Цех механической обработки с ЧПУ

Как повысить усталостную прочность сварных соединений

Опубликовано: просмотров: 817

Усталостная прочность повышается, если в сварных конструкциях сводятся к минимуму концентрации напряжений, используются подходящие формы соединений, обеспечивается ровная геометрия сварного шва и устраняются плоскостные дефекты. В данном руководстве рассматриваются предпочтительные способы выполнения стыковых соединений, плавные переходы сечения, расположение сварных швов, обработка корня шва и контроль качества. В нем также объясняется, как последовательность сварки и локальный нагрев могут создавать благоприятное остаточное сжатие, в том числе при сварке двутавровых балок, что позволило повысить усталостную прочность на 30%. Дополнительное повышение прочности обеспечивают прокатка, ковка, дробеструйная обработка, качество металла, термообработка, пластичность и ударная вязкость. Эти меры связывают проектирование конструкций, практику сварки и послесварочную обработку с увеличением срока циклической эксплуатации.

1. Снизить концентрацию напряжений

Усталостные трещины возникают в местах концентрации напряжений в сварных соединениях и конструкциях. Любая мера, позволяющая устранить или уменьшить эти концентрации, может повысить усталостную прочность.

Используйте надёжную конструктивную форму

  • Предпочтительно использовать стыковые соединения и свести к минимуму использование нахлесточных соединений. По возможности заменяйте Т-образные или угловые соединения в критически важных конструкциях на стыковые соединения и избегайте расположения сварных швов в углах. Если использование Т-образного или углового соединения неизбежно, применяйте сварку с полным проваром.
  • Следует избегать эксцентричной нагрузки. Внутренние силы должны действовать плавно и распределяться равномерно, не создавая вторичных напряжений.
  • В местах соединения пластин, имеющих существенно разную толщину или ширину, следует обеспечить плавные переходы. На острых углах и изгибах следует использовать достаточно большие радиусы.
  • Следует избегать пространственных пересечений с тремя сварными швами. Сварные швы следует располагать вдали от зон концентрации напряжений и избегать поперечных сварных швов на основных элементах, подверженных растяжению. Если это неизбежно, необходимо обеспечить высокое качество внутренней и внешней поверхности шва и свести к минимуму концентрацию напряжений у основания шва.
  • Не оставляйте постоянную подкладку за односторонним стыковым сварным швом в конструкции, подверженной повышенным нагрузкам. Следует избегать прерывистых сварных швов, поскольку в каждом их сегменте в начале и в конце наблюдаются зоны повышенной концентрации напряжений.

Конструкции, подвергающиеся динамическим нагрузкам или эксплуатируемые при низких температурах, требуют более тщательного детального проектирования, чем конструкции, несущие статическую нагрузку при комнатной температуре.

Контроль формы и качества сварного шва

Размеры арматуры при стыковом сварке следует сводить к минимуму, а сварной шов предпочтительно выравнивать или шлифовать до уровня поверхности. Для Т-образных соединений следует использовать вогнутые, а не выпуклые угловые швы. Необходимо обеспечить плавный переход у основания шва, при необходимости шлифуя его или переплавляя методом TIG.

Любой дефект сварного шва приводит к образованию зоны концентрации напряжений. Плоские дефекты — трещины, недостаточная глубина проварки, отсутствие сплавления и подрез — оказывают наибольшее влияние на усталостную прочность. Проектируйте каждый сварной шов таким образом, чтобы обеспечить удобный доступ и качественное выполнение работ, а также устраняйте все дефекты, превышающие допустимые пределы.

2. Настроить поле остаточных напряжений

Остаточное сжимающее напряжение повышает усталостную прочность, тогда как остаточное растягивающее напряжение — снижает её. Благоприятное поле сжимающих напряжений на поверхности или зону концентрации напряжений можно создать путём изменения последовательности сварки или локального нагрева.

В стыковом соединении двутавра на стыке сварной шов 1 испытывает наибольшее изгибающее напряжение. На каждом конце следует оставить небольшой участок углового шва 3 незаваренным, завершить сварку шва 1, а затем завершить сварку стыкового шва 2 на стенке. Усадка шва 2 приводит к тому, что шов 1 находится в состоянии остаточного сжатия. В заключение сваривайте оставленные участки сварного шва 3; их усадка приводит к появлению остаточного сжатия как в сварном шве 1, так и в сварном шве 2. Испытания показали, что такая последовательность увеличивает усталостную прочность по сравнению со сваркой шва 2 до шва 1. Для угловой пластины, соединенной продольными швами, правильно расположенный точечный нагрев в области надреза рядом с концом сварного шва может создать благоприятное остаточное сжатие в зоне концентрации напряжений.

Последовательность сварки стыковых соединений двутавровых балок

Усилительная пластина, соединенная продольными сварными швами

Упрочнение за счет деформации поверхности посредством прокатки, ковки или дробеструйной обработки также позволяет пластически деформировать и упрочнить поверхность соединения, создавая остаточную сжимающую деформацию, которая повышает усталостную прочность.

3. Улучшение микроструктуры и свойств соединений

Для повышения внутренней усталостной прочности основного металла и металла сварного шва необходимо обеспечить более высокое металлургическое качество как самого материала, так и сварной проволоки, а также снизить количество включений. Там, где это целесообразно, термообработка соединения позволяет сформировать благоприятную микроструктуру, что приводит к повышению прочности наряду с пластичностью, ударной вязкостью и усталостной прочностью.

Прочность, пластичность и ударная вязкость должны быть сбалансированы. Прочность противостоит разрушению, однако высокопрочные материалы чувствительны к надрезам. Пластичность поглощает энергию деформации, снижает пиковые напряжения, перераспределяет высокие напряжения и сглаживает вершины надрезов и трещин, благодаря чему их рост замедляется или останавливается. Поскольку пластичность позволяет эффективно использовать прочность, повышение пластичности и ударной вязкости может значительно улучшить усталостную прочность соединений из высокопрочных алюминиевых сплавов.

Нужна инженерная поддержка по обработке на станках с ЧПУ?

Поделитесь своим чертежом, материалом, заданным допуском или вопросом по применению. Наша команда инженеров поможет рассмотреть маршрут обработки и предложит практичный следующий шаг.

Контактная форма product-list

STEP, IGS, STL, DWG, DXF, PDF, JPG или ZIP. Макс. 50 МБ. Несколько файлов или файлы большого размера? Напишите по электронной почте: [email protected]

Похожие статьи

Справочник по материалам

Почему в сварных швах алюминия образуются горячие трещины?

К растрескиванию алюминиевых сварных швов при нагревании относятся трещины затвердевания в сварном металле и трещины ликвидации в зоне термического влияния. Высокое тепловое расширение, широкий...

Читать статью

Справочник по материалам

Бета-титановые сплавы: термическая обработка, структура и свойства

Бета-титановые сплавы сочетают в себе пластичность и глубокую закаливаемость с высокой эффективностью термообработки в растворе и старения. В данном руководстве объясняются бета-стабильность, продукты деформации, бета...

Читать статью

Справочник по материалам

Как легирующие элементы повышают прочность титановых сплавов?

Легирующие элементы титана влияют на прочность, стабильность фаз, сопротивление ползучести, реакцию на термообработку, коррозионную стойкость, плотность и водородное охрупчивание. В данной статье объясняются отличительные особенности...

Читать статью

Справочник по материалам

Как параметры EBSM влияют на микроструктуру титана и его усталостную прочность

Параметры селективного плавления электронным пучком оказывают значительное влияние на микроструктуру, твердость, дефекты и усталостную прочность титана. В данной статье рассматриваются такие аспекты, как предварительный нагрев порошка Ti-6Al-4V, мощность пучка, сканирование...

Читать статью

Информация о поставщике

Компания
Xinchuangmeng Co., Ltd.
Местоположение
Шэньчжэнь, Гуандун, Китай
Услуга
Механическая обработка прецизионных деталей
WhatsApp
+86 186 3895 1317
Электронная почта
[email protected]
Отправить письмо
Адрес
No. 2, Anrun Road, Tangxiayong, Yanluo Street, Bao'an District

Самая горячая статья