Оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры
Проанализированы экспериментальные данные по влиянию различных упрочняющих обработок (механическое снятие усиления шва, аргонодуговая, взрывом, ультразвуковой поверхностный наклеп) на сопротивление усталости сварных соединений низколегированных сталей при гармоническом и ударном нагружении в усло...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2000 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2000
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46373 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры / В.А. Дегтярев, Б.С. Шульгинов // Проблемы прочности. — 2000. — № 6. — С. 115-123. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46373 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Дегтярев, В.А. Шульгинов, Б.С. 2013-06-29T17:04:31Z 2013-06-29T17:04:31Z 2000 Оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры / В.А. Дегтярев, Б.С. Шульгинов // Проблемы прочности. — 2000. — № 6. — С. 115-123. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46373 539.434:678.029.4 Проанализированы экспериментальные данные по влиянию различных упрочняющих обработок (механическое снятие усиления шва, аргонодуговая, взрывом, ультразвуковой поверхностный наклеп) на сопротивление усталости сварных соединений низколегированных сталей при гармоническом и ударном нагружении в условиях комнатной и низкой (-60°С) температур. Установлено количественное повышение сопротивления усталости при каждом виде обработки в одинаковых условиях испытаний. Сравнение эффективности каждого вида обработки в условиях ударного нагружения при низкой температуре относительно исходного состояния сварного соединения при гармоническом нагружении и комнатной температуре показало, что наиболее целесообразно использовать ультразвуковой поверхностный наклеп для упрочнения сварных конструкций, эксплуатируемых в условиях низких климатических температур. We performed the comparative analysis of experimental data on the influence of various material strengthening treatments (mechanical removal of the welding seam reinforcement, argon-ark treatment, explosion, ultrasonic surface work-hardening) on the fatigue strength of welded joints of low-carbon steels under harmonic and impact loadings at the room and low (-60°С) temperatures. We obtained quantitative results on the improvement of fatigue strength characteristics for each type of treatment under the identical test conditions. Comparison of the efficiencies of each type of treatment under impact loading conditions at low temperature in reference to the initial welded joint condition under room-temperature harmonic loading has shown that ultrasonic surface work-hardening is most expedient for strengthening of welded structures operating under low-temperature conditions. We performed the comparative analysis of experimental data on the influence of various material strengthening treatments (mechanical removal of the welding seam reinforcement, argon-ark treatment, explosion, ultrasonic surface work-hardening) on the fatigue strength of welded joints of low-carbon steels under harmonic and impact loadings at the room and low (-60°С) temperatures. We obtained quantitative results on the improvement of fatigue strength characteristics for each type of treatment under the identical test conditions. Comparison of the efficiencies of each type of treatment under impact loading conditions at low temperature in reference to the initial welded joint condition under room-temperature harmonic loading has shown that ultrasonic surface work-hardening is most expedient for strengthening of welded structures operating under low-temperature conditions. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры Assessment of the Efficiency of the Methods for Improvement of Fatigue Strength of Welded Joints under Low-Temperature Impact Loading Conditions Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры |
| spellingShingle |
Оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры Дегтярев, В.А. Шульгинов, Б.С. Научно-технический раздел |
| title_short |
Оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры |
| title_full |
Оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры |
| title_fullStr |
Оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры |
| title_full_unstemmed |
Оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры |
| title_sort |
оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры |
| author |
Дегтярев, В.А. Шульгинов, Б.С. |
| author_facet |
Дегтярев, В.А. Шульгинов, Б.С. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2000 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы прочности |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Assessment of the Efficiency of the Methods for Improvement of Fatigue Strength of Welded Joints under Low-Temperature Impact Loading Conditions |
| description |
Проанализированы экспериментальные данные по влиянию различных упрочняющих обработок
(механическое снятие усиления шва, аргонодуговая, взрывом, ультразвуковой поверхностный
наклеп) на сопротивление усталости сварных соединений низколегированных
сталей при гармоническом и ударном нагружении в условиях комнатной и низкой (-60°С)
температур. Установлено количественное повышение сопротивления усталости при каждом
виде обработки в одинаковых условиях испытаний. Сравнение эффективности каждого
вида обработки в условиях ударного нагружения при низкой температуре относительно
исходного состояния сварного соединения при гармоническом нагружении и комнатной
температуре показало, что наиболее целесообразно использовать ультразвуковой
поверхностный наклеп для упрочнения сварных конструкций, эксплуатируемых в условиях
низких климатических температур.
We performed the comparative analysis of
experimental data on the influence of various
material strengthening treatments (mechanical
removal of the welding seam reinforcement,
argon-ark treatment, explosion, ultrasonic
surface work-hardening) on the fatigue strength
of welded joints of low-carbon steels under
harmonic and impact loadings at the room and
low (-60°С) temperatures. We obtained
quantitative results on the improvement of
fatigue strength characteristics for each type of
treatment under the identical test conditions.
Comparison of the efficiencies of each type of
treatment under impact loading conditions at
low temperature in reference to the initial
welded joint condition under room-temperature
harmonic loading has shown that ultrasonic
surface work-hardening is most expedient for
strengthening of welded structures operating
under low-temperature conditions.
We performed the comparative analysis of
experimental data on the influence of various
material strengthening treatments (mechanical
removal of the welding seam reinforcement,
argon-ark treatment, explosion, ultrasonic
surface work-hardening) on the fatigue strength
of welded joints of low-carbon steels under
harmonic and impact loadings at the room and
low (-60°С) temperatures. We obtained
quantitative results on the improvement of
fatigue strength characteristics for each type of
treatment under the identical test conditions.
Comparison of the efficiencies of each type of
treatment under impact loading conditions at
low temperature in reference to the initial
welded joint condition under room-temperature
harmonic loading has shown that ultrasonic
surface work-hardening is most expedient for
strengthening of welded structures operating
under low-temperature conditions.
|
| issn |
0556-171X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46373 |
| citation_txt |
Оценка эффективности методов повышения сопротивления усталости сварных соединений при ударном нагружении в условиях низкой температуры / В.А. Дегтярев, Б.С. Шульгинов // Проблемы прочности. — 2000. — № 6. — С. 115-123. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT degtârevva ocenkaéffektivnostimetodovpovyšeniâsoprotivleniâustalostisvarnyhsoedineniipriudarnomnagruženiivusloviâhnizkoitemperatury AT šulʹginovbs ocenkaéffektivnostimetodovpovyšeniâsoprotivleniâustalostisvarnyhsoedineniipriudarnomnagruženiivusloviâhnizkoitemperatury AT degtârevva assessmentoftheefficiencyofthemethodsforimprovementoffatiguestrengthofweldedjointsunderlowtemperatureimpactloadingconditions AT šulʹginovbs assessmentoftheefficiencyofthemethodsforimprovementoffatiguestrengthofweldedjointsunderlowtemperatureimpactloadingconditions |
| first_indexed |
2025-11-25T11:19:35Z |
| last_indexed |
2025-11-25T11:19:35Z |
| _version_ |
1850511249018716160 |
| fulltext |
УДК 539.434:678.029.4
Оценка эффективности методов повышения сопротивления
усталости сварных соединений при ударном нагружении в
условиях низкой температуры
В. А. Дегтярев, Б. С. Ш ульгинов
Институт проблем прочности НАН Украины, Киев, Украина
Проанализированы экспериментальные данные по влиянию различных упрочняющих обра
боток (механическое снятие усиления шва, аргонодуговая, взрывом, ультразвуковой по
верхностный наклеп) на сопротивление усталости сварных соединений низколегированных
сталей при гармоническом и ударном нагружении в условиях комнатной и низкой (-60°С)
температур. Установлено количественное повышение сопротивления усталости при каж
дом виде обработки в одинаковых условиях испытаний. Сравнение эффективности каж
дого вида обработки в условиях ударного нагружения при низкой температуре отно
сительно исходного состояния сварного соединения при гармоническом нагружении и ком
натной температуре показало, что наиболее целесообразно использовать ультразвуковой
поверхностный наклеп для упрочнения сварных конструкций, эксплуатируемых в условиях
низких климатических температур.
Введение. Существует целый ряд технологических методов повышения
долговечности сварных соединений [1-3]. Их эффективность обычно оце
нивают по результатам испытаний упрочненных и неупрочненных сварных
образцов или деталей на усталость в стандартных условиях, т.е. при гар
моническом нагружении в условиях комнатной температуры [4]. Принято
считать, что снижение температуры до — 60оС не уменьшает сопротивление
усталости сварных соединений [2]. Поэтому оценку эффективности упроч
няющих методов в условиях низких климатических температур обычно не
проводят. Однако в условиях Сибири и Крайнего Севера поток отказов
сварных конструкций транспортной и горнодобывающей техники в зимнее
время увеличивается в несколько раз [5], что, по-видимому, обусловлено в
основном уменьшением сопротивления усталости сварных соединений при
понижении температуры эксплуатации. Экспериментально этот эффект был
получен в Институте проблем прочности НАН Украины при испытаниях на
усталость в условиях ударного нагружения [6]. В связи с этим упрочнение
сварных конструкций, работающих в условиях низких климатических тем
ператур, становится особенно актуальным. Однако эффективность упроч
няющих методов при ударном нагружении и низкой температуре практи
чески неизвестна.
В настоящей работе исследовано влияние наиболее известных методов
упрочнения на сопротивление усталости сварных соединений низколеги
рованных сталей в условиях ударного нагружения при — 60оС. Исследовали
эффективность механической и аргонодуговой обработок стыковых соеди
нений, взрывной обработки и ультразвукового поверхностного наклепа тав
ровых соединений.
Типы сварны х образцов и порядок их подгот овки. Используемые марки
сталей проката, размеры образцов и их механические свойства приведены в
табл. 1, а конструкция образцов - на рис. 1.
© В. А. ДЕГТЯРЕВ, Б. С. ШУЛЬГИНОВ, 2000
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, N 6 115
В. А. Дегтярев, Б. С. Шульгинов
Т а б л и ц а 1
Основные размеры сварных образцов и механические свойства сталей
при комнатной температуре
Рис. 1. Типы сварных образцов для определения сопротивления усталости.
Образцы вырезали из сварных заготовок размером в плане 400 X 660 мм,
у которых стыковые соединения выполняли ручной электродуговой сваркой
(сталь 14Х2ГМР) или полуавтоматической в среде углекислого газа (сталь
12ГН2МФАЮ), а тавровые соединения - автоматической сваркой под флю
сом (стали 15ХСНД и 09Г2С). Одинаковые сварные соединения в одних
заготовках оставляли в исходном состоянии, в других - подвергали одному
из нижеперечисленных видов упрочнения.
Механическая обработка (МО) стыкового соединения стали 14Х2ГМР
заключалась в удалении усиления шва заподлицо с основным металлом
(рис. 1,а).
При аргонодуговой обработке (АДО) стыкового соединения стали
12ГН2МФАЮ оплавляли зоны перехода шва к основному металлу (на
рис. 1,6 указано стрелками) неплавящимся вольфрамовым электродом диа
метром 4 мм в среде аргона по известной технологии [7].
Ультразвуковому поверхностному наклепу (УПН) в тавровых соеди
нениях стали 09Г2С подвергали зоны сплавления металла шва с основным
металлом (на рис. 1,г указано стрелками) посредством специального инст
румента с многоэлементным рабочим органом [8] при амплитуде резонанс
ных колебаний торца волновода 20 мкм с частотой 18 кГц и скорости
перемещения инструмента 0,20...0,25 м/мин.
116 [ББЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 6
Оценка эффективности методов повышения
Образцы из стали 15ХСНД с тавровым сварным соединением, пред
назначенные для взрывной обработки (ВзО), вырезали из пластин с не
обработанными швами. В образцах шириной 80 мм создавали остаточные
напряжения (ОН) путем наплавки продольного валика на тыльной стороне
образца. Затем образцы подвергали взрывной обработке (на рис. 1,в указано
стрелками) с помощью цилиндрических зарядов взрывчатого вещества мар
ки ДША-12, уложенных вдоль сварного шва на пластилиновые подкладки.
М етодика эксперимента и испытательное оборудование. Образцы
испытывали на усталость при изгибе в плоскости наименьшей жесткости
при заданном коэффициенте асимметрии цикла напряжений Я на уста
новках ДСО-2 [9] в условиях гармонического нагружения при комнатной и
низкой температурах и ДСО-1 [10] в условиях повторного ударного нагру
жения при температуре — 60оС. При гармоническом нагружении образца
испытания проводили при заданных амплитуде его прогиба и статической
нагрузке, а при ударном нагружении - при заданных энергии удара и
статической нагрузке. В обоих случаях статическая нагрузка вызывала в
образце минимальные напряжения цикла. Амплитуду напряжений измеряли
тензорезисторами, наклеенными на образец. Критерием разрушения образца
считали образование трещины предельной длины, равной для узких образ
цов 20 мм, для широких - 40 мм, или его хрупкое разрушение при меньшей
длине трещины. Образцы с остаточными напряжениями испытывали при
коэффициенте асимметрии Я = 0, а без остаточных напряжений - при
Я = 0,5. Выбор Я = 0,5 сделан на том основании, что, как показали ранее
проведенные исследования [11], при таком значении Я пределы вынос
ливости сварных образцов с высокими остаточными напряжениями и без
них имеют одинаковые значения. Это дает возможность определить диа
грамму предельных напряжений цикла сварного соединения с высокими ОН
по результатам испытаний образцов без ОН.
При проведении испытаний при низких температурах образцы охлаж
дали путем пропускания паров жидкого азота через специально выпол
ненные в них отверстия (рис. 1). С целью повышения надежности системы
охлаждения вместо электромеханических приборов было изготовлено спе
циальное электронное устройство для задания и поддержания температуры
образца, что позволило значительно увеличить точность измерения темпе
ратуры до ± 0,04оС и точность ее поддержания в течение всего времени
испытания до ± 0,5оС. Для сравнения точность измерения температуры
образца ранее использовавшимися приборами составляла ± 0,5оС, а точ
ность ее поддержания - ± 1,0оС.
Анализ результатов исследований. Кривые усталости обработанных и
необработанных стыковых сварных соединений сталей 14Х2ГМР и
12ГН2МФАЮ в полулогарифмических координатах максимальное напря
жение цикла о - число циклов до разрушения N представлены на рис. 2, а
тавровых сварных соединений сталей 15ХСНД и 09Г2С - на рис. 3. (Чтобы
не загромождать рисунки, некоторые кривые усталости приведены без экс
периментальных точек.) Уравнения кривых усталости приведены в табл. 2.
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, N 6 117
В. А. Дегтярев, Б. С. Шулъгинов
Т а б л и ц а 2
Сравнительная оценка влияния упрочняющих обработок
на сопротивление усталости сварных соединений
Стали и вид
обработки
Тип
соединения
Уравнение
кривой усталости
К = / (1д N )
Значения К при N ,
цикл
106 2-106
14Х2ГМР,
МО
Стыковое К = °* о = 1166 — 227,61д N
^ ак 1188,2 — 1601ё N 1,32 1,29
К = ак = 982,5 — 122,91ё N
vз ак 1188,2 — 1601ё N 1,08 1,16
12ГН2МФАЮ,
АДО
» » К = аяо = 2359 — 292,31д N
11 ак 2485,6 — 340,51ё N 1,37 1,55
К = а'*о = 2444 — 332,21ё N
1,2 а'к 1735 — 232,51ё N 1,35 -
К = аК = 2444 — 332,21ё N
1,3 ак 2485,6 — 340,51ё N 1,02 -
15ХСНД,
ВзО
Тавровое = а я0 = 1236,4 —161,318 N
11 = ак = 770,25 — 91,74 ̂ N 1,22 1,16
К = а*о = 849,6 — 102,461ё N
1,2 а'к 496,37 — 51,551ё N 1,26 1,16
К = а*о = 849,6 — 102,461ё N
1,3 ак 770,25 — 91,741ё N 1,07 1,06
09Г2С,
УПН
» » К = а*о = 1112,9 — 107,431ё N
1,2 а'к 794,7 — 77,61ё N 1,42 1,42
К = а'яо = 1112,9 — 107,431gN
vз = ак ~ 986 — 99,31дN 1,20 1,21
1 2 5 Ю 20 3 5 10 Н-Ю5,цикл
а 5
Рис. 2. Кривые усталости стыковых соединений сталей 14Х2ГМР (а) и 12ГН2МФАЮ (б): 1,
2, 3 - после механической обработки; 4, 5, 6 - исходное состояние; 7, 8 - после арго
нодуговой обработки. (1, 6, 7 - ударное нагружение при — 60оС; 2, 4, 5, 8 - гармоническое
нагружение при комнатной температуре; 3 - гармоническое нагружение при — 60оС.)
118 ІББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 6
Оценка эффективности методов повышения
Рис. 3. Кривые усталости тавровых соединений сталей 15ХСНД (а) и 09Г2С (б): 1, 2, 5, 6 -
исходное состояние; 3, 4 - после взрывной обработки; 7 - после ультразвукового по
верхностного наклепа. (1, 3, 6, 7 - ударное нагружение при — 60°С; 2, 4, 5 - гармоническое
нагружение при комнатной температуре.)
Для сравнения эффективности вышеупомянутых методов обработки
сварных соединений между собой с учетом различных условий испытания
на усталость и количественной оценки ввели ряд коэффициентов. Влияние
обработки на сопротивление усталости сварных соединений в условиях
гармонического нагружения при комнатной температуре оценивали по
коэффициенту
- я° _ а і — 6 і ' § мК у — ------ — ----------------- ,
1 О к а 0 — ь 0 1ё N (1)
где о и и о и - пределы ограниченной выносливости сварного соединения
и о
соответственно в исходном состоянии и после дополнительной обработки,
определенные при одинаковой долговечности по уравнениям кривых уста
лости.
Влияние обработки на сопротивление усталости сварных соединений в
условиях ударного нагружения при низкой температуре оценивали по коэф
фициенту
и а з - Ьз 1ё Nо
К , — “ °у2 О Я а 2 — ь 2 1§ N ’ (2)
где о 'и , о - пределы ограниченной выносливости сварного соединения в
исходном состоянии и после дополнительной обработки, полученные при
ударном нагружении и — 60оС соответственно. Их значения находили по
соответствующим уравнениям кривых усталости, представленным в табл. 2.
Там же приведены значения коэффициентов К и при долговеч
ностях N = 106 и N = 2 • 106 цикл нагружений. Кривые на рис. 4,а и б харак
теризуют зависимости коэффициентов К ^ и К ^ соответственно от числа
циклов до разрушения при разной технологии упрочнения шва. Анализ
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 6 119
В. А. Дегтярев, Б. С. Шулъгинов
результатов испытаний показывает, что все виды обработок повышают
сопротивление усталости сварных соединений при обоих условиях испы
таний во всем исследованном диапазоне долговечности в 1,1_1,6 раза.
Причем эффект упрочнения при ВзО и АДО для долговечностей 106 и 2 • 106
цикл практически одинаков, т.е. не зависит от условий испытаний. Из
рисунков также следует, что по мере увеличения долговечности N эффект
упрочнения для разных видов обработок может уменьшаться, увеличивать
ся или оставаться неизменным. Например, коэффициенты К у для соеди
нений, подвергнутых механической обработке (кривая 1), и К ^ для соеди
нений после аргонодуговой обработки (кривая 2) и ультразвукового по
верхностного наклепа (кривая 4) практически не зависят от числа циклов.
Численные их значения даны в табл. 2. Взрывная обработка приводит к
уменьшению коэффициентов К ^ и К ^ в диапазоне изменения долго
вечности 2 • 105 ...2 • 106 цикл. Для сварных соединений, подвергнутых арго
нодуговой обработке, К увеличивается.
Рис. 4. Зависимости коэффициентов К^ (а), К ^ (б) и К^ (в) от долговечности при разных
технологиях упрочнения сварного шва сталей 14Х2ГМР (механическая обработка) - 1,
12ГН2МФАЮ (аргонодуговая обработка) - 2, 15ХСНД (взрывная обработка) - 3 и 09Г2С
(ультразвуковой поверхностный наклеп) - 4.
Совместное влияние обработки, ударного режима нагружения и низ
кой температуры на сопротивление усталости вышеупомянутых сварных
соединений оценивали по коэффициенту
а з — Ь з 1§ N
О г (3)
120
а 0— Ь0 N
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 6
Оценка эффективности методов повышения
В табл. 2 указаны значения К ^ при долговечностях 106 и 2 * 106 цикл
нагружений. Зависимости коэффициента К у от долговечности для всех
видов обработок представлены на рис. 4,в. Как видно, механическая обра
ботка до долговечностей 3*105 цикл и аргонодуговая до 1,15 * 106 цикл
практически не влияют на относительное изменение сопротивления уста
лости сварных соединений, т.е. К у =1. Это значит, что положительный
эффект от МО и АДО, приводящий к повышению сопротивления усталости
стыкового соединения, сводится на нет отрицательным влиянием ударного
нагружения и низкой температуры, что может иметь существенное значение
для машиностроительных сварных конструкций, предназначенных для ра
боты в условиях Крайнего Севера и рассчитанных на эксплуатацию в
области ограниченной долговечности (в частности, до 106 цикл). Объяснить
полученный результат можно исходя из того, что в условиях ударного
нагружения и низкой температуры имеющиеся в сварных швах микропоры,
не опасные в стандартных условиях, становятся концентраторами, из ко
торых развивались трещины усталости. Это установлено при проведении
исследований сварных соединений стали 14Х2ГМР со снятым усилением
шва [12]. По мере повышения долговечности N эффект упрочнения от
механической обработки проявляется в большей мере: К у увеличивается до
1,16 при2*106 цикл нагружений. Из рис. 2,б видно, что при N > 1,15 * 106
цикл аргонодуговая обработка также может быть эффективной. Однако
последний результат требует проведения дополнительных исследований.
Эффект упрочнения от взрывной обработки (кривая 3 на рис. 4,в) в этих
условиях испытаний во всем диапазоне долговечности остается практически
постоянным и равным К ^ = 1,07. Только ультразвуковой поверхностный
наклеп в среднем на 20% повышает сопротивление усталости, что сви
детельствует о его преимуществе перед другими рассмотренными техно
логическими обработками стыковых и тавровых сварных соединений низко
легированных сталей. Из рис. 4,а,б также видно, что эффект упрочнения
практически не зависит от условий испытаний. Это означает, что отно
сительное увеличение сопротивления усталости в случае удара при низкой
температуре и гармонического нагружения при комнатной температуре
обработанных соединений происходит примерно на одинаковую величину.
Сопоставление представленных на рисунке кривых, полученных при од
ном виде обработки, показывает, что эффективность рассматриваемых обра
боток по коэффициенту К более чем в два раза меньше (например, на
базе 106 или 2 * 106 цикл), чем просто при одинаковых условиях испытаний,
т.е. в условиях гармонического нагружения при комнатной температуре или
ударного нагружения при — 60оС.
Проведенные исследования свидетельствуют, что все виды обработок
увеличивают сопротивление усталости сварных соединений, но эффектив
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, N 6 121
В. А. Дегтярев, Б. С. Шульгинов
ность их разная и зависит от базы испытаний. Если сравнивать эффек
тивность каждого вида обработки в условиях ударного нагружения при
низкой температуре относительно исходного состояния сварного соедине
ния при гармоническом нагружении и комнатной температуре, то видно, что
из всех рассмотренных видов обработок наиболее целесообразно исполь
зовать ультразвуковой поверхностный наклеп для упрочнения конструкций,
эксплуатируемых в условиях холодного климата. Можно также отметить,
что испытания сварных соединений на усталость в условиях ударного
нагружения при низкой температуре выявляют такие их свойства после
технологической обработки, которые не обнаруживаются при испытаниях в
условиях гармонического нагружения при комнатной или низкой темпе
ратурах. Это свидетельствует о том, что испытания при ударе имеют само
стоятельное значение, так как свойства сварных соединений не могут быть
установлены при других видах испытаний.
Заключение. Из рассмотренных методов обработки сварных соеди
нений наиболее эффективным по критерию повышения их сопротивления
усталости в условиях ударного нагружения и низкой температуры является
ультразвуковой поверхностный наклеп, который на 20% повышает сопро
тивление усталости такого же соединения в исходном состоянии, опре
деленное при гармоническом нагружении и комнатной температуре. Со
противление усталости подвергнутых обработке стыковых и тавровых свар
ных соединений, полученное в условиях как ударного нагружения при
низкой температуре, так и гармонического нагружения при комнатной тем
пературе, повышается примерно одинаково.
Р е з ю м е
Проаналізовано експериментальні дані щодо впливу різних зміцнювальних
обробок (механічне зняття підсиленного шва, аргонодугова, вибухом,
ультразвуковий поверхневий наклеп) на опір втоми зварних з ’єднань низь-
колегованих сталей при гармонічному й ударному навантаженні в умовах
кімнатної та низької (— 60оС) температур. Установлено кількісне підвищен
ня опору втомі для кожного виду обробки в однакових умовах випро
бувань. Порівняння ефективності кожного виду обробки в умовах ударного
навантаження при низькій температурі відносно початкового стану зварного
з ’єднання при гармонічному навантаженні та кімнатній температурі пока
зало, що найбільш доцільно використовувати ультразвуковий поверхневий
наклеп для зміцнення зварних конструкцій, що експлуатуються в умовах
низьких кліматичних температур.
1. А сни с А. Е., И ващ енко Г. А . Повышение прочности сварных конст
рукций. - Киев: Наук. думка, 1978. - 193 с.
2. К удрявцев И. В., Н аум ченков Н. Е . Усталость сварных конструкций. -
М.: Машиностроение, 1976. - 271 с.
3. Труф яков В. И . Усталость сварных соединений. - Киев: Наук. думка,
1973. - 215 с.
122 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 6
Оценка эффективности методов повышения
4. Р Д 50-551-85. Методические указания. Расчеты и испытания на проч
ность. Расчетно-экспериментальные методы оценки сопротивления
усталости сварных соединений. - Введ. 01. 01. 86.
5. Григорьев Р. С., Ларионов В. П., Уржумцев Ю. С. Методы повышения
работоспособности техники в северном исполнении. - Новосибирск:
Наука, 1987. - 255 с.
6. Шульгинов Б. С. Сопротивление усталости сталей и их сварных со
единений с учетом эксплуатации горнодобывающей и транспортной
техники в районах Крайнего Севера // Прочность материалов и конст
рукций при низких температурах. - Киев: Наук. думка, 1990. - С. 248 -
253.
7. Иващенко Г. А. Упрочнение сварных соединений из низколегиро
ванных и низкоуглеродистых сталей аргонодуговой обработкой //
Аргонодуговая обработка сварных соединений (Сб. науч. статей). -
Киев: ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР, 1983. - С. 9 - 21.
8. Статников Е. Ш., Шевцова Е. М., Куликов В. Ф. Ультразвуковой
ударный инструмент для упрочнения сварных швов и уменьшения
остаточных напряжений // Новые физические методы интенсификации
технологических процессов. - М.: Металлургия, 1977. - С. 27 - 29.
9. Дегтярев В. А. Установки типа ДСО для испытаний на усталость при
повторном ударном и гармоническом нагружении с различной асим
метрией цикла // Пробл. прочности. - 1982. - № 10. - С. 110 - 113.
10. Шульгинов Б. С., Дегтярев В. А. Установка для испытаний материалов
и их сварных соединений на усталость при многоцикловом ударном
нагружении // Там же. - 1998. - № 3. - С. 141 - 146.
11. Шульгинов Б. С., Дегтярев В. А., Матвеев В. В. О предельных напря
жениях цикла сварных соединений с высокими остаточными напря
жениями // Там же. - 1984. - № 3. - С. 58 - 61.
12. Шульгинов Б. С., Матвеев В. В., Дудин А. И. О влиянии микродефектов
в сварных швах на сопротивление усталости металлоконструкций
горнодобывающей, транспортной техники // XI Респ. конф. по повы
шению надежности и долговечности машин и сооружений: Тез. докл. -
Киев: Наук. думка, 1985. - С. 167 - 168.
Поступила 26. 07. 99
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 6 123
|