(.'ШИСТЕРСТГВО СТРОИТЕЛЬНОГО, ДОРОШОГО й КОММУНАЛЬНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

РУКОВОДЯЩИЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ

НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ И ИЗМЕНЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИИ В СВАРНЫХ УЗЛАХ

РД 2201-8-80

Москва 1980 г.

УТВЕР1ДН1Н: Генеральным директором ЗНИИстройдормаш -

проф.,д-р тех.наук В.А.Бауманом 4 апреля 1980г.

ИСПОЛНИТЕЛИ: ЦНШ1' филиал бНШстройдормаш -

канд.тех.наук Г.К.Мошкарев (руководитель темы), Б.Т.Золотарекий, Ф.К.Клашанов,

МйСИ им.Б,В.Куйбышева -кавд.тех.наук В.А.Ряхин,

БН.лИс тр ойд ормаш -А.Б,Вогау, А.В.Седельников, В.М.Галетин, Костромской экскаваторный завод ~

Е.Д,Сафронов.

Нормативные и достигнутые значения элективных коэффициентов концентрации /без учета остаточных напряжений/

Вид сварного соединения	Предел про-чности свариваемой стали (Ъа , МПа	Нормативное значение *			Достигнутое значение КG
		Значение	(не более)	Коэффициент вариации Vk	Значение		Коэффициент вариации Ьк
		Р = 0,5	Р = 0,95		Р = 0,5	Р = 0,95
Стыковое	400	1,20	1,40	0,10	1,05	1,25	0,16
	600	1,25	1,50	0,12	1Д	1,30	0,11
	600	1,30	1,60	0,14	1,15	1,40	0,13
Нахлесточное	400	1,55	1,85	0,12	1,35		0,11
	600	1,70	2,05	0,125	1,45	1.9	0,19
	800	1,85	2,35	0,16	1,55	2,1	0.22
Тавровое	400	1.6	1,85	ОД	1,45	1,7	0,105
	600	1,75	2,05	0,1	1,55	1,9	0,14
	800	1,90	2,35	0,14	1,65	2,1	0,17

х нормативные значения К_в для сталей с другим пределом прочности определяются интерполяцией ;

хх при полном проваре и отсутствии смещения свариваемых кромок.

Стр.10 РД 2201-8-80

Рекомендации по режимам технологических способов упрочнений да-

,н в приложении 1.

5.4.    Остаточное напряжение после соответствующей технологической обработки сварного соединения определяется по зависимости

^ос.,оф>. ~    ft    ОС.

5.5.    Коэффициенты увеличения пределов выносливости сварных соединений после соответствующей технологической обработки при одноосном нагружении изменяются: их величины приведены в табл.5.

В виду того,что асимметрия цикла оказывает влияние на величину относительного изменения предела выносливости при технологической обработке в табл.4,коэффициенты увеличения пределов выносливости даны для двух коэффициентов асимметрии 1= -1 и 1 = 0, /?₀бр/ ^% -= -1)и Я_обр. ^=0).

6.6.    Пределы выносливости сварных соединений после их соответствующей технологической обработки определяются по зависимостям:

= СЗ-//С " Rобр(Гх.-1)

G>oK.,o8p. ~ &ок. ‘ ftoSfi('t-о)

Таблица 3

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений К& после технологической обработки /без учета остаточных напряжений/

Примечание (применяемый’ инструмент, режим обработки, качество обработки)

Диаметр наждачного круга / 150мм. Для стыковых соединении полное снятие усилений с двух сторон ; для нахлесточных и тавровых - обеспечение плавного перехода от шва к основному металлу.

Для стыковых соединений -проковка с двух сторон; молоток модели Р-2.Рабочий орган-пучок проволоки марки 6002 диаметр проволоки 1,6-2, бмм длина свободного конца проволоки 100-190мм; э нер гия удара - 6-15 Дн.

Продолжение табл.З

Способ технологической обработки сварного соединения предел ррочн. свари ваемой Бод сварного соединения Примечание Стыковое * Нахлес точное с у головыми швами Тавровое с угловыми швами (применяемый инструмент .режим обработки, качество обработки) стали Значение Коэф. вариации 1)к Значение Кв Коэф. вариации Оц Значение Ks Коэф. МПа ?=0,5 Р=0,95 Р=0,5 Р=0,95 Р=0,5 Р=0,95 вариации Оц Оплавле- 400 1,1 1,25 0,083 1,20 1,50 0,15 1,35 1,50 0,067 Оплавление вольфрамовым электродом в среде аргона.Для стыковых соединений ние шва 600 1,15 1,30 0,08 1,30 1,60 0,14 1,45 1,65 0,084 неп давящимся эле ктродом в среде инертных газов 800 1,20 1,35 0,08 1,35 1,80 0,2 1,55 1,80 0,1 - оплавление с 2-х сторон.Оплавление до плавного перехода от шва к основному металлу.Вольфрамовый электрод 0 2мм-горелка типа АР-9.Расход аргона 6000л на 100-120М шва.Скооость оплавления 20 м/час.

* при полном проваре и отсутствии смещения свариваемых кромок.

РЛ 2201-8-80 Стр. 13

Таблица 4

Коэффициенте снижения начальных остаточных

напряжений П в сварных швах и около-ос

шовных зонах после упрочняющей технологической обработки

Коэффициент снижения начального остаточного напряжения p_{t 0G}

Термообработка (высокий отпуск)    0    <•    0,2

Статическая перегрузка    О

Прокатка роликами    0,3    *    0,5

Проковка (прсколачивание)    0,1    +    0,2

Зиброрезонансная обработка    0,1    +    0,4

Ультразвуковая обработка    0    *    0,2

Обработка взрывом    0    *    0,5

?Д 2X1-5-80 стр. 15

7. Сравнительная оценка эффективности способа тех.чологи-

ческой обработки сварного соединения.

7.1. Сравнительная оценка эффективности способов технологической упрочняющей обработки сварных соединений производится по двум коэффициентам и К^.

- коэффициент эффективности по трудоемкости,

&£    -    коэффициент    эффективности    по    стоимости изготовления.

= &гк..Ф-    _

i    w    гр

' ^Аобр.

7.2. Большее значение коэффициентов К-| и соответствует большей эффективности способа упрочнения.

В приложении 2 дан пример оценки способов технологической обработки.

Стр. 16 ГД 2201-8-80

ПРШСЩЕНЙЕ I Рекоме!<дуемое Таблица I

Рекомендуемые режимы технологических упрочняющих обработок сварных узлов

Способ технологической обработки	Режим обработки
Термообработка (высокий отпуск)	Температура - 600»650°С. Время отпуска должно устанавливаться по релаксационным кривым, которые определяются экспериментально для каждого конкретного сварного узла
Статическая перегрузка	Наибольшее повышение выносливости наблюдается после статической перегрузки, равно! пределу текучести основного металла, 30 сек
Прокатка роликами 1 1	Для полного устранения остаточных напряжений в сварных узлах рекомендуется давление на ролик определять по вираже- ВШС1 Р =* r c/-S-cV В - ширина рабочего пояса ролика ; о/ - диаметр ролика ; (5 - толщина листа ; F - модуль упругости основного материала
Проковка (прсколачивание) i	Обработка производится пневматическим упрочнителем шневмомолотком) с бой-1 ком в виде пучка проволоки (диаметром 1,6-2,5 ш и длиной 100-150 ш) из стали 6002 в Энергия удара 6-15 Да, Давление сжатого воздуха 0,4-0,5 МПа. Производительность 15-25 м/час
Оплавление сварных швов	Оплавление осуществляется аргонодуговой сваркой. В качестве источников питания рекомендуется генератор ПС0-300 или выпрямитель ВС-300. Пш оплавлении должен применяться аргон марок А, Б и В по ГОСТ 10157-62 и вольфрамовые прутки BJE-IQ. Производительность 20-40 м/час

	РД 2201-8-80 стр.17 Продолжение табл.1
Способ технологической обработки	Режим обработки
Виброрезонансная обработка	Мощность вибратора 1-1,5 кВт. Ьремя вибрирования 10-15 мин.
Ультразвуковая обработка	Амплитуда 30-40 мк. Частота 20 кГц. Время обработки 20-30 сек.
Обработка взрывом	Цилиндрический заряд взрывчатого вещества (гексоген) в полихлорвини-ловых трубках с внутренним диаметром 4мм располагается над линией сплавления сварного шва на пласте-линовой подложке толщиной 2мм.

Стр.18 РД 2201-8-80

ПРИЛОЖЕНИЕ И Справочное

Пример сравнительной оценки эффективности технологических способов обработки.

Подобрать наиболее эффективные способы упрочняющей технологической обработки для стрелы прямой лопаты экскаватора S-10011E из числа:проковка швов и околошовной зоны,зачистка швов и около-шовной зоны,термообработка,оплавление швов.Наиболее напряженным участком стрелы является зона напорного вала.Поэтому обработка способами проковки и зачистки осуществляется в этой зоне (длина сварных швов в этой зоне составляет 25м).

Исходные данные:

материал стрелы - сталь 09Г2С.

Коэффициент асимметрии цикла (соответствующий среднему режиму эксплуатации), Х= -0,2.

Соответствующие пределы выносливости:до обработки 6_W= й_01<, после обработки 6^ = 6^

Трудоемкость изготовления стрелы Т=55 час.

Стоимость изготовления стрелы (3=33,3 руб.

Дополнительная трудоемкость и стоимость изготовления приведена в табл Л.

Таблица 2

Способ технологической	Производи	Дополнитель	Дополнитель
	тельность	ная трудоемкость, Т, час	ная стоимость С,руб./час
обработки	способа
Проковка (проколачивание)	2D м/час	м	0,5
Зачистка наждачным кругом	20 м/час	1,0	0,5
Термообработка	21час для всей конструкции	9,66	4,7
Оплавление швов вольфрамовым электродом в среде аргона	40 м/час	0,41	0,6

Группа Г02

РУКОВОДЯЩИЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ

Машины строительные и дорожные.    РД    2201-8-80

Нормативные значения коэффициентов

концентрации напряжений и изменения    Введен    впервые

остаточных напряжений в сварных узлах

Срок действия установлен с 1.01.1981 г.

Настоящий руководящий документ (РД) распространяется на сварные узлы строительных и дорожных машин, изготовленные из малоуглеродистых, низколегированных сталей и сталей повышенной прочности по ГОСТ 380-71,ГОСТ 19282-73 и ГОСТ 19281-73 и устанавливает нормативные значения коэффициентов концентрации и способы повышения усталостной прочности сварных соединений технологическими способами.

Предназначается для использования при расчетах сварных узлов строительных и дорожных машин на выносливость, а также при выборе способов упрочняющей технологической обработки и контроля качества сварных узлов.

Настоящий РД дополняет РД 2201-3-7S по коэффициентам конценра-цш напряжений, влиянию технологических упрочняющих способов обработки на изменение коэффициентов концентрации напряжений и начальных остаточных напряжений сварных узлов, а РД 2201-6-79 по пределу выносливости сварных ‘узлов.

При разработке РД использованы материалы исследований БНИИстрой-дормаш, МйСИ им.В.В.Куйбшева, ИЭС им.Е.О.Патона, МВТУ им.Н.Э.Баумана, ЦНШТМАШ, других организаций и авторов.

1. Общие положения

i.i. При расчетах сварных узлов строительных и дорожных машин на выносливость используются теоретические и эффективные коэффициенты концентрации напряжений.Приведенные в разделе коэффициента концен-

ВД 23QI-8-8Q Сто. 19

Коэффициенты эффективности определяются по формулам (5) :

бок, обр. Т _ бок, П обр- ( ^с —0) _ у _    f

,    ,    ~    ~    П    обр    (г    =0)

бок. Т₀б_Рв    бок.    Т₀бр.    Т+ЛТ

бок», обр „ _с_    _    с

²”    6 ок« Собр. ^o6v‘ ^(г=0' * ~^J~_C

tl обр, (X =0) принимаем в соответсвии с табл, 5 дня узлов с "прикрепленными конструктивными и связуициш элементами"•

Результаты расчета сравнительной эффективности технологических способов обработки для сварной стрелы сведены в табл. 3.

Таблица 3

Вид технологической П обр, ( г =0) Т С % *2 упрочнявшей обработки по табл. 5 Т +JT С + АС Проковка швов и около-шовной зоны 1,5 0,978 0,985 1,467 1,477 Зачистка швов 1,15 I 0,985 1,15 1,132 теомообработка (высокий отпуск) 1,6 0,85 0,868 1,36 1,388 Оплавление швов в среде инертных газов 1,15 0,99 0,98 1,15 1,12

Наиболее существенное повышение усталостной прочности дает термообработка и проковка ( П 0(зрв( г=о) 20ответственно 1.6 и 1,5). Из этих двух способов следует отдать предпочтение проков

ке, т.к, коэффициенты по трудоемкости (Kj) и стоимости изготовления (К₂) при проковке выше.

Стр.2 РЛ 2201-8-80

трации установлены на основании результатов статистических замеров и геометрических измерений сварных соединений, узлов, серийно выпускаемых заводами отрасли.

За нормативные коэффициенты концентрации приняты усредненные по заводам отрасли значения. Параллельно с нормативными приведены значения коэффициентов концентрации по передовым заводам отрасли, которые следует принимать за ориентир при повышении качества сварных соединений.

С целью более широкого использования вероятностных методов расчета сварных узлов на выносливость в таблицах приведены значения коэффициентов концентрации напряжений при вероятностях Р=0,5 и Р=0,95, а также указаны коэффициенты вариации. Закон распределения коэффициентов концентрации нормальный.

Математические ожидания коэффициентов концентрации напряжений подсчитаны с погрешностью менее 5% при доверительной вероятности 0,95, а среднеквадратические отклонения - с погрешностью до 10%.

1.2.    Упрочняющие технологические способы обработки повышают усталостную прочность в первую очередь за счет изменения остаточных напряжений и коэффициентов концентрации напряжений. Влияние различных технологических способов обработки сварных узлов на остаточные

напряжения и коэффициенты концентрации даны в разделах 5 и б в виде соответствующих коэффициентов.

1.3.    Уровень снижения коэффициентов концентрации и остаточных напряжений, а также повышения пределов выносливости при различных способах упрочняющей обработки установлен по результатам экспериментальных исследований натурных конструкций строительных машин и моделей сварных узлов.

Учитывая, что в расчетах на выносливость влияние технологических методов обработки часто учитывается корректировкой пределов выносливости с помощью коэффициентов, в разделе 7 приведены значения этих коэффициентов.

i.4. В разделе 7 приведен метод сравнительной опенки эф/:октивно-оти способа технологической обработки сварного узла применительно к конкретным условиям его изготовления на одном предприятии.

2. Принятые обозначения б_т - предел текучести свариваемой стали;

б₇* - предел выносливости сварного соединения при асскметричном

цикле без технологической упрочняющей обработки;

&оф~ предел выносливости сварного соединения при ассиметричном

цикле после технологической обработки;

бде - остаточные напряжения в сварном шве и околошозной зоне без технологической упрочняющей обработки;

(3ос.,фг остаточные напряжения в сварном шве и о колотовкой зоне

после технологической обработки;

% - коэффициент ассиметрии цикла нагружения;

СХ_в - теоретический коэффициент концентрации напряжений;

&в,Р(ц - то же с вероятностью /ЧО, что коэффициент концентрации не превысит указанного значения;

K_G - эффективный коэффициент концентрации напряжений без учета влияния остаточных напряжений;

КGP{i)~ то же с вероятностью PU), что эффективный коэффициент концентрации не превысит указанного значения; t)_a,l)jf- коэффициенты вариации статистических распределений соответственно коэффициентам <З_б и К_б;

Cj - высота наплавленного валика стыкового сварного соединения;

Р - радиус перехода от сварного шва к основному металлу;

О) - угол раскрытия концентратора с радиусом ;

3,6'- толщины свариваемых элементов в нахлесточных и тавровых сварных соединениях;

9 - константа материала, зависящая от предела прочности;

П_ас - коэффициент снижения остаточных, напряжений после упрочняющей технологической обработки;

--0. 4 РД 2201-8-80

/ ? «5р. (г--/;-коэффициент увеличения предела выносливости сварного сое-Hoffxfz-O) дияения после упрочняющей технологической обработки при коэффициенте асимметрии цикла соответственно Z - -I и Z =0; Т, Т₀$р- трудоемкость изготовления сварного узла соответственно без упрочняющей технологической обработки и с упрочняющей технологической обработкой ;

С, С о£р. -стоимость изготовления сварного узла соответственно без упрочняющей технологической обработки и с упрочняющей технологической обработкой»

3* Расчетное определение коэффициентов концентрации

3.1, Теоретический коэффициент концентрации напряжений (    )

- отношение максимального напряжения в зоне концентратора к номинальному напряжению детали при укрутой деформации в предположении, что материал отвечает условию салопной однородной среды.

Эффективный коэффициент концентрации напряжений ( К _й ) - отношение амплитуд пределов выносливости детали без концентратора напряжений и с концентратором напряжений при отсутствии остаточных напряжений»

3*2. Теоретический коэффициент концентрации напряжений для стыковых сварных соединений (черт, I) с полным проваром рекомендуется определять по формуле Ю.А, Шиманского

РД 2201-8-60 стр.5

а<з = i + sin со

При наличии смещения кромок 5 коэффициент концентрации умножается на величину 1 + —•

3.3.    Теоретический коэффициент концентрации напряжений для нахле-сточных и тавровых соединений рекомендуется определять по формуле Н.Н.Афанасьева

а =1.6 -0,2а+-i-- ;    (2)

7У?(1 + Ц-) + 0,4\to

где 0=    ;    <р=    -2^- ;

3.4.    Эффективный коэффициент концентрации напряжений для стыковых, нахлесточных и тавровых соединений без учета остаточных напряжений необработанного сварного соединения рекомендуется определять по формуле Г.Нейбера

-JZL_ Л-со

рассчитывается по формулам (1) и (2).

Для стыковых соединений Лf(sr~co) принимается равным 1. Константа материала р'определяется в зависимости от предела прочности материала в месте концентратора по графику.изображенному на

4. Нормативные значения коэффициентов концентрации напряжений.

4.1. Коэффициенты концентрации определены по замерам геометрических параметров сварных соединений с использованием зависимостей (1), (2), СЗ).

4.2. Нормативные и достигнутые значения теоретических коэффициентов концентрации напряжений а₅после сварки конструкции (без учета последующей обработки сварных соединений) при двух значениях вероятностей: Р = 0,5 и Р = 0,95 приведены в табл.1.

4.3. Для других вероятностей Р (в пределах 0,15-0,98Нормативный коэффициент концентрации <X<5,P(i) вычисляют по зависимости

Qe,P(i) = #0,р -0.5 (1 + Up_(i)V_a ),    (4)

где &вр=о,£~ нормативный коэффициент концентрации при Р = 0,5 (принимается по табл.1);

Up(j) - квантиль нормального распределения при вероятности

Р Ш ;

у_а - принимается по табл.1.

4.4.    Нормативные и достигнутые на передовых заводах отрасли эффективные коэффициенты концентрации напряжений без учета влияния остаточных напряжений при вероятностях Р = 0,5 и Р = 0,95 приведены в табл.2,-

4.5. Для других вероятностей Р (в пределах 0,15-0,98Нормативное значение К&p_(f) вычисляют по зависимости (4).При этом вместо коэффициента вариации 1)$ вводится коэффициент вариации V_K .значения которого принимаются по табл.2.

5. Влияние технологических способов обработки сварных соединений на эффективный коэффициент концентрации напряжений.

5.1.Технологическая обработка сварных соединений наждачным кру -гом,проковкой.оплавлением изменяет геометрические параметры соединения, и .следовательно .уменьшает коэффициент концентрации напряжений на 30-60%.

?Д 2231-5-80 сто.7

5.2.    Эффективные коэффициенты концентрации напряжении для трех видов технологической обработки:зачистка наждачным кругом; проковка (проколачивание) шва и околошовной зоны;оплавление сварного шва не-плавящимся электродом в среде инертных газов приведены в табл.З. Указанные виды технологической обработки оказывают наиболее существенное влияние на изменение геометрических параметров сварного соединения, и, следовательно, на коэффициент концентрации напряжений,При веденные в табл.З эффективные коэффициенты концентрации напряжений не учитывают влияние остаточных напряжений.

5.3.    Эффективные коэффициенты концентрации напряжений приведены при двух значениях вероятностей Р = 0,5 и Р = 0,95.Для определения эффективных коэффициентов концентрации напряжений при других вероятностях (в пределах 0,15-0,86) используют зависимость (4). Значения коэффициентов вариации О_к принимаются по табл.З.

5.4.    Отступление от указанных в табл.З режимов технологической обработки и применяемого при этом инструмента (оборудования) может привести как к увеличению,так и снижению приведенных в табл.значений K_G и 1)_к .

о. Снижение остаточных напряжений при различных способах упрочняющей обработки.

•5.1. Начальные остаточные напряжения в сварном соединении в про -дольном и поперечном направлениях по отношению к шву достигают (0,6-1) б_т.

6.2.    Снижение остаточных растягивающих напряжений с помощью тех -нологических способов обработки сварных узлов повышает сопротивление узла усталостному разрушению,табл.5.

6.3.    Коэффициенты снижения остаточных напряжений /?_ос ъ сварных швах и околошовной зоне при различных способах технологической упрочняющей обработки приведены в табл.4.