1. КУРС ЛЕКЦІЙ-ПРЕЗЕНТАЦІЙ з дисципліни «Проектування зварних конструкцій» лекція №16
ВИКЛАДАЧ:
к.т.н. ст. преп. кафедри «ОіТСП»
БЕНДИК Тетяна Іванівна
1
У зварних з'єднаннях елементів конструкцій зустрічаються дефекти,
що виникають в процесі виготовлення і монтажу конструкції. поява
дефектів пов'язане з різного роду порушеннями технології виготовлення
(Некоректні режими зварювання, незадовільна підготовка і зачистка
крайок,) нераціональна оброблення крайок.
У промисловості існують нормативи по допустимим відхиленням,
які регламентують допуски на величину і тип дефекту в зварних з'єднаннях.
Однак ці допуски встановлені виходячи з технологічних можливостей
підприємств і не мають кількісного обґрунтування з позицій несучої
здатності, міцності і пластичності зварного з'єднання. Практика експлуатації
зварних конструкцій вимагає врахування впливу величини і типу дефекту на міцність і
несучу здатність конструкцій.
Всі дефекти являють собою природні надрізи різної
геометричної форми - концентратори напружень немеханічного походження.
Для оцінки впливу дефектів шва на службові характеристики зварних з'єднань
необхідно розташовувати даними про чутливість металу зварного шва до
дефектів. Під чутливістю до дефектів розуміють ступінь зниження
механічних характеристик зварного шва в зоні дефекту в порівнянні з
бездефектне швом. Розрізняють чутливість при статичних і змінних
навантаженнях. При статичних навантаженнях за критерій чутливості до дефекту
приймають міцність з'єднання з дефектом по відношенню до бездефектної
з'єднанням. При змінних навантаженнях критерієм чутливості з'єднань до
дефектів є ефективні коефіцієнти концентрації К - відношення
меж витривалості зварних з'єднань без дефектів і з заданими дефектами.
Одним з методів оцінки чутливості зварних з'єднань до дефектів при
статичних навантаженнях можна назвати випробування на статичний розтяг зварних
стикових з'єднань без посилення з непроваром кореня шва, одержуваного при зварюванні
без зазору між стикуємими крайками.
Якщо міцність з'єднання (P / F0) при
зазначеному випробуванні зі збільшенням
глибини
непровару
змінюється
пропорційно зменшенню робочого
перетину стикового з'єднання, то
метал
шва
НЕ
чутливий
до
дефектів при статичних навантаженнях
(Рис. 8.1, пряма). В цьому випадку дефект
слід розглядати як фактор,
зменшує робочий перетин деталі на
величину,
пропорційну
відповідній глибині непровару.
Чутливими до дефектів при
статичних навантаженнях слід вважати
зварні
з'єднання,
у
яких
міцність металу шва з непроваром
знижується
непропорційно
зміни глибини непровару (рис. 8.1,
крива). В
цьому випадку непровар
необхідно розглядати як фактор,
зменшує перетин шва, і як
концентратор
напруг.
Чутливість з'єднань буде також
залежати
від
співвідношення
між
міцністю металу шва і основного
металу.
1000
Р
Р
750
500
250
0
10 20 30 40 50 60 70 80
%
глибина непровару
Мал. 8.1. Залежність міцності стикового зварного
з'єднання від непровару кореня шва при розтягуванні
Дана методика оцінки чутливості
металу шва рекомендована для зварних
конструкцій балкового, стрижневого типів,
працюючих в умовах статичного
навантаження. Слід зазначити, що зварні
з'єднання, нечутливі до дефектів
при статичному навантаженні, можуть виявитися
чутливими при змінних навантаженнях.
НЕПОВНЕ проплавлення (непровар) в стикових з'єднаннях може
виникати в середині перетину при двосторонньої зварюванні або в корені шва при
односторонньому зварюванні, як без підкладки, так і на формує підкладці, за рахунок
нерівномірного її прилягання.
У зварних з'єднаннях, які не чутливих до непровари при статичному
навантаженні, ослаблення перетину шва може бути скомпенсировано опуклістю
шва. Наприклад, опуклість шва в стиках труб з низьковуглецевої сталі з
кільцевих непроваром по всій довжині в корені шва при статичних навантаженнях
повністю компенсує ослаблення перетину, створюване непроваром до 20% від
товщини стінки труби.
Зварні з'єднання, не чутливі до непровари при статичних
навантаженнях, можуть знижувати статичну міцність при багатошаровому зварюванні при
низьких температурах (- 60 - 70 0С). Це пов'язано з повторним нагріванням, який
створює місцеву термопластичних деформацію і старіння металу. У місцях
непровару знижується запас пластичності - охрупчивание, що веде до різкого
зниження міцності. При проектуванні конструкцій, що працюють при
змінних навантаженнях, необхідно враховувати різну чутливість
з'єднань до дефектів в залежності від технології зварювання, властивостей основного і
присадочного металів (табл. 8.1).
Якщо непровар розташований в поле залишкових напружень розтягу, то
межа витривалості може знизитися в 2 рази в порівнянні з межею
витривалості стикових з'єднань з непроваром, розташованим в
поле стискають напруг. Так як встановити знак і величину залишкових
напруг в будь-якій точці шва досить важко, пропонується вважати
наявність дефекту в зоні найбільших напруг, що розтягують.
Виникнення пір найбільш ймовірно в зварних швах алюмінієвих, титанових
сплавів. Пори можуть бути у вигляді сфер, трубчастої форми, що характерно для
вуглецевих сталей, або не мати правильної геометричної форми, якщо вони
супроводжуються оксидними включеннями.
Розташування пір в зварному шві (рис. 8.2) істотно залежить від
зварюється і технології зварювання. Розрізняють одиничну пористість
(Відстань між порами більше трьох діаметрів найбільшої пори), пористість в
вигляді ланцюжка пір (відстань між порами менше трьох діаметрів найбільшої
пори), скупчення несли пір і злилися пори.
неповне
повне
проплавление
наплив
проплавление
проплавление
на підкладці
металу
Мал. 8.2. Місця концентрації пір в зварних швах
При оцінці впливу пористості на механічні властивості зварних з'єднань
необхідно знати чутливість металу шва до дефектів в зоні з'єднання,
теоретичні коефіцієнти концентрації напружень пір Кп і теоретичний
коефіцієнт концентрації форми шва Кф. Для сферичних (одиничних) пір,
які не виходять на поверхню, Кп = 2,05. Для ланцюжків пір неправильної
геометричної форми Кп = 3 - 6.
2b
ρ
Кф
4,0
ρ
2b
3,0
2,0
1,0
0
10
20
30
40
50
60
Мал. 8.3. Залежність Кф від параметрів шва
70
80
b / ρ
Теоретичний коефіцієнт концентрації
форми шва Кф залежить від геометрії шва.
Найменшою концентрацією напружень
мають стикові шви, при наявності
посилення і підварювального шва при
розтягуванні Кф = 1,5 - 1,6.
Технологія зварювання і товщина металу
роблять основний вплив на величину
радіуса сполучення ρ між посиленням
(Проплавити) і поверхнею основного
металу (рис. 8.3). Ширина шва 2b і висота
опуклості змінюють Кф в меншій мірі.
При оцінці впливу пористості на міцність зварних конструкцій, що працюють при
змінних навантаженнях, визначальним фактором повинна бути концентрація,
викликана геометрією шва. У разі, якщо Кф> Кп. пористість не знижує несучу
здатність конструкції.
Якщо в стикових з'єднаннях опуклість шва повністю видалити (Кф = 1), то при
змінних навантаженнях навіть найдрібніші сферичні пори викликають зниження
витривалості з'єднань, яке в залежності від пористості може скласти
35 - 60%.
При статичних навантаженнях вплив пористості на міцність проявляється в
значно меншому ступені, ніж при вібраційних навантаженнях. У стикових
з'єднаннях з низьковуглецевих або аустенітних сталей без опуклості
пористість, яка послаблює перетин шва до 7% (до площі перетину основного
металу), міцністю не знижує. У високоміцних сталей зниження міцністю не
спостерігається при наявності пористості в 5%.
Зміщення кромок У стиковому з'єднанні
При осьовому розтягу зварних стикових з'єднань зі зміщенням крайок (рис.
8.4) напруги на ділянці сполучення основного металу з металом шва можуть
значно перевищувати номінальне значення в результаті появи з
згинального моменту від ексцентричного прикладення зусилля і збільшення
теоретичного коефіцієнта концентрації форми шва Кф. Це пов'язано з
зменшенням радіусу кривизни в зоні сполучення наплавленого і основного
металу (зміщення кромок 25 - 30%). Напруження в зоні сполучення можуть бути
розраховані за формулою
мах н
Δ *
н
s
Мал. 8.4. Зміщення кромок у стиковому з'єднанні
Р
- номінальну напругу, що визначається за
F0 перетину основного металу від чинного
зусилля.
Теоретичний коефіцієнт концентрації
зварного стикового з'єднання може бути
визначений з формули
α = Кф + КСМ,
де КСМ = 1 + 3Δ - теоретичний
коефіцієнт концентрації стикового шва,
залежить від зсуву кромок; Δ = Δ * / s -
відносне зміщення кромок.
Ступінь впливу зміщення кромок на міцність зварних з'єднань залежить від
характеру діючих навантажень і чутливості металу шва до концентраторів
напруг. При статичних навантаженнях зміщення кромок не надає
істотного впливу на міцність.
Для з'єднань з низьковуглецевої сталі товщиною 10 мм зміщення кромок до
60% від товщини листа не знизило міцність з'єднання, для з'єднання зі сплаву
АМг6 тієї ж товщини, чутливого до концентраторів-дефектів, зниження
міцності проявляється при зміщенні кромок понад 30%. при вібраційних
навантаженнях зміщення кромок істотно знижує міцність з'єднання, причому
зниження витривалості безпосередньо залежить від величини зсуву кромок і
визначається теоретично
c
R
R0
Rc. R0
1
До см
- межі витривалості стикового з'єднання зі зміщенням крайок
і без зміщення кромок відповідно.
Необхідно відзначити, що при виготовленні зварних конструкцій
зміщення кромок до 10%, як правило, завжди має місце
До дефектів типу включень відносять шлакові включення, оксидні плівки,
вольфрамові включення. Найбільший вплив на концентрацію напружень
надають оксидні включення - порівнянно з непроваром. вплив шлакових
включень істотно залежить від їх розміру і кількості.
Концентрація напружень, викликана окремими включеннями або групою, що не
утворює суцільний шлаковой лінії (К = 1,5 - 1,6), пригнічується концентрацією
напруг, викликаної формою шва. При наявності суцільний шлаковой лінії, що
пов'язане з грубим порушенням технології зварювання, К = 3,1.
Включення, як і пори, починають знижувати витривалість при коефіцієнті
концентрації форми шва Кф = 1, що призводить до висновку - основний вплив на
втомну міцність зварних стикових з'єднань зі жужільними включеннями
надає форма стикового шва. Необхідно відзначити, що стикові з'єднання,
зварені на що залишається підкладці, значно знижують витривалість по
порівняно з нормальним двостороннім швом. ефективний коефіцієнт
концентрації для таких з'єднань не залежно від наявності дефектів становить 2,5.
ДЯКУЄМО ЗА УВАГУ
ЯКІ БУДУТЬ ПИТАННЯ?
