Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Обзор литературы. Состояние вопроса
1.1. Влияние асимметрии напруження на сопротивление усталости сталей и их сварных соединений 8
1.2. Анализ основных способов оцределения цредела текучести при изгибе 19
1.3. Анализ влияния условий нагружения на циклическую ползучесть конструкционных материалов 25
Выводы 39
ГЛАВА 2. Установки и методики проввдения испытаний на усталость и циклическую ползучесть при знакопостоянном асимметричном нагружении
2.1. Установки для испытаний на усталость при повторном ударном (ДС0-І) и гармоническом (ДСО-2) нагружениях 43
2.2. Образцы для исследования усталости и циклической ползучести низколегированных сталей и их сварных соединений 63
2.3. Методики испытаний на усталость образцов материалов и сварных соединений при гармоническом и повторном ударном нагружениях 79
Выводы 88
ГЛАВА 3. Усталость и циклическая ползучесть низколегированных сталей 09г2 :и 14х2гмр при знакопостоянном асимметричном нагружении
3.1. Оценка влияния асимметрии цикла на сопротивление усталости исследуемых сталей 90
3.2. Определение пределов текучести приизгибе 101
3.3. Некоторые закономерности циклической ползучести низколегированных сталей 111
3.4. Определение пределов циклической ползучести 133
3.5. Построение уточненных диаграмм предельных напряжений цикла 138
Выводы 147
ГЛАВА 4. Оценка влияния циклической ползучести на остаточные напряжения и сопротивление усталости сварных соединений 149
4.1. Влияние циклической ползучести на кинетику остаточных напряжений в сварных соединениях стали 09Г2 150
4.2. Влияние остаточных напряжений на сопротивление усталости сварного соединения стали 09Г2 в условиях различной асимметрии внешней нагрузки 163
4.3. Определение диаграмм предельных напряжений натурных сварных соединений по результатам испытаний малогабаритных образцов 177
Выводы 185
Общие выводы 187
Литература 190
Приложение 206
- Анализ влияния условий нагружения на циклическую ползучесть конструкционных материалов
- Образцы для исследования усталости и циклической ползучести низколегированных сталей и их сварных соединений
- Некоторые закономерности циклической ползучести низколегированных сталей
- Влияние остаточных напряжений на сопротивление усталости сварного соединения стали 09Г2 в условиях различной асимметрии внешней нагрузки
Введение к работе
Работа ряда ответственных деталей машин и элементов конструкций в области высокой асимметрии различного характера циклического нагружения, где усталостному разрушению предшествует макропластическое деформирование материала, требует исследования закономерностей сопротивления усталости и циклической ползучести конструкционных сталей и их сварных соединений при высоких коэффициентах асимметрии г: как при гармоническом, так и повторном ударном нагружениязс.
Несмотря на то, что деформационные свойства материалов при циклическом нагружении исследуются более шестидесяти лет, наиболее полные сведения имеются при испытаниях в условиях высокой температуры в диапазоне изменений коэффициента асимметрии цикла -I ^ R ^ 0,7.
Систематическим исследованиям при более высоких R в условиях комнатных температур посвящено небольшое количество работ. Между тем они необходимы, т.к. даже по ограниченному экспериментальному материалу можно сделать вывод, что в процессе циклического нагружения при напряжениях, меньших предела текучести, перед разрушением в результате циклической ползучести могут развиваться пластические деформации значительно превосходящие допускаемые пластические деформации при пределе текучести.
Это свойство никак не отражено в диаграммах предельных напряжений цикла, которые сверху ограничиваются пределом текучести. Недостаточная изученность свойств материалов при R ^ 0,7 затрудняет широкое их использование в конструкционных элементах, эксплуатация которых ограничивается предельными деформациями. Кроме того циклическая ползучесть может приводить к релаксации остаточных напряжений в сварных соединениях.
Это явление в настоящее время широко используется в вибрационном методе снятия остаточных напряжений. Однако назначаемые циклические напряжения, как правило, подбирают опытным путем, не учитывая возможности накопления усталостных повреждений.
Целью настоящей работы является исследование закономерностей сопротивления усталости и циклической ползучести низколегированных сталей и их сварных соединений при асимметричном знакопостоянном нагружении ; разработка метода и экспериментальное определение предельных напряжений, ограничивающих действующие напряжения по критерию разрушения и допускаемой остаточной деформации ; выявление закономерностей влияния циклической ползучести на кинетику остаточных напряжений при разработке методики определения диаграммы предельных напряжений сварных соединений с остаточными напряжениями и уточнении допускаемых циклических напряжений в вибрационном методе снижения остаточных напряжений.
В соответствии с вышеизложенным работа включает
а) создание специального оборудования и разработку методик для
исследования процессов усталости и циклической ползучести ис
следуемых материалов в диапазоне коэффициента асимметрии цик
ла О ^ R< I при гармоническом и повторном ударном нагруже
нии ;
б) экспериментальные исследования закономерностей сопротивления
усталости и циклической ползучести на образцах из низколегиро
ванных сталей 09Г2 и Ї4Х2ГМР при разной асимметрии гармони-
чеекого нагружения ;
в) разработку метода и экспериментальное определение при разных
значениях Q предельных напряжений, при которых на заданной
базе испытаний достигается остаточная деформация, равная оста
точной деформации при пределе текучести Q'д2 J
г) анализ влияния циклической ползучести на кинетику остаточных напряжений путем исследования сопротивления усталости сварных стыковых соединений с остаточными и без остаточных напряжений сталей 09Г2 и І0ХСНД при асимметричном гармоническом, а стали Ї2ГН2ШШ0 повторном ударном нагружении и низкой температуре.
В соответствии с поставленными в работе задачами для низколегированных сталей 09Г2 и І4Х2ГМР были определены предельные напряжения, названные пределами циклической ползучести, по которым построены уточненные диаграммы предельных напряжений цикла.
Дан анализ особенностей влияния комбинации амплитуды напряжений <Эа и среднего напряжения (эт на величину накопленной пластической деформации.
Показано, что с повышением коэффициента асимметрии цикла, точка перелома кривой усталости сдвигается в сторону больших дол-говечностей, а значения пределов циклической ползучести увеличивается.
Для стыкового сварного соединения стали 09Г2 предложен предел циклической ползучести в качестве критерия для назначения режима циклического нагружения, снижающего остаточные напряжения.
Разработана методика и экспериментально определены диаграммы предельных напряжений сварных стыковых соединений с высокими остаточными напряжениями стали 09Г2, ЮХСЦЦ при гармоническом и стали І2ГН2МШ) повторном ударном нагружении по результатам испытаний образцов без остаточных напряжений.
Практическое значение выполненной работы заключается в следующем.
Получены конкретные характеристики сопротивления усталости и накоплению пластических деформаций при циклическом нагружении низколегированных сталей 09Г2 и І4Х2ГМР в диапазоне изменения коэффициента асимметрии цикла 0 ^ R < I, позволяющие ограничи-
вать действующие напряжения по критериям разрушения и допустимой остаточной деформации.
Экспериментально определенный предел циклической ползучести уточняет уровень циклических напряжений, снижающих остаточные напряжения.
Предложенная методика определения диаграммы предельных напряжений сварных соединений с высокими остаточными напряжениями сокращает расход металла и объем сварочных работ при изготовлении образцов, а также дает возможность применять испытательное оборудование небольшой мощности.
Результаты проведенной работы внедрены на ПО НКМЗ,г.Краматорские ожидаемым годовым экономическим эффектом 60 тыс.руб.
Результаты диссертационной работы опубликованы Z~I, 17, 117-119_7 и докладывались на Всесоюзной конференции по вибрационной технике (г.Кутаиси, 198I г.), на I Республиканской конференции "Повышение надежности и долговечности машин и сооружений" (г.Киев, 1982 г.), на республиканской научно-технической конференции "Проблемы снижения материалоемкости, повышения надежности и эффективности машин для животноводства и кормопроизводства" (г.Киев, 1982), на конференции "Опыт прогнозирования и отработка ресурса промышленных транспортных систем" (г.Ленинград, 1982 г.), а также тематическом семинаре Института проблем прочности АН УССР "Усталость и колебания" (г.Киев, 1983 г.).
Диссертационная работа выполнена в отделе вибрационной надежности Института проблем прочности АН УССР.
Автор считает своим долгом выразить сердечную благодарность научному руководителю доктору физико-математических наук Валентину Владимировичу Матвееву и кандидату технических наук Борису Семеновичу Шульгинову за оказанную помощь в выполнении работы.
Анализ влияния условий нагружения на циклическую ползучесть конструкционных материалов
Как правило, влияние переменной составляющей тем больше, чем больше ее амплитуда, однако оно не одинаково в течение всего процесса, наиболее сильно в начальной стадии и меньше на установив шейся стадии ползучести /"84 J.
Есть данные f 121, 133, 154 свидетельствующие о том, что переменная нагрузка наряду с увеличением скорости ползучести может не оказывать существенного влияния или даже понижать ее.
Например, в работе bj про.водили испытание жаропрочного сплава N -155 при циклической нагрузке и постоянной температуре + 730С, причем принименялось два вида цикла, по одному из которых образец в продолжении часа находился под нагрузкой и в течение часа без нее, а по другому - образец выдерживался под нагрузкой в течении 8 ч, а затем в течение 8 ч находился без нагрузки.
Результаты испытаний приведены в табл. Ї.І, анализ которой показывает уменьшение скорости ползучести у образцов, испытываемых в условиях двухчасового цикла, по сравнению с испытаниями при постоянной нагрузке и наоборот - увеличение скорости ползучести при испытаниях в условиях 16-часового цикла. Аналогичные результаты получены в работе / 79_7 при испытаниях стали IQUt , QHL , 0,03С , где показано, что при максимальных напряжениях с учетом переменных, равных 63 МПа скорость ползучести при 595 уменьшается в 2 раза по сравнению со статическим напряжением, О/яд х- а в т0 вРемя как при 815 она увеличивается в 5 раз. Уменьшение или увеличение пластичности некоторые авторы Ь, ІЗ і/ объясняют различием по виду и характеру изменения микроструктуры образца. По мнению Витовека 161 ], анализировавшего это явление, при приложении небольших переменных напряжений происходит упрочнение материалов. Это относится прежде всего к жаропрочным и высокопрочным сплавам. Но для большинства материалов этот эффект не характерен. При дальнейшем изучении было установлено, что на процесс циклической ползучести влияют такие факторы, как режим нагруже-ния, свойства материала с точки зрения накопления пластических деформаций с числом циклов, частота приложения нагрузки, уровень рабочих температур, асимметрия цикла.
Рассматривая влияние режима напруження, нужно отметить, что в условиях мягкого нагружения, когда постоянной поддерживается амплитуда напряжений, происходит более или менее интенсивное накопление направленной пластической деформации 14 J. Жесткий режим, когда постоянной поддерживается амплитуда полной деформации, значительно ограничивает накопление пластической деформации, которая образуется в результате перераспределения от цикла к циклу в пределах полной деформации между ее упругой и пластической . составляющими ll J.
Нужно отметить, что в большей степени циклическая ползучесть связывается с циклическими свойствами материала, который, как известно / 82_7, разделяют на циклически упрочняющиеся, циклически стабильные, циклически разупрочняющиеся. Так, например, при мягком асимметричном нагружении. у циклически стабильных и разупрочняющихся материалов BTI4 и ВТ 5-І соответственно ( рис. 1-4), циклические деформации могут накапливаться весьма интенсивно / 13_7, приводящие к квазистатическому разрушению образцов с образованием шейки после реализации предельной пластичности. Для циклически упрочняющихся сплав Д20-І остаточные деформации с числом циклов быстро стабилизируются / 42, 43 J.
На рисунке по оси ординат отложено отношение текущих значений пластической деформации к остаточному удлинению, а по оси абсцисс-отношение соответствующих им чисел циклов нагружения к числу циклов до разрушения для данного образца. При этом скорость установившейся ползучести увеличивается на порядок при переходе от циклически упрочняющегося сплава (2,4 10 мм/мм/цикл) к циклически стабильному (2,5 10 мм/мм цикл) и от последнего к циклически разупрочняющемуся (2,1 10 мм/мм/цикл).
В работах /"142, 143J Манжойн изучал ползучесть АС и его сплавов, а также циркония при совместном воздействии постоянного и циклического напряжений в интервале частот изменения нагрузки о1 2 до 20 гц. По его данным скорость циклической ползучести Аи при Т = 205С и (Э « 158 МПа увеличивается с увеличением частоты нагружения . Хотя есть данные /"95 J, показывающие, что этот эффект не зависит от частоты переменной нагрузки в диапазоне от 15 гц до 1,5 Мгц. В более поздних работах /"97 J по результатам испытаний стали 15Г2АфДпс показано, что с увеличением частоты процессы ползучести ускоряются (рис. 1.5).
Образцы для исследования усталости и циклической ползучести низколегированных сталей и их сварных соединений
Результаты испытаний стали І5Х2НМФА / 98_7 в условиях комнатной температурьщчастоты нагружения 2 цикл/мин также показали, что с уменьшением коэффициента асимметрии цикла от -0,3 до -0,5 при постоянном в &тах 00 МПа величина накопленной остаточной деформации за 50 циклов нагружения увеличивается с 2 до 8%.
При испытаниях сплава ВЇ-9 с уменьшением К ОТ - 0,5 до -0,7 при &тах= а происходит увеличение накопленной остаточной деформации за 200 циклов нагружения от 1,5 до 8%,
Достаточно большой накопленный по циклической ползучести материал, в настоящее время используется для разных целей. В частности, в работе /"65J предлагается совокупность действующих статических и переменных напряжений заменять эквивалентным статическим напряжением, что в значительной мере упрощает расчет металлоконструкцией днна расчетная зависимость, позволяющая находить удовлетворительное совпадение экспериментальных и расчетных (по эквивалентному напряжению ) кривых ползучести. Однако по мнению автора эта зависимость годится лишь при условии, что напряжения всегда положительны, а отношение -/fi С 0, 7, так как при большем значении может происходив накопление усталостного повреждения.
В работах /"98 J7, например, по имеющимся данным о циклической ползучести, полученных при разных коэффициентах асимметрии цикла, построены кривые скорости установившейся ползучести Vцп в зависимости от максимальных напряжений, общая закономерность которых заключается в том, что на этих кривых наблюдается перегиб, соответствующий зоне перехода от квазистатического разрушения к усталостному. Также показано, если УцпУ 5 10"" tffiMM ,то величин, накопленной пластической деформации к моменту разрушения в зависимости от материала в 70-100 раз превышает остаточную деформацию при условном пределе текучести. В этом случае запас пластичности в материале практически полностью исчерпывается. Если V4/7 5 10"" цикіГ , то обеспечивается усталостное разрушение, а величина остаточной деформации может превышать остаточную деформацию при пределе текучести в 5-20 раз.
После обширных исследований, проведенных в работах Z 83, 85_7, на основе большого объема накопленной информации о запасе пластичности . материала, скорости и степени его реализации на стадии установившейся ползучести, получена зависимость, позволяющая прогнозировать долговечность исследуемого материала при циклической ползучести.
В настоящее время существует много теорий, объясняющие природу циклической ползучести при асимметричном нагружении металлов. Однако они не могут достаточно полно объяснить поведение материала в реальных условиях эксплуатации. Поэтому единственно возможным путем решения практических задач пока является проведение целенаправленных экспериментальных исследований и определение на их основе общих закономерностей.
В настоящее время диаграммы предельных напряжений построены для большого количества сталей и различных типов их сварных соединений в большинстве случаев в диапазоне коэффициента асимметрии цикла R =- /.. . 0,3, где пределы выносливости, как правило, не превышают предела текучести. Проведенный анализ литературных данных показывает, что в литературе мало сведений об испытаниях материалов при высоких коэффициентах асимметрии цикла, хотя эта область малоизучена и представляет несомненный интерес с точки зрения совместного изучения процессов усталостного разрушения и деформационных свойств материалов.
Как показывают имеющиеся результаты исследований различных материалов в условиях высокой асимметрии циклического нагружения, при напряжениях, равных пределам въмосливости, но меньших предела текучести,в результате циклической ползучести могут развиваться пластические деформации, значительно превосходящие допускаемые деформации при пределе текучести и которые совершенно не учитываются при выборе напряжений, ограничивающих предельное состояние материала достижением допускаемых деформаций.
Причем, различная комбинация среднего напряжения цикла б и амплитуды напряжения цикла G& что соответствует разному значению коэффициента асимметрии цикла, дает различную величину остаточной пластической деформации при заданном количестве циклов нагружения. Поэтому условие, ограничивающее диаграммы предельных напряжений цикла сверху прямой линией (рис. I.I), на уровне предела текучести, требует своего уточнения.
Кроме того повышенный интерес к области высокой асимметрии вызван в связи с недостаточной изученностью диаграмм предельных напряжений сварных соединений без остаточных напряжений (малогабаритных) и с остаточными напряжениями (крупногабаритных).
Как показывает анализ литературных данных /"103.7, эти диаграммы с увеличением коэффициента асимметрии цикла имеют тенденцию к сближению вследствие релаксации остаточных напряжений в результате циклической ползучести. Причем предполагается, что при каком-то коэффициенте асимметрии цикла пределы выносливости крупнегабаритных и малогабаритных сварных соединений будут одинаковы.
В связи с этим возникает необходимость в определении R, при котором наступает равенство пределов выносливости, а следовательно, пересечение диаграмм предельных напряжений.
Знание этого условия позволяет,во-первых,установить величину максимальных напряжений, вызываемых внешней нагрузкой, которые снимают остаточные напряжения, во-вторых открывает широкие возможности использования результатов усталостных испытаний малогабаритных сварных соединений в области высокой асимметрии для построения диаграмм предельных напряжений крупногабаритных образцов. С учетом сказанного выше можно сделать следующие выводы. 1. В литературе имеются ограниченные сведения по одновременному изучению сопротивления усталости и циклической ползучести металлов и их сварных соединений в области действия высоких коэффициентов асимметрии цикла К .
Некоторые закономерности циклической ползучести низколегированных сталей
Рычаг б через динамометрический боек 5 опирается на консоль образца 13 и при растяжении пружины изгибает его. При этом происходит некоторое поперечное смещение точки контакта бойка с образцом при повороте рычага. Для достижения минимального смещения рычаг выполнен так, что ось его вращения, точка крепления пружины на рычаге и точка контакта бойка с образцом лежит на одной горизонтальной прямой. Величину горизонтального смещения F S точки контакта рычага с образцом легко определить по схеме, представленной на рис. 2.5, задавшись условием, что максимальный прогиб образца {KS не превысит 10 мм. Эта величина максимального прогиба образца выбрана на основании проведенных испытаний различных сталей.
Это смещение точки приложения силы от оси симметрии образца настолько мало, что не может вызвать таких касательных напряжений при кручении образца, которые могли бы привести к отличию эквивалентного напряжения от нормального напряжения. Контакт головки рычага с наружным кольцом шарикоподшипника 7, установленного в высшей точке своей траектории, достигается выдвижением упора 3 с помощью клина 4. При возникновении остаточной деформации изгиба образца появляется зазор между выдвижным упором и наружным кольцом подшипника, что приводит к уменьшению амплитуды деформации образца. В результате образования зазора наружное кольцо подшипника во время испытаний на усталость начинает медленно проворачиваться, что хорошо наблюдается визуально. Чтобы исключить проворачивание наружного кольца подшипника относительно внутреннего кольца необходимо подтянуть клин 4 винтом 15, причем выдвижение упора 3 производят до тех пор, пока наружное кольцо шарикоподшипника 7 перестанет цроворачиваться. Эту операцию удобно производить во время работы установки. Опыты показали, что наружное кольцо шарикоподшипника начинает проворачиваться, когда минимальная нагрузка на него становится меньше 0,10 кН. Поэтому выдвигать упор 3 с помощью клина 4 при верхнем расположении подшипника 7 следует до тех пор, пока усилие на образец, созданное пружиной через рычаг б, не увеличится на 0,10...0,15 кН.
Таким образом, испытание образца на установке ДС0-І при гармоническом нагружении производится при постоянном минимальном напряжении цикла, задаваемом усилием растяжения пружины и усили-ем роспора образца и подшипника с помощью клина, и постоянной амплитуде деформации (прогиба), которая задается положением эксцентричной втулки 8 на шипе приводного вала.
Если системы измерения статических нагрузок, прикладываемых к образцу, в установках ДС0-Ї и ДСО-2 одинаковые, то системы измерения динамических нагрузок - разные. В установке ДС0 -2 динамические нагрузки измеряют с помощью динамометрического бойка 5 (рис. 2.3), внутри которого наклеен рабочий тензодатчик \р (рис. 2.66), тензостанции типа 8АНЧ с миллиамперметром Ж, катодного осциллографа КО (рис. 2.6а) и устройства для статического нагружения балки с компенсационным тензодатчиком 7"к и индикатором часового типа ИЧ (рис. 2.бв). Величину динамической нагрузки в установке ДС0-4 измеряли с помощью тензодатчика, наклеенного на испытываемый образец по середине пролета "а" (рис.2.22) и тензометрической аппаратуры, используемой в системе измерения усилий установки ДС0-2. При измерении усилия используется нулевой метод /"74J7. Если измеряют статические нагрузки, то в качестве нульиндикатора используют миллиамперметр МА, который встроен в тензостанцию. Если измеряют циклические нагрузки в процессе работы, то в качестве нупвиндикатора используют катодный осциллограф, который подключают к тензостанции вместо миллиамперметра. Предварительно тензодатчики, наклеенные на динамометрический боек и на каждый образец, тарировали статической нагрузкой известной величины. Нагрузку, прикладываемую ступенчато с помощью пружины 10 к свободному концу рычага 13 (рис. 2.2) или б (рис. 2.3), измеряли динамометром сжатия 9 типа ДОСМЗ-3, а прогиб балки измеряли индикатором часового типа ИЧ (рис. 2.6в) С ценой деления 0,01 мм.
Для нахождения усилия, прикладываемого к образцу, необходимо знать соотношение плеч рычага. Схема его определения показана на рис. 2.7. Один динамометр сжатия показывал прикладываемую к свободному концу рычага нагрузку Rj , а другой « усилие, передаваемое динамометрическим бойком 5 (рис. 2.3) или шариком 17 (рис. 2.2). В таблице 2.1 приведены результаты измерения усилий, передаваемых рычагом. Соотношение плеч рычага определяли по формуле где Л Ц и Л Р - средние значения приращения нагрузки. В общем случае усилие Р , передаваемое рычагом на образец, равно Р - Hf у/ . В случае, приведенном в табл. 2.1, можно принять Р Р/ . Тарировочный график для динамометрического бойка приведен на рис. 2.8. По оси абсцисс отложены значения прогиба, балки J в миллиметрах, отсчитываемые по индикатору ИЧ, по оси ординат - величины усилия Р с которым боек давит на образец. Испытания показали, что ошибка измерения нагрузки Р при используемом в настоящей работе динамометрическом бойке не превышала 0,02 кН.
Влияние остаточных напряжений на сопротивление усталости сварного соединения стали 09Г2 в условиях различной асимметрии внешней нагрузки
Примерно при этих же размерах образцов пределы выносливости стыковых соединений стали MI6C при изгибе достигали своего минимального значения / 103_7. Однако испытывать образцы таких размеров на установке ДСО-"/. при повторном ударном нагру-жении не представляется возможным по техническим причинам-уси-лие удара бабы копра по образцу не может превосходить 20 кН. При таком усилии создать в образце с довольно большими размерами поперечного сечения необходимые для усталостного разрушения напряжения возможно только при изгибе. Причем в случае наличия ограничения по усилию, наиболее выгодно использовать консольный изгиб. Поэтому была выбрана схема нагружения образца в виде балки на двух опорах с консолью, к концу которой и прикладывали нагрузку. Размеры поперечного сечения образца были уменьшены до 24x80 мм, что обеспечило создание в рабочем сечении образца необходимых для усталостного разрушения напряжений. Остаточные напряжения в образцах наводили искусственно путем оплавления металла с одной стороны образца вдоль осевой линии (рис. 2.13в) непла-вящимся электродом по технологии и на оборудовании, разработанных в ИХ им.Е.О.Патона АН УССР /"2_7. Если остаточные напряжения достаточно велики, то пределы выносливости таких образцов, хотя они и получены при изгибе, должны,по данным работы / I03J совпадать с пределами выносливости при растяжении и поэтому их можно использовать в качестве расчетных характеристик.
Для проверки влияния остаточных напряжений на характеристики усталости сварных соединений при знакопостоянном циклическом наг-ружении испытывали образцы как с высокими остаточными напряжениями (рис.2.13в),так и без остаточных напряжений (рис.2.136). Предварительные испытания показали, что кривые усталости сварных образцов шириной 40 мм и 80 мм без остаточных напряжений совпадают. Поэтому с целью экономии материала и уменьшения сварных работ характеристики усталости сварных соединений без остаточных напряжений определяли на образцах шириной 40 мм (рис. 2.136).
Сварные образцы механическим способом вырезали из пластин, размеры которых показаны на рис. 2.15. Сварной шов в пластинах имел направление, перпендикулярное к направлению проката основного металла. Выбор типа шва, в данном случае стыкового, обусловлен тем, что он является одним из наиболее распространенных в машиностроительных конструкциях, а , Х-образная разделка кромок выбрана с целью наименьшего искажения формы образцов. Кроме того, как указывается в /"51_7, По результатам испытаний более двух тысяч сварных соединений установлено, что вид разделки кромок не оказывает существенного влияния на предел выносливости. Качество сварного шва на наличие пор, непроваров, подрезов контролировалось как внешним осмотром, так и с помощью рентгенографии, осуществляемой дефектоскопом с выемным стаканом типа ДВС-2, который работает на основе Q - излучения изотопа иридия. Рентгенограмма одного из участков стыкового шва пластины из стали 09Г2 приведена нарис. 2.16. Из участков пластин, где были обнаружены дефекты шва, образцы не вырезали. Образцы располагали рабочей длиной перпендикулярно к сварному шву. Таким образом, рабочая длина образца совпадала с направлением проката основного металла.
Испытания на усталость основного металла проводили на образцах, размеры которых полностью соответствовали размерам сварных обргізцов без остаточных напряжений (рис. 2.13а), что дает возможность сравнивать полученные результаты. Образцы (рис. 2.13а) основного металла вырезали механическим способом из листового проката в состоянии поставки. Длину образца располагали вдоль проката. Поверхность образцов дополнительно не обрабатывали, поэтому все образцы имели черную после проката поверхность.
В образцах со сварным швом и продольной наплавкой (рис. 2.13в) остаточные напряжения измеряли ультразвуковым методом ClbJ. Для обеспечения измерений по всей ширине образца параллельно сварному шву зашлифовывали полосу шириной 10-15 мм на расстоянии 20 мм от линии сплавления металла шва с основным металлом. Чтобы избежать наведения дополнительных остаточных напряжений на поверхности образца, шлифование проводили вручную наждачной шкуркой. Поляризованные ультразвуковые волны с частотой 5 Мгц в перпендикулярном к поверхности образца направлении возбуждали кварцевым пьезоэлементом У - среза, размеры которого в плане составляли 5x5 мм. Акустический контакт между пьезоэлементом и шлифованньм участком образца осуществляли с помощью кедрового масла /"15 7". Подачу тока высокой частоты к пьезоэле-менту и отсчет числа двойных проходов в секунду ультразвуковой волны в образце осуществляли специальным прибором, разработанным в институтах Электросварки им.Е.О.Патона и механики АН УССР 127.
Для нахождения распределения остаточных напряжений по ширине образца измерения производили в нескольких точках, расположенных вдоль шлифованной полосы по обе стороны от оплавленного металла. В каждой выбранной точке измеряли число двойных проходов волны за I секунду с плоскостью поляризации, расположенной как вдоль действующих напряжений ( Qtt ), так и перпендикулярно к ним ( л ). Поворот плоскости поляризации волны осуществляли поворотом пьезоэлемента на 90.
