автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Оптимизация конструкций и технологии изготовления сварных узлов экскаватора, обеспечивающая их надежность в условиях Крайнего Севера

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

п г- г л , На правах рукописи

' ' й ОД УДК 621- 791- 019

СЕРГЕЕВ Игорь Викторович

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ УЗЛОВ ЭКСКАВАТОРА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ИХ НАДЕЖНОСТЬ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

Специальность 05- 03. 06 Технология и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЭТипецк - 1995

Работа выполнена в Липецком государственном техническом .. университете < г ': \

Научный руководитель - доктор технических наук.

Официальные оппоненты: / доктор технических наук, профессор ГАДАЛОВ В.Н. кандидат технических наук, доцент ДОРОФЕЕВ э. Б.

Ведущее предприятие - Воронежский механический завод

Защита состоится 3 октября 1995 года на заседании специализированного совета Д.064.22.01 а ЛГТУ по адресу .,.■■/; 398055 IV Липецк уд. Московская, 30

Ваши отзыэы (заверенные печатью) просим направлять по указанному адресу на имя секретаря специализированного - совета

С диссертацией-можно познакомиться в библиотеке ЛГТУ

Автореферат разослан - ■■ сентяоря 1995 года Ученый секретарь

профессор ДЕЕВ Г,Ф.

специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

э ■••

^ ОБЩАЯ КАРШЕРКСПШ ГаООШ

Актуальность темы. Рост добычи полезных ископаемых в Сибири, " Дальнем Востоке. Якутии в других районах Крайнего севера приводит к существенному увеличению парка маш;ш, I? частности', экскэвато • ров, эксплуатируемых при низких температурах. Однако, как показывает практика, снижение температуры эксплуатации приводит к рез>-кому увеличению случае1" разрушения различных узлов экскаваторов. Чаще всего разрушаются сварные узлы. Причту в большинстве случаев разрушение происходит по сварному шву или зоне термического влияния (ЗТВ). Этому способствует наличие конструктивных или технологических концентраторов напряжений/ Последние обычно связаны с наличием в сварном шзе различных дефектов, (трецин. лор, неметаллических включений, непроваров. подрезов .и т.д.). Существенное влияние на работоспособность сварных узлов оказывает выбор как . основного металла., так и сварочных материалов.

. Убытки связанные о выходом' из строя экскаваторов, работающих в условиях Крайнего Севера достигают.' 100 млн. рублей в год по ценам 1383 года. .

В этой связи повышение работоспособности экскаватороз. эксплуатируемых в условиях Крайнего Севера, является актуальной задачей. - . ■

Цель работы. Повышение эксплуатационных характеристик экска-■ваторсв. работающих в условиях Крайнего Севера, за счет совершенствования конструкт«1, сварных узлов и технологии их сборки и сварки.

Для достижения указанной цеди необходимо решить следующие

задачи:

-оценить напряженно-деформированное состояние основных сварных узлов экскаваторов с помощью тензометрирования при полигонных испытаниях.

- Провести оптимизацию конструкции сварных узлов, обеспечивающую снижение напряжений, возникающих в сварных узлах в процессе эксплуатации. ' , :

- Разработать упрощенную методику оценки долговечности сварных узлов экскаваторов. ■ ■ ■

- Оценить трещиностойкость стали 09Г2С и различив«' зон сварного соединения при нормальны;; и отрицательных температурах.

- Установить влияние температуры 'на характер разрушения основного металла и зон сварного соединения.

- Разработать технологии сборки и сварки узлов экскаваторов, обеспечивающие их рабо ^способность при отрицательных температурах.

- 'Внедрить предлагаемые конструктивные изменения сварных узлов'« технологии их изготовления на АО "ТЙЖЭКС". . '

Научная новизна. - Методом тензомстрирования при полигонных испытаниях установлены значения напряжений и деформаций в. различных сечэниях сварных узлов экскаваторов,

- Разработаны рекомендации по совершенствовании} сварных соединений и конструкций, позволяющие снизить напряжения в сварных узлах и повысить их долговечность до значений превышающих м.^низ стандарты.

- Разработана упрощенная методика оценил долговечности сварных узлов экскаваторов.

- Установлены температурные зависимости механических свойств CTi л 0ЭГ2С . и различных зон сварного соединения (шсв. ЗТВ) для даккей стали. -

- На. основании результатов механических испишний и расчетов определены значений К,с для отдельных зон сварного соединения к найдена связь f.', жду напряжением и допустимой шой трещины.при нормальной и отрицательных температурах.

- фрактографнческиэ исследования поверхностей изломов позео-

установить характер разрушения металла в ' различных зонах

сварного соединения стали' 09Г2С в интервала температур {¡93+213 К.

Практическая ценность. Предложен метод построения температурной зависимости предела текучести металла по результата:: испытаний образца на осевое растяжение при нормальной температуре, основанное на совместном использовании эмпирической зависимое« H.A. Кахутова'и теоретической зависимости Ярсшевича.

Проведенные исследования позволили зз счет оптимизации конструкций сварных узлов и совершенствования технологии подготовительных работ сСорки '.'и сварки, повысить качество-сварных конструкций, увеличить долговечность экскаваторов и получить годовой экономический эффект в размере 1608605 рублей в ценах 1932 года.'

Ап&обаиия работа, Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались па научных семинарах кафедр сварки

Липецкого и'Воронежского государственных технических университе-. тов в 1995 году, на международной конференции "Сьарка и родственные технологии в строительстве и стройиндустрии". в Москве, в 1994 г, на III областной научно-технической конференции в г.Липецке. 1994 г., а также,на заседаниях научно-технического.совета АО "ТЯЖЭКС" г.Воронеж 1993-1995 гг.

Публикации. По'результатам исследований опубликовано б работ.

Объем и структура -иссеоташкг. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка использованной литературы. Общий объем работы составляет 153 листа машинописного текста, включая 44 рисунка и 18 таблиц, список литературы содержит 06 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, определены цели и задачи исследований. • показана, научная новизна и практическое значение работы, а тагае сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой гларе рассмотрено влияние отрицательных температур на работоспособность, сварных изделий. .Анализ работ, посвященных изучению особенностей эксплуатации сварных конструкций свидетельствует о том, что разрушение сварных узлов экскаваторов, работающих в условиях Крайнего Севера определяется прежде всего:

- конструктивными недоработками узлов: -

- наличием технологических дефектов в сварных соединениях;

- низкой хладостойкостыэ выбранных материалов; ,

При этом хладостойкость металла зависит от многих Факторов, в частности, от типа кристаллической решетки, наличия примесей в металле, а также пор и неметаллических включений, размера зерен и т.д. .

Анализ разрушения сварных конструкций свидетельствует о том, что разрушение чаше всего начинается с дефектов, находящихся в' сварном соединении. При этом, на прочность сварной конструкции помимо пор. неметаллических включений и трещин оказывают влияние также непровары. несплавления, подрезы и другие дефекты формы шва. Причем наличие й сварной конструкции остаточных напряжений, возникающих вследствйе термического воздействия на изделие сварочного источника теплота, уейлйвает отрицательное влияние дефек-

v ■ - в •;■

тов на работоспособность сэаГ'Нрго улйа;

Для оценки работоспособности сьарных конструкция необходимо оценить хладостойкость " трещиностойкость как оснбвного металла, так и сварного соединения. При производстве экскаваторов часто используют сталь 09,2С. хладос.тойкооть и трещиностойкость которой практически не изучена. Только в некоторых работах приведены данные по определению температуры вязко-хрупкого перехода для данной стали, мер по повышению ее конструктивной прочности и т.д.

Для оценки хладостойкости и трещиностойкоети металла и сварного соединения используют различные методы и критерии.

Экспериментальная оценка хладостойкости стали часто производится, путем испытания образцов на удар по схеме трехточечного изгиба. Этим способом можно также оценить ударную вязкость металла ива у. ЗТВ. Однако данная методика требует испытания довольно большой паитии образцов. Поэтому часто используют расчетные методы, которые базируются на положениях линейной и нелинейной механика разрушения (ЛМР и НЛМР).

Методы Механики разрушения, основанные на теории трещин, получили развитие в трудах Д. Ирвина, В. В.. Панасюка, Р.Й. Баренбла-■ тта и других исследователей. Наиболее распространенным в инженерной практике является критерий Ирвина К, характеризующий интенсивность напряжений в вершине трещины. Предельное для: исследуемого материала значение К в:момент нестабильного роста трещины для случая плоской деф рмации обозначают через К, с. При хрупком разрушении, 'которое.характерно для изделий работающих при отрицательных температурах, зачастую реализуется 'условие плоской деформации. Поэтому при расчетных способах оценки хладостойкости ме-эллов Kj"c занимает особое место и определение этой величины позволяет судить о работоспособности узлов и деталей экокабаторов, .работающих в условиях низких климатических температур.- к тому же достаточно проста й надежна методика определении коэффициента К1С. Кроме того этот коэффициент можно найти расчетным путем для различных зон сварного соединения.

К сожалению в литературе нет данных о том. какие значения напряжений и деформаций возникают в сварных узлах и конструкциях при эксплуатации экскаваторов. Хотя такие данные могли бы дать возможность оценить оптимальность конструкции узлов экскаваторов. Отсутствуют такие простые и надежные методы оценки долговечности

сварных узлов. Все это создает определенные сложности при разработке технологии изготовления сварньк узлов экскавзторов. ■

В результате анализа литературных данных определена цель работа и задачи исследований основными р которых являются: .'■;

^-оценка напрявенно-деформированнсго состояния основных сварных узлов экскаватора с помощью тензоматрирования при полигонных испытаниях;

; - оптимизация конструкций сварных узлов с целью снижения напряжений, возникающих в узлах в процессе эксплуатации;

- разработка упрощенной методики оценки долговечности сварных узлов экскаватора и на основании данных по тензомегрированию определение долговечности этих узлов;

* - исследование трещиностойкости. основного металла, металла шва и зоны термического влияния при нормальных "и отрицательных температурах; г.- \ " . •

'. - разработка технологии сборки и сварки узлов экскаваторов, обеспечивающей их работоспособность при отрицательных температурах; /

-внедрение предлагаема конструктивных изменений сварных, узлов и технологии их изготовления на АО "ТЯЩС". \

Вр второй главд проведена оценка долговечности сварных узлов экскаваторов с. целью увеличения их надежности за счет оптимизации конструкции сварных узлов. . .

Теоретические основы обычно применяемой методики расчета долговечности сварных узлов дорожных машин приведены в работе В,А. Ряхина и Г.Н. Мошкарева. При этом учитывают наличие остаточных напряжений в зоне .сварных швов, их уменьшение за счет приложения нагрузок, а,, также вероятностный характер ^ механических свойств материала и концентрации напряжений. Методика позволяет Также учесть плоское напряженное состояние в элёментах конструкции и двухосность. поля остаточных напряжений. Расчет по указанной методике не представляет затруднений, однако нужно отметить некоторую неопределенность в назначении величин остаточных напряжений в зоне сварных соединений и довольно'низкие, значения коэффициентов концентрации напряжений, -величина которых существенно влияет . на долговечность конструкции. " ' .

> В работе предлагается- более простая методика расчета долго-• вечност-.учвдваяцая влияние только осноеных конструктивных па-

- ь -

раметров - номинальные напряжения э сечении, концентрацию напряжений и свойства материала конструкции (бв,бт.6r^,6!y). При этом долговечность узла определяется по Формуле:

к . - »1, -.1,——

6.,. б.

V. Аг V

(1)

ш

Здесь П-огносителькая продолжительность,работы с оборудованием данного вида;

1С-длительность одного цикла; . -число циклов, соответствующее точке перелома кривой /ста-

лости;

ба-среднее напряжение цикла; ба-амплитудное значение напряжений; Кб-коэффициент концентрации напряжений; т-показатель наклона кривой усталости. -

"Значение коэффициента и,' если кривая усталости известна, находят из выражения

"'. 18 («г/«!) '

и) » —----—-—— ..•••'

ы (б.„е-> ;

где б.,^; пределы ограниченной выносливости, со-

ответствующие числам циклов Нг и \\г.

В. соответствии с ГОСТ 25. 504-82 показатель ш можно определить из формулы; ,

' т*С/К, •

где С-5*б„/8 '••'.'-'■

к-суммарный коэффициент, учитывающий влияние всех факторов' на сопротивление усталости.

При растяжении (сжатии) или изгибе коэффициент К равен

I Кб 1 \ I

•■К-«- -г - — - I ----. (2) .

V К^ ■ К» , / К»1 Ка

где Кд -. масштаоннЛ фактор; . • •

Кр - влияние ка чества обработки поверхности;

Kv - влияние поверхностного упрочнения: ■ Ka - влияние.анизотропии материала. '

В выражении (2) наибольшую роль играет концентрация напряжений Кб,, все остальные коэффициенты в первом приближении можно •принять равными единице и тогда Й>Кб.

Расчеты по зависимости, Ш и сравнение результатов с -приведенными в РД 2201-3-85 свидетельствуют о хорошей сходимости рйо-четов долговечности.

Рассматриваемая методика косит детерминированный характер и позволяет определить минимально возможную долговечность элемента конструкции с достаточно высокой точностью: однако для проведения подобных расчетов необходимо знать значения напряжений,, возникающих в процессе эксплуатации в различных узлах экскаваторов. Для изучения напряженно-деформированного -состояния.сварных узлов проведены тензометричеекие исследования. При этом на рабочее оборудование (ковш, рукоять, стрела) и ходовую часть экскаватора (рама. платформа) было наклеено 334 текзорезистора КФ-5. Регистрация показаний тензор^зисторов и расчет значений Напряжений проводились с помощью тензометрической измерительной системы ОИИТ-З и персональной ЭВМ. - '

Перемещения элементов рамы во время испытаний регистрировались установленным на ней индикатором часового типа., Для опреле-ления нагрузок,, возникающих в гидросистеме экскаватора, были установлены тензометричеекие датчики давления ВТ-212.

Испытания рабочего оборудования и ходовой части экскаватора проводились в 45 этапов. Каждому этапу соответствовало определенное положение рабочего оборудования и ходовой части экскаватора. На каждом этапе осуществлялась запись на тензомеТрическую аппаратуру показаний трнзорезисторов и датчиков давления.

Всего получено почти 16000 результатов измерений, которые позволили установить следующее.

В рукояти экскаватора значения напряжений в различных сечениях колебались в пределах от .460 до 1370 кгс/смг, что ниже предела выносливости для стали 0ЭГ2С. Только в месте, крепления кронштейна гядроцилиндра к верхней полке рукояти 6=2000 кгс/см2. что выше предела текучести материала.

Высокие значения напряжений (6=2900 кгс/с,мг 1 отмечены также в месте крепления кронштейна силового цилиндра к боковой с'тенкч

- w-

стреда. Во всех остальных сучениях стрелы значений напряжений изменялись в пределах от .420,до 1150 кгс/см*.

Таким образом, наиболее высокие напряжения.•возникают в кронштейнах крепления цилиндров1 к рукояти.и стреле. Для получения более полной информации по-этим узлам были проведены дополнительные, исследования кронштейнов, в .лабораторных условиях'я построены .апюры напряжений в кронштейнах, действующих в окружном и радиальном направлениях при различных толкающих и тянудо усилиях' направленных 'под различим!, углами коси симметрии кронштейна.'

Анализ напряжений, '■ возникающих в ковше экскаватора, свидетельствует о' значительном разбросе -их значений (от 10 до 1740/ кгс/сме). Максимальные напряжения возникают в соединении зубьев к ковшу (.1740 кгс/смг) ' и боковых стежок с;задней (1680- кгс/смг). Поскольку эти напряжения'выше предела 'выносливости стали 09Г2С ■«$.,"1600 кгс/см2). то данная конструкция ковша не обеспечит не-■обходимую долговечность.■

Результаты тензометрированиа'ходовой части (рамы'и платфор-,мы) обнаруживают низкий й равномерный по всей исследуемой коне-, "трукции уровень напряжений (100-300 кгс/смг). зарегистрированный основной частью тензорезисторов. Максимальные значения напряжений (600-800 кгс/сыг) возникают при поворотах экскаватора и- в положениях. . кргда рабочее оборудование, расположено поперек хода экскаватора. .••'■■ • '

Испытания-показали также, что при работе не.происходит существенных деформаций рамы (0,5+1,1 мм), а после снятия нагрузки деформации равны нулю.

Проведенные полигонные испытания позволяют дать рекомендации' iw снижению напряжений, возникающих в элементах сварных j/злоа ■экскаваторов,, за счет оптимизации Конструкции-узлов.

. По стреле: • изменить соединение стрелы с силовым цилиндром используя вместо кронштейна диски, вваренные в боковые стенки стрелы стыковым швом.

По рукояти: перенести место крепления силового цилиндра ков-на боковые стенки, рукояти. \ По ковшу: придать более- плавные очертания элементам коне-. Чрукции ковша в местах крепления зубьев, задней и боковых стенок с целые снинеьия концентрации напряжений в этих ьойах.'

' Лаинь'в предложения были реализованы при разработке конструк-

-Ii -

«Kit экскаватора Э0-5126. который <Ш также кодзе-ргнут кзлягосным -испытаниям. При этом схема кагруюшя. методика тенаокётрирования и расчет значений напряжений остапись такими же как и прежде.

При этом оказалось, что максимальные значения напряжений н стреле составили 1590 кгс/см'", а в рукояти - 1240 кгс/смг. что ниже предела усталости материала. Разброс, значений напряжений в ковше также снизился и находился в пределах от 20 до 625 кгс/сыг' Полученные данные 'озволили найти долговечность отдельных узлов экскаватора с помощью уравнения {1). Приняв. Кб=2,5. что ■ реализуется технологией изготовления сварных узлов, принятой , на АО "ТЯЖЭКС", получили, что долговечность сварных узлов экскаватора ЭО-5126.Находится в пределах-от 11280 до 14340 часов. Это выше нирорнх норм, которые .для экскаваторов приняты равшл'И HOCO часов. ' '

8 третьей главе проведена.оценка трещшшстойкости основного металла и. зон сварного соединения стали 0ЭГ2С.

Работы Л. А. Копелъмана. А.Ш. Дейча. Г Я. Саидова « других исследователей показали, что при известной температурной зависимости предела текучести могло определить трещиностойкость материалов малчх объемов, для исследования трещиностойкостн металла шва, зоны термического влияния - диаметр образцов должен Сыть меньше размеров изучаемых зон. С целью определения размеров образцов изучена микроструктура сварного шва я зоны термического влияния. При этом установлено, что при сварке на режимах принятых на производстве диаметр образна должен быть равен 1.2 мм. Для обеспечения необходимей жесткости длина образца принята пятикратной. Устранение шероховатости на поверхности образцов достигалось за счет шлифования и последующего электрополирования.'

Размеры образцов для испытаний на осевое растяжение до и после испытаний замеряли с помодью инструментального микроскопа М-2. Испытания образцов проводили на установке, аналогичной той. что использовалась в работах Г.й. Саидпва и A.A. Остесмина.

Для исследований на улар были использованы призматические образцы с U к V - образным» надрезами. При' этом надрезы располагалась в основном металле (ОМ), металле шва <Ш) и зоне термического влияния. Последние испытания проводили tía маятниковом копре в интервале температур■от 293 до 233 К. При этбм было установлено (рис.1), что ударная вязкость различных зон сварного ' соединения

—«н» fee 'к

Л'

*

OüS< At« h»»-—

с «

■S

с

<с

•ч

Q Сч

>Mt— ' к-к"

v>

Sbû- M Чцл .

^ÜíL»

С

о

ос

о •т

о <4

<п Ю

<4 '

« I

t-i . S О

•J'j

существенно зависит от температуры испытаний и формы надреза.

Зависимость бт(Т) для исследуемых зон сварного соединения, если известна величина 6Т при температуре 293 К. может быть найдена с использованием эмпирической зависимости, найденной H.A. Махутовым: . •

бт=6то-ехр[рт(1/Т-1Д0И ' (3)

и формулы, полученной В.Д. Ярошевичем на основе рассмотрения модели движения дислокационного сегмента для металлов с ОЦК-решет-кой . .:''•■••

бт=б0*-[бт (0)-б0) ехр(-аТ). (4)

Здесь б,0-значение бт при температуре Т0=293 К; ■ -коэффициент, определяемый из графика в'зависимости от бто; б0-атермическая (температурно-независимая) часть бт; бт(0)-значение бт при температуре Т=0 К: ,' а-коэффициент, определяемый из выражения' a=(R/K(,)-ln(e0/£) . где эс0. £0- константы, имеющие размерности энергии активации пластической деформации и скорости деформации соответственно; R - газовая постоянная, . . ■ Т - температура, К.

■ Испытания микрообразцов при Т=293 К дали следующие результаты (табл.1)

Таблица 1.

Механические свойства зон сварного соединения стали 09Г2С

Наименов. зоны бт бв * Рт К

: МПа ■ % ' - '

ом 330 500 1083 64 ' 110 72

МШ - 320 470 1310 76 112 .82 ■

зтв • 360 420 1087 71 102 87.5

Приведенные в таблице значения {4Т и найдены из графика |}.,=Иб10) и'рассчитаны по. формуле.

Температурные зависимости 6г и бв", определены из выражении (3). (4) и Формулы: . '

68=бао ехр[0в(1Д - 1ДЙ)1. где'б!!0- значение при температуре Т0=29;3 К, а

-и- .

Рт"—;—.

18(3*,/ б»0)

Яц о-сопротивление разрыву при Т«2ЭД К.

Как видно, (рис.2) с понижением температура значения б,, и б„' для исследованных зим повышаются.

Ллл построения температурной зависимости трещииостойкости К,е воспользуемся уравнением:

с '4°, с (А/бт (5)

где АЧб, (0)-б0]: Кя|с-А'|/€Г; »=1-п/2п.

Здесь•а-диаметр зерна феррита;

п-показатоль деформационного упрочнения, К0, с-значения К1с при температуре Т-0 К. Количественная оценка структуры различных зон сварного соединения и основного металла, проведенная на автоматическом структур зм анализаторе "Эликвант" показала, что средний размер зерна феррита составил для ОМ. МШ и ЗТВ соответственно: 9,0: 10,8 и 7,2 ккк.

Значения б0 и бт(0)-бо определенные по методике, описанной в работах А. Я. Красог,ского, Г.И.Саидова и В. Д. Ярошевича. представлены й табл. 2.

Таблица 2

Значения констант б0,х[бт(0)-б01. для исследованных зон сварного соединения стали 09Г2С

^оны б0 бт ХО>-б0 а- 10й Общий вид формулы для предела текучести

МПа К'1 .

ом 310 1500 1.44 бт<ИО+1500'ЕХР(~1.44-10'*-Т)

МШ 300 1600 1,44 бт »300+1500•ЕХР(-1.44•10'г•7)

ЗТВ 340 15С0 1,44 бт =340+1500-ЕХР(-1.44 • 10"г ■ Т)

Как видно из таблицы исследуемые зоны отличаются только по значениям' атермичоской составляющей предела текучести б0. . Температурная чувствительность (а) всех зон одинакова, что связано, по-видимому, с незначительной разностью диаметров зерен зон сеар-

/

лр Ï ¿1

щ X /

» / ч,

\

о

а

о S

о

го

S

8 о

I №

I

Я

§

I

ЧЭ

II

I

■ й

а

о д,

I в

I

а

и

ного соединения^ ■ -

Значение коэффициента in определяв по методике, предложенной Л. А. Копельманом. Для исследованных зон п равно: оМ-0,24; МШ-0,22; ЗТВ-0.24. Тогда значения зе составили Для ОМ, МШ. ЗТВ соответственно: 1,6.. * 77 и 1.58.

Полученные данные позволяют определить температурную зависимость трещиностойкости Kjc (рис.З) для основного металла, металла шва и зоны термического влияния стали 09Г2С. ■

Найдя значения К)<: можно установить связь (рис.4) между напряжением й допустимой длиной трещины при различных температурах для различных зон сварного соединения если воспользоваться уравнением •

где б-коминальное напряжение (напряжение действующее вдали * от трещины);. '

1-полудлина трещины; .

Y-корректирующая функция,-' учитывающая свободные границы образца (детали) и схему приложения нагрузки. ,

Проведенные исследования свидетельствуют о том, что снижение температуры уменьшает трещиностойкость как ОМ. тек и МШ и ЗТВ.

Для выяснения причин разрушения сварного соединения проведены фрактсграфические исследования поверхностей изломов. Эти исследования выполняли на РЭМе марки АМР-юоо в режиме вторичных .электронов при ускоряющем напряжении 10 кВ. Поверхность изломов изучали в диапазоне увеличений- от 100 до 6000. Исследования проводили Há стандартных образцах Шарии с V и U-образными надрезами.

Сравнение поверхностей изломов показало, что основным фактором, определяющим механизм и' топографию поверхности разрушения, является температура испытания.

Разрушение образцов при температуре К независимо от фор-' мы надреза и участка сварного соединения происходит путем зарождения, роста и слияния микролор. Поверхность разрушения в центральной части образцов имеет типичное ямочное строение.

Понижение температуры испытаний до 243. 213 К сопровождается качественным изменением топографии поверхности разрушения. Излом образцов из шва, 'разрушенный при 243 К имеет смешанный характер разрушения с хрупкими фасетками скола и отдельными незначительны-

—Í7 -

?яс„ 3. Темсэра«даая ; завашшосгь грецилоогсйкостя различии* аоя сварногэ гоодшзцда сгеда

Q9IW

ми по площади участками с иелкоякочньм строением. Излом образцов из ЗТВ. разруяеннкй при 243 К хрупкий, имеет на всех участках поверхности как мёжзеренные. так и внутризереннш сколи, ямочное строение на поверхности излома практически отсутствует. Излом образца из шва. разрушенный при 213 К. хрупкий, имеет фасетки внут-ризеренного скола с более гладкими поверхностями, чем у образцов разрушенных при 243 К. При этом на участках надреза присутствует большое количество трешпн, что свидетельствует' о высокой хрупкости материала при данной температуре.

В четвертой главе на основании проведенных исследований разработана технология сборки и сварки сварных узлов экскаваторов. ' При этом рассмотрены конструктивные особенности сварных узлов и особенности операций правки, резки и гибки, а при необходимости и механической обработки, отдельных деталей. Прихватка деталей во всех случаях производится с помощью ручной дугозой. сварки, Для этого, используются электроды марки ЙР-З диаметром .4 мм. Режимы сварки сила тока Icí»160*130. А. напряжение на Дуге ия— 28 В. Длина прихваток 30+40 мм. шаг-250 мм. Сварка производится' полуавтоматами А-765 порошковой проволокой.ПП-АН8 в среде- углекислого газа. Режимы сварки 1СВ«=380 А; ид»40 В, скорость подачи электродной проволоки Vnoí-232 м/ч. Выбор Данной электродной проволоки объясняется прежде всего высокой ударной вязкостью металла сварного шва. которая в 1.8 раза выше по сравнению со сваркой проволокой СВ-03Г2С. ■ : -

Выбранные сварочные материалы и режимы сварки обеспечивают отсутствие в сварном соединении дефектов (пор, кристаллизационных трещин, непроваров. подрезов, несплавлений). Это подтверждается механическими испытаниями сварных соединений и данными рентгеновского контроля. •• "

оптимизация конструкции . сварных узлов и совершенствование технологии подготовительных работ, сборки и сварки позволили улучшить качество сварных конструкций, повысить их Долговечность-и. получить экономический э#ект в размере 1808605 рублей в ценах 1992 года. •

Ж ШШ ПО PAPOTE .

1. Резкие, перепады температур .и повышенные значения низких температур .способствуют разрушению сварных узлов экскаваторов, ре-

ботающих в условиях Крайнего Севера.

2. Работоспособность сварных конструкций,при низких температурах определяется прежде всего правильным выбором материала изделия, конструктивными особенностями сварного узЛа, наличием дефектов в. сварном соадиненш и работоспособностью отдельных зон сварного соединения (шов, зона термического влияния).

3. Анализ способов опенки хладостойкости сталей низкой и средней прочности при совместном действии внешних факторов (температура, скорость деформации, концентрация напряжений) и внутренней структуры свидетельствует о том, что наиболее жесткие требовали;! при определении температуры вязко-хрупкого перехода (в сторону запаса прочности) обеспечивается при учете трещиностой-костН материала сварного соединения.

4. Показана универсальность предложенного Л. А. Копельмайом аналитического выражения, полученного на основе комплексного учета локального разрушения и напряженно-деформированного состояния в зонах с наиболее высоким концентратором напряжений, для определения температуры вязко-хрупкого перехода, учитывающего как конструктивные особенности сварного соединения, так и его основные механические свойства.

5. Предложен упрощенный метод определения долговечности сварных узлов экскаваторов, обеспечивающий получение надежных результатов.

6. Полигонные испытания■экскаваторов, проведенные с помощью тензометрирсвания, позволили установить наиболее нагружённые свар-, ные узлы и дать'рекомендации по снижению.возникающих напряжений за счет оптимизации конструкции сварных узлов.

7. Предложен, способ определения показателя деформационного упрочнения в вершине трещины при соблюдении условий плоской деформации, на основе которого проведен расчет трещиностойкости основного металла, металла шва и зоны термического влияния Сварного соединения стали 09Г2С.

8. Предложен метод построения температурной зависимости предела текучести металла по результатам испытаний обрааца на осевое растяжение при комнатной темйературе,. основанное на совместном использовании эмпирической зависимости Н:А. МахуТова и теоретической зависимости В. Д. Ярошевича.

9. Впервые построены температурные зависимости трещиностой- •

кости основного металла, металла ffisa и sosifj термического рлйя'ния _ сварного соединения стали 09Г2С.

10. фрактографические исследования поверхностей изломов об-разнов позволили установить влияние температуры в.интервале от 293 До 213 К на характер разрушения Металла отдельных зон сворного соединения.

11. Проведенные исследования .позволили за счет оптимизаций конструкций сварных узлов совершенствования технологии подготовительных работ,, сборки и сварки улучшить качество сварных конструкций, ПОВЫСИТЬ ИХ ДОЛГОВОЧНОСТЬ Я получить ЭКОНС,'Л!ЧеОК1!Й 05-•фест d размер" IPieeon рублей в ценах 1Э92г.

.OciroBiiHe результаты диссертационной работы прздставлсни в следуючщ nvfi.-;!K?.ui!.ix

1. Сергей!-. 11. В. Оптимизация конструктивных форм сварных уэ-;,ов экскаваторов метолом текзорезиеторкух испытании. Труды конференции. Сварка и родственме технологии в строительстве и öipoft-¡шдустр:ш - й, 1994 я?. •

Z. Сергеев К. В., Калинин К. И.-, Механизация работ и методы повышения производительности труда Тр.ЕиСи, т. 16. гнп. 6 О- 63

3. Сергеев Н.В.. Леев Г.Ф. Расчет'усталостной долговечности евзрных узлов экскаваторов - Тезисы докладов III обл, науч-но-техн. конференции. Липецк. 1994 Z?

4. Сергеев И.В., Скольский B.C. Об опыте производства евзр-них узлов при производстве экскаваторов - Труды конференции.. Сварка и родственны*» технологии в строительстве и стройкндустрии - К. 1991 С /f .'

0. Сандсо Г. Ii.. Сергеев И. В. К вопросу о трецчкостойкости сталей низкой и средней прочности - Проблемы прочности, 1993^8, с. 65-66. . ... . ,

б.Дс-ез Г.Ф.. Сергеев И. Ё. определение поверхностного натя.?.е~-иия некоторых сталей в ерзде водорода. - В кн: Прогрессивная технология в сварочном производстве. Воронеж: Центрально-черноземное ■ кгшжное издательство, 1973. с.62-67,,

Подписано к печати ¿Г- cS . 9fn трэГг. Формат 6GX84 I/IG« Bjwara типогря*сгсяч ' OíbCM 1,0 TI.Л. Тир. 100 экз. Гстяш^нт . 3. ктэ'ч. ЛП7. ЗР0ПО7 ул.Тяч0овока<1.1.