Приложение Б (обязательное). Экспериментальный метод определения корректирующего коэффициента используемого при вычислениях коэффициентов запаса сопротивления усталости сварных конструкций из стального проката

Б.1 Для определения корректирующего коэффициента , 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 по формуле

,

(Б.1)

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

- 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;

- 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;

- 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 = 195 МПа, = 90 МПа.

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

Рисунок Б.1 - Типовой сварной образец

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.

- 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, аргонодуговая 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 Р может быть изменена в зависимости от конструкции стенда)

Б.5 Испытания проводят на базе 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 в сечениях балки и в соответствии с рисунком Б.2 и вычисляют номинальное минимальное напряжение цикла , МПа, по формуле

.

(Б.2)

Ориентировочные значения сил и , кН, вычисляют по формулам

,

(Б.3)

,

(Б.4)

где - номинальный момент сопротивления поперечного сечения балки, ( = 405 );

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

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

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

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

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

(Б.5)

,

(Б.6)

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

и - номинальные расстояния от точки приложения силы Р до сечений и соответственно ( = 378 мм; = 318 мм).

Б.7 Циклическое (вибрационное) нагружение каждого образца осуществляют установленными на стенде силами и , создающими заданный уровень напряженного состояния 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 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 считают значение , 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.