭЦВМ для производства не только сложных математических операций. ЭЦВМ начинают использовать при разработке проектов сварных конструкций. Однако было бы ошибочным недооценивать большое значение творческой инженерной инициативы, высокой квалификации проектанта, обладающего талантливой интуицией в отыскании как рациональных конструктивных форм, так и рационализированных схем расчета конструкций.
3. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ
|