Остаточные сварочные напряжения и причины их возникновения. Температурный цикл сварки как источник возникновения остаточных напряжений, страница 31

Отмечается, что во всех исследованных случаях метод местного нагрева оказался эффективным средством для повышения-прочности сварного соединения, работающего при переменных, нагрузках. Важным фактором является почти полное совпадение всех числовых значений повышения прочности; это доказывает, что незначительные геометрические отклонения при местном нагреве не оказывают существенного влияния на окончательный результат испытаний. Кроме того, отмечено, что влияние местного нагрева проявляется тем больше, чем выше предел текучести основного материала и чем ниже (алгебраически) нижний предел циклической внешней нагрузки. Когда температура нагретого места достигает 650—700° С, влияние местного нагрева настолько эффективно, что практически полностью нейтрализует отрицательное влияние надрезов, и разрушение образцов происходит не в местах сварных соединений, а вне их.

В той же работе были описаны испытания образцов, имитирующих непосредственно нагруженное угловое сварное соединение (фиг. 51) с применением местного нагрева и без него.

Схема нагружения (фиг. 52) позволяла приблизить отношение максимальных напряжений, действующих как в кромке таврового профиля (продольная балка), так ив 'поперечном листе (поперечная балка), к действительным, имеющим место в раме автомобилей. В результате испытаний были построены кривые усталости  (Веллера) для обоих типов образцов (фиг. 52), которые показывают пригодность и эффективность применения данного метода к деталям этого профиля.

Кривая Веллера, полученная для образцов, подвергавшихся местному нагреву, очень полога и пересекается с кривой для необработанных образцов при значении верхних напряжений, равных пределу текучести. Следовательно, применение этого метода при нагрузках, близких к пределу усталости, нецелесообразно, а при нагрузках, близких к пределу текучести, совершенно невозможно.

Это положение объяснено следующим образом. Значения растягивающих и сжимающих остаточных напряжений после местного нагрева приближаются к пределу текучести. При нагрузке, вызывающей растягивающие напряжения, сумма   напряжений в нагретой зоне достигает или   даже превышает величину предела текучести, вследствие чего происходит частичное  снижение собственных напряжений растяжения. Остаточные напряжения сжатия при снятии нагрузки должны также уменьшиться, так как должно сохраниться условие равновесия внутренних сил. Естественно, что уменьшение остаточных напряжений при более высоких нагрузках, т.е. в области предела усталости, будет также более значительным, вследствие чего и влияние этих напряжений на повышение усталостной прочности уменьшится. Когда внешние нагрузки достигнут по величине предела текучести, собственные напряжения полностью затухают и влияние местного нагрева совершенно теряет силу.

В подтверждение правильности полученных данных О. Пухнер приводит результаты работы Т. Гурнэя и Н. Трепка [100], которые проводили исследование влияния местного нагрева на усталостную прочность образцов, изображенных на фиг. 53, при пульсирующем растяжении.

Метод, аналогичный предыдущему, был использован Г. К. Евграфовым и В. О. Осиповым [31] применительно к деталям сварных мостовых конструкций. Ими также использовались остаточные сжимающие напряжения, возникающие в зоне сварного шва в результате местного нагрева. Однако, в отличие от предыдущей работы, нагревали не круглую площадку, а прямоугольную зону вдоль сварного шва до температуры 300— 550° С. В качестве источника тепла также использовали кислородо-ацетиленовую горелку.

Для (Изучения перераспределения остаточных напряжений и выбора наиболее рационального режима подогрева и зоны его расположения были, проведены следующие эксперименты. На кромку полки прокатного двутавра № 45 был наплавлен шов (фиг. 54). В результате этой операции в полке двутавра образовались высокие остаточные сварочные напряжения, распреде ление которых показано тонкой линией. Затем путем местного, подогрева при разных скоростях и на разном удалении от кромки со сварным швом было произведено перераспределение остаточных напряжений (траектории перемещения пламени газовой горелки показаны на фиг. 54 штриховыми линиями со стрелками). Измерение изменения поля остаточных напряжений производилось сверлением по методу, описанному П. В, Мальцевым [57]. В результате опытов было установлено, что при перемещении пламени газовой горелки со скоростью 15—19 см/мин параллельно шву на расстоянии от него 40—70 мм в. кромке шириной до 25 мм создаются сжимающие остаточные напряжения.