Снятие растягивающих остаточных напряжений и создание в зоне сварных соединений сжимающих остаточных напряжений может быть достигнуто различными способами. Условно их можно разде­лить на две группы: способы общей обработки конструкции или ее элементов и способы местной обработки соединений. К первой группе относят высокий отпуск и перегрузку конструкции; ко второй — создание в сварном соединении остаточных напряжений сжатия путем упрочняющего наклепа, местного нагрева, точечного и ли­нейного обжатия или же взрыва.

Область рационального применения высокого отпуска для повы­шения выносливости сварных соединений определяется условиями проявления влияния остаточных напряжений и зависит от вели­чины действующих напряжений, асимметрии цикла, вида соедине­ний и характера передачи усилий. При действии низких перемен­ных напряжений, а также с уменьшением асимметрии цикла и сни­жении степени концентрации напряжений, растягивающие остаточ­ные напряжения заметно усиливают свое действие. В наибольшей степени они понижают выносливость изделий и конструкций, рабо­тающих при знакопеременных нагрузках, в элементах, имеющих различного рода приварки и прикрепления конструктивного ха­рактера, а также при отсутствии в несущих сварных соединениях резкой концентрации напряжений, создающей сжимающие остаточ­ные напряжения в процессе нагружения конструкции. В то же время растягивающие остаточные напряжения могут проявить свое влия­ние только при наличии в сварном соединении концентраторов на­пряжений. Снятие в таких конструкциях растягивающих остаточ­ных напряжений с помощью высокого отпуска может заметно повы­сить выносливость соединений.

Стыковые соединения после высокого отпуска увеличивают пре­дел выносливости при симметричном цикле напряжений на 50— 100%. При пульсирующем цикле эти соединения в исходном со-

Щ, кгс/ммг Рис. 7. Результаты испытаний образцов с пересекающимися швами в исходном состоянии и после высокого отпуска при знакопеременном, пульсирующем и асимметричном циклах: 1 — в исходном состоянии; 2 —- после высокого отпуска

стоянии и после высокого отпуска обычно показывают одинаковую долговечность, а при асимметричных циклах — несколько более долговечными оказываются образцы, не подвергавшиеся отпуску (рис. 7). Отсюда определяются границы целесообразного примене­ния высокого отпуска стыковых соединений. Они охватывают боль­шую часть области знакопеременных напряжений.

При прочих равных условиях разность между пределами выно­сливости отожженных и неотожженцых образцов уменьшается по мере увеличения степени концентрации напряжений. В связи с этим, как уже отмечалось, область рационального применения высокого отпуска будет сужаться при переходе к соединениям с большей концентрацией напряжений. Если стыковые соединения в исходном состоянии и после отпуска показывают одинаковую выносливость при пульсирующем цикле напряжений, то нахлесточные соедине­ния с фланговыми швами в результате отпуска ее понижают. Следо­вательно, они имеют более узкую область эффективного использо­вания высокого отпуска, чем стыковые соединения. В случае весьма острых концентраторов напряжений выносливость соединений после отпуска мож^т не повышаться даже при симметричном цикле напря­жений. В то же время сварные прикрепления конструктивных эле­ментов заметно увеличивают выносливость после высокого отпуска не только в области знакопеременных напряжений, но при одно­значных переменных нагрузках.

Изменение пределов выносливости различных соединений под влиянием высокого* отпуска в зависимости от характеристики цикла по данным различных авторов приведены в работе [21].

Перегрузка конструкции в ряде случаев может оказаться более простой и эффективной мерой снятия растягивающих остаточных напряжений, а зачастую и способом создания сжимающих остаточ­ных напряжений. Положительное влияние на выносливость пред­варительного растяжения надрезанных образцов наблюдалось в ряде исследований. Г. В. Раевский, на основании анализа диаграммы растяжения и диаграммы Гудмана для соединений с концентрацией напряжений, а также сравнительных испытаний балок предложил использовать способ статической перегрузки для повышения долго­вечности сварных конструкций [14]. При симметричных циклах на переменный изгиб испытывали двутавровые балки с приваренными планками. После перегрузки долговечность отдельных балок заметно увеличивалась. Наблюдаемое повышение могло произойти за счет влияния двух факторов: наклепа металла вблизи концентратора напряжений и возникающих в тех же зонах сжимающих остаточных напряжений. Пластическая деформация в местах концентрации напряжений была менее 0,1—0,3%. Такая деформация несущест­венно изменяла предел выносливости гладких образцов. Поэтому наблюдаемое повышение выносливости соединений после их пере­грузки должно быть отнесено за счет влияния остаточных напря: жений.

Проверка эффективности предварительной перегрузки в случае осевого нагружения, выполненная ЦНИИСом, показала, что долго­вечность сварных элементов при пульсирующих циклах повышается на 70—80% по моменту обнаружения первой трещины и на 50—60%, если критерием разрушения служит полный излом соединения.

При статической перегрузке целой конструкции затруднительно достичь напряжений, равных пределу текучести во всех сварных

5 Под ред. Куркина С. А.

узлах. В этой связи в Институте электросварки им. Е. О. Патона изучали влияние меньших перегрузок, вызывающих номинальные напряжения ниже допускаемых или равные им. При симметричном и пульсирующем циклах испытывали сварные образцы из низко­углеродистой стали двух видов: с фланговыми и с пересекающимися швами. Трехкратная предварительная перегрузка до напряжений 17 кгс/мм2 вызывала повышение предела выносливости образцов на 45—50%. Аналогичные результаты получены при испытании образцов сечением 70 X 12 мм из стали 14Г2 с пересекающимися швами. Под действием одноразовой статической перегрузки, вызы­вающей номинальные напряжения 22 кгс/мм2, предел выносливости образцов возрос с 6 до 9 кгс/мм2, т. е. на 50%. Отсюда видно, что сравнительно невысокие перегрузки также приводят к существен­ному повышению сопротивления усталости сварных соединений.

По данным исследований М. М. Гохберга и Тун Бао-И [5], в табл. 5 сведены результаты усталостных испытаний сварных

5. Выносливость сварных соединений в зависимости 1эт величины предварительного нагружения и остаточных напряжений у концентратора напряжений Соединение Размеры сечения, Пере­ грузка Остаточ­ные на­пряжения, HRB R Предел вы­носливости мм кгс/мм2 кгс/мм2 % 70 X 10 70X6 0 0,9ст + 11,2 -1,0 101,0 102,8 -1 6,6 15,5 100 235 Прикрепление про­дольного ребра к пла­стине, сталь CXJI-45 70 X Ю 0 0,5а т 0,7ат + 14,5 + 12,3 +6,6 103.0 104.0 103,5 0 9,2 т 12,5 100 110 136 70X8 0,9ат -1,4 103,0 15/2 165 Прикрепление к пла­стине двухстороннего продольного ребра Концы швов обрабо­таны по радиусу, рав­ному 15 мм 80x6 0 0,9 + 13,0 -1,7 84,2 85,0 -1 9,0 12,7 100 141

образцов в исходном состоянии и после предварительного нагру­жения различной величины. В аналогичных образцах в местах рас­положения концентраторов напряжений с помощью малобазовых датчиков сопротивления замерялись остаточные напряжения, а также твердость металла после предварительного нагружения. Согласно измерениям, упрочнения металла у концентраторов прак-

тически не происходит. В то же время между пределом выносливости и величиной остаточных напряжений наблюдается линейная зави­симость.

Результаты приведенных опытов позволяют заключить, что наблюдаемое повышение выносливости соединений после предвари­тельной статической перегрузки в основном связано с изменением полей остаточных напряжений. Под действием перегрузок в зонах концентрации снимаются растягивающие остаточные напряжения (при сравнительно небольших предварительных перегрузках) и создаются сжимающие остаточные напряжения, когда напряжения перегрузки близки к пределу текучести. На практике такая обра­ботка может найти наибольшее распространение в тех случаях, когда предусматриваются испытания конструкций нагрузками, превышающими расчетные.

Получение кратковременных начальных напряжений в кон­струкции, близких к пределу текучести материала, облегчается при использовании вибрационного нагружения. Такой способ сня­тия остаточных напряжений (автор Б. Беатович, Югославия) используют на практике.

Сущность способа заключается в том, что при помощи механи­ческого вибратора сварную конструкцию в течение определенного времени (до 30 мин, обычно 15—10 мин и менее) подвергают воздей­ствию переменных напряжений соответствующего уровня. Вибри­рование, как правило, осуществляют в резонансном режиме. Накла­дываемые переменные и остаточные напряжения в сумме должны превышать предел текучести материала при знакопеременных напряжениях. Для ряда материалов величина предела текучести при циклическом нагружении заметно снижается по сравнению с пределом текучести в условиях статического нагружения. В этом случае снятие остаточных напряжений происходит при меньших переменных напряжениях. Наиболее пригоден этот способ для листовых конструкций, имеющих малую изгибную жесткость, а следовательно, и низкую частоту собственных колебаний.

Применительно к тонколистовым конструкциям в Советском Союзе предложен вибронатяжной способ устранения сварочных деформаций и напряжений [15]. Он предусматривает комбинацию статического и вибрационного нагружения изделия (например, панели обшивки вагона). Пластины 1300 X 150 X 2 мм подвергали предварительному статическому растяжению, равному 4—20 кгс/мм2, и дополнительному вибрированию, вызывающему напряжение ±1,2 и 4 кгс/мм2. Установлено, что интенсивность снятия остаточных напряжений падает в течение примерно 2 мин независимо от вели­чины переменных напряжений. Наложение вибрационных нагрузок на статические заметно интенсифицирует процесс снятия остаточных напряжений. При этом растягивающие напряжения на 20—40% меньше, чем при статическом растяжении.

Наряду с методами обработки всей конструкции применяют способы местной обработки. Они основаны на создании в местах расположения концентраторов сжимающих остаточных напряжений путем наклепа или нагрева.

Поверхностный наклеп, получаемый дробеструйной обработкой, обкаткой роликами, чеканкой и т. п., является весьма эффективной мерой увеличения долговечности изделий, испытывающих перемен­ные напряжения. Широкому распространению этого вида обработки в значительной степени способствовали исследования и разработки, выполненные в ЦНИИТМАШе И. В. Кудрявцевым и его сотруд­никами. В табл. 6 даны результаты испытаний сварных соединений.

Наиболее производительна обработка швов многобойковым упрочнителем (пучком проволоки). С помощью этого чеканя­щего пневматического инструмента можно за 1 ч упрочнить 5—6 м сварного шва [101. Преимуществом пучковых упрочнителей по срав­нению с однобойковыми чеканами является также возможность обработки швов с неровной поверхностью. Этого достигают за счет значительной длины проволоки, составляющей пучок, и разной степени их продольного изгиба.

Если дробеструйная обработка позволяет получить наклеп глубиной не более 0,7 мм, то при обработке пучком проволоки глубина может составлять свыше 2 мм. Твердость поверхностного слоя пластины из стали СтЗ в результате упрочнения повышается с HV163 до HV230. Измерения остаточных напряжений методом послойной строжки через каждые 0,5 мм с последующим замером прогиба пластины показали, что эти напряжения достигают 32 кгс/мм2, а зона их залегания свыше 2 мм [10].

Разработано несколько типов упрочнителей, отличающихся один от другого энергией удара (0,6—1,6 кгс-м), размерами и формой пучка проволоки. Упрочнители всех типов работают от сети сжатого воздуха при давлении 4—5 кгс/см2.

Метод поверхностного наклепа сварных швов и околошовной зоны пучком проволоки рекомендуется для повышения сопротивле­ния усталости соединений ряда конструкций, в том числе мостовых кранов и рам тележек подвижного состава. В этих изделиях наблю­дались усталостные разрушения сварных соединений в зонах резкого изменения сечения элементов, местах прикрепления дополнитель­ных деталей большой жесткости к тонкостенному несущему эле­менту, пересечениях швов и в других узлах с теми или иными конструктивными или технологическими недостатками [8, 13].

Применительно к элементам подвижного состава оптимальные режимы упрочнения устанавливали путем сравнительных усталост­ных испытаний образцов из стали СтЗ, имитирующих повреждаю­щийся узел рамы тележки. Изменения энергии удара пневматиче­ского инструмента в пределах 0,6—1,2 кгс-м не оказывали суще­ственного влияния на эффективность поверхностного упрочнения.

					Предел выно- Л ГТТІП rvp Т» I *
				се а	Су АИoUt ІИ| кгс/мм2	о я	а> о я «
Соединение		Рабочая часть образца	Способ обработки соединения	Я н о S IS	S О JS «Я? Я	се О. о О	и а> S Я Э н	О» Я S С S Cf Н а> о я Q о о яш я а> я о cq э Ч и о о й 2 я s о я о £ я я о о*£я
	Сталь			СО — X 5	о н Я о а 8	после ботки	°я С ч
	10		Дробеструйный на­		13,2	18,5	40	1,04
Нахлесточное (приварка вту­			клеп
лок)				—1,0	10,7	22,7	100	0,96
	40		Наклеп пневмати­		11,7	22,7	90	0,94
			ческим молотком
Продольная наплавка		■4— -+			15,2	23,7	55	1,08
Нахлесточное (приварка по­луколец)					6,0	21,5	255	0,91
Нахлесточное (лобовыми шва­ми)	10			А	10,5	16,9	60	—
Нахлесточное (фланговыми, швами)		аг--аг			10,5	13,2	25

Изменение полей остаточных напряжений

Предел выно­сливости, кгс/мм2

Ю О ^ СЗ ОО 2 с с; са Я 2 "йЯ § 5?^ Si ь О о К <у о. s s с с fit О О а, У о ь я о а о я ® = (У я ° д 3 е; l о «Од Ї 5 я о Ой?»

Рабочая часть образца

Способ обработки соединения

3* X Я *=С =2 8§ S& CQ О

Соединение

£0? н w •“ сз Я с 0.5 со ± X 5

I н

О Я ъ * о н о о сю

Усталость сварных соединений

Наклеп пневматиче­ским молотком

22.4 14 17.5 26.6 18,5

16,8

35 75 105 45 80

1,0

Приварка планок лобовыми швами

СтЗ

0,62

Приварка планок фланго­выми швами

CD

Стыковое (электрошлаков а я сварка)

22К

Чеканка

-1,0

8,5 18,2 10,5

1,09

Стыковое

10

0,70

Наклеп пневматиче­ским молотком Наклеп многобой - ковым пневмоустрой­ством

1,0

Прикрепление встык

СтЗ

изменяющиеся от 2,0 кгс/мм2 до атах:

Примечание. В графе «Характеристика цикла» обозначено: А — напряжения, Б — то же от 8,6 кгс/мм2 до <*тах.

Значительно больший эффект достигали при использовании прово­локи диаметром 1,8 мм вместо 3 мм.

ffZC/MM*

Ъални

Рис. 8, Эффективность поверхност­ного наклепа пневматическим мо­лотком:

IV

ш
	—
—
	~
	—

Применительно к мостовым кранам эффективность применения поверхностного наклепа устанавливали путем испытания на пере­менный изгиб балок двутаврового и коробчатого сечения с постоян­ной - и переменной высотой, моделирующих опорный узел кранов. В результате поверхностного наклепа угловых швов, окончания которых совпадали с местами рез­кого изменения сечения балок, пределы выносливости при симме­тричных циклах нагружения повы­шались на 27—40% [13]. Поверх­ностное упрочнение угловых точеч­ных швов пучком проволоки и одиночным бойком повышало сопро­тивление усталости соединений на 10—47%. Образцы с точечными швами, упрочненными одиночным бойком, практически имели такую же несущую способность, как и образцы со сплошными швами. По пределу выносливости они на 17% превосходили образцы с неупроч - ненными прерывистыми швами.

/ — неупрочненные сварные соединения низкоуглеродистой стали; II — накле­панные; III — неупрочненные сварные соединения низколегированной стали; IV — наклепанные

Сравнительная оценка влия­ния наклепа в зависимости от прочности стали может быть да­на по результатам, полученным М. М. Крайчиком при испыта­ниях на переменный изгиб плоских консольных образцов с лобовы­ми швами и двутавровых балок

с накладками, которые имели фланговые и лобовые швы. Сопостав­лялась низкоуглеродистая сталь СтЗ и низколегированная 15ХСНД (НЛ-2). После обработки пневматическим молотком сварные образцы и балки из низколегированной стали показали несколько лучшие результаты, чем низкоуглеродистые (рис. 8). Применение поверх­ностной обработки в случае дефектных швов не восстанавливает сопротивления усталости соединения. В то же время вырубка и заварка дефектного участка с последующей упрочняющей обработ­кой повышают сопротивление соединения усталостному разруше­нию до уровня бездефектного.

За рубежом определенной популярностью пользуется способ создания сжимающих остаточных напряжений с помощью точечного нагрева, предложенный О. Пухнером [26]. Рекомендациям по его использованию предшествовали опыты на пластинах, к кромкам
которых прикрепляли встык планки различной конфигурации (рис. 9, а). После точечного нагрева вблизи концентратора напря­жений выносливость прикреплений повышалась вдвое. Разрушения происходили вдали от соединения.

Выбор таких образцов не был случайным. Величина остаточных напряжений зависит от расположения точки нагрева по отношению к кромке листа. Максимальные сжимающие остаточные напряжения получаются в том случае, когда нагрев производится вблизи кромки

Рис. 9. Точечный нагрев: а — исследуемый образец; б, в — эпюры остаточных напряжений

(рис. 9, в). Как указывает автор, недостаточная эффективность предлагаемого способа в его первоначальных опытах 0ыла, очевидно, связана с игнориро­ванием этого обстоятельства, а также с тем, что нагрев выпол­няли слишком далеко от над­реза.

Анализ механизма взаимо­действия временных и остаточ­ных напряжений от местного нагрева с остаточными напря­жениями от сварки позволил

Н. А. Клыкову [7] сформулиро­вать более определенные реко­мендации по выбору параметров точечного нагрева. В частности, установлено, что концентратор напряжений по отношению к месту нагрева должен распола­гаться в секторе с углом ф ^ dz 14=45°. Наибольшей величины сжимающих остаточных напря­жений достигают при ф = 0, что соответствует расположению точки нагрева и концентратора напряжений на прямой, перпендикулярной действующему усилию. При этом расстояние от концентратора напряжений до зоны пластической деформации точки нагрева рекомендуется принимать 8—18 мм.

Сокращение расстояния приводило в опытах Института электро­сварки им. Е. О. Патона к снижению выносливости нахлесточных соединений с фланговыми швами до исходного уровня.

Эффективность метода проверяли различные авторы на прикреп­лениях конструктивного характера и на соединениях с несущими фланговыми швами (результаты этих испытаний в виде таблицы приведены в работе [21]). Прикрепления после точечного нагрева повышали предел выносливости на 45—200%, а соединения с несу­щими фланговыми швами — на 80—105%.

С увеличением радиуса зоны пластических деформаций возра­стает величина и сектор действия сжимающих остаточных напря­жений. Поэтому при нагреве значительных полос металла вблизи концентратора напряжений наблюдается дальнейшее повышение пределов выносливости [7], а также стабилизация остаточных напряжений. Согласно опытам Г. К. Евграфова и В. О. Осипова [6] устойчивые результаты получаются при нагреве зоны металла вдоль всего прикрепляемого элемента. Опыты проводили на пластинах с приваренными планками и ребрами, а также на двутавровых балках с наплавками. Полосу металла вдоль приварок нагревали до 300—350 °С пламенем газовой горелки, перемещающейся с опре­деленной скоростью на расстоянии 30—60 мм от соединения или наплавки. Такой нагрев надежно обеспечивал перераспределение остаточных напряжений. Вместо высоких растягивающих остаточ­ных напряжений в соединении создавались сжимающие остаточные напряжения, а растягивающие остаточные напряжения «переноси­лись» в зону нагрева, не имевшую концентраторов напряжений. После местного нагрева. пластины толщиной 10 мм и шириной 130—200 мм с приваренными планками и продольными ребрами повышали долговечность при асимметричном цикле (amm=3,8 - s - - т - 4,4 кгс/мм2 и отах= 15,0 17,0 кгс/мм2) до 7 раз.

Когда заранее известно место зарождения усталостной трещины, ряд авторов (Гюннерт, Хироси, Линкарт и др.) полагает возможным рекомендовать закалку, т. е. местный нагрев с последующим быстрым охлаждением соединения или его отдельного участка. В исследованиях BWRA (Британская сварочная научная ассоциа­ция), эффективность предлагаемого способа проверялась при испы­тании пластин с планками, приваренными фланговыми швами. Концы фланговых швов нагревали кислородно-пропановым пла­менем, направленным под углом 45° относительно основного листа. На достижение 550 °С в исследуемой зоне затрачивали 5 мин. Затем они закаливались водяной струей, направленной точно в угол. Охлаждение зоны до комнатной температуры занимало 5 с. Не­сколько образцов закаливали путем погружения в воду всей пла­стины.

Если в исходном состоянии образцы имели предел выносливости 9,3 кгс/мм2, то после закалки образцов он увеличился до 20,9 кгс/мм8, т. е. на 120%. Но когда такие же образцы после нагрева погружали в воду, эффект заметно снижался. Чтобы исключить мартенситные превращения после закалки, в упомянутых исследованиях темпе­ратура нагрева ограничивалась 550 и 500 °С. В опытах Хироси и Тацуо (Япония) для перекристаллизации металла шва 0,15—0,25 С; 0,5—1,2% Мп; 0,4—0,6% Si осуществляли быстрый высокочастот­ный нагрев до температуры 800 °С с последующим быстрым охла­ждением. При содержании 0,20% С время нагрева составляло 5-50—5-Ю3 с, а при 0,15% С — 2-102—2• 104 с. Охлаждение занимало 30 с. В результате такой обработки сварные соединения повышали предел выносливости в 3,5 раза, а гладкие сварные образцы в 2 раза.

В местах окончания продольных угловых швов сжимающие остаточные напряжения могут быть получены не только нагревом, но и механическим путем. Для этого Герней [24] опробовал точечное

б, ш/нМг Рис. 10. Повышение выносливости образцов с планками после точечного обжатия металла:

/ — исходное состояние; 2 — после'точечного обжатия

обжатие металла. После обжатия предел выносливости образцов с фланговыми швами возрастал, на 90% (рис. 10). Аналогичные результаты были получены в Институте электросварки им. Е. О. Па­тона при испытании Швеллеров из стали СтЗ, прикрепленных к концевым планкам фланговыми швами. Пластическое обжатие осуществляли на прессе с помощью пуансонов диаметром 20 мм вблизи концов фланговых щ$оз (на швеллерах и. концевых планках). Нагрузка на пуансон составляла 28 тс и поддерживалась в течение 30 с. После обжатия на образце оставалась впадина — точка с чет-
ким очертанием границ. Такие точки ставили настолько близко к концам фланговых швов, насколько позволяла конструкция конусообразного пуансона. Между точкой и концом шва оставался зазор 5—8 мм. Усталостные трещины в таких образцах зарождались не по концам фланговых швов, как обычно, и не по границам точек, а в наплавленном металле швов, на некотором расстоянии от кон­цов, где остаточные напряжения от обжатия были не сжимающими, а растягивающими. Предел вы­носливости образцов с флан­говыми швами после обжатия повысился на 70%.

Переход от точечного к ли­нейному обжатию может расши­рить возможность этого способа.

Он мог бы найти применение в стыковых соединениях и в сое­динениях с лобовыми швами.

1100

525

575

Пластическое одтатие

Однако способ обжатия металла на большой длине не рассма­тривался Гернеем. В данном случае он приближается к спо­собу упрочнения металла по­верхностным пластическим де­формированием и отливается от него тем, что вблизи сое­динения обработке подвергают только узкую полоску металла, а не все соединение.

2*5

1100

Эффективность линейного об­жатия проверяли в Институте электросварки им. Е. О. Па - тона [18] на образцах из стали 10Г2С1 (а„ = 53,2 кГ/мм2; ат =

525

575

Рис. 11. Образцы с поперечными план­ками и со стыковыми швами в исход­ном состоянии и после линейного пла­стического об&атия

= 37,5 кГ/мм2) с поперечными планками и со стыковыми шва­ми (рис. 11). Планки прива­ривали вручную электродами УОНИИ-13/45. Сварку стыковых швов выполняли под флюсом.

Для обжатия были изготовлены пуансоны длиной 80 мм. Поэтому обжатие проводили за несколько приемов, каждый раз с пере­крытием предыдущей части. Обжатые полоски располагали на расстоянии 2—5 мм от шва и имели ширину 5 мм. Напряжение линейного обжатия принимали таким же, как и точечного; в услов­ном исчислении оно равнялось 2 от. После обжатия на основном металле оставались канавки глубиной 0,5—0,7 мм. Трещины уста­
лости зарождались, как обычно, по линии сплавления швов с основ­ным металлом, но долговечность обжатых образцов в 5—10 раз была выше, чем образцов в исходном состоянии. Пределы выно­сливости а_г возросли на 40—110%. При пульсирующем цикле напряжений предел выносливости стыковых соединений повы­сился на 30%.

Установлено, что пластическое обжатие полосы металла вдоль соединения создает в поверхностных 'слоях металла по линии кон­центрации напряжений сжимающие остаточные напряжения. На­ряду с измерением этих напряжений определяли величину пласти­ческой деформации, возникающей в результате обжатия. Для этого из такого же материала (сталь СтЗ) изготовляли модель, имити­рующую сварное соединение. При таком же обжатии пластическая деформация металла в непосредственной близости от искусственного шва не превышала 1—2%. Отсюда можно заключить, что основным фактором, изменяющим выносливость сварных соединений после пластического обжатия, являются сжимающие остаточные напря­жения.

Точечное и линейное обжатие следует отнести к перспективным способам обработки сварных соединений. Здесь прост и контроль качества выполненной работы. Он сводится к проверке расположе­ния и глубины канавок, остающихся после обжатия. Но для механи­ческого обжатия металла в производственных условиях не созданы еще специальные приспособления наподобие описанных выше для обработки всей поверхности соединения.

При необходимости выполнения больших объемов работ и в слу­чае упрочнения труднодоступных участков швов целесообразной может оказаться локальная взрывная обработка соединения. Такой вид обработки предложен Институтом электросварки им. Е. О. Па­тона недавно [11, 19] и его не следует отождествлять с упрочнением взрывом всего изделия. Как известно, общее глубинное упрочнение изделий и деталей, которые во время эксплуатации испытывают действие значительных ударных нагрузок или интенсивно изнаши­ваются (крестовины железнодорожных рельсов, захваты камнедро­билок, детали мельниц, ковши экскаваторов и т. п.), осуществляется путем детонации больших зарядов взрывчатого вещества в контакте с металлом. Как показали исследования, выполненные в Сибирском отделении АН СССР и других организациях, а также фирмой «Дюпон» (США), при детонации создается фронт ударной волны сдавлениями, превышающими 1000 кбар. Такие давления вызывают пластические деформации, которые изменяют физико-механические свойства материалов, в результате чего существенно повышаются пределы текучести, прочности и выносливости.

В предлагаемом способе обработке подвергают только поверх­ностные слои металла в месте перехода к сварному шву. В этом случае локальная взрывная обработка значительно меньшей интен­

сивности, чем при общей глубинной обработке, направлена главным образом на создание в местах концентрации сжимающих остаточ­ных напряжений и сводится к следующему. Вдоль линии сплавле­ния шва с основным металлом размещают цилиндрические заряды насыпного взрывчатого вещества — гексогена, заключенного в гибкую хлорвиниловую трубку. Ме­жду зарядами и поверхностью образца находится двухмиллиметровый слой пластилина, который служит переда­точной средой при воздействии взрыв­ной волны на поверхность образца и для прикрепления зарядов к изделию (рис. 12). Все заряды взрывают одно­временно с помощью электродетона­тора.

Рис. 12. Размещение зарядов на поперечных угловых швах: 1 —- шов; 2 — слой пластилина; 3 — заряд гексогена; 4 — электродето­натор

После взрывной обработки сопро­тивление образцов усталостным раз­рушениям существенно повышалось (табл. 7). По числу циклов долговеч­ность соединений возрастала до 3—

5 раз.

Дальнейшие уточнения параметров взрывной обработки в связи с харак­тером нагружения, видом соединения и механическими свойствами металла помогут полнее раскрыть возможности этого нового, весьма перспективного способа повы-

7. Повышение выносливости сварных соединений после взрывной обработки Соединение Сталь Коэффи­циент асиммет­рии цикла (R) Предел выносливости (база 107 циклов), кгс/мм2 Повыше­ние пре­дела вы­носливо­сти, % в исход­ном со­стоянии после обработки С поперечными СтЗ -1 4,0 7,5 83 угловыми швами 10Г2С1 -1 4,0 7,0 75 СтЗ 0 ,9,8 14,0 43 14ХМНДФР + 0,3 12,0 16,0 33 С продольными М16С -1 2,2 4,8 120 угловыми швами М16С 0 4,2 9,0 124

шения выносливости сварных соединений. Но и в настоящее время этот метод можно с успехом применять для повышения долговеч­ности сварных конструкций.