Способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций
Предложен способ повышения сопротивления усталости сварных соединений толстолистовой стали в исходном состоянии и после ремонтной сварки удаленных усталостных трещин по общепринятой технологии рекомендованными материалами с последующей облицовкой швов аустенитно-мартенситной проволокой Х10Н10, созда...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99319 |
| 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: | Способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций / В.С. Ковальчук, В.В. Кныш, В.Д. Позняков, С.Б. Касаткин // Автоматическая сварка. — 2007. — № 3 (647). — С. 44-46. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859857519716859904 |
|---|---|
| author | Ковальчук, В.С. Кныш, В.В. Позняков, В.Д. Касаткин, С.Б. |
| author_facet | Ковальчук, В.С. Кныш, В.В. Позняков, В.Д. Касаткин, С.Б. |
| citation_txt | Способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций / В.С. Ковальчук, В.В. Кныш, В.Д. Позняков, С.Б. Касаткин // Автоматическая сварка. — 2007. — № 3 (647). — С. 44-46. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Предложен способ повышения сопротивления усталости сварных соединений толстолистовой стали в исходном состоянии и после ремонтной сварки удаленных усталостных трещин по общепринятой технологии рекомендованными материалами с последующей облицовкой швов аустенитно-мартенситной проволокой Х10Н10, создающей благоприятные остаточные сжимающие напряжения. Определено, что циклическая долговечность сварных соединений стали 09Г2С, изготовленных, а также отремонтированных по предлагаемой технологии, повышается в 5…7 раз по сравнению с таковой при стандартной технологии.
The method is suggested for increasing fatigue resistance of welded joints on thick steel plates in the as-welded condition and after repair welding of fatigue cracks by the standard technology using the recommended consumables, followed by facing the welds with austenite-martensite wire Kh10N10 that induces favourable residual compressive stresses. Cyclic fatigue life of welded joints in steel 09G2S, made and repaired by the suggested technology, was found to increase 5-7 times, compared with that by using the standard technology.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:44:00Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791:62-112.81
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
И РЕСУРСА СВАРНЫХ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В. С. КОВАЛЬЧУК, В. В. КНЫШ, В. Д. ПОЗНЯКОВ, С. Б. КАСАТКИН, кандидаты техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Предложен способ повышения сопротивления усталости сварных соединений толстолистовой стали в исходном
состоянии и после ремонтной сварки удаленных усталостных трещин по общепринятой технологии рекомендо-
ванными материалами с последующей облицовкой швов аустенитно-мартенситной проволокой Х10Н10, создающей
благоприятные остаточные сжимающие напряжения. Определено, что циклическая долговечность сварных
соединений стали 09Г2С, изготовленных, а также отремонтированных по предлагаемой технологии, повышается
в 5…7 раз по сравнению с таковой при стандартной технологии.
К л ю ч е в ы е с л о в а : циклическая долговечность, сварные
соединения, облицовочные швы, остаточные сжимающие
напряжения
В элементах железнодорожных и автодорожных
мостов, подкрановых балок, судов, буровых плат-
форм и других промышленных сооружений, а так-
же в деталях машин транспортного и энергети-
ческого машиностроения после определенного
периода эксплуатации в условиях сложного цик-
лического нагружения возникают усталостные
трещины. Можно полагать, что главными причи-
нами их преждевременного зарождения и уско-
ренного развития в металлоконструкциях являют-
ся дополнительные местные вибрации отдельных
элементов, которые накладываются на основные
переменные нагрузки, а также неучтенные при
конструировании сварочные остаточные напряже-
ния. Подтверждением этому могут служить про-
летные строения железнодорожных мостов [1], из-
готовленные в 1950–1980-х годах. В мостах,
построенных в более ранний период, усталос-
тными трещинами поражены в основном прик-
репления продольных и поперечных связей вслед-
ствие их колебаний при проходе подвижного
состава. В мостах, построенных во второй поло-
вине указанного периода по типовым проектам,
в которых предусмотрено освобождение поясов
главных балок от приварки к ним центрирующих
листов, ребер жесткости и связей в стенках балок,
имели место значительные дополнительные нап-
ряжения изгиба, возникшие от бокового смещения
и вибраций. В результате очагами зарождения ус-
талостных трещин стали окончания швов у вы-
резов вертикальных ребер жесткости, где свароч-
ные растягивающие остаточные напряжения
достигают значений предела текучести основного
металла. Такие трещины обычно распространяют-
ся вдоль стенок главных балок, но при их повороте
поперек балок они представляют еще большую
опасность, особенно зимой, когда в условиях по-
ниженных температур даже относительно неболь-
шие усталостные трещины в пролетных строениях
могут инициировать хрупкие разрушения при низ-
ких номинальных напряжениях. В настоящее вре-
мя во многих странах, в том числе и в Украине,
эксплуатируется большое количество мостов с ус-
талостными трещинами. В таком же состоянии
находится подвижной состав, который также в
значительной степени исчерпал свой расчетный
ресурс.
В этой связи актуальной проблемой является
повышение сопротивления усталости сварных
конструкций на стадиях проектирования, изготов-
ления, а также после ремонта, в ходе которого с
целью продления ресурса изделий удаляют металл
вокруг усталостной трещины и выполняют завар-
ку повреждений.
Существуют различные способы повышения
циклической долговечности сварных соединений.
Как правило, они основаны на снятии растягива-
ющих остаточных напряжений или искусственном
наведении благоприятных сжимающих напряже-
ний после завершения сварочных работ, что ухуд-
шает технологичность и увеличивает продолжи-
тельность и стоимость изготовления и ремонта
металлоконструкций. Указанные недостатки устра-
няет способ повышения сопротивления усталости
путем наведения сжимающих напряжений в про-
цессе сварки, предложенный японскими исследова-
телями [2]. Ими высказано предположение о том,
что использование сварочной проволоки с низкой
температурой межфазного перехода (рекристалли-
зации) может способствовать эффективному сни-
жению остаточных напряжений растяжения. Извес-
тно [3], что в тройной системе Fe–Ni–Cr темпера-
тура фазовых превращений в твердом состоянии,
связанных с переходом одного класса твердых
растворов в другой, зависит от массовой доли этих
металлов (рис. 1). Если твердый раствор состоит
© В. С. Ковальчук, В. В. Кныш, В. Д. Позняков, С. Б. Касаткин, 2007
44 3/2007
из 10 мас. % Cr, 10 мас. % Ni и 80 мас. % Fe, то
рекристаллизация такого металла происходит в
диапазоне низких (200…50 °С) температур. При
сварке проволокой отмеченного состава процесс
межфазного перехода аустенита в мартенсит
(γ→α) приводит к расширению металла шва на
конечной стадии охлаждения и, как следствие, к
возникновению благоприятных остаточных нап-
ряжений сжатия в зоне сварного соединения. По
данным работы [4], выполнение сварки с приме-
нением проволоки указанного состава позволяет
повысить сопротивление усталости соединений
стали почти в 2 раза. Однако широкое использо-
вание этой проволоки для сварки сталей разных
классов прочности имеет и определенные недос-
татки. Механические характеристики металла шва
в значительной мере определяются присадочным
материалом и могут существенно отличаться от
таковых основного металла, что нередко приводит
к появлению холодных трещин в соединениях,
особенно при сварке корня шва [5], и снижению
сопротивления хрупкому разрушению. Следует
также отметить, что высокая стоимость сварочной
проволоки снижает экономичность изготовления
и ремонта толстолистовых конструкций. В свете
изложенного представляется, что для повышения
сопротивления усталости сварных соединений не
следует выполнять все слои многослойного шва
соединений хромоникелевыми материалами.
Предлагается сварку многослойных швов и завар-
ку участка с удаленными усталостными тре-
щинами выполнять по обычной технологии реко-
мендованными материалами, а последние (обли-
цовочные) швы — аустенитно-мартенситной про-
волокой.
Для оценки сопротивления усталости сварных
соединений, выполненных по предлагаемой в
данной работе технологии, изготовлены образцы
крестообразной формы из толстолистовой стали
09Г2С (рис. 2), имеющие высокую концентрацию
напряжений и растягивающие остаточные напря-
жения в исходном состоянии при общепринятой
технологии изготовления. Все сварные швы про-
дольных ребер образцов с левой стороны оси ОО′
и внутренние швы с правой ее стороны (рис. 2,
а) выполнены ручной сваркой штучными элект-
родами УОНИ-13/55 с полным проваром, а обли-
цовочные швы ребер с правой стороны от оси
ОО′ — аустенитно-мартенситной проволокой мар-
ки Х10Н10 диаметром 1,6 мм в углекислом газе
с применением полуавтомата. Такая конструкция
образца и технология изготовления позволили оп-
ределить сопротивление усталости сварных соеди-
нений в исходном состоянии, после облицовки, а
также ремонта сваркой и ремонта сваркой и обли-
цовкой на одних и тех же образцах и при тех же
режимах нагружения. Испытания на усталость об-
разцов выполняли при мягком режиме от нулевого
одночастотного осевого растяжения на сервогидрав-
лической машине УРС 200/20. За критерий завер-
шения испытаний принимали развивающуюся
усталостную трещину длиной 20 мм. В процессе
Рис. 1. Политермические разрезы сплавов тройной системы Fe–
Ni–Cr: а — 95; б — 90; в — 85; г — 80 мас. % Fe
Рис. 2. Схема образца для оценки эффективности облицовки швов
проволокой Х10Н10 на сопротивление усталости новых и отре-
монтированных сварных соединений при одночастотном нагру-
жении (а) и схема сварки (б): 1 — первый проход (корень шва);
2 — сердцевина; 3 — заварка разделки кромок с использованием
электродов УОНИ-13/55; 4, 5 — облицовочные швы, выполнен-
ные проволокой Х10Н10 в углекислом газе
3/2007 45
испытаний усталостные трещины зарождались по
линии сплавления шва с основным металлом в
соединениях, полученных с использованием элек-
тродов УОНИ-13/55. После достижения трещиной
критической длины испытания прерывали, металл
с усталостной трещиной удаляли пальцевой фрезой,
а образовавшееся углубление заваривали электро-
дами УОНИ-13/55. В образцах, предназначенных
для получения данных о сопротивлении усталости
соединений после ремонта сваркой по обычной тех-
нологии, полную заварку разделанных трещин вы-
полняли электродами УОНИ-13/55. Во всех
остальных образцах заварку электродами осущес-
твляли заподлицо с плоскостью образца, а пос-
ледний (облицовочный) шов выполняли аустенит-
но-мартенситной проволокой. При этом облицо-
вочные швы начинались и заканчивались на про-
дольной части ребер. Последующие испытания
после ремонта продолжали на первоначально за-
данных режимах нагружения до образования ус-
талостных трещин заданных критических раз-
меров в отремонтированных и исходно упрочнен-
ных облицовкой соединениях. Полученные ре-
зультаты испытаний образцов на усталость,
представленные на рис. 3, показали, что ремонт
сваркой по общепринятой технологии позволяет
практически восстановить исходную цикличес-
кую долговечность сварных соединений с высо-
ким уровнем растягивающих остаточных свароч-
ных напряжений и присущей данному типу сое-
динения концентрацией напряжений. При выпол-
нении сварки с облицовкой аустенитно-мартенсит-
ной проволокой соединений при их изготовлении
или после ремонта циклическую долговечность ме-
таллоконструкций с такими соединениями можно
повысить в 5…7 раз.
Выводы
1. Применение аустенитно-мартенситной прово-
локи с низкой температурой межфазного перехода
γ→α при сварке низколегированных сталей поз-
воляет существенно повысить сопротивление ус-
талости соединений.
2. Предлагаемая технология сварки соедине-
ний из толстолистовой стали обычными свароч-
ными материалами и облицовкой швов аустенит-
но-мартенситной проволокой в отличие от сварки
только аустенитно-мартенситной проволокой ис-
ключает появление внутренних трещин и соот-
ветственно повышает циклическую долговечность
соединений, а также снижает затраты на изготов-
ление и ремонт сварных металлоконструкций.
3. Циклическая долговечность сварных соеди-
нений стали 09Г2С с высоким уровнем остаточ-
ных сварочных напряжений, выполненных и
отремонтированных по предлагаемой технологии,
повышается в 5…7 раз по сравнению с таковой
при стандартной технологии сварки.
1. Усталостные трещины в сварных сплошностенчатых
пролетных строениях / Ю. П. Миролюбов, Е. И. Панин,
В. В. Фролов и др. // Вопросы проектирования и эксплуа-
тации искусственных сооружений. — Л.: ЛИИЖТ, 1983.
— С. 62–68.
2. Ohta A., Suzuki N., Maeda Y. Effective means for improving
the fatigue strength of welded structures // Welding World. —
1996. — № 37. — Р. 84–89.
3. Корнилов И. И. Железные сплавы. — Т. 3: Сплавы системы
железо–хром–никель. — М.: Изд-во АН СССР, 1956. —
432 с.
4. Ohta A., Maeda Y., Suzuki N. Fatigue life extension by repairing
fatigue cracks initiated around box welds with low transforma-
tion temperature welding wire. — S.l., [2000]. — 13 p. —
(Intern. Inst. of Welding; Doc. XIII-1835–2000).
5. Mazel Yu. A. 10 % Gr–10 % Ni martensitic welding wires
with a low temperature of the γ→α transformation // Svaroc-
hnoe Proizvodstvo. — 2002. — 49, № 12. — S. 10–13.
The method is suggested for increasing fatigue resistance of welded joints on thick steel plates in the as-welded condition
and after repair welding of fatigue cracks by the standard technology using the recommended consumables, followed by
facing the welds with austenite-martensite wire Kh10N10 that induces favourable residual compressive stresses. Cyclic
fatigue life of welded joints in steel 09G2S, made and repaired by the suggested technology, was found to increase 5-7
times, compared with that by using the standard technology.
Поступила в редакцию 10.07.2006,
в окончательном варианте 22.03.2006
Рис. 3. Сопротивление усталости сварных соединений стали
09Г2С с продольными ребрами жесткости (рис. 2): 1 — исходная
технология сварки; 2 — после первого ремонта сваркой по исход-
ной технологии; 3 — сварка с облицовочными швами; 4 — после
первого ремонта сваркой с облицовкой проволокой Х10Н10; N —
количество циклов нагружения; σ — максимальные напряжения
46 3/2007
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99319 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:44:00Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ковальчук, В.С. Кныш, В.В. Позняков, В.Д. Касаткин, С.Б. 2016-04-26T19:44:01Z 2016-04-26T19:44:01Z 2007 Способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций / В.С. Ковальчук, В.В. Кныш, В.Д. Позняков, С.Б. Касаткин // Автоматическая сварка. — 2007. — № 3 (647). — С. 44-46. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99319 621.791:62-112.81 Предложен способ повышения сопротивления усталости сварных соединений толстолистовой стали в исходном состоянии и после ремонтной сварки удаленных усталостных трещин по общепринятой технологии рекомендованными материалами с последующей облицовкой швов аустенитно-мартенситной проволокой Х10Н10, создающей благоприятные остаточные сжимающие напряжения. Определено, что циклическая долговечность сварных соединений стали 09Г2С, изготовленных, а также отремонтированных по предлагаемой технологии, повышается в 5…7 раз по сравнению с таковой при стандартной технологии. The method is suggested for increasing fatigue resistance of welded joints on thick steel plates in the as-welded condition and after repair welding of fatigue cracks by the standard technology using the recommended consumables, followed by facing the welds with austenite-martensite wire Kh10N10 that induces favourable residual compressive stresses. Cyclic fatigue life of welded joints in steel 09G2S, made and repaired by the suggested technology, was found to increase 5-7 times, compared with that by using the standard technology. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Краткие сообщения Способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций Method of improvement of cyclic and service life of welded steel structures Article published earlier |
| spellingShingle | Способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций Ковальчук, В.С. Кныш, В.В. Позняков, В.Д. Касаткин, С.Б. Краткие сообщения |
| title | Способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций |
| title_alt | Method of improvement of cyclic and service life of welded steel structures |
| title_full | Способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций |
| title_fullStr | Способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций |
| title_full_unstemmed | Способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций |
| title_short | Способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций |
| title_sort | способ повышения циклической долговечности и ресурса сварных стальных конструкций |
| topic | Краткие сообщения |
| topic_facet | Краткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99319 |
| work_keys_str_mv | AT kovalʹčukvs sposobpovyšeniâcikličeskoidolgovečnostiiresursasvarnyhstalʹnyhkonstrukcii AT knyšvv sposobpovyšeniâcikličeskoidolgovečnostiiresursasvarnyhstalʹnyhkonstrukcii AT poznâkovvd sposobpovyšeniâcikličeskoidolgovečnostiiresursasvarnyhstalʹnyhkonstrukcii AT kasatkinsb sposobpovyšeniâcikličeskoidolgovečnostiiresursasvarnyhstalʹnyhkonstrukcii AT kovalʹčukvs methodofimprovementofcyclicandservicelifeofweldedsteelstructures AT knyšvv methodofimprovementofcyclicandservicelifeofweldedsteelstructures AT poznâkovvd methodofimprovementofcyclicandservicelifeofweldedsteelstructures AT kasatkinsb methodofimprovementofcyclicandservicelifeofweldedsteelstructures |