Приложение Б (обязательное). Экспериментальный метод определения корректирующего коэффициента для сварных конструкций из стального проката

Приложение Б
(обязательное)

Экспериментальный метод определения корректирующего коэффициента для сварных конструкций из стального проката

Б.1 Для определения корректирующего коэффициента K ₃, используемого при вычислениях коэффициентов запаса сопротивления усталости сварных конструкций из стального проката, изготавливают серию типовых сварных образцов, проводят стендовые вибрационные испытания и, основываясь на их результатах, вычисляют корректирующий коэффициент K ₃ по формуле

,

(Б.1)

где  _-1 - среднее значение предела выносливости стандартного образца из применяемой стали при изгибе с симметричным циклом нагружения;

 _R - предел выносливости типового сварного образца из применяемой стали, определяемый в результате стендовых вибрационных испытаний при изгибе с асимметричным циклом нагружения с коэффициентом асимметрии R = 0,25;

 _{R(Ст3сп5)} - предел выносливости типового сварного образца, изготовленного из проката категории 5 по ГОСТ 14637 из стали Ст3сп по ГОСТ 380 при изгибе с асимметричным циклом нагружения с коэффициентом асимметрии R = 0,25;

 _{-1(Ст3сп5)} - предел выносливости стандартного образца, изготовленного из проката категории 5 по ГОСТ 14637 из стали Ст3сп по ГОСТ 380 при изгибе с симметричным циклом нагружения.

Принимают  _{-1(Ст3сп5)} = 195 МПа,  _{r(Ст3сп5)} = 90 МПа.

Б.2 Типовой сварной образец (рисунок Б.1) представляет собой полую сварную балку прямоугольного сечения с накладкой прямоугольной формы.

При изготовлении и подготовке образцов к испытаниям необходимо учитывать следующее:

- образцы изготавливают на предприятии, изделия которого подлежат контролю по коэффициентам запаса сопротивления усталости;

- накладку приваривают после изготовления и полного остывания балки;

Рисунок Б.1 - Типовой сварной образец

- не допускается после приварки накладки к горизонтальному листу балки выполнять сглаживающую механическую обработку по границе сплавления шва в месте перехода его на горизонтальный лист балки;

- не допускаются наклеп, аргоно-дуговая обработка и другие способы упрочняющей или сглаживающей обработки, а также термическая обработка.

Б.3 На испытания представляют не менее 10 типовых сварных образцов, изготовленных с учетом требований Б.2.

Б.4 Испытания проводят на стенде, оборудованном счетчиком циклов, по схеме поперечного изгиба балки, лежащей на двух опорах, как показано на рисунке Б.2.

Рисунок Б.2 - Схема нагружения типового сварного образца (точка приложения пульсирующей нагрузки P может быть изменена в зависимости от конструкции стенда)

Б.5 Испытания проводят на базе 10 ⁷ циклов нагружения.

Коэффициент асимметрии цикла нагружения R устанавливают равным 0,25.

Б.6 При подготовке испытаний для каждого образца задают (с учетом результатов испытаний предыдущих образцов) номинальное максимальное напряжение цикла нагружения  _max в сечениях балки I-I и - в соответствии с рисунком Б.2 и вычисляют номинальное минимальное напряжение цикла  _min, МПа, по формуле

.

(Б.2)

Ориентировочные значения сил P _max и P _min, кН, вычисляют по формулам:

,

(Б.3)

,

(Б.4)

где W _I-I - номинальный момент сопротивления поперечного сечения балки, см ³ (W _I-I = 405 см ³);

L _I - номинальное расстояние от точки приложения силы P до границы лобового шва приварки накладки, мм (см. рисунок Б.1, L _I = 378 мм).

Окончательные значения сил P _max и P _min, фактически создающие заданные уровни напряженного состояния  _max и  _min в сечениях балки I-I и -, определяют с помощью тензометрирования. Тензорезисторы 1-4 устанавливают по схеме, приведенной на рисунке Б.3, в сечениях балки II-II и -.

Примечание - Тензорезисторы устанавливают на расстоянии 60 мм от границы лобового сварного шва приварки накладки (сечения балки I-I и -) для исключения влияния на их показания концентратора напряжений на границе лобового шва.

Номинальные напряжения и в сечении балки II-II (-) вычисляют по формулам:

,

(Б.5)

,

(Б.6)

где  _max и  _min - номинальные максимальное и минимальное напряжения в сечении I-I (-), задаваемые для испытаний конкретного образца;

L _I и L _II - номинальные расстояния от точки приложения силы P до сечений I-I и II-II соответственно (L _I = 378 мм; L _II = 318 мм).

Рисунок Б.3 - Схема установки тензорезисторов на типовом сварном образце (вид на образец сверху)

Б.7 Циклическое (вибрационное) нагружение каждого образца осуществляют установленными на стенде силами P _max и P _min, создающими заданный уровень напряженного состояния  _max для конкретного образца, подтвержденный показаниями тензорезисторов.

Б.8 Перед началом испытаний каждого образца счетчик циклов обнуляют.

Циклическое нагружение каждого образца осуществляют до достижения базы испытаний, указанной в Б.5, или до момента возникновения усталостной трещины длиной от 5 до 10 мм на границе (см. рисунок Б.2) лобового (поперечного) шва приварки накладки.

Б.9 При возникновении усталостной трещины в ином, чем указано в Б.8, месте испытания данного образца прекращают и результат испытаний данного образца из рассмотрения с целью определения значения  _R исключают.

Б.10 Наличие усталостных трещин определяют методом "керосиновой пробы", который заключается в том, что на поверхность образца в зоне предполагаемого возникновения усталостной трещины при испытаниях наносят кисточкой смесь керосина с маслом в объемном соотношении 3:1. Наличие усталостной трещины характеризуется образованием воздушных пузырьков, наблюдаемых визуально при циклическом нагружении типового сварного образца.

Допускается применение других методов, обеспечивающих обнаружение усталостной трещины длиной от 5 до 10 мм.

Б.11 Результаты испытаний каждого образца заносят в журнал испытаний.

Б.12 Пределом выносливости типового сварного образца  _R считают значение  _max, при котором не менее двух образцов не имеют усталостных трещин в зонах, указанных в Б.8, после достижения базы испытаний, указанной в Б.5. При этом из рассмотрения исключают образцы в соответствии с Б.9.