Влияние сварки на усталостную прочность стали

Для стыка с парными смещенными накладками наибольшая концентрация напряжений имеет место в сечении, совпадающем с ближайшим концом накладки, и составляет 1,38 среднего напряжения у торца накладки. Из эпюры нормальных напряжений в этом сечении видно, что ниже по высоте сечения напряжения в точке, совпадающей с осью стержня, составляют 0,75, а в точке, совпадающей с противоположным фланговым швом, 0,45 среднего. Таким образом, коэффициент концентрации напряжений для этого сечения составляет 1,38.

Если предположить, что снижение усталостной прочности стыка зависит только от геометрических характеристик, то коэффициент снижения усталостной прочности будет обратной величиной коэффициента концентрации напряжений и составит для стыков с парными симметричными и смещенными накладками 0,7 и 0,725 соответственно. Можно предположить, что на снижение усталостной прочности стержней в различных типах стыков влияет не отношение максимального напряжения к среднему расчетному (по существу, фиктивному напряжению), а фактическая неравномерность напряжений в сечении, оцениваемая соотношением крайних значений напряжений, т. е. градиент напряжений. Тогда коэффициент концентрации напряжений для стыка с симметричными накладками будет равен 1,44/0,6=2,4 и обратная величина - коэффициент снижения усталостной прочности - равен 0,417.

Для стыка с парными смещенными накладками крайние напряжения в точках перехода к накладкам составляют максимально 1,38 и минимально 0,45, чему соответствуют коэффициент концентрации напряжений 3,06 и коэффициент снижения усталостной прочности 0,327. В действительности напряженное состояние в стыке будет отличаться от полученного для диаметрального осевого сечения на моделях при оптических испытаниях, и фактические коэффициенты концентрации напряжений могут отклоняться в ту или иную сторону от опытных значений. На концентрацию напряжений наложится влияние таких дополнительных геометрических факторов, как сложная форма поверхности стержня (продольное ребро, поперечные выступы и впадины), высота и ширина фланговых швов, круглая форма сечений стержней и накладок.

Значительное искажение в распределении напряжений по сечению стыка могут вносить остаточные сварочные напряжения, создаваемые фланговыми швами. Для исключения их влияния, а также влияния остаточных прокатных напряжений были испытаны образцы стыков с симметричными накладками, приваренными двусторонними швами (серия 132), и ванных стыков на удлиненных (5d) подкладках (серия 131).