Повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой
Приведены результаты исследований эффективности применения высокочастотной механической проковки (ВМП) с многоступенчатым и блочным нагружениями для продления остаточной долговечности сварных соединений низколегированных сталей с 50%-м уровнем накопленных усталостных повреждений. Установлено, что...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102951 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой / В.В. Кныш, С.А. Соловей, А.З. Кузьменко // Автоматическая сварка. — 2010. — № 10 (690). — С. 41-44. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102951 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кныш, В.В. Соловей, С.А. Кузьменко, А.З. 2016-06-13T04:40:15Z 2016-06-13T04:40:15Z 2010 Повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой / В.В. Кныш, С.А. Соловей, А.З. Кузьменко // Автоматическая сварка. — 2010. — № 10 (690). — С. 41-44. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102951 621.791.052:539.4 Приведены результаты исследований эффективности применения высокочастотной механической проковки (ВМП) с многоступенчатым и блочным нагружениями для продления остаточной долговечности сварных соединений низколегированных сталей с 50%-м уровнем накопленных усталостных повреждений. Установлено, что применение технологии ВМП позволяет в 9…12 раз повысить циклическую долговечность таких соединений. The paper gives the results of investigation of the effectiveness of application high-frequency mechanical peening (HFMP) with multistep and block loading to improve residual fatigue life of tee welded joints of low-alloyed steels with 50 % level of accumulated fatigue damages. It is established that application of HFMP technology allows 9...12 times improvement of cyclic fatigue life of such joints. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой Improvement of cyclic life of welded joints with accumulated fatigue damages by using the high-frequency peening Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой |
| spellingShingle |
Повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой Кныш, В.В. Соловей, С.А. Кузьменко, А.З. Производственный раздел |
| title_short |
Повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой |
| title_full |
Повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой |
| title_fullStr |
Повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой |
| title_full_unstemmed |
Повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой |
| title_sort |
повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой |
| author |
Кныш, В.В. Соловей, С.А. Кузьменко, А.З. |
| author_facet |
Кныш, В.В. Соловей, С.А. Кузьменко, А.З. |
| topic |
Производственный раздел |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Improvement of cyclic life of welded joints with accumulated fatigue damages by using the high-frequency peening |
| description |
Приведены результаты исследований эффективности применения высокочастотной механической проковки (ВМП)
с многоступенчатым и блочным нагружениями для продления остаточной долговечности сварных соединений
низколегированных сталей с 50%-м уровнем накопленных усталостных повреждений. Установлено, что применение
технологии ВМП позволяет в 9…12 раз повысить циклическую долговечность таких соединений.
The paper gives the results of investigation of the effectiveness of application high-frequency mechanical peening (HFMP)
with multistep and block loading to improve residual fatigue life of tee welded joints of low-alloyed steels with 50 %
level of accumulated fatigue damages. It is established that application of HFMP technology allows 9...12 times improvement
of cyclic fatigue life of such joints.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102951 |
| citation_txt |
Повышение циклической долговечности сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями высокочастотной проковкой / В.В. Кныш, С.А. Соловей, А.З. Кузьменко // Автоматическая сварка. — 2010. — № 10 (690). — С. 41-44. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT knyšvv povyšeniecikličeskoidolgovečnostisvarnyhsoedineniisnakoplennymiustalostnymipovreždeniâmivysokočastotnoiprokovkoi AT soloveisa povyšeniecikličeskoidolgovečnostisvarnyhsoedineniisnakoplennymiustalostnymipovreždeniâmivysokočastotnoiprokovkoi AT kuzʹmenkoaz povyšeniecikličeskoidolgovečnostisvarnyhsoedineniisnakoplennymiustalostnymipovreždeniâmivysokočastotnoiprokovkoi AT knyšvv improvementofcycliclifeofweldedjointswithaccumulatedfatiguedamagesbyusingthehighfrequencypeening AT soloveisa improvementofcycliclifeofweldedjointswithaccumulatedfatiguedamagesbyusingthehighfrequencypeening AT kuzʹmenkoaz improvementofcycliclifeofweldedjointswithaccumulatedfatiguedamagesbyusingthehighfrequencypeening |
| first_indexed |
2025-11-27T01:25:26Z |
| last_indexed |
2025-11-27T01:25:26Z |
| _version_ |
1850790797873512448 |
| fulltext |
УДК 621.791.052:539.4
ПОВЫШЕНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С НАКОПЛЕННЫМИ
УСТАЛОСТНЫМИ ПОВРЕЖДЕНИЯМИ
ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ПРОКОВКОЙ
В. В. КНЫШ, канд. физ.-мат. наук, С. А. СОЛОВЕЙ, канд. техн. наук, А. З. КУЗЬМЕНКО, инж.
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Приведены результаты исследований эффективности применения высокочастотной механической проковки (ВМП)
с многоступенчатым и блочным нагружениями для продления остаточной долговечности сварных соединений
низколегированных сталей с 50%-м уровнем накопленных усталостных повреждений. Установлено, что применение
технологии ВМП позволяет в 9…12 раз повысить циклическую долговечность таких соединений.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварные конструкции, накопление ус-
талостных повреждений, высокочастотная механическая
проковка, циклическая долговечность, эффективность
Увеличение активности хозяйственной деятель-
ности вызывает необходимость продления срока
службы различных инженерных конструкций.
Важная роль отводится организации действенных
мер по восстановлению несущей способности
сварных металлоконструкций. При ремонтно-вос-
становительных работах большое внимание не-
обходимо уделять повышению характеристик
сопротивления усталости сварных узлов и эле-
ментов. Наиболее эффективного продления дол-
говечности сварных соединений с накопленными
усталостными повреждениями можно достичь об-
работкой зон швов сварных соединений высоко-
частотной механической проковкой (ВМП). В ра-
ботах [1–3] представлены данные эксперимен-
тальных исследований повышения характеристик
сопротивления усталости технологией ВМП на-
турных трубчатых узлов и образцов сварных со-
единений после накопления заданного уровня ус-
талостного повреждения вплоть до образования
поверхностной трещины. Исследования в данном
направлении в основном проводили при регуляр-
ном нагружении. Инженерные конструкции в про-
цессе эксплуатации подвергаются сложным режи-
мам нагружения, когда последовательность
значений амплитуд и средних напряжений цикла
изменяется случайно, поэтому в лабораторных ус-
ловиях важно оценить остаточную долговечность
соединений при нерегулярном нагружении [4].
Цель настоящей работы — установить эффек-
тивность применения технологии ВМП для по-
вышения циклической долговечности сварных со-
единений с 50 % накопленными усталостными
повреждениями при действии многоступенчатых
и блочных нагружений с идентичными парамет-
рами до и после упрочнения.
Экспериментальные исследования проводили
на образцах сварных соединений стали 09Г2С
(σт = 370 МПа, σв = 540 МПа), представляющих
собой пластину с приваренными к ней с двух сто-
рон поперечными ребрами. Заготовки под образ-
цы вырезали из листового проката так, чтобы
длинная сторона была ориентирована вдоль про-
ката. Поперечные ребра приваривали угловыми
швами с двух сторон ручной электродуговой свар-
кой электродами марки УОНИ-13/55. Форма и ге-
ометрические размеры образца приведены на
рис. 1. Толщина образца согласуется с широкой
применимостью в сварных конструкциях проката
толщиной 12 мм, а ширину рабочей части образца
выбирали исходя из мощности испытательного
оборудования. При упрочнении соединений тех-
нологией ВМП поверхностному пластическому
деформированию подвергалась узкая зона пере-
хода металла шва к основному металлу. Уста-
лостные испытания образцов проводили на ис-
пытательной машине УРС 20 при одноосном пе-
ременном растяжении с асимметрией цикла Rσ =
= 0. Все образцы испытывали до полного разру-
шения.
© В. В. Кныш, С. А. Соловей, А. З. Кузьменко, 2010 Рис. 1. Схема образца сварного соединения стали 09Г2С
10/2010 41
Испытания на усталость сварных соединений
стали 09Г2С, упрочненных при накоплении 50 %
доли поврежденности, проводили на 18 образцах,
по 9 образцов соответственно в условиях мно-
гоступенчатого и блочного нагружений с возрас-
тающим, убывающим и квазислучайным поряд-
ком приложения нагрузок. Таким образом, для
каждого порядка приложения нагрузок испыты-
вали по три образца в условиях многоступенча-
того и блочного нагружений.
При многоступенчатом и блочном нагружени-
ях порядок приложения нагрузок задавали одними
и теми же пятью уровнями (ступенями) прикла-
дываемых максимальных напряжений цикла, но
с различной наработкой доли поврежденности
(количество циклов перемен напряжений) на каж-
дом уровне (рис. 2, 3).
Так, возрастающий порядок приложения наг-
рузок в блоке задавали максимальными напря-
жениями цикла, равными 180 МПа на первой сту-
пени нагружения, с последующим увеличением
до 260 МПа (пятая ступень нагружения) с шагом
20 МПа. Убывающий порядок приложения наг-
рузок в блоке задавали начальным уровнем мак-
симальных напряжений цикла 260 МПа с после-
дующим уменьшением до 180 МПа также с ша-
гом 20 МПа. Квазислучайный порядок приложе-
ния нагрузок задавали следующими пятью пос-
ледовательными уровнями максимальных напря-
жений цикла в блоке: 220, 200, 240, 180, 260 МПа.
Упрочнение технологией ВМП сварных сое-
динений проводили при наработке соединениями
50 % своей долговечности. Количество циклов
перемен напряжений до упрочнения на каждой
ступени нагружения в условиях многоступенча-
того и блочного нагружений задавали, исходя из
установленных ранее в работах [5, 6] критериев
разрушения таких образцов сварных соединений
стали 09Г2С в неупрочненном состоянии при ана-
логичных нагружениях. Так, при многоступенча-
том переменном нагружении для всех порядков
приложения нагрузок суммарную поврежден-
ность соединений, равную 50 %, задавали путем
уменьшения в 2 раза приведенных в работе [5]
Рис. 2. Схема многоступенчатого нагружения образцов сварного соединения стали 09Г2С с возрастающей (а), убывающей
(б) и квазислучайной (в) последовательностями приложения нагрузок в каждом блоке
42 10/2010
значений количества циклов наработки на каждой
ступени нагружения. При блочном нагружении
для всех порядков приложения нагрузок в блоке
50 %-ю поврежденность задавали путем умень-
шения в 2 раза количества блоков нагружения
до разрушения сварных образцов, полученных
ранее [6], оставляя неизменным количество цик-
лов в блоке. После упрочнения соединений наг-
рузки при многоступенчатом и блочном нагруже-
ниях оставались такими же, как и до упрочнения,
за исключением многоступенчатого нагружения с
возрастающим порядком приложения нагрузок. При
данном типе нагружения разрушение образцов
сварного соединения в неупрочненном состоянии
происходило уже на второй или третьей ступени
нагружения [5]. Так как упрочнение сварного со-
единения технологией ВМП значительно повышает
характеристики сопротивления усталости, то после
упрочнения к образцу прикладывали все пять ступеней
нагружения (рис. 2, а).
Критерием завершения испытаний в условиях
многоступенчатого и блочного нагружений слу-
жило полное разрушение образцов. Если в усло-
виях многоступенчатого нагружения упрочнен-
ный при накоплении 50%-й поврежденности свар-
ной образец не разрушался после заданных пяти
ступеней нагружения (за один блок нагружения),
то данный блок нагружения повторяли. Таким об-
разом, после упрочнения сварные образцы вместо
многоступенчатого нагружения фактически дово-
дились до полного разрушения в условиях блоч-
ного нагружения. При этом длина блока (коли-
чество циклов перемен напряжений в одном бло-
ке) упрочненных ВМП соединений была равна сум-
ме циклов, отвечающих 50 %-й поврежденности
сварных соединений в исходном после сварки сос-
тоянии (см. рис. 2). Исключением являлось мно-
гоступенчатое нагружение с возрастающим поряд-
ком приложения нагрузок, в котором после упроч-
нения длину блока увеличивали с 176 до 230 тыс.
циклов перемен напряжений (см. рис. 2, а).
При многоступенчатом нагружении сварных
соединений после накопления 50 %-й поврежден-
ности и последующего упрочнения все три серии
образцов подвергли девяти блокам нагружения в
упрочненном состоянии. При этом образцы свар-
ного соединения, которые испытывали при убы-
вающей последовательности приложения нагру-
зок, после девяти блоков нагружения наработали
примерно 5,5⋅106 циклов перемен напряжений.
Рис. 3. Схема блочного нагружения образцов сварного соединения стали 09Г2С с возрастающей (а), убывающей (б) и
квазислучайной (в) последовательностями приложения нагрузок в каждом блоке
10/2010 43
Усталостных трещин ни в одном из сварных об-
разцов выявлено не было. Поскольку упрочнение
технологией ВМП гарантированно продлило ос-
таточную долговечность соединений в 9 раз, даль-
нейшие испытания образцов до разрушения было
принято проводить при более высоких уровнях
максимальных напряжений цикла (310 МПа) в ус-
ловиях регулярного нагружения. Долговечность
образцов, которые испытывали ранее при мно-
гоступенчатом нагружении с возрастающей пос-
ледовательностью приложения нагрузок, при ре-
гулярном нагружении составила 97,8…301,2 тыс.
циклов, с убывающей последовательностью
109,8…276,4 тыс. циклов и с квазислучайной
156,1…377,8 тыс. циклов перемен напряжений.
Таким образом, циклическая долговечность всех
трех серий образцов при повышенном максималь-
ном напряжении цикла 310 МПа находилась в ди-
апазоне 97,8…377,8 тыс. циклов перемен напря-
жений, что составило 21…83 % долговечности
сварных соединений, упрочненных технологией
ВМП в исходном после сварки состоянии. При этом
различие примерно в 3,5⋅106 циклов перемен нап-
ряжений в количестве циклов наработки на уровне
максимальных напряжений цикла 180 МПа в ус-
ловиях многоступенчатого нагружения в этих
трех сериях образцов не оказало влияния на раз-
брос циклической долговечности при повышен-
ном регулярном нагружении. Таким образом, пос-
ле обработки технологией ВМП сварного соеди-
нения даже с 50%-й поврежденностью, уровни
максимальных напряжений цикла (180 МПа), ко-
торые значительно ниже предела выносливости
упрочненного соединения (260 МПа), поврежда-
ющего эффекта не оказывают. Это же подтвер-
ждается экспериментальными данными, получен-
ными в работе [2].
При блочном нагружении, после двух блоков
нагружения в неупрочненном состоянии (накоп-
ление 50%-й доли поврежденности) и последу-
ющего упрочнения все три серии образцов под-
вергли 25 блокам нагружения в упрочненном сос-
тоянии. При этом ни в одном из сварных образцов
усталостных трещин выявлено не было. Учиты-
вая, что упрочнение ВМП сварных соединений
с накопленной 50 %-й поврежденностью гаран-
тированно продлевает их остаточную долговеч-
ность более чем в 12 раз при неизменных
параметрах блочного нагружения, дальнейшие ус-
талостные испытания до разрушения образцов бы-
ло принято проводить при повышенном до
310 МПа уровне максимальных напряжений цик-
ла в условиях регулярного нагружения. Разброс
значений долговечностей для испытанных при по-
вышенной нагрузке девяти образцов находился
в диапазоне 115…284 тыс. циклов, что составило
25…62 % долговечности сварных соединений, уп-
рочненных технологией ВМП в исходном после
сварки состоянии.
Выводы
1. Установлено, что упрочнение технологией ВМП
сварных соединений после накопления 50%-й пов-
режденности позволяет гарантированно (без об-
разования трещин) продлить их остаточную дол-
говечность в 9…12 раз при условии действия
неизменных многоступенчатых и блочных нагру-
жений до и после упрочнения. При этом долго-
вечность испытанных образцов сварных соедине-
ний составила от 2⋅106 до 5⋅106 циклов перемен
напряжений.
2. После обработки ВМП сварных соединений
с 50%-й долей накопленных усталостных повреж-
дений уровни прикладываемых максимальных
напряжений цикла в блоке нагружения, которые
значительно ниже предела выносливости упроч-
ненного сварного соединения, повреждающего
эффекта не оказывают.
1. Кныш В. В., Кузьменко А. З., Войтенко О. В. Повышение
сопротивления усталости сварных соединений высоко-
частотной механической проковкой // Автомат. сварка.
— 2006. — № 1. — С. 43–47.
2. Гарф Э. Ф., Литвиненко А. Е., Смирнов А. Х. Оценка
долговечности трубчатых узлов, подвергнутых ультраз-
вуковой ударной обработке // Там же. — 2001. — № 2.
— С. 13–16.
3. Кныш В. В., Кузьменко А. З., Соловей С. А. Повышение
циклической долговечности сварных тавровых соедине-
ний с поверхностными трещинами // Там же. — 2009. —
№ 1. — С. 38–43.
4. Трощенко В. Т., Сосновский Л. А. Сопротивление уста-
лости металлов и сплавов: Справ. Ч. 1. — Киев: Наук.
думка, 1987. — 521 с.
5. Кныш В. В., Кузьменко А. З., Соловей С. А. Накопление
усталостных повреждений в тавровых сварных соедине-
ниях стали 09Г2С в исходном и упрочненном высоко-
частотной механической проковкой состояниях // Авто-
мат. сварка. — 2008. — № 10. — С. 12–18.
6. Кныш В. В., Кузьменко О. З., Соловей С. О. Накопичення
втомних пошкоджень у таврових зварних з’єднаннях у
початковому і зміцненому високочастотним проковуван-
ням станах при блоковому навантаженні // Машинознав-
ство. — 2009. — № 9. — С. 27–31.
The paper gives the results of investigation of the effectiveness of application high-frequency mechanical peening (HFMP)
with multistep and block loading to improve residual fatigue life of tee welded joints of low-alloyed steels with 50 %
level of accumulated fatigue damages. It is established that application of HFMP technology allows 9...12 times improvement
of cyclic fatigue life of such joints.
Поступила в редакцию 14.04.2010
44 10/2010
|