Слаботочка Книги

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [31] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89

не может происходить беспредельно, так как соседние с мягкой прослойкой более прочные участки также при определенных условиях начнут пластически деформироваться. Чем более прочны соседние зоны, тем больше эффект контактного упрочнения. Твердые прослойки, находящиеся рядом с мягкими, усиливают этот эффект.

Можно рассматривать идеализированный случай работы мягкой прослойки, считая соседние с прослойкой участки металла абсолютно твердыми, недеформируемыми. Тогда будут выполняться условия плоской деформации, так как деформация в направлении за чертеж будет равна нулю (см. § 1). В этом случае временное сопротивление соединения с мягкой прослойкой Ов можно определить по формуле

а; = аз/Сх, (3.14)

где - временное сопротивление металла мягкой прослойки; Кк - коэффициент контактного упрочнения в случае плоской деформации:

/С., = (я+1/х)/(2Кз). (3.15)

Если прослойка не идеально прямоугольная, как это бывает в сварных соединениях, то х = F/s, где F - площадь поперечного сечения прослойки; s - толщина металла.

Прочность соединения достигнет прочности соседнего, более прочного металла, если временное сопротивление as в формуле (3.14) станет равным временному сопротивлению более прочного металла. При этом /Ск,, „ = Ов/ав . По формуле (3.15) определим предельную относительную толщину прослойки х„рея, при которой достигается равнопрочность соединения:

х„,е,= 1/:2КЗ/С.„-я). (3.16)

Например, если o/os = 1,2, то по фор.муле (3.16) получаем прсд = 1- При Кк > 1,2 относительная толщина мягкой прослойки Кпред должна быть еще меньше. Следует, однако, иметь в виду, что повышение прочности соединения с мягкой прослойкой за счет уменьшения к ограничено уровнем истинного разрушающего напряжения металла мягкой прослойки.

Относительное поперечное сужение -ф в мягкой прослойке и абсолютное удлинение образца А зависят от относительной толщины прослойки к и свойств металлов в соединении. На рис. 3.14 видно, что в широких прослойках, когда эффекта контактного упрочнения еще не наблюдается, -ф остается постоянным при уменьшении и, а Д постепенно падает по мере уменьшения доли длины участка мягкой прослойки в общей длине образца. В области контактного упрочнения I)) резко падает, так как возрастают поперечные касательные напряжения, препятствующие сужению прослоек. Удлинение образца Л при уменьшении к также сначала уменьшается, но затем, когда реализуется повышение прочности, Л возрастает,

поскольку в пластическую деформацию в большей тиере вовлекается основной металл.

При испытании соединений с мягкой прослойкой на изгиб до разрушения разрушающий момент Мр, при котором появляются трещины в прослойке, не зависит от относительной ширины прослойки x. Это можно объяснить тем, что разрушение при изгибе не связано с образованием шейки и изменением размеров поперечного сечения. Поэтому касательные напряжения, действующие вблизи границ мягкой прослойки, хотя и влияют на процесс пластической деформации во время нагружения, но не изменяют существенно толщины образца и его момента сопротивления. Разрушение наступает, когда максимальное напряжение в крайнем волокне достигает истинного разрушающего напряжения металла мягкой

мягкая прослойка

Рис. 3.15, Схематичное распределение напряжений при ичгибе полосы с мягкой прослойкой

Мягкая прослойка

Рис. 3.16. Мягкая широкая прослойка в кольцевом шве цилиндрического сосуда, работающего под внутренним давлением р

прослойки (Тр. Если принять, что зависимость напряжения а от деформации е при о > Of имеет линейный характер и к моменту разрушения эпюра напряжений в сечении выглядит, как показано на рис. 3.15, то разрушающий момент равен

Atp = (Op + 0,5a,), (3.17)

где W-момент сопротивления сечения; G-предел текучести металла мягкой прослойки.

При работе соединений с мягкой прослойкой в элементах конструкций влияние мягкой прослойки на прочность может несколько изменяться. В сосудах с внутренним давлением р, где Оокр = ЗсГос, мягкая прослойка с малой к в кольцевом шве работает аналогично сварному соединению, которое растягивается вдоль прослойки. Пониженной прочности металла прослойки при этой схеме не обнаруживается, так как разрушение происходит вдоль сосуда. Если •л велика, то мягкая прослойка удлиняется в окружном направлении сильнее, чем остальная часть сосуда, в результате чего искривляется прямолинейная образующая (рис. 3.16). Разрушение может наступить вдоль образующей сосуда в зоне прослойки вследствие повышенной деформации в окружном направлении или даже по окружности из-за дополнительных деформаций изгиба и растяжения вдоль сосуда. Твердые прослойки в кольцевом сварном соединении разрушаются раньше, чем остальная часть сосуда достигает

предельной пластической деформации в окружном направлении. Этот случай аналогичен растяжению сварного соединения вдоль шва при наличии в нем твердой прослойки. Момент разрушения зависит от пластичности твердой прослойки.

Мягкая прослойка в продольном шве ведет себя примерно так же, как при испытании образцов на одноосное растяжение с поперечной мягкой прослойкой. Твердые прослойки в продольных швах сосуда, если они не попадают в зону концентрации напряжений, обычно не снижают прочности сосуда.

Выше были рассмотрены идеализированные случаи работы соединений с прямоугольной формой мягких прослоек. В сварных соединениях прослойки могут находиться под углом к направлению действия сил, иметь произвольную форму поперечного сечения

и иначе влиять на прочность. Однако общая тенденция их влияния оказывается такой же, как в случаях, рассмотренных в настоящем параграфе.

Одним из видов неоднородности механических свойств металла является анизотропия, она выражается в различии свойств металла при нагружении его в разных направлениях. Различными могут быть пластичность, прочность, ударная вязкость, коэффициент поперечной деформации, модуль упругости и другие свойства. Анизотропия металла возникает чаще всего во время прокатки. Прочность, пластичность, ударная вязкость, как правило, выше у образцов, вырезанных вдоль проката (рис. 3.17). Во время разрушения трещина, пересекая волокна, встречает большее сопротивление, чем двигаясь вдоль волокон. Особенно низкими бывают прочность и пластичность металла по толщине листа. При наличии расслоений в металле пластичность отдельных образцов в этом направлении близка к нулю. Во время термической резки или сварки, если усадка металла происходит в направлении толщины листа, в зоне расслоений появляются трещины. Передача растягивающих усилий в направлении толщины может предусматриваться при проектировании сварных конструкций лишь в тех случаях, когда есть полная уверенность, что используемый металл не склонен к образованию расслоений, а механические свойства в направлении толщины соответствуют уровню, предусмотренному техническими условиями.

Анизотропия может выражаться в различном сопротивлении металла пластической деформации, различном упрочнении и, как следствие, в различных коэффициентах поперечной деформации.

Рис. 3.17. Схема расположения образцов:

№ 1 - поперек проката; № 2 - вдоль проката; ОХ - направление проката. Стрелками показано направление действия сил при испытаниях на растяжение

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [31] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89