Стальные вертикальные резервуары низкого давления
для нефти и нефтепродуктов

конструкция, проектирование, эксплуатация и ремонт

2.6.3.3. Вибрационная прочность сварных соединений

Общие закономерности вибрационной прочности, указанные в § 5 главы II, остаются в силе и для сварных соединений. Поскольку вибрационная прочность в значительной мере зависит от явлений концентрации напряжений, а эти явления в сварных соединениях весьма разнообразны и ярко выражены, вибрационная прочность сварных соединений получается весьма различной. Прежде всего вибрационная прочность зависит от типа соединения и связанной с ним формы соединения. Параллельно с этим вибрационная прочность в большой мере зависит от дефектов сварки и основного металла, а в соответствии с этим и от техно­логических факторов сварки. Непровары и пористости крайне резко снижают вибрационную прочность сварных соединений: так, пористость в 1% снижает вибрационную прочность на 30%, непровары в 5% площади в корне шва — на 50%.

Плотность шва является основой хорошей вибрационной прочности. Весьма плотный шов дает автоматическая сварка, которая и должна применяться в первую очередь. Вибрационная прочность понижается с увеличением областей напряженных (переохлажденных) структур к околошовной зоне; поэтому в конструкциях, работающих на вибрационную нагрузку, технология сварки должна быть так подобрана, чтобы размеры этих зон были наименьшими. В соответствии с этим следует избегать сварки на морозе в конструкциях, работающих на динамическую нагрузку. В то же время вибрационная прочность при понижении температуры повышается; поэтому надежная эксплуатация конструкций, хорошо сваренных и не имеющих повреждений, работающих на вибрационную нагрузку при пониженных температурах, вполне возможна. В ответственных конструкциях, работающих на динамическую нагрузку, должна применяться сталь 3 спокойная, поставляемая по подгруппе В, а также низколегированная, ввиду более высококачественной структуры этих сталей и малого вероятия появления в них горячих трещин, оказывающих очень большое отрицательное влияние на вибрационную прочность.

Разделка кромок и вид тока не влияют на вибрационную прочность, но для конструкций, работающих на вибрационную нагрузку, совершенно обязательна подварка корня. Как уже было отмечено, большое влияние на вибрационную прочность оказывает масштабный фактор, т. е. размеры элементов. Особенно это важно для сварных соединений; поэтому определение вибрационной прочности последних следует производить на больших образцах.

Повышению вибрационной прочности служат все мероприятия по снижению явления концентрации напряжений, охарактеризованные выше; некоторые из них показаны на рис. 71.

Разрушение от усталости сварных соединений происходит по основ­ному металлу в местах наибольшей концентрации напряжений.

Приварка к элементу дополнительных деталей (выступающих фасонок, ребер и т. д.) отрицательно отражается на вибрационной работе элемента. Так, приварка к элементу двух выступающих фасонок, даже плавно подходящих к месту крепления элемента, снижает вибрационную прочность при отношении напряжений

с 22 до 17 кг1мм², т. е. примерно на 20%; замена такой фасонки прямоугольной или трапецеидальной уменьшает число циклов, необходимое для разрушения при указанном отношении напряжений и наибольшем напряжении 17 кг/мм², с 2000000 до 300—400 тыс., т. е. примерно а 5-6 раз.

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений в этих и аналогичных случаях могут быть приняты:

1) при прикреплении фасонок плавной криволинейной формы и обработки концов швов—1,5;

2) без обработки концов швов—2,7;

3) при прикреплении фасонок прямоугольной формы—2,3;

4) при прикреплении диафрагм и ребер авто­матической сваркой 1,5—1,9.