список ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алюминиевые сплавы. Коррозионно-стойкие сплавы. Под ред. И. Н. Фридлян-дера. М., Металлургия 1Э75. Вып. 7, 206 с.

2. Алюминиевые сплавы. Свариваемые сплавы. Под ред. И. Н. Фридляндера. М., Металлургия, 1969. Вып. 6, 180 с.

3. Бельчук Г. А., Шаханова Л. Б. О влиянии сварочных пластических деформаций на механические свойства металла околошовной зоны сварных соединений из судостроительных сталей. Труды Ленинградского кораблестроительного института. 1974. Вып. 92, с. 93 - 98.

4. Билль В. И. Сварка металлов треннем. Л., Машиностроение, 1970. 176 с.

5. Влияние редкоземельных металлов на свойства сварного шва термоупрочненной хладостойкой стали/В. И. Печенников и др. Сварочное производство, 1975, № 8, с. 8-9i

6. Газоэлектрическая сварка алюминиевых сплавов/С. Н. Киселев и др. М., Машиностроение, 1972. 176 с.

7. Глазунов С. Г., Моисеев В. Н, Конструкционные титановые сплавы. М., Металлургия, 1974. 368 с.

8. К вопросу о влиянии подварок на свойства сварных соединений сплава АМгб/ В. Н. Крюковский и др. - Сварочное производство, 1973, № 3, с. 39-41.

Э. Лашко Н. Ф., Лашко-Авакян С. В. Свариваемые легкие сплавы. Л., Судпромгиз, 1960. 440 с. . уд Р ,

10. Макаров И. И. Влияние пористости на прочность сварных стыковых соединений,- Сварочное производство 1972, № 6, с. 27-29.

11. Макаров И. И. Критерии оценки технологических дефектов в сварных конструкциях. - Сварочное производство, 1975, № 12, с. 9-11.

12. Макаров В. И., Скачков Ю. Н. Сварка магниевых сплавов. М., Машиностроение, 1972. 120 с. , F .

13. Николаев Г. А., Ольшанский Н. А. Специальные методы сварки, М., Машиностроение, 1975. 232 с.

14. Повышение механических свойств сварных соединений листов сплава АМц/ В. И. Столбов и др. - Автоматическая сварка, 1974, Кз 9, с. 60-63.

15. Прочность и пластичность сварных соединений высокопрочной стали /В. Ф. Лукьянов и др. - Сварочное производство, 1972, № 4, с. 33-35.

16. Прочность сварных соединений элементов строительных конструкций. Под ред. А. Я- Бродского (Труды ЦНИИ строительных конструкций им. Кучеренко. Вып. 40). М., 1975. 143 с.

17. Сварка высокопрочных титановых сплавов/С. М. Гуревич и др. М., Машиностроение. 1975. 150 с.

18. Сравнительная оценка механических свойств и структуры соединений хромо-молибденовой стали, выполненных различными способами сварки/Н. А. Ольшанский и др. - Автоматическая сварка, 1976, № 1, с. 42 - 45.

19. Стебловский Б. Д., Лобанов Л. М. Влияние формы шва на прочность сварных соединений сплава АМгб. - Автоматическая сварка, 1974, № 7, с. 10-12.

20. Строительные нормы и правила. СНИП 11-В. 3 - 72 М., Стройиздат, 1974. 70 с.

21. Технология и оборудование контактной сварки. Под ред. Б. Д. Орлова, М., Машиностроение, 1975. 536 с.

22. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением/Под ред. Б. Е. Патона. М., Машиностроение, 1974. 768 с.

23. Справочник термиста/Под. ред. С. А. Филинова, И. В. Фиргера. Л. Машиностро-ение, 1975. 256 с.

Глава 4

ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАГРУЗКАХ

ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ МАЛОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕН ИИ

Сопротивление элементов сварных конструкций циклическому нагружению определяется рядом конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов [17]. К числу этих факторов следует отнести неоднородность механических свойств в зоне сварного шва, высокие остаточные напряжения и деформации после сварки, концентрацию напряжений и деформаций у швов, дефектность швов и околошовных зон, объемность напряженного состояния, существенное изменение геометрии поверхности. Проявление указанных факторов при циклическом нагружении зависит от конструктивных форм свариваемых элементов, технологии сварки (метода, последовательности и режимов сварки, применяемых электродов, местной и общей термической обработки), режимов нагружения (уровней номинальных и местных напряжений и деформаций, температуры, частоты, асимметрии цикла, среды), размеров, формы и мест залегания дефектов (непроваров, горячих и холодных трещин, пор, шлаковых включений), состояния поверхности швов и околошовных зон. в связи с уровнем возникающих при нагружении деформаций и напряжений различают малоцикловую и многоцикловую усталость. Сопротивление малоцикловому нагружению рассматривают в тех случаях, когда под действием эксплуатационных нагрузок в элементах конструкций возникают номинальные или местные повторные упругопластические деформации; при этом разрушение происходит при ограниченном числе циклов нагружения (от 10 до [О* -г- 10). При повторных номинальных напряжениях, вызывающих разрушение за 10 циклов и более, используют понятия и закономерности многоцикловой усталости. В первом случае обычно в качестве основных расчетных характеристик используют деформации (их пластические и упругие составляющие), во втором - напряжения. Вместе с тем деформационные критерии (в силу их общности и полноты) оказываются применимыми как для мало-, так и для многоциклового нагружения.

Характеристики сопротивления деформациям и разрушению при малоцикловом нагружении определяются [13] при двух основных режимах нагружения: при заданных амплитудах напряжений (мягкое нагружение) или при заданных амплитудах деформаций (жесткое нагружение).

СОПРОТИВЛЕНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОМУ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОМУ ДЕФОРМИРОВАНИЮ

Сопротивление упругопластическим деформациям при малоцикловом нагружении металла различных зон сварного соединения (основной металл, зона термического влияния, зона сплавления, металл шва) в значительной степени зависит от механических свойств при однократном статическом нагружении [13]. Закономерности процессов упругопластического деформирования рассмотрены на примере сварных соединений низкоуглеродистой стали типа 22К.

Сварку пластин, из которых изготовляли образцы для испытаний, выполняли вручную с последующей термической обработкой (нормализация при 920° С и отпуск при 620° С) и электрошлаковым способом без последующей термической обработки. Образцы располагали рабочей длиной перпендикулярно к сварному

шву. Механические свойства основного металла и металла сварных соединений приведены в табл, I.

1. Механические свойства основного металла и металла сварных соединений

Начальные участки диаграмм статического растяжения основного металла и металла сварных соединений приведены на рис, 1. Наибольшим сопротивлением возникновению пластических деформаций обладает металл шва ( , /) и металл зоны термического влияния после электрошлаковой сварки {V). Наиболее высокий

Рис. 1. Кривые статического деформирования металла сварных соединений (обозначения см. в табл. 1)

предел прочности получен у металла сварного электрошлакового соединения ( /, V). Наиболее высокая пластичность ф у металла ручного шва после термообработки ( ), а наименьшая у металла шва после электрошлаковой сварки.

Схемы кривых циклического деформирования при мягком (постоянная амплитуда напряжений = const) и жестком нагружении (постоянная амплитуда деформаций eta = const) и основные обозначения приведены на рис. 2*.

Ширина петли б* при мягком нагружении у основного металла (/) и металла шва электрошлакового сварного соединения ( , V) оставалась постоянной (цик-

Напряжения и деформации на рис. 2 отнесены соответственно к пределу пропор-а и деформации предела пропорциональности прн статическом растя-

циональности женни.

лическая стабильность), а у металла шва сварного соединения, выполненного ручной сваркой ( , /V), увеличивалась (циклическое разупрочнение). Для исследовавшихся циклически анизотропного основного металла (/) и металла сварных соединений (П-У) ширина петли в полуциклах растяжения (четные полуциклы) отличается от ширины петли в полуциклах сжатия (нечетные полуциклы). Разность А* между шириной петли в полуциклах растяжения и сжатия определяет скорость накопления односторонних пластических деформаций е\ Максимальные напряжения цикла SJJ в координатах S -1, так же как и амплитуда напряжений при мягком нагружении, не изменяются (SjJJ = 2аа).

Рис. 2. Форма кривых циклического деформирования при мягком (а) и жестком \б) нагружении

При жестком нагружении {е/а = const) ширина петли б* для циклически стабильного металла (/, /, V) не изменяется, у циклически разупрочняющегося металла ( , /) увеличение ширины петли по числу полуциклЬв сравнительно невелико и не превышало 10%.

Максимальные напряжения цикла S] у циклически стабильного металла

(/, /, V) не изменяются, а у циклически разупрочняющегося уменьшаются (на 10-15% к моменту образования макротрещины).

Зависимость ширины петли б* от числа полуциклов k при заданной деформации е нулевого полуцикла для основного металла (/), металла швов ( , /) и зон термического влияния (/V, V) показана на рис. 3. Зависимость между вели* чинами б* и k можно записать в виде

l)lWF{k), (1)

гдеб1 - ширина петли в первом полуцикле; f (ft) - функция числа полуциклов.

10 9

20 UO 60 80 100 120 no 160 180 K-1

Рис. 3. Связь между шириной петли и числом полуциклов при мягком нагружении (обозначения см, в табл. 1)

Для циклически стабильного материала (/, /, VI) Р = О, для циклически разупрочняющегося ( , IV) > 0; для циклически упрочняющихся металлов

20 16 12 8 О

/}-10

1,5 2,0

1,5. 1,0 0,5

10 П П 16 18

е 2

Рис. 4. Связь ширины петли в первом полуцикле и параметра циклического разупрочнения с деформацией в нулевом полуцикле (обозначения см. в табл. 1)

а > 0. Ширина петли б в первом полуцикле и параметр Р (для циклически разупрочняющегося материала) линейно связаны с деформацией ё<0 нулевого полуцикла

(рис. 4):

Г>1 I

(4) (5) (6)

где Л, В и С - постоянные материала; 5т - предел пропорциональности в первом полу цикле (см. рис. 2).

При малоцикловом мягком нагружении как основного металла, так и металла сварных соединений ширина петли в полуциклах растяжения была больше, чем

в полуциклах сжатия, т. е. Д** > 0. Величина А* в соответствии с (1), (2) и (4) может быть записана как функция числа k полуциклов в виде

j- ехр[Р(-1)],

где А - А* - постоянная материала, характеризующая его циклическую анизотропию.

Параметры диаграмм циклического деформирования А, А -А*, С и 5 приведены в табл. 2.

2. Параметры диаграмм циклического деформирования

Величина односторонне накопленной за k полуциклов пластической деформа-

ции для циклически стабильных состояний металла (/, /, V) при Р = О получается из (6) суммированием по k

ё(И (о) (о) , (д *)

для циклически разупрочняющихся состояний ( , IV) при Р > О

,(о) 4:][ехрр(/е-1) 1].

Кривые одностороннего накопления пластических деформаций по числу полуциклов для исследовавшихся состояний металла по уравнению (9) и соответствующие экспериментальные данные показаны на рис. 5. Наиболее интенсивное накопление пластических деформаций происходит в циклически разупрочняющемся металле шва ручной сварки ( ), наиболее медленно в металле шва электрошлакового сварного соединения ( /, V),

Для циклически разупрочняющихся и циклически упрочняющихся металлов по экспериментальным данным соответственно

F{) = exp[P(ft-l)]; (2)

F{k)=k-, (3)

где Р на - постоянные материала, зависящие от деформации и напряжения нулевого полуцикла.