Равнопрочность соединения

Отметим, что для оболочек давления, ослабленных толстыми мягкими прослойками (к > кк), в которых в процессе нагружения не проявляется эффект контактного упрочнения, или тонкими прослойками (к > Кр), обеспечивающими равнопрочность соединений основному металлу, вполне приемлема схема процесса исчерпания несущей способности оболочковых конструкций, описанная выше для случая однородных оболочек.

Обеспечение несущей способности соединений с мягкой прослойкой на уровне основного металла, как было показано в разделах 3.4 — 3.6, может быть достигнуто за счет рационального выбора конструктивно-геометрических параметров соединений (к, ф, Кк). Так, например, для оболочковых конструкций, геометрическая форма которых характеризуется постоянным значением показателя двухосности нагружения стенки конструкции п = <32 /CTI = const (сферическая, цилиндрическая, коническая и др.), оптимальная величина мягких прослоек, обеспечивающая равнопрочность соединений основжпгу металлу, может быть определена из соотношений (3.31), (3.51) — (3.53) по известным значениям ф и Кв. При этом, в зависимости от характера неравномерности распределения свойств по объе\гу мягкого металла прослойки, необходимо учитывать корректировку на кр в форме (3.90).

Следует отметить, что для предварительно напряженных конструкций равнопрочность сварных соединений, выполненных мягким стыковым швом, можно обеспечить не только за счет контактного упрочнения последних, но путем оптимального выбора конструктив но- геометрических и силовых параметров навиваемого бандажа. Например, для соединений с размерами мягкого шва к > кк. при которых отсутствует контактное упрочнение мягкого металла в процессе нагружения конструкций, Кк = 1, ССр = P
Данная ситуация может быть реализована в соединениях, механическая неоднородность которых Кв < 2 При ^в >2 равнопрочность соединений может быть обеспечена лишь ттем выбора геометрических параметров мягких швов, обеспечивающих за счет эффекта контактного упрочнения мягкого металла требуемый уровень прочности соединений. В случае, если варьированием параметрами бандажа (/г0, <^о) не удается обеспечить требуемый п > пр, гарантирующий равнопрочность соединений основному металлу, то последняя достигается в соответствии с (3. 109) или (3. 1 10) за счет выбора рациональной формы разделки под сварку.

Отметим, что для оболочек давления, ослабленных толстыми мягкими прослойками (к > кк), в которых в процессе нагружения не проявляется эффект контактного упрочнения, или тонкими прослойками (к > Кр), обеспечивающими равнопрочность соединений основному металлу, вполне приемлема схема процесса исчерпания несущей способности оболочковых конструкций, описанная выше для случая однородных оболочек.

Как следует из анализа выражений (3.74) и (3.11), при определении относительных размеров к < кр может быть достигнута равнопрочность соединений, имеющих несимметричную неоднородность сварного стыка, менее прочному металлу Tj, прилегающему к мягкой прослойке

Обеспечение несущей способности соединений с мягкой прослойкой на уровне основного металла, как было показано в разделах 3.4 — 3.6, может быть достигнуто за счет рационального выбора конструктивно-геометрических параметров соединений (к, ср, Кй). Так, например, для оболочковых конструкций, геометрическая форма которых характеризуется постоянным значением показателя двухосности нагружения стенки конструкции п = О2 /C7j = const (сферическая, цилиндрическая, коническая и др.), оптимальная величина мягких прослоек, обеспечивающая равнопрочность соединений основному металлу, может быть определена из соотношений (3.31), (3.51) — (3.53) по известным значениям ср и Кй. При этом, в зависимости от характера неравномерности распределения свойств по объему мягкого металла прослойки, необходимо учитывать корректировку на кр в форме (3.90).

Следует отметить, что для предварительно напряженных конструкций равнопрочность сварных соединений, выполненных мягким стыковым швом, можно обеспечить не только за счет контактного упрочнения последних, но путем оптимального выбора конструктивно-геометрических и силовых параметров навиваемого бандажа. Например, для соединений с размерами мягкого шва к > кк, при которых отсутствует контактное упрочнение мягкого металла в процессе нагружения конструкций, Кк = 1, оср = pCTg , равнопрочность соединений основному металлу достигается при значениях ир, определяемых по (3.97):

Данная ситуация может быть реализована в соединениях, механическая неоднородность которых Кв < 2. При Къ >2 равнопрочность соединений может быть обеспечена лишь путем выбора геометрических параметров мягких швов, обеспечивающих за счет эффекта контактного упрочнения мягкого металла требуемый уровень прочности соединений. В случае, если варьированием параметрами бандажа (/IQ, о ") не удается обеспечить требуемый п > пр, гарантирующий равнопрочность соединений основному металлу, то последняя достигается в соответствии с (3. 109) или (3.110) за счет выбора рациональной формы разделки под сварку.

При правильном сочетании режимов сварки и термообработки можно добиться равнопрочности сварных соединений из термоуп-рочненных сталей. Так например, в опытах, проведенных ЧПИ совместно с ЧТПЗ,, по сварке сталей 14ГН и 19Г толщиной 8 мм после их термоупрочнения (закалка плюс отпуск при 873 К), в широком диапазоне погонных энергий достигалась равнопрочность соединений как при статическом, так и при ударном растяжении. При двусторонней сварке на погонных энергиях q/VCB, меньших 33,4-105

Равнопрочность соединений изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей достигается подбором флюсов и сварочных проволок, а также выбором режимов сварки. В большинстве случаев используют флюсы АН-348 и ОСЦ-45 и низкоуглеродистые проволоки Св 08 и Св 08Д. При сварке ответственных конструкций рекомендуется использовать электродную проволоку Св 08ГА. Использование этих сварочных материалов позволяет получить металл шва с механическими свойствами, равными или превышающими механические свойства основного металла. Иногда при сварке низколегированных сталей с повышенным содержанием марганца необходимо использование электродных проволок Св ЮГА и Св 10Г2А. Они позволяют получать швы, практически свободные от пор. Однако при сварке без разделки можно получить некоторое снижение пластических свойств металла шва.

Пониженные показатели усталостной прочности указанных соединений не следует относить за счет плохой свариваемости стали 34ХМ. Опытами [95] показана равнопрочность соединений стали 34ХМ, выполненных электрошлаковой сваркой на аналогичных образцах сечением 50x75 мм (см. табл. 8) с соответствующей термической обработкой.

Автоматическую сварку обычно выполняют электродной проволокой диаметром 3—5 мм, полуавтоматическую проволокой диаметром 1,2—2 мм. Равнопрочность соединения достигается за

равнопрочность соединения и деталей, поэтому можно не выполнять специальных расчетов прочности соединения при статических нагрузках. Это справедливо только в том случае, если разогрев металла в зоне сварки не влечет за собой снижения его прочности (например, низкоуглеродистые и низколегированные стали, не подвергающиеся термообработке). В противном случае допускаемое напряжение при расчете деталей в месте стыка снижают с учетом уменьшения прочности материала в зоне термического влияния. При переменных нагрузках допускаемые напряжения понижают по сравнению со статическими так же, как и для стыковых соединений, дуговой сваркой (см. ниже).

Угол наклона контактныхграниц также вносит коррективы в картину деформирования соединений. При определенных углах наклона q> и в зависимости от схемы нагружения соединений диапазоны относительных толщин ае, в которых реализуется равнопрочность соединения с основным металлом, могут отсутствовать. Последнее касается Х-, V-образ-ных прослоек и косых прослоек, деформируемых по «мягкой» схеме. Для соединений с шевронными и косыми прослойками («жесткая» схема) общая картина работы соединений сохраняется независимо от угла ср, который в данном случае с увеличением своих значений приводит к росту эффекта контактного упрочнения. На рис. 1.9, б представлены графики зависимости значений ж = ж от угла скоса кромок <р для рассматриваемых прослоек при различной степени механической неоднородности К^ (I — ^ = 1,25, 2 — Кв = 1,5, 3 — К^ = = 2,0. Здесь значение <р = О соответствует сварным соединениям с прямоугольной прослойкой. С увеличением угла наклона прослойки ср диапазон ае < агр, в котором достигается равнопрочность сварного соединения основному металлу для шевронных и косых («жесткая» схема) прослоек, расширяется (кривые I). В то же время для Х-, V-образных прослоек (кривые II )и косых («мягкая» схема) прослоек (кривые III) такой диапазон имеет тенденцию к сужению.

Угол наклона контактных границ также вносит коррективы в картину деформирования соединений. При определенных углах наклона ф и в зависимости от схемы нагружения соединений диапазоны относительных толщин as, в которых реализуется равнопрочность соединения с основным металлом, могут отсутствовать. Последнее касается Х-, V-образ-ных прослоек и косых прослоек, деформируемых по «мягкой» схеме. Для соединений с шевронными и косыми прослойками («жесткая» схема) общая картина работы соединений сохраняется независимо от угла ф, который в данном случае с увеличением своих значений приводит к росту эффекта контактного упрочнения. На рис. 1.9, б представлены графики зависимости значений as = кр от угла скоса кромок ф для рассматриваемых прослоек при различной степени механической неоднородностиК^(I — Kg = 1,25, 2 — ^=1,5,3 — Кв = = 2,0. Здесь значение ф = О соответствует сварным соединениям с прямоугольной прослойкой. С увеличением угла наклона прослойки ф диапазон as < asp, в котором достигается равнопрочность сварного соединения основному металлу для шевронных и косых («жесткая» схема) прослоек, расширяется (кривые I). В то же время для X-, V-образных прослоек (кривые II )и косых («мягкая» схема) прослоек (кривые III) такой диапазон имеет тенденцию к сужению.

Закалка паяных соединений из алюминиевых сплавов весьма затруднена из-за опасности расплавления паяных швов при повторном нагреве. Если допускает конструкция и темп-pa пайки, целесообразно совмещать нагрев под пайку с нагревом под закалку. При низкой прочности паяного шва (напр., при пайке легкоплавкими припоями П200, ПЗООА) равнопрочность соединения может быть обеспечена за счет величины площади спая.

К сварным соединениям чугунных деталей предъявляются следующие требования: возможность обработки обычным режущим инструментом, прочность металла шва должна быть не ниже прочности основного металла, зона термического влияния (часть основного металла, которая в процессе сварки поддается термическому влиянию)' должна быть минимальной, равнопрочность соединения, однородность наплавленного и основного металла детали по химическому составу и структуре.

Соединения внахлестку при пайке обеспечивают равнопрочность соединения и паяемого материала, длину нахлестки находят из соотношения:

Для пайки тугоплавких металлов применяют кремний-ниобиевые припои, обеспечивающие равнопрочность соединения и основного металла. Припои могут быть изготовлены в виде проволок, листов, порошка. Пайку ведут в среде водорода с продувкой гелием. Температура пайки зависит от содержания в припое кремния. Например, при 7 % Si температура пайки 2000 °С; при 4 % — 2250 °С; при 2 % — 2350 °С; при 0,5 — 2400 °С (остальное — ниобий).

Равнопрочность соединения основному металлу достигается при условии at=2/Sai, откуда может быть найдено значение % — %в:

Соединение контактной сваркой. Стыковая контактная сварка при соблюдении установленных правил технологии обеспечивает равнопрочность соединения и деталей, поэтому можно не выполнять специальных расчетов

Равнопрочность соединения достигается за счет подбора соответствующих составов флюсов и электродных проволок и выбора режимов и техники сварки. При сварке низкоуглеродистых сталей в большинстве случаев применяют флюсы марок АН-348-А и ОСЦ-45 и низкоуглеродистые электродные проволоки марок Св-08 и Св-08А. При сварке ответственных конструкций, а также ржавого металла рекомендуется использовать электродную проволоку марки Св-08ГА.

В первом случае, при сравнительно небольших различиях овм и овт (крестики на рис. 14.2.5,а), равнопрочность соединения с основным металлом достигается при значениях к1 < х,*. Во втором случае равнопрочность не достигается, даже если Xj -> 0 (рис. 14.2.5,6).