Концентрация напряжений, вызываемая формой соединения, в ряде случаев может быть снижена путем создания плавных пере­ходов на основной металл, полного провара сечения, обварки эле­ментов по контуру, а также устройства различного рода скосов и выкружек. Для уменьшения напряжений в местах концентрации иногда прибегают к удлинению швов.

Плавность перехода к основному металлу чаще всего достигают за счет механической обработки швов. На практике широко приме­няют обработку абразивными кругами или фрезами. При этом следы обработки следует располагать вдоль действующих напряжений.

Наибольший эффект получают от зачистки стыковых щвов. Снятие усиления шва заподлицо с основным металлом устраняет концентрацию напряжений и повышает качество поверхностного слоя. Пределы выносливости стыковых соединений после механиче­ской обработки резко возрастают и практически достигают уровней пределов выносливости основного материала. То же самое относится к стыковым соединениям термически упрочненных сталей, несмотря на то, что они могут иметь околошовные участки с пониженными механическими свойствами.

Снятие усиления стыкового шва может быть заменено тщатель­ной механической обработкой переходной зоны. В случае низко­углеродистых сталей эффективность частичной обработки не усту­пает полной. При искусном выполнении сварочных работ (соответ­ствующего подбора режима сварки поверхностных слоев и умелой их укладки) можно получить форму стыкового шва, при которой условие равнопрочности достигается без применения обработки.

Механическая обработка соединений других видов дает меньший эффект. Пределы выносливости прикреплений встык и соединений лобовыми швами возрастают после обработки не более чем на 20—30%. В ряде случаев эти соединения в исходном состоянии и после обработки показывают одинаковую выносливость. В соеди­нениях лобовыми швами изменяются лишь места зарождения трещин.

Очагом разрушения становится корень лобового шва. Так, на­пример, в опытах Б. Н. Дучинского образцы с парными наклад­ками, приваренными лобовыми швами с отношением катетов 1 : 2, после механической обработки стали разрушаться по швам. Перво­начальный предел выносливости не изменялся (10,9 и 11,3 кгс/мм2). Вовсе не повышается выносливость после механической обработки концов фланговых швов. Зачистка этих швов не дает эффекта и в том случае, когда они выводятся при сварке на полку прикрепляемого элемента (например, швеллера) или же на фасонку.

Как следует из работ ЦНИИС, существенного снижения концент­рации напряжений в нахлесточных соединениях и прикреплениях встык можно добиться за счет одновременного применения механи­ческой обработки и дополнительных конструктивно-технологиче­ских мер. Для соединений с лобовыми швами такими мерами слу­жат: переход на более толстые накладки, глубокий провар корня шва, увеличение размеров и пологости шва с последующей тщатель­ной механической обработкой соединения. Только взятые вместе эти меры могут дать ощутимое повышение выносливости. Отдель-

ное же применение пологих и вогнутых швов, механической обра­ботки, увеличения сечения шва, глубокого провара корня автома тической сваркой или же частичная совокупность этих мер не при' водит к желаемым результатам (табл. 2).

Большие экспериментальные работы по проверке долговечности механически обрабатываемых сварных узлов и оценке влияния различного рода скосов, выкружек и плавных переходов были вы­полнены в ЦНИИСе К. П. Большаковым. Исследования проводи­лись применительно к пролетным строениям железнодорожных мостов. Критерием допустимости прикрепления или узла служила его долговечность при максимальных напряжениях 1700 кгс/см2 в случае низкоуглеродистой стали и 2500 кгс/см2 при использова­нии стали 15ХСНД. Коэффициент асимметрии цикла составлял 0,36—0,46. В табл. 3 приведены долговечность некоторых исследо­ванных прикреплений в исходном состоянии и перечень мер, обес­печивающих заданную долговечность (2- 106 циклов) при указанных напряжениях.

Повысить предел выносливости сг_0,4 до 17 кгс/мм2 удается только за счет одновременного применения скосов, выкружек, пол­ного провара и механической обработки переходов. Совокупность этих мер резко снижает концентрацию напряжений, в результате чего долговечность соединений возрастает в 3—13 раз при ис­пользовании стали М16С и еще более при низколегированной стали.

Для создания плавных переходов от основного металла к шву вместо механической зачистки можно применить электродуговую обработку, при которой поперечные стыковые и угловые швы, сва­ренные под флюсом или вручную, сглаживаются до получения плавного перехода на основной металл. Обработку ведут аргоновой горелкой, вольфрамовым электродом с дополнительным присадоч­ным стержнем [25] или без него [1]. Обработку можно выполнять любым серийным держателем (горелками), предназначенным для сварки вольфрамовым электродом в защитных газах [3]. В качестве источника питания рекомендуется генератор ПСО-ЗОО или ПСО-500, а также выпрямители ВС-300 или ВС-600. При оплавлении должен применяться аргон марок А, Б и В по ГОСТ 10157—73 и вольфрамо­вые прутки марки BJI-10 и ВТУСЦО-21-088ТУ.

При использовании низкоуглеродистых и низколегированных сталей сглаживание дает такой же эффект, как и механическая зачистка швов. Наибольшую эффективность достигают при обра­ботке стыковых соединений. Стыки низкоуглеродистой стали повы­шают выносливость до уровня основного металла. При переходе на более прочные стали наблюдается дальнейшее увеличение пре­делов выносливости, хотя отношения их значений к пределам вы­носливости основного металла заметно снижаются (табл. 4).

В меньшей степени после дуговой обработки повышают выносли­вость соединения с угловыми Швами (табл. 4). Разрушение их, так же как и после механической зачистки, начинается от корня шва. В корне шва создается примерно такая же концентрация напряже­ний, как и по линии сплавления у кромки шва. Этим обстоятельст-

4. Повышение выносливости сварных соединений после электродуговой

обработки швов

вом и объясняется сравнительно небольшая эффективность электро - дуговой и механической обработок угловых швов.

В ряде опытов наблюдалось повышение выносливости при пере­ходе на удлиненные косые швы (рис. 5). Так, например, балки с пря-

мыми стыковыми швами в поясах и стенке показывали предел вы­носливости а0 = 14 - г - 15 кгс/мм2, а с косыми стыками 17 кгс/мм2. При испытании плоских образцов из стали 15ХСНД косые швы по­вышали предел выносливости стыков на 13%. Заметное увеличение долговечности отмечалось также после устройства скосов под уг­лом 45° на конце дополнительного поясного листа. Образцы с пря­мыми необработанными угловыми швами до появления трещин

выдерживали около 6-Ю5 циклов, а после устройства скосов трещины не обна­руживались после 2-Ю6 циклов.

Повышение выносливо­сти при переходе на косые швы обычно связывают только с уменьшением нор­мальных рабочих напря­жений в шве и степенью их концентрации. Надо полагать, однако, что су­щественную роль играют здесь и остаточные напря­жения. Результаты испы­таний на переменный из­гиб при симметричном цикле напряжений плоских образцов из стали СтЗ се­чением 80 X 14 мм с нормальными и косыми швами в исходном состоянии и после высокого отпуска показаны на рис. 6. Косые швы показывали большую долговечность, однако после высокого отпуска выносливость косых стыков повышалась в меньшей степени, чем нормальных.

Устройство косых стыков в металлоконструкциях сопряжено с рядом трудностей. Поэтому они не нашли широкого распростра­нения. Кроме того, при пересечении нормальных и косых стыков
поясными швами (например, в двутавровых балках) продольные остаточные напряжения в обоих случаях становятся одинако­выми, следовательно, и выносливость соединений будет выравни­ваться.

Удлинение фланговых швов не вызывает повышения долговеч­ности соединения. Концентрация нормальных напряжений у кон­цов фланговых швов изменяется только в швах малой протяжен­ности. В соединениях с обычными расчетными швами коэффициент концентрации напряжений у концов швов не зависит от их длины. Поэтому при испытании образцов с фланговыми швами различной длины соединения показывают практически одинаковую долговеч­ность.

В сварных металлоконструкциях затруднительно избавиться от соединений с фланговыми швами. Изыскание эффективных способов повышения их выносливости тем более необходимо, если учесть, что эти соединения наименее долговечны, а рассмотренные выше меры для них не приемлемы.