Подбор прочности сварных соединений: Полное руководство

В течение долгого времени традиционный принцип проектирования сварных конструкций основывался в первую очередь на расчете на прочность.

В реальных сварных конструкциях существует три типа соответствия между сварным швом и основным материалом по прочности: прочность сварного шва равна прочности основного материала (равное соответствие прочности), прочность сварного шва превышает прочность основного материала (превосходное соответствие прочности, также известное как высокое соответствие прочности), и прочность сварного шва ниже прочности основного материала (низкое соответствие прочности).

С точки зрения безопасности и надежности конструкции прочность сварного шва, как правило, должна быть, по крайней мере, равна прочности основного материала, что известно как принцип проектирования "равной прочности".

Однако в реальном производстве сварочные материалы часто выбираются на основе прочности наплавленного металла, которая не эквивалентна фактической прочность сварки.

Наплавленный металл не эквивалентен металлу шва, особенно при использовании сварочных материалов для низколегированной высокопрочной стали, где прочность металла шва часто намного выше, чем прочность наплавленного металла.

В результате может быть номинальное "равенство сил", но фактический результат "превосходство сил".

Единого мнения по поводу того, всегда ли безопасно и надежно подбираются сильные стороны, нет, и есть некоторые сомнения.

В проекте моста Цзюцзян через реку Янцзы в Китае "значение повышенной прочности" сварного шва ограничено значением не более 98 МПа. Американский ученый Пелини предложил для достижения консервативных целей структурной целостности использовать сварные швы, прочность которых эквивалентна или ниже прочности основного материала на 137 МПа (т.е. низкопрочное согласование). Согласно результатам исследований японского ученого Сато Кунихико и других, низкопрочное согласование также возможно и применяется в технике.

Однако бельгийский ученый Соэте и китайский ученый Чжан Юфэн придерживаются мнения, что превосходство в силе должно быть выгодным.

Очевидно, что до сих пор отсутствует достаточная теоретическая и практическая база для принципов проектирования, связанных с согласованием прочности сварных швов, которые влияют на безопасность и надежность сварных конструкций, и нет единого понимания.

Чтобы определить более разумные принципы проектирования сварных соединений и создать основу для правильного выбора сварочных материалов, профессор Чэнь Болинь и другие сотрудники Университета Цинхуа выполнили исследовательский проект Национального фонда естественных наук "Теоретические исследования высокопрочных соединений". Стальная сварка Сопоставление прочности.

Содержание проекта включает в себя исследование прочности на излом низкого давления 490 МПа. предел текучести Прочность на излом соединений из высокопрочной стали с высоким коэффициентом текучести 690~780 МПа, прочность на растяжение несварных соединений, деформационное поведение верхней части образцов с глубоким надрезом, а также испытания сварных соединений методом неразрушающего контроля.

Большое количество экспериментальных результатов показало, что:

Для высокопрочной стали с низким коэффициентом текучести и пределом прочности 490 МПа выгодно использовать сварочные материалы с определенной вязкостью и соответствующей повышенной прочностью.

Если учитывать такие факторы, как технологичность сварки и возможность использования, то целесообразнее выбирать сварочные материалы с определенной прочностью и фактической "равнопрочностью".

Прочность на излом и поведение сварных соединений из этого типа стали зависят от совместного влияния прочности и пластичности сварочный материал.

Поэтому, сварочная конструкция Конструкция, основанная исключительно на соображениях прочности без учета вязкости, не может надежно гарантировать безопасность их использования.

Для высокопрочной стали с пределом текучести 690~780 МПа характеристики разрушения сварных соединений зависят не только от прочности, вязкости и пластичности сварного шва, но и от неоднородности сварного соединения.

Чрезмерно высокая или низкая прочность сварного шва не является идеальным вариантом, в то время как соединения, близкие по прочности к равнопрочным, имеют наилучшие характеристики разрушения. Поэтому целесообразно проектировать сварные соединения в соответствии с принципом фактической равнопрочности. Таким образом, должны существовать верхний и нижний пределы прочности сварного шва.

Коэффициент соответствия прочности (Sr) - это отношение прочности на растяжение наплавленного металла сварочного материала к прочности на растяжение основного материала, и он может отражать неоднородность механических характеристик соединения.

Результаты экспериментов показывают, что при Sr≧0,9 прочность сварного соединения можно считать близкой к прочности основного материала. Поэтому в производственной практике использование сварочных материалов, снижающих прочность на 10% по сравнению с основным материалом, может гарантировать, что соединение будет соответствовать требованиям равнопрочной конструкции.

При содержании Sr≧0,86 прочность шва может достигать более 95% от прочности основного материала. Это объясняется тем, что более высокая прочность основного материала ограничивает металл шва, тем самым повышая прочность шва.

Коэффициент текучести основного материала оказывает большое влияние на поведение сварных соединений при разрушении. J

соединения с более низким коэффициентом текучести основного материала имеют лучшее сопротивление хрупкому разрушению, чем соединения с более высоким коэффициентом текучести основного материала. Это указывает на то, что запас пластичности основного материала также оказывает значительное влияние на сопротивление хрупкому разрушению соединения.

На деформационное поведение металла шва влияет соответствие механических свойств шва и основного материала.

При одинаковом растягивающем напряжении деформация сварного соединения повышенной прочности из стали с низким коэффициентом текучести больше, а деформация сварного соединения пониженной прочности из стали с высоким коэффициентом текучести меньше. Смещение раскрытия трещины (значение COD) сварного соединения также имеет ту же тенденцию, что указывает на то, что соединение повышенной прочности из стали с низким коэффициентом текучести имеет преимущество в виде легкой податливости на кончике трещины и большей деформации на кончике трещины.

Сопротивление хрупкому разрушению сварных соединений тесно связано с неоднородностью механических характеристик соединения. Она определяется не только прочностью сварного шва, но и ограничивается вязкостью и пластичностью шва. Выбор сварочных материалов должен обеспечивать не только необходимую прочность, но и достаточную вязкость и пластичность сварного шва. То есть необходимо хорошо контролировать соотношение прочности и вязкости сварного шва.

Для высокопрочной стали достижение равной прочности металла шва и основного материала представляет значительные технические трудности. Даже если прочность шва достигает равной прочности, пластичность и вязкость шва могут снизиться до неприемлемого уровня, а также может значительно снизиться сопротивление образованию трещин. Для предотвращения сварочные трещиныПри этом условия строительства должны быть очень жесткими, а стоимость строительства значительно увеличится.

Чтобы не жертвовать общими характеристиками конструкции, ориентируясь только на прочность, и повысить экономическую надежность конструкции, необходимо снизить прочность и принять схему согласования с низкой прочностью.

Например, японская подводная сталь NS110 имеет предел текучести, превышающий или равный 1098 МПа, а предел текучести осажденного металла при совмещении сварочный пруток и газозащитной сварочной проволоки должно быть больше или равно 940 МПа, с коэффициентом соответствия предела текучести 0,85.

После использования низкопрочных сварочных материалов, соответствующих требованиям содержание углерода и углеродный эквивалент сварного шва могут быть уменьшены, что повышает вязкость и трещиностойкость шва, делает сварку более удобной и снижает стоимость строительства.

Кроме того, данные испытаний, проведенных японским ученым Кунихико Сато, показывают, что если прочность металла шва не ниже 80% прочности основного материала, то можно гарантировать, что соединение будет равно по прочности основному материалу.

Однако общее удлинение соединения с низкопрочными швами будет несколько ниже. При усталостном нагружении, если не удалить избыточную высоту сварного шва, в нем появятся усталостные трещины. зона слияния. Однако если удалить избыточную высоту шва, в низкопрочном шве появятся усталостные трещины.

Поэтому при использовании низкопрочных сварных швов необходимо проводить экспериментальные работы с учетом конкретных условий.