Работа прослоек при растяжении поперек шва

Наличие твердых прослоек не оказывает существенного влияния на прочность соединения, т.к. s_{Втв.просл}.>s_Во.м.

Рассмотрим работу мягкой прослойки. В упругой стадии нагружения мягкая прослойка и основной металл деформируются однородно. При дости­жении предела текучести мягкой прослойки s_Т.М. в ней возникает пластическая деформация, в то время как окружающий металл деформируется упруго, т.е. у прослойки коэффициент m будет больше m = 0,3. По мере развития пластиче­ской деформации m® 0,5 . Из-за неодинаковой поперечной деформации возни­кают касательные напряжения, максимальные на плоскостях раздела, которые будут препятствовать поперечному сужению прослойки в направлении толщи­ны листа. Чем уже прослойка, т.е. чем меньше ее относительная толщина

,

где h - ширина прослойки, s – толщина металла,

тем меньше поперечное сужение получает прослойка к моменту возникновения в ней истинных (действительных) разру­шающих напряжений s_д, т.е. в более узких мягких прослойках площадь утон­енного сечения F_y прослойки к моменту разрушения будет больше, а следовательно будет больше и разрушающая сила Рр (а не Р=s_ВF₀).

.

В этом заключается «эффект контактного упрочнения». Рассматривая идеализированный случай работы мягкой прослойки, когда будут выполняться условия плоской деформации, временное сопротивление соединения с мягкой прослойкой можно определить по формуле:

,

где s_ВМ- временное сопротивление мягкой прослойки; - коэффициент контактного упрочнения,

В случае плоской деформации:

Если прослойка не идеально прямоугольная, как это бывает в сварных соединениях, то

,

где F - площадь поперечного сечения прослойки, S- толщина металла.

Прочность соединения достигает прочности соседнего, более прочного основного металла, если s_Вm. станет равным s_В. - временному сопротивлению более прочного основного металла, при этом:

.

Предельная относительная толщина прослойки , при которой дости­гается равнопрочность соединения:

.

Следует иметь в виду, что возможны случаи, когда , тогда проч­ность соединения будет определяться временным сопротивлением основного металла (более твердого) s_Вm.

С другой стороны, повышение прочности соединения с мягкой прослой­кой за счет уменьшения относительной толщины ограничено уровнем ис­тинного разрушающего (действительного) напряжения мягкой прослойки s_Р.

2.2.4 Работа продольного и кольцевого швов в цилиндрическом сосу­де давления

При работе стыковых соединений в сосудах под давлением имеются не­которые особенности, не обнаруживаемые на плоских образцах (относится к кольцевому шву).

Продольный шов в цилиндрическом сосуде, имеющий твер­дые и мягкие прослойки, располагающиеся перпендикулярно окружному на­пряжению, работает так, как обычный плоский образец (см. рисунок 2.1).

В кольцевом шве имеются существенные отличия, (рисунки 2.5, 2.6, 2.7).

В зоне с пониженным s_Т (мягкая прослойка) пластические деформации начнутся в пер­вую очередь, и при повышении давления они будут расти. Если мягкая про­слойка узкая (порядка 1-2 толщины S), то ее наличие мало заметно, т.к. сосед­ние участки ее поддерживают за счет появления касательных напряжений по границам прослойки (см. рисунок 2.6).

При широкой прослойке наличие перерезывающих сил не устраняет ис­кривления и разрушение может проходить не в продольном направлении (в со­ответствии а расчетами), а по окружности. Так, например (рисунок 2.7), если уровень нор­мальных напряжений в кольцевом шве - s₁, при этом относительная деформа­ция мягкой прослойки e_м.пр. будет значительно выше, чем в основном металле (e_о.м.). В результате, в районе мягкой прослойки будет наблюдаться выпучивания обечайки.

Твердые прослойки в кольцевом шве действуют аналогично, как в пла­стине (см. п. 2.2.2).

Рисунок 2.5 – Мягкая прослойка в кольцевом шве

Рисунок 2.6 – Касательные напряжения по границам прослойки

Рисунок 2.7 – Деформация прослойки