ГОСТ Р 59849-2021 Соединения сварные конструкций кузовов железнодорожного подвижного состава из алюминиевых сплавов. Требования к проектированию, изготовлению, ремонту и контролю качества.

  ГОСТ Р 59849-2021

 

 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

 СОЕДИНЕНИЯ СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИЙ КУЗОВОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

 

 Требования к проектированию, изготовлению, ремонту и контролю качества

 

 Welded joints of railway car bodies made of aluminum alloys. Requirements to design, manufacturing, repair and quality control

ОКС 45.060.01

Дата введения 2022-04-01

 

 Предисловие

     

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" (АО "ВНИИЖТ")

 

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 045 "Железнодорожный транспорт" по согласованию с Техническим комитетом по стандартизации ТК 099 "Алюминий"

 

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 17 ноября 2021 г. N 1501-ст

 

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

 

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

 

 

      1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к проектированию, изготовлению, ремонту и контролю качества соединений сварных конструкций (несущих) кузовов грузовых вагонов, в том числе вагонов-цистерн, моторвагонного подвижного состава из алюминия и алюминиевых сплавов климатического исполнения У 1, УХЛ 1 по ГОСТ 15150.

 

 

      2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

 

ГОСТ 2.114 Единая система конструкторской документации. Технические условия

 

ГОСТ 2.312-72 Единая система конструкторской документации. Условные изображения и обозначения швов сварных соединений

 

ГОСТ 12.1.004 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

 

ГОСТ 12.1.005 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

 

ГОСТ 12.1.030 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление

 

ГОСТ 12.2.003 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.007.0 Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности

 

ГОСТ 12.2.007.8 Система стандартов безопасности труда. Устройства электросварочные и для плазменной обработки. Требования безопасности

 

ГОСТ 12.3.002 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

 

ГОСТ 12.3.003 Система стандартов безопасности труда. Работы электросварочные. Требования безопасности

 

ГОСТ 25.502 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытания на усталость

 

ГОСТ 1583 Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия

 

ГОСТ 2768 Ацетон технический. Технические условия

 

ГОСТ 3134 Уайт-спирит. Технические условия

 

ГОСТ 3242 Соединения сварные. Методы контроля качества

 

ГОСТ 4784 (EN 573-3:2013, NEQ; ИСО 209:2007, NEQ) Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки

 

ГОСТ 6996 (ИСО 4136-89, ИСО 5173-81, ИСО 5177-81) Сварные соединения. Методы определения механических свойств

 

ГОСТ 7871-2019 Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия

 

ГОСТ 10157 Аргон газообразный и жидкий. Технические условия

 

ГОСТ 11069 Алюминий первичный. Марки

 

ГОСТ 11969 Сварка плавлением. Основные положения и их обозначения

 

ГОСТ 14806 Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

 

ГОСТ 15150 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

 

ГОСТ 23949 Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся. Технические условия

 

ГОСТ 27580 Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

 

ГОСТ 33211-2014 Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам

 

ГОСТ 33788 Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и динамические качества

 

ГОСТ 33796-2016 Моторвагонный подвижной состав. Требования к прочности и динамическим качествам

 

ГОСТ ISO 6848 Дуговая сварка и резка. Электроды неплавящиеся вольфрамовые. Классификация

 

ГОСТ ISO/TR 15608 Сварка. Руководство по системе группирования металлических материалов

 

ГОСТ ISO 15609-5 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Технические требования к процедуре сварки. Часть 5. Контактная сварка

 

ГОСТ ISO 25239-1 Сварка трением с перемешиванием. Алюминий. Часть 1. Словарь

 

ГОСТ ISO 25239-2 Сварка трением с перемешиванием. Алюминий. Часть 2. Конструкция сварных соединений

 

ГОСТ ISO 25239-3 Сварка трением с перемешиванием. Алюминий. Часть 3. Аттестация сварщиков-операторов

 

ГОСТ ISO 25239-4-2020 Сварка трением с перемешиванием. Алюминий. Часть 4. Технические требования и аттестация процедур сварки

 

ГОСТ ISO 25239-5 Сварка трением с перемешиванием. Алюминий. Часть 5. Требования к качеству и контролю

 

ГОСТ EN 15085-3-2015 Железнодорожный транспорт. Сварка железнодорожных транспортных средств и их элементов. Часть 3. Требования к проектированию

 

ГОСТ EN 15085-5-2015 Железнодорожный транспорт. Сварка железнодорожных транспортных средств и их элементов. Часть 5. Контроль, испытания и документация

 

ГОСТ Р 53525* (ИСО 14731:2006) Координация в сварке. Задачи и обязанности

_______________

* ГОСТ Р 53525 (ИСО 14731:2006) "Координация в сварке. Задачи и обязанности". Стандарт применяется за исключением раздела 7.

 

ГОСТ Р 53526 (ИСО 14732:1998) Персонал, выполняющий сварку. Аттестационные испытания операторов сварки плавлением и наладчиков контактной сварки для полностью механизированной и автоматической сварки металлических материалов

 

ГОСТ Р 53688 (ИСО 9606-2:2004) Аттестационные испытания сварщиков. Сварка плавлением. Часть 2. Алюминий и алюминиевые сплавы

 

ГОСТ Р 53689 (ИСО 544:2003) Материалы сварочные. Технические условия поставки присадочных материалов. Вид продукции, размеры, допуски и маркировка

 

ГОСТ Р 55496 Моторвагонный подвижной состав. Методика динамико-прочностных испытаний

 

ГОСТ Р 55878 Спирт этиловый технический гидролизный ректификованный. Технические условия

 

ГОСТ Р 57180-2016 Соединения сварные. Методы определения механических свойств, макроструктуры и микроструктуры

 

ГОСТ Р ИСО 2553 Сварка и родственные процессы. Условные обозначения на чертежах. Сварные соединения

 

ГОСТ Р ИСО 3834-2 Требования к качеству выполнения сварки плавлением металлических материалов. Часть 2. Всесторонние требования к качеству

 

ГОСТ Р ИСО 4063 Сварка и родственные процессы. Перечень и условные обозначения процессов

 

ГОСТ Р ИСО 4136 Испытания, разрушающие сварных соединений металлических материалов. Испытание на растяжение образцов, вырезанных поперек шва

 

ГОСТ Р ИСО 6520-1 Сварка и родственные процессы. Классификация дефектов геометрии и сплошности в металлических материалах. Часть 1. Сварка плавлением

ГОСТ Р ИСО 6520-2 Сварка и родственные процессы. Классификация дефектов геометрии и сплошности в металлических материалах. Часть 2. Сварка давлением

 

ГОСТ Р ИСО 6947 Сварка и родственные процессы. Положения при сварке

 

ГОСТ Р ИСО 9712 Контроль неразрушающий. Квалификация и сертификация персонала

 

ГОСТ Р ИСО 10042 Сварка. Сварные соединения из алюминия и его сплавов, полученные дуговой сваркой. Уровни качества

 

ГОСТ Р ИСО 13920 Сварка. Общие допуски на сварные конструкции. Линейные и угловые размеры. Форма и расположение

 

ГОСТ Р ИСО 14175 Материалы сварочные. Газы и газовые смеси для сварки плавлением и родственных процессов

 

ГОСТ Р ИСО 15607 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Общие правила

 

ГОСТ Р ИСО 15609-1 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Технические требования к процедуре сварки. Часть 1. Дуговая сварка

 

ГОСТ Р ИСО 15611 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Аттестация, основанная на опыте ранее выполненной сварки

 

ГОСТ Р ИСО 15612 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Аттестация путем принятия стандартной процедуры сварки

 

ГОСТ Р ИСО 15613 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Аттестация, основанная на предпроизводственном испытании сварки

 

ГОСТ Р ИСО 15614-2-2009 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Проверка процедуры сварки. Часть 2. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов

 

ГОСТ Р ИСО 15614-12 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Проверка процедуры сварки. Часть 12. Точечная, шовная и рельефная сварка

 

ГОСТ Р ИСО 17637 Контроль неразрушающий. Визуальный контроль соединений, выполненных сваркой плавлением

 

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

 

 

      3 Термины, определения, обозначения и сокращения

3.1 В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

 

3.1.1

 

 

амплитуда напряжений цикла
,
:
Наибольшее числовое положительное значение переменной составляющей цикла напряжений.
 

[ГОСТ 23207-78, статья 28]

 

3.1.2

 

 

диаграмма предельных амплитуд цикла (Haigh diagram): График, характеризующих зависимость между значениями предельных амплитуд и значениями средних напряжений цикла (черт.) для заданной долговечности.

 

 

     

[ГОСТ 23207-78, статья 53]    

Примечание - Для заданной эксплуатационной долговечности кузова номинальные нормальные напряжения в его сварных соединениях под действием средних напряжений цикла нагрузки с любым коэффициентом асимметрии меньше предельных амплитуд цикла.

 

3.1.3

 

 

заказчик: Организация, которая отвечает за определение технических требований к подвижному составу с учетом условий, необходимых для его приемки и работы на ожидаемых режимах эксплуатации.

 

 

[ГОСТ Р 53076-2008, пункт 2.2]

 

3.1.4

 

 

категория безопасности (safety category): Определяет последствия разрушения конкретного сварного соединения по уровню воздействия на людей, объекты и окружающую среду.

 

 

Примечание - Более подробную информацию о категориях безопасности (низкая, средняя, высокая) см. в ГОСТ EN 15085-3.

 

 

 

 

 

[ГОСТ EN 15085-1-2015, пункт 3.17]

 

3.1.5

 

 

категория нагрузки (stress category): Категория, определяемая коэффициентом нагрузки.

 

 

Примечание - Более подробную информацию о низкой, средней, высокой категории нагрузки см. в ГОСТ EN 15085-3.

 

 

 

 

 

[ГОСТ EN 15085-1-2015, пункт 3.14]

 

3.1.6

 

 

класс контроля сварного шва (weld inspection class): Устанавливает контроль, который должен быть выполнен для подтверждения соответствия данного сварного шва классу эксплуатации сварного шва.

 

 

Примечание - Класс контроля сварного шва обозначается "СТ".

 

 

 

 

 

[ГОСТ EN 15085-1-2015, пункт 3.3]

 

3.1.7

 

 

класс эксплуатации сварного шва (weld performance class): Эксплуатационные требования к сварному соединению, определяемые категориями нагрузки и безопасности сварного соединения.

 

 

Примечание - Класс эксплуатации сварного шва обозначается "СР".

 

 

 

 

 

[ГОСТ EN 15085-1-2015, пункт 3.2]

 

3.1.8 координация в сварке: Координация всех действий ответственным и компетентным лицом при сварке конструкций кузовов вагонов.

 

Примечание - Координировать действия по сварке в организации могут, например, главный сварщик или инженер по сварке, инструктор или иное должностное лицо, уполномоченное приказом по организации.

 

3.1.9

 

 

коэффициент асимметрии цикла напряжений
,
:
Отношение минимального напряжения цикла к максимальному.
 

[ГОСТ 23207-78, статья 38]

 

3.1.10

 

 

коэффициент нагрузки (stress factor): Отношение расчетной усталостной нагрузки к допустимой усталостной нагрузке типа сварного соединения, с учетом соответствующего коэффициента безопасности.

 

 

[ГОСТ EN 15085-1-2015, пункт 3.15]

 

3.1.11

 

 

коэффициент чувствительности к концентрации напряжений
и
:
Величина, определяемая по формуле
 
или
 

[ГОСТ 23207-78, статья 60]

 

Примечание -
, указанным коэффициентом учитывают чувствительность материала к номинальным напряжениям.
 

3.1.12

 

 

кузов вагона: Несущая металлоконструкция, предназначенная для размещения перевозимого груза, пассажиров, багажа, систем жизнеобеспечения и специального оборудования.

 

 

[ГОСТ 34056-2017, статья 3.3.31]

 

3.1.13

 

 

несущественный параметр (non essential variable): Условие сварки, включаемое в WPS, но не требующее аттестации.

 

 

[ГОСТ Р ИСО 15607-2009, пункт 3.14]

 

3.1.14

 

 

номинальное напряжение
и
:
Напряжение, вычисляемое по формулам сопротивления материалов без учета концентрации напряжений, остаточных напряжений и упругопластического перераспределения напряжений в процессе деформирования.
 

Примечания

 

 

1 При изгибе

 

,
 
где
- изгибающий момент в расчетном сечении образца, Н·м (кгс·мм);
 
- осевой момент сопротивления расчетного поперечного сечения образца, м
(мм
).
 

2 При растяжении и сжатии

 

,
 

где P - осевая сила (нагрузка), приложенная к образцу, Н (кгс);

 

F
- площадь расчетного поперечного сечения образца, м
(мм
).
 

3 При кручении

 

,
 
где
- крутящий момент в расчетном сечении образца, Н·м (кгс·мм);
 
- момент сопротивления расчетного поперечного сечения при кручении, м
(мм
).
 

[ГОСТ 23207-78, приложение 1, статья 26]

 

3.1.15

 

 

определение размеров сварного соединения (joint static dimensioning): Определение размеров сварного соединения, которые необходимы для достижения требуемых статических механических характеристик.

 

 

[ГОСТ EN 15085-1-2015, пункт 3.10]

 

3.1.16

 

 

основной материал (parent material): Материал(ы), подлежащий соединению сваркой.

 

 

[ГОСТ Р ИСО 15607-2009, пункт 3.16]

 

3.1.17

 

 

отчет об аттестации технологии сварки (welding procedure qualification record; WPQR): Документ, содержащий результаты испытаний и выводы о соответствии технологической карты сварки требованиям настоящего стандарта и конструкторской документации.

 

 

[ГОСТ 33976-2016, пункт 3.5]

 

3.1.18

 

 

предел выносливости
,
:
Максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, при котором еще не происходит усталостное разрушение до базы испытания.
 

Примечание - Пределы выносливости выражают в номинальных напряжениях.

 

 

 

 

 

[ГОСТ 23207-78, статья 47]

 

3.1.19

 

 

предпроизводственное испытание сварки (pre-production welding test): Испытание сварки, имеющее те же функции, что и испытание процедуры сварки, но основанное на нестандартном контрольном образце, имитирующем производственные условия.

 

 

[ГОСТ Р ИСО 15607-2009, пункт 3.8]

 

3.1.20

 

проект технологической карты сварки (preliminary welding procedure specification pWPS): Документальное изложение технологии выполнения сварного шва, подлежащей аттестации.

 

 

[ГОСТ 33976-2016, пункт 3.4]

 

3.1.21 производитель: Организация, которая применяет сварку при производстве или обслуживании (включая ремонт) железнодорожных транспортных средств или отдельных деталей железнодорожных транспортных средств, включая заварку дефектов литья.

 

3.1.22

 

 

свариваемость (weldability): Свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

 

 

[ГОСТ 2601-84, статья 135]

 

3.1.23

 

 

сварочный материал (welding consumable): Материал, расходуемый при выполнении сварного шва, включая присадочные металлы и вспомогательные материалы.

 

 

[ГОСТ Р ИСО 15607-2009, пункт 3.12]

 

3.1.24

 

 

среднее напряжение цикла
,
:
Постоянная (положительная или отрицательная) составляющая цикла напряжения (см. черт.2 и 4), равная алгебраической полусумме максимального и минимального напряжений цикла.
 

[ГОСТ 23207-78, статья 26]

 

3.1.25

 

 

существенный параметр (essential variable): Условие сварки, которое требует аттестации.

 

 

[ГОСТ Р ИСО 15607-2009, пункт 3.13]

 

3.1.26

 

 

теоретический коэффициент концентрации напряжений
и
:
Характеристика концентрации напряжений в материале при упругом деформировании.
 
- для нормальных напряжений;
 
- для касательных напряжений.
 

[ГОСТ 23207-78, приложение 1, статья 28]

 

Примечание -
>1, указанным коэффициентом учитывают влияние только формы концентратора на величину напряжений в материале.
 

3.1.27

 

 

технология сварки (welding procedure): Установленный порядок действий для выполнения сварного шва, включая указания на процессы сварки, основные и сварочные материалы, подготовку под сварку, предварительный нагрев (при необходимости), параметры режима сварки, технику исполнения, необходимое оборудование.

 

 

[ГОСТ 33976-2016, пункт 3.7]

 

3.1.28

 

 

технологическая карта сварки (welding procedure specification WPS): Документальное изложение аттестованной технологии выполнения сварного шва, обеспечивающее повторяемость ее выполнения в производстве продукции.

 

 

[ГОСТ 33976-2016, пункт 3.6]

 

3.1.29

 

 

эффективный коэффициент концентрации напряжений
и
:
Отношение предела выносливости образцов без концентрации напряжений к пределу выносливости образцов с концентрацией напряжений, имеющих такие же абсолютные размеры сечения, как и гладкие образцы.
 

[ГОСТ 23207-78, статья 59]

 

3.1.30

 

 

эффективное поперечное сечение (effective cross section): Поперечное сечение сварного соединения, которое принимается при расчете размеров.

 

 

[ГОСТ EN 15085-1-2015, пункт 3.12]

 

3.2 В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

 

- временное сопротивление разрыву (предел прочности), напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца;
 
- предел текучести (условный), напряжение, при котором остаточное удлинение металла алюминиевого сплава достигает 0,2%;
 
- относительное удлинение после разрыва (на пятикратных образцах);
 
- размах напряжений цикла;
 
- предел выносливости при любом коэффициенте асимметрии цикла напряжений.
 

3.3 В настоящем стандарте применены следующие сокращения для неразрушающих методов контроля сварных соединений:

 

- RT - радиографический;

 

- UT - ультразвуковой;

 

- PT - контроль поверхности проникающими веществами;

 

- VT - визуальный контроль.

 

Кроме указанных методов применяют для сварных соединений:

 

МЕ - макроскопическое исследование.

 

 

      4 Общие положения

4.1 Производитель для изготовления сварных алюминиевых конструкций кузовов железнодорожного подвижного состава должен располагать:

 

- необходимыми производственными мощностями (отапливаемыми помещениями, чистота которых соответствует нормам промышленной чистоты для изготовления конструкции из цветных металлов и сплавов, технологическим, подъемно-транспортным и испытательным оборудованием, средствами механизации и оснасткой);

 

- аттестованными сварщиками и операторами сварки;

 

- специалистами по разработке технологий сварки и надзору за их выполнением;

 

- обученным персоналом службы технического контроля;

 

- специалистами по неразрушающим методам контроля, сертифицированными в соответствии с ГОСТ Р ИСО 9712.

 

4.2 Производство сварных алюминиевых кузовов подвижного состава организуют с учетом требований ГОСТ Р ИСО 3834-2.

 

4.3 Производитель в соответствии с ГОСТ Р 53525* должен обеспечить координацию всех относящихся к сварке действий при производстве конструкций с установлением перечня должностей и обязанностей участвующего в ней персонала.

_______________

* ГОСТ Р 53525 (ИСО 14731:2006) "Координация в сварке. Задачи и обязанности". Стандарт применяется за исключением раздела 7.

 

4.4 Сварочные работы выполняют сварщики и операторы сварки, прошедшие аттестационные испытания. Производителем должны быть разработаны инструкции для этих испытаний:

 

- для сварщиков дуговой и плазменной сварки на основе ГОСТ Р 53688;

 

- операторов сварки плавлением и наладчиков контактной сварки - по ГОСТ Р 53526;

 

- операторов сварки трением с перемешиванием - по ГОСТ ISO 25239-3.

 

4.5 Сборку и сварку конструкций следует проводить в закрытых помещениях при температуре окружающего воздуха не ниже плюс 5°С, сквозняки не допускаются. Условия труда должны иметь специальную оценку в соответствии с законом [1].

 

 

      5 Требования к проектированию

     

 

      5.1 Общие положения

При проектировании сварных соединений кузова предусматривают применение следующих процессов для изготовления кузовов (в скобках указаны условные обозначения процессов по ГОСТ Р ИСО 4063):

 

- сварки плавлением в виде дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертных газов (141 и 142), дуговой сварки плавящимся электродом в среде инертных газов (131), плазменной сварки (15);

 

- сварки давлением в виде контактной точечной (21) и шовной (22) сварки;

 

- сварки трением с перемешиванием (СТП) (43).

 

 

      5.2 Требования к основным материалам для сварных конструкций

5.2.1 Основной материал по химическому составу должен соответствовать требованиям ГОСТ 1583, ГОСТ 4784 и ГОСТ 11069 к группам материалов и иметь установленную свариваемость.

 

Примечание - Допускается применение основных материалов из алюминия и алюминиевых сплавов других марок, не указанных в настоящем стандарте, при подтверждении уровней сопротивления усталости нагруженных элементов конструкций в зонах сварных соединений, полученных по результатам испытаний на образцах-имитаторах и аттестации технологии сварки.

 

5.2.2 Свариваемости принимают как установленные, если представленные основные материалы соответствуют требованиям ГОСТ ISO/TR 15608, обозначены как свариваемые и сгруппированы согласно таблице 1.

 

Таблица 1 - Система группирования алюминия и алюминиевых сплавов применительно к сварке в железнодорожном машиностроении

 

 

 

Группа

Подгруппа

Тип алюминия и алюминиевых сплавов

Сплавы термически не упрочняемые

21

нет

Чистый алюминий с содержанием примесей
1% в составе сплава
 

22

22.1

Алюминиево-марганцевые сплавы

 

22.2

Алюминиево-магниевые сплавы с содержанием Mg
1,5%
 

 

22.3

Алюминиево-магниевые сплавы с содержанием 1,5%<Mg
3,5%
 

 

22.4

Алюминиево-магниевые сплавы с содержанием Mg>3,5%

Сплавы термически упрочняемые

23

23.1

Алюминиево-магниево-кремниевые сплавы

 

23.2

Алюминиево-цинково-магниевые сплавы

24

нет

Алюминиево-кремниевые сплавы с содержанием Cu
1%
 

 

24.1

Алюминиево-кремниевые сплавы с содержанием Cu
1% и 5%<Si
15%
 

 

24.2

Алюминиево-кремниево-магниевые сплавы с содержанием Cu
1%; 5%<Si
15% и 0,1%<Mg
0,8%
 

25

нет

Алюминиево-кремниево-медные сплавы с содержанием 5%<Si
14%; 1%<Cu
5% и Mg
0,8%
 

26

нет

Алюминиево-медные сплавы с содержанием 2%<Cu
6%
 

Примечание - Материалы групп 21-23 относят к деформируемым сплавам, марки которых указаны в ГОСТ 4784 и ГОСТ 11069, материалы групп 24-26 относят к литейным сплавам согласно ГОСТ 1583.

 

5.2.3 Рекомендуемые для грузовых вагонов марки основного материала, его состав, свариваемость и используемые полуфабрикаты представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 - Марки основного материала, свариваемость и производимые полуфабрикаты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Системы

Марки

Составы по

Свариваемости

Полуфабрикаты

легиро-

вания

основно-

го мате-

риала

основным компонентам*, %

Дуго-

вая

Контакт-

ная

лист

пли-

та

по-

ков-

ка

от-

лив-

ка

пру-

ток

про-

филь

тру-

ба

па-

нель

Сплавы термически не упрочняемые

-

АД0

AI; не менее 99,50

А

А

+

+

+

+

+

+

+

-

-

АД1

AI; не менее 99,30

А

А

+

+

+

+

+

+

+

-

-

А5

AI; не менее 99,50

А

А

+

+

+

+

+

+

+

-

Al-Mn

АМц

AI; (1,0-1,5) Mn

А

А

+

-

-

-

+

+

+

-

Al-Mg

АМг2

AI; (1,8-2,6) Mg

А

А

+

+

-

-

+

+

+

-

 

АМг3

AI; (3,2-3,8) Mg

А

А

+

+

-

-

+

+

+

-

 

АМг5

AI; (4,8-5,8) Mg;

(0,3-0,8) Mn

А

А

+

+

-

-

+

+

+

-

 

АМг6

AI; (5,8-6,8) Mg;

(0,5-0,8) Mn

А

А

+

+

-

-

+

+

+

-

 

1565ч

AI; (5,1-6,2) Mg;

(0,4-1,2) Mn

А

А

+

+

+

+

+

+

+

-

Сплавы термически упрочняемые

Al-Mg-Zn

1915

AI; (1,0-1,8) Mg;

(0,2-0,7) Mn;

(3,4-4,0) Zn

Б

Б

-

-

-

-

-

+

+

+

 

1935

AI; (0,6-1,1) Mg;

(0,2-0,5) Mn;

(3,6-4,1) Zn

Б

Б

-

-

-

-

-

+

+

+

Al-Mg-Si

АД31

AI; (0,45-0,9) Mg;

(0,20-0,6) Si

Б

Б

-

-

-

-

-

+

+

+

 

АД33

AI; (0,8-1,2) Mg;

(0,40-0,8) Si

Б

Б

-

-

-

-

-

+

+

+

 

АД35

AI; (0,6-1,2) Mg;

(0,7-1,3) Si;

(0,4-1,0) Mn

Б

Б

-

-

-

-

-

+

+

+

 

АК12

(АЛ2)

AI; (10-13) Si

Б

Б

-

-

-

+

-

-

-

-

 

АК7ч

(АЛ9)

AI; (0,2-0,4) Mg;

(0,2-0,5) Mn;

(6,0-8,0) Si

Б

Б

-

-

-

+

-

-

-

-

Al-Si-Cu

АК5М

(АЛ5)

AI; (0,35-0,6) Mg;

(4,5-5,5) Si;

(1,0-1,5) Cu

Б

Б

-

-

-

+

-

-

-

-

Al-Cu

АМ5

(АЛ19)

AI; (0,6-1,0) Mn;

(4,5-5,3) Cu;

(0,15-0,35) Ti

Б

Б

-

-

-

+

-

-

-

-

* Параметры для справок. Полные химические составы марок алюминия и алюминиевых сплавов приведены в ГОСТ 1583, ГОСТ 4784 и ГОСТ 11069.

 

Примечания

 

1 Свариваемости: А - свариваемость хорошая; Б - свариваемость удовлетворительная, требуется разработка специальной технологии, когда хорошую свариваемость можно обеспечить выбором рационального режима сварки.

 

2 При СТП свариваемость марок основного материала групп 21 и 22 является хорошей, а группы 23 - удовлетворительной (см. таблицу 1).

 

3 Типы полуфабрикатов: применяемые/неиспользуемые: +/-.

 

5.2.4 Для моторвагонных и грузовых вагонов допускается применять полуфабрикаты, представленные в приложении А, таблица А.1, с механическими свойствами катаных и прессованных полуфабрикатов, приведенными в приложении Б, таблица Б.1.

 

5.2.5 Основные материалы выбирают при проектировании, опираясь на минимальные значения их характеристик и с учетом влияния на свойства материалов различных величин нагрузки, износа, окружающей среды, сварки или влияния других процессов обработки.

 

5.2.6 До применения в производстве основных материалов или их комбинации в сварном соединении без установленной свариваемости производитель должен провести аттестацию процедуры сварки в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 15607.

 

Примечание - Применимы основные материалы из алюминия и алюминиевых сплавов других марок, не указанных в настоящем стандарте, при подтверждении уровней сопротивления усталости нагруженных элементов конструкций в зонах сварных соединений, полученных по результатам испытаний на образцах-имитаторах, удовлетворяющих требованиям данного стандарта, и аттестации технологии сварки.

 

 

      5.3 Требования к сварочным материалам

5.3.1 Сварку плавлением основных материалов рекомендуется проводить с применением подобранных из таблицы 3 или приведенных в приложении В, таблица В.1, сварочных материалов, а для СТП при необходимости должны быть применены выводные планки, изготавливаемые из основного материала.

 

Примечание - Допускается применение других сварочных материалов, не указанных в настоящем стандарте, по результатам аттестации технологии сварки.

 

Таблица 3 - Рекомендации подбора сварочной проволоки для сварки алюминия и алюминиевых сплавов (основных материалов)

 

 

 

 

 

 

 

Основные материалы

Проволока сварочная ГОСТ

Другие сварочные

Группа

Подгруппа

Обозначение

7871

материалы и условия для процессов по ГОСТ Р ИСО 4063

 

 

 

Марка сплава

Состав по основным компонентам*, %

131

15, 141, 142

Сплавы термически не упрочняемые

Сварочная

Вольфрамовые

21

нет

АД0

СвА5

AI не менее 99,50%

проволока в

электроды;

 

 

АД1, А5

СвА97

AI не менее 99,97%

соответствии

аргон

22

22.1

Алюминиево-марганцевые сплавы

со

газообразный

 

 

АМц

СвАМц

Аl;(1,0-1,5)Mn

свариваемым

высшего сорта;

 

22.3

Алюминиево-магниевые сплавы с содержанием 1,5%<Mg
3,5%
 

сплавом; защитная

гелий газообразный

 

 

АМг2,

АМг3

СвАМг3

Al;(3,2-3,8)Mg;

(0,3-0,6)Mn;(0,5-0,8)Si

среда - аргон; смесь аргона и

высокой чистоты; смесь

 

22.4

Алюминиево-магниевые сплавы с содержанием Mg>3,5%

гелия по ГОСТ Р ИСО 14175;

аргона и гелия по ГОСТР ИСО

 

 

АМг5

СвАМг5

Al;(4,8-5,8)Mg;(0,5-0,8)Mn;

(0,1-0,2)Ti

полярность обратная

14175; переменный ток для

 

 

 

СвАМг63

Al;(5,8-6,8)Mg;(0,5-0,8)Mn

 

процесса 141, 142 или

 

 

АМг6,

1565ч

СвАМг6

Al;(5,8-6,8)Mg;(0,5-0,8)Mn;

(0,1-0,2)Cr

 

постоянный ток обратной полярности для

 

 

 

СвАМг61

Al;(5,5-6,5)Mg;(0,8-1,1)Mn

 

процесса 15, присадочные

 

 

 

СвАМг63

Al;(5,8-6,8)Mg;(0,5-0,8)Mn

 

проволока/ пруток в

Сплавы термически упрочняемые

 

соответствии

23

23.1

Алюминиево-магниево-кремниевые сплавы

 

со

 

 

АД31,

АД33,

СвАК5

Al;(4,5-6,0)Si;(0,1-0,2)Ti

 

свариваемым сплавом

 

 

АД35

Св1557

Al;(4,5-5,5)Mg;(0,2-0,6)Mn;

(0,07-0,15)Cr

 

 

 

23.2

Алюминиево-магниево-цинковые сплавы

 

 

 

 

1915,

1935

СвАМг4

Al;(4,8-5,8)Mg;(0,5-0,8)Mn;

(0,1-0,2)Ti

 

 

 

 

 

СвАМг5

Al;(5,8-6,8)Mg;(0,5-0,8)Mn;

(0,1-0,2)Cr

 

 

 

 

 

Св1557

Al;(4,5-5,5)Mg;(0,2-0,6)Mn;

(0,07-0,15)Cr

 

 

24

24.1

Алюминиево-кремниевые сплавы

 

 

 

 

АК12(АЛ2)

СвАК10

Al;(7,0-10,0)Si;0,15Ti

 

 

 

24.2

Алюминиево-кремниевые-магниевые сплавы

 

 

 

 

АК7ч(АЛ9)

СвАК5

Al;(4,5-6,0)Si;(0,1-0,2)Ti

 

 

25

 

Алюминиево-кремниевые-медные сплавы

 

 

 

 

АК5М(АЛ5)

СвАК5

Al;(4,5-6,0)Si;(0,1-0,2)Ti

 

 

26

 

Алюминиево-медные сплавы

 

 

 

 

АМ5(АЛ19)

Св1201

Al;(6,0-6,8)Cu;(0,2-0,4)Mn;

(0,05-0,15)V;(0,1-0,2)Ti

 

 

* Параметры для справок.

 

 

Примечание - Применяемость типов сплавов проволоки (марок сплавов) для сварки основных материалов с учетом характеристик сварных соединений приведена в ГОСТ 7871-2019 (приложение Б).

 

5.3.2 Производитель должен иметь:

 

- отчет об аттестации технологии сварки (WPQR) по ГОСТ Р ИСО 15614-2 (с учетом требований ГОСТ Р ИСО 15611 - ГОСТ Р ИСО 15613), подтверждающий, что свойства сварных соединений, выполненных с примененным сварочным материалом, соответствуют требованиям настоящего стандарта;

 

- отчет об аттестации технологии сварки (WPQR) по инструкции для аттестации технологии СТП производителя, подтверждающий, что свойства сварных соединений, выполненных с применением выводных планок, соответствуют требованиям настоящего стандарта.

 

 

      5.4 Расчет размеров сварных швов на статическую прочность

5.4.1 Проектные размеры сварных швов алюминиевых конструкций, передающих усилия между соединяемыми деталями, рассчитывают от нагрузок для грузовых вагонов по ГОСТ 33211, а для мотор-вагонного подвижного состава - по ГОСТ 33796.

        

   5.4.2 Для многопроходных швов (три и более слоя) с использованием рекомендуемых в таблице 3 или таблице В.1 сварочных материалов значения предела текучести
наплавленного металла необходимо принимать в расчетах в соответствии с таблицей 4 или таблицей В.1, и его относительное удлинение после разрыва
должно быть не менее 12% в котлах вагонов-цистерн для перевозки опасных грузов [2] и не менее 6% для остальных.
 

При других сварочных материалах необходим учет в расчетах их минимальных значений механических свойств наплавленного металла с показателями не ниже указанных.

 

5.4.3 Расчет размеров сварного соединения, выполняемого сваркой плавлением, применяют для конструкций с толщиной стенки деталей 1,5 мм и более.

 

5.4.4 Требования к проектным размерам разделки кромок и к проектной толщине
сварных швов, выполняемых сваркой плавлением и сопоставленных с основными типами, конструктивными элементами и размерами сварных соединений по ГОСТ 14806, приведены в приложении Г, таблица Г.1. Используя указанное сопоставление, регламентируют конструктивные размеры изготовленных швов.
 

Таблица 4 - Минимальные значения механических свойств наплавленного сварочными проволоками металла для процессов 15, 131 и 141 по ГОСТ Р ИСО 4063

 

 

 

 

Марка сплава сварочной проволоки

Предел текучести при растяжении
, МПа
 
Временное сопротивление разрыву
, МПа
 
Относительное удлинение
, %
 

СвА97

35

75

30

СвА5

40

90

30

СвАМц

50

105

15

СвАМг3

110

265

20

СвАМг5

150

280

18

СвАМг6

170

300

15

СвАМг61

180

310

15

Св1557

180

290

20

СвАК5

55

100

8

 

5.4.5 Требования к проектным размерам разделки кромок и эффективным поперечным сечениям
для пробочных и прорезных швов, выполненных сваркой плавлением, приведены в ГОСТ EN 15085-3-2015 (таблица С.1).
 

5.4.6 Требования к проектным размерам соединений деталей контактной точечной сваркой следует определять исходя из минимальных усилий на срез по таблице 5. Соединения предназначены для применения в конструкции только с классами эксплуатации швов СР С1 и СР С2.

 

Таблица 5 - Минимальные усилия на срез для соединений контактной точечной сварки алюминия и алюминиевых сплавов для классов эксплуатации сварного шва СР С1 и СР С2

 

 

 

 

 

Толщина* детали
, мм
 
Диаметр ядра сварной точки
,
 
Минимальные усилия на срез в точке, кН, при среднем растягивающем напряжении
основного металла
 

 

мм

240 МПа
 

от >240 до 300 МПа

от >300 до 350 МПа

0,80

4,5

1,1

1,3

1,5

1,00

5,0

1,5

1,8

2,1

1,25

5,5

2,0

2,3

2,8

1,50

6,0

2,5

2,9

3,5

2,00

7,0

3,5

4,1

4,8

2,50

8,0

4,5

5,3

6,2

3,00

8,5

5,5

6,4

7,6

* Меньшая толщина детали.

 

 

Примечание - Приведенные значения являются минимальными средними значениями для серии испытаний, проведенной для пяти точечных сварных швов.

 

        

   5.4.7 Требования к проектным размерам соединений деталей (проектной толщине швов
) для сварки плавлением с числом проходов шва менее трех и для СТП определяют по минимальному пределу текучести (условному
) металла шва, который равен минимальному пределу текучести основного материала по сертификату соответствия, умноженному на коэффициент разупрочнения
.
 
Коэффициент разупрочнения
находят следующим образом:
 

- сваривают контрольные сварные соединения (КСС) из основного материала для соответствующей конструкции (встык, внахлестку и т.п.);

 

- определяют условия нагрузки для каждого КСС (растягивающие усилия, изгибающие моменты, перерезывающие усилия);

 

- проводят механические испытания КСС в соответствии с условиями нагрузки;

 

- рассчитывают напряжения в КСС исходя из экспериментальных нагрузок при механических испытаниях;

 

- проводят статистический анализ результатов испытаний (выборка из всех испытанных КСС);

 

- из выборки находят минимальное напряжение, при котором произошло разрушение КСС;

 

- коэффициент разупрочнения
равен минимальному напряжению разрушения КСС, деленному на минимальный предел прочности основного материала.
 

      5.5 Проектирование сварных швов с учетом требований к сопротивлению усталости сварных соединений

5.5.1 Общие положения

 

Сопротивление усталости оценивают в условиях, когда усталостное повреждение сварных соединений происходит при упругом деформировании и амплитуды действующих напряжений лежат в диапазоне не менее 3 МПа и не более 75% от значений предела текучести (
) основного материала.
 

Проектирование выполняют в соответствии с допускаемыми пределами выносливости сварных соединений для условий:

 

- наработка до отказа сварной конструкции при базовом числе не менее 10
циклов;
 

- гамма-процентная наработка до отказа с вероятностью 97,5% при одностороннем доверительном интервале.

 

Испытания на сопротивление усталости для вагонов грузовых проводят по ГОСТ 33788, для моторвагонного подвижного состава - по ГОСТ Р 55496.

 

5.5.2 Определение сопротивления усталости сварных соединений

 

5.5.2.1 Для грузовых вагонов сопротивление усталости сварных соединений конструкции оценивают в соответствии с ГОСТ 33211-2014 (пункт 6.3).

 

Для моторвагонного подвижного состава оценку сопротивления усталости производят в соответствии с ГОСТ 33796-2016 (пункт 8.2).

 

5.5.2.2 Кривые усталости S-N (кривые усталости А. Веллера) для алюминия, сплавов алюминия и сварных соединений алюминиевых кузовов вагонов имеют при
циклов нормированные значения сопротивления усталости (класс сопротивления усталости от 71 МПа - для применяемого основного материала с наиболее высоким показателем и ниже).
 
Классы сопротивления усталости установлены для начального наклона
=3,0 кривых S-N (для сварных соединений
может принимать значение 3,4-4,3).
 
Точка перелома кривой усталости при постоянной амплитуде (долговечность) достигается при
циклов, с которого наклон модифицированных кривых S-N изменяется на
=5,0 (для сварных соединений
может принимать значение 5,4-6,3) и сохраняется это значение до
циклов - предела выносливости.
 

Алюминиевому сварному соединению с классом сопротивления усталости 50 МПа при
циклов будет соответствовать предел выносливости 36,8 МПа при долговечности
циклов и отсекающем пределе в 20,2 МПа при
циклов.
 
Наклон кривых сопротивления усталости для сварных соединений, оцениваемых на основе номинальных напряжений сдвига, изначально соответствует
m
=5,0 и сохраняется до
циклов предела усталостной прочности.
 

Сварные соединения подвергаются асимметричным циклическим нагрузкам, сопротивление усталости которых определяют по диаграммам предельных амплитуд цикла номинальных напряжений для любых типов вагонов.

 

Примечания

 

1 Отсекающий предел: сопротивление усталости при нагружении с переменной амплитудой, на уровне ниже которой считается, что циклы напряжения не вызывают разрушений.

 

2 При проектировании сварных конструкций (несущих) из алюминиевых сплавов применяют диаграммы предельных амплитуд цикла, специально полученные для алюминиевых сварных соединений железнодорожного подвижного состава.

 

5.5.2.3 Предельные амплитуды циклов номинальных напряжений в элементах кузовов определяют при условии, что соблюдены требования ГОСТ EN 15085-3 к проектированию сварных соединений. Известен характер действующих номинальных переменных напряжений при изгибе, кручении (сдвиге), растяжении и сжатии в диапазоне от статического сжатия до статического растяжения, таблица 6, и диаграммы предельных амплитуд цикла с параметрами, приведенными на рисунках 1 и 2.

 

За среднее напряжение цикла
принимают напряжение, возникающее от постоянно действующих вертикальных статических нагрузок.
 

Таблица 6 - Характерные циклы номинальных напряжений и соответствующие им параметры

 

 

 

 

 

Циклы напряжений

Отнулевой

Симметричный

Асимметричный

Отнулевой

Асимметричный

Знако-постоянный (сжатие)

Знако-переменный (сжатие-растяжение)

Знако-постоянный (растяжение)

 

 

 

Максимальные и минимальные номинальные напряжения цикла

,
 
,
 
 
,
 
 
,
,
 
,
 
,
 
 
Среднее напряжение в цикле
и амплитуда напряжений
 
 
,
 
 
,
 
 
,
 
 
,
 
 

Коэффициенты асимметрии циклов номинальных напряжений, рисунки 1 и 2

 
 
 
 
 

 

Примечания

 

1 Диаграммы предельных амплитуд цикла, рисунки 1 и 2, получены для сварных соединений из основных материалов групп 22-26 при условиях (см. 5.5.1 настоящего стандарта).

 

2 Линия B, на рисунке 1 установлена в качестве верхней ограничивающей кривой предельных амплитуд циклов, а на каждой нижележащей кривой C, D, E1, E4, E5, E6, F1 численные значения предельных амплитуд составляют величины в 1,12 раза меньшие численных значений предельных амплитуд вышележащей кривой.

 

 

 

 

Рисунок 1 - Диаграммы предельных амплитуд цикла для алюминиевых сварных соединений при коэффициенте чувствительности к концентрации напряжений
=0,15 материала под воздействием номинальных нормальных напряжений
 

 

 

 

Рисунок 2 - Диаграммы предельных амплитуд цикла для алюминиевых сварных соединений при коэффициенте чувствительности к концентрации напряжений
=0,09 материала под воздействием номинальных касательных напряжений
 

5.5.2.4 Нормированные значения сопротивления усталости, применяемые для конструкций соединений и типов швов при симметричном цикле, представляют собой численный убывающий ряд предельных амплитуд напряжений цикла: 36, 32, 28, 25, 23, 20, 18, 16, 14, 12 МПа. Каждое последующее число ряда равно предыдущему числу ряда, деленному на 1,12. Это позволяет назначать сварным соединениям (стыковым, тавровым и т.п.) различного исполнения предельные амплитуды из указанного ряда.

Примечание - При асимметричных циклах напряжений
>0 и
0 предельная амплитуда ряда начинается с 32 МПа, а при
=0,5 - с 28 МПа (см. рисунок 1).
 

5.5.2.5 Сварные конструкции железнодорожного транспорта работают в присутствии концентраторов напряжений, поэтому обоснованность расчетов размеров швов по предельным амплитудам номинальных нормальных и касательных напряжений должна быть дополнительно подтверждена количественной оценкой влияния концентраторов напряжений на пределы выносливости сварных соединений.

 

5.5.2.6 Предельная амплитуда номинального напряжения цикла измеряется при условиях, указанных в 5.5.1, с применением методов тензометрии при моделировании номинальных нормальных напряжений в сварных образцах-имитаторах с толщиной стенки детали 10 мм и подрезом в зоне перехода шва к основному металлу с местным радиусом r=1 мм или в корне шва.

 

Предел выносливости соединений
=51 МПа (
=33 МПа) при ударных воздействиях нагрузки в симметричном цикле приведен на рисунке 3.
 

При значениях амплитуд номинальных нормальных напряжений под кривой не должно возникать трещин в зоне подреза шва на образцах-имитаторах и не должно происходить усталостного разрушения соединений до базы испытаний при любом коэффициенте асимметрии цикла напряжений.

 

5.5.2.7 Максимальные предельные амплитуды номинальных нормальных напряжений оценивают значениями по кривой B, минимальные - по кривой
, рисунок 1.
 

 

 

 

Рисунок 3 - Диаграмма предельных амплитуд цикла для алюминиевых сварных соединений при коэффициенте чувствительности к концентрации напряжений
=0,15 материала под воздействием номинальных нормальных напряжений в присутствии концентраторов напряжений
 

5.5.2.8 Расчеты толщин или эффективных поперечных сечений сварных швов при циклическом изгибе, растяжении или сжатии необходимо выполнять с учетом вектора действия приложенной к сварному шву нагрузки (параллельно сварному шву или перпендикулярно к сварному шву) и величины предельной амплитуды допускаемых номинальных нормальных напряжений согласно 5.5.2.7.

 

5.5.2.9 Проектную толщину или эффективное поперечное сечение шва при кручении (сдвиге) определяют по данным диаграмм предельных амплитуд цикла для номинальных касательных напряжений вдоль шва (см. рисунок 2). Для стыковых швов с полным проплавлением принимают:
=28 МПа, а для швов с неполным проплавлением и угловых швов -
=20 МПа.
 
5.5.2.10 Для сварных соединений с толщиной стенки детали в диапазоне свыше 10 мм до 90 мм включительно предельная амплитуда цикла напряжений в соединении должна быть уменьшена путем умножения на коэффициент
, приведенный на рисунке 4.
 

 

 

 

Рисунок 4 - Коэффициент
для снижения предельной амплитуды номинального напряжения в сварном соединении с ростом толщины стенки детали
 

5.5.2.11 Предельные амплитуды номинальных напряжений цикла в сварных соединениях должны быть приведены в технических требованиях к конструкции с указанием каждого типа соединения.

 

Пределы выносливости (
) должны соответствовать указанным значениям в таблицах классифицируемых сварных соединений приложения Д.
 

Повышение пределов выносливости сварных соединений проводят путем снятия грата, или правки по технологии вольфрамовым электродом в инертном газе, или проковки, или точечным упрочнением.

 

5.5.3 Категории безопасности

 

5.5.3.1 Категорию безопасности конструкции задают исходя из последствий разрушения одного сварного соединения в отношении людей, оборудования и окружающей среды.

 

5.5.3.2 Категории безопасности конструкции кузова классифицируют следующим образом:

 

- низкая: разрушение сварного соединения не приводит к прямому ухудшению работы конструкции. Низкая вероятность риска, связанного с причинением вреда здоровью граждан, животных, растений, окружающей среде, имуществу физических и юридических лиц;

 

- средняя: разрушение сварного соединения приводит к ухудшению работы всей конструкции и способно нанести вред здоровью граждан, животных, растений, окружающей среде, имуществу физических и юридических лиц;

 

- высокая: разрушение сварного соединения вызывает отказ работы всей конструкции и создает вред жизни, здоровью граждан, животных, растений, окружающей среде, имуществу физических и юридических лиц.

 

5.5.3.3 При проектировании конструкции разработчик должен определить категорию безопасности для каждого сварного шва.

 

Для определения высокой или средней категории безопасности следует оценить выполнение требований:

 

- перед отказом сварного соединения вследствие динамических нагрузок появляются настораживающие признаки ухудшения работы всей сварной конструкции или ее узла;

 

- перед отказом сварного соединения существует возможность выявления трещины при регулярной проверке;

 

- конструкция сварного узла или детали в случае отказа позволяет изменить направление нагрузки (геометрически изменяемые системы или дублирующие элементы);

 

- конструкция сварного соединения предотвращает распространение трещины.

 

Выбор высокой или средней категории безопасности осуществляют следующим образом:

 

- высокая категория, если не выполняется ни одно из вышеназванных условий;

 

- средняя категория, если выполняется одно из вышеназванных условий.

 

5.5.4 Категории нагрузки и коэффициенты нагрузки

 

Категорию нагрузки необходимо определять в соответствии с коэффициентом нагрузки по таблице 7.

 

В качестве альтернативы допустимые значения пределов выносливости могут быть получены в результате проведенных испытаний на сопротивление усталости образцов-имитаторов. Статистическая оценка результатов испытаний должна быть выполнена в соответствии со стандартом или руководством, согласованным с национальным надзорным органом.

 

Таблица 7 - Влияние категории нагрузки на коэффициент нагрузки в зависимости от применяемого предела выносливости по ГОСТ EN 15085-3

 

 

 

 

Категория нагрузки

Коэффициент нагрузки S

 

Предел выносливости по расчетам стандарта

Предел выносливости, полученный по результатам испытаний на образцах-имитаторах

 

 

Вариант 1

Вариант 2*

Высокая

0,9
 
0,8
 
0,9
 

Средняя

0,75
S
<0,9
 
0,5
S
<0,8
 
0,75
S
<0,9
 

Низкая

<0,75

<0,5

<0,75

* Соответствующие предельные значения необходимо производителю согласовать с заказчиком или лицом, ответственным за приемку продукции.

 

5.5.5 Классы эксплуатации сварного шва

 

5.5.5.1 Классы эксплуатации сварного шва устанавливают на этапе проектирования в зависимости от категории безопасности и категории нагрузки.

 

5.5.5.2 Сварные соединения выделяют в четыре класса эксплуатации сварного шва, таблица 8.

 

Таблица 8 - Классы эксплуатации сварного шва

 

 

 

 

Категория нагрузки

Категория безопасности

 

Высокая

Средняя

Низкая

Высокая

СР A
 
СР B
 

СР C2

Средняя

СР B
 

СР C2

Не применяется

Низкая

СР C1
 

Не применяется

Не применяется

Класс эксплуатации сварного шва СР A является специальным классом эксплуатации сварного шва, который действителен только для сварных швов с полным проплавлением и полностью доступных для проверки во время изготовления и ремонта.
 
Класс эксплуатации сварного шва СР B соответствует требованиям категории безопасности "высокая", действителен только для сварных швов с полным проплавлением и полностью доступных для проверки во время изготовления и ремонта.
 
Класс эксплуатации сварного шва СР B, для требований категории безопасности "средняя" также допустим для сварных швов без возможности RT или UT - метода испытаний; в этом случае на чертеже должно быть специальное замечание "средняя категория безопасности/необходим расширенный контроль поверхности", контроль проводят в соответствии с ГОСТ EN 15085-5-2015 (таблица 1).
 
Класс эксплуатации сварного шва СР C1 также допустим для сварных швов без возможности RT или UT - метода испытаний. В этом случае на чертеже должно быть специальное замечание "необходим контроль качества поверхности", контроль производят согласно ГОСТ EN 15085-5-2015 (таблица 1).
 

 

5.5.5.3 Если требование повышения класса эксплуатации сварного шва невозможно выполнить, то разработчик должен понизить категорию нагрузки согласно приложению Е или изменить конструкцию согласно ГОСТ EN 15085-3-2015 (рисунок D.1).

 

5.5.6 Классы контроля сварного шва

 

5.5.6.1 Класс контроля сварного шва должен быть задан для каждого шва по предварительно установленному классу эксплуатации сварного шва.

 

5.5.6.2 Классы контроля сварного шва показывают, какие минимальные контрольные мероприятия и испытания необходимо провести для каждого шва согласно таблице 9.

 

5.5.6.3 Испытания, относящиеся к этим классам контроля сварного шва, должны соответствовать минимальным требованиям, указанным в ГОСТ EN 15085-5.

 

5.5.6.4 Классы эксплуатации сварного шва и классы контроля сварного шва должны быть указаны в конструкторской документации.

 

5.5.7 Зависимости между категориями безопасности и нагрузки, классами эксплуатации сварных швов и предельными амплитудами номинальных нормальных напряжений цикла

 

5.5.7.1 В таблице 9 указана зависимость между категориями безопасности, категориями нагрузки, классами эксплуатации сварного шва, уровнями качества, классами контроля сварного шва и испытаниями согласно таблицам 7 и 8.

 

5.5.7.2 Соединения с классами эксплуатации сварного шва СР A, СР B и СР C1, которые подлежат контролю только в процессе изготовления, но не могут быть проконтролированы и отремонтированы во время технического обслуживания, должны быть отнесены к следующему, более высокому классу контроля сварного шва согласно таблице 9 или категория нагрузки должна быть снижена.

 

Таблица 9 - Зависимость между категориями безопасности и нагрузки, классами эксплуатации сварного шва, уровнями качества, классами контроля сварного шва и испытаниями

 

 

 

 

 

 

 

 

Категория безопас-

ности

Категория нагрузки

Класс эксплу-

атации сварного шва

Уровень качества по ГОСТР ИСО 10042

Класс контроля сварного шва

Контроль качества объема RT или UT

Контроль качества поверхности PT

Визуальный контроль VT

Высокая

Высокая

СР A

см. таблицу 18 настоящего стандарта

СТ 1

100%

100%

100%

Средняя

Высокая

СР B

B

СТ 2

10%

10%

100%

Низкая

Высокая

СР C2

C

СТ 3

Не требуется

Не требуется

100%

Высокая

Средняя

СР B

B

СТ 2

10%

10%

100%

Средняя

Средняя

СР C2

C

СТ 3

Не требуется

Не требуется

100%

Высокая

Низкая

СР C1

C

СТ 2

10%

10%

100%

Примечания

 

1 Объем контроля, выраженный в процентах, относится ко всей длине одного заданного сварного шва, поэтому "100%" означает испытания всех сварных швов всех деталей конструкции, "10%" означает испытания 10% сварных швов всех деталей конструкции, или 100% испытания сварных швов каждой десятой детали.

 

2 Указанные в таблице 9 испытания представляют собой минимальный объем требуемых для обеспечения соответствия испытаний сварных соединений. Дополнительные испытания могут быть необходимы в зависимости от материалов, проекта или требований заказчика.

 

3 Весь неразрушающий контроль должен быть выполнен сертифицированным персоналом и быть задокументирован.

 

5.5.7.3 Конструкции железнодорожных транспортных средств со сварными соединениями категорий безопасности "высокая" и "средняя" подлежат изготовлению только из тех основных материалов, для которых значения предела выносливости
40 МПа установлены и согласованы между заказчиком и производителем.
 

Примечание - Пределы выносливости определяют при механических испытаниях по ГОСТ 25.502.

 

5.5.7.4 При проектировании каждого сварного соединения под номинальные нормальные напряжения цикла необходимо учитывать данные приложения Д, в котором сведения о конструкции соединений, типе шва, методе и объеме контроля в таблицах дополнены классами эксплуатации сварных швов (СР A, СР B, СР C1, СР C2) и используемыми в расчетах пределами выносливости (
).
 

5.5.7.5 Для класса эксплуатации сварного шва СР A проектную толщину или эффективное поперечное сечение шва определяют:

 

- по пониженному пределу выносливости (
) (приложение Д) путем умножения на коэффициент нагрузки (таблица 7);
 
- по пониженной предельной амплитуде номинального напряжения цикла при
>0 и
0 путем умножения на коэффициент нагрузки (таблица 7).
 

Для классов эксплуатации сварных швов СР B и СР C1 проектную толщину или эффективное поперечное сечение шва рассчитывают:

 

- по пониженному пределу выносливости (
) (приложение Д) путем деления на коэффициент безопасности (1,15) и умножения на коэффициент нагрузки (таблица 7);
 
- по пониженной предельной амплитуде номинального напряжения цикла при
>0 и
0 путем деления на коэффициент безопасности (1,15) и умножения на коэффициент нагрузки (таблица 7).
 
Для класса эксплуатации сварного шва СР C2 проектную толщину или эффективное поперечное сечение шва устанавливают по пределам выносливости (
) (приложение Д).
 

      5.6 Требования к конструкции сварных соединений

5.6.1 Сварные швы для дуговой сварки выполняют с подготовкой кромок, приведенной в приложении Г.

 

Примечание - Допускается выполнение сварных швов под острыми или тупыми углами, приведенными в ГОСТ 27580.

 

5.6.2 В зонах с высокими нагрузками кузова не следует закладывать сварные швы с номинальными нормальными напряжениями более 28 МПа в эффективном поперечном сечении сварных соединений. Если это невозможно, то следует применять более высокие требования к контролю и испытаниям.

 

5.6.3 Подтверждение размеров сварного шва следует принимать на этапе проектирования, если необходимо, путем предпроизводственного испытания по ГОСТ Р ИСО 15613.

 

5.6.4 При проектировании должны быть соблюдены требования и рекомендации по свариваемости основных и сварочных материалов (см. 5.2 и 5.3).

 

5.6.5 Остающиеся подкладки (остающиеся приспособления для поддержания сварочной ванны) должны быть учтены в расчетах на прочность. Остающиеся подкладки должны быть с канавкой.

 

5.6.6 Для тавровых соединений алюминиевых конструкций допускается применение выводных планок с фаской, например, для соединения с односторонним скосом кромки.

 

5.6.7 Защиту от коррозии следует обеспечивать выполнением сварных соединений, например, с полным проплавлением шва.

 

Соединения с конструктивным непроваром или прерывистым сварным швом могут быть обеспечены защитой от коррозии применением защитных покрытий.

 

5.6.8 Место нанесения клейма сварщика должно быть указано на чертеже.

 

5.6.9 Сварные швы рекомендуется располагать вдоль базовой оси конструкции или симметрично этой оси для уменьшения (исключения) коробления и деформации.

 

5.6.10 Конструкция должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечивать безопасность и надежность при эксплуатации за счет доступа к ее элементам при сварке и контроле.

 

5.6.11 Следует избегать в сварных узлах большого количества швов с присущими им концентраторами напряжений. Для этого используют кованые или литые детали, как указано в ГОСТ EN 15085-3-2015 (рисунок D.1).

 

5.6.12 Для холоднодеформированных деталей из алюминия и его сплавов в расчетах должно быть учтено снижение прочности стыка при дуговой сварке в зоне термического влияния с учетом рекомендаций ГОСТ Р ИСО 15614-2-2009 (таблица 2), а при СТП - на основе рекомендаций таблицы 17 настоящего стандарта, примечание 3.

 

5.6.13 При сборке каркаса коробчатых балок, испытывающих растягивающие напряжения (при изгибе), допускается приварка нижних поясов односторонними угловыми швами только в случае достаточной расчетной жесткости каркаса балки с коэффициентом нагрузки в корне шва менее допустимого значения.

 

На рисунке 5 показан пример коробчатой балки с высокой категорией нагрузки в поясе, испытывающем растяжение.

 

Для уменьшения угловой деформации и уменьшения напряжения, необходимо выдерживать минимальное расстояние между двумя швами в соответствии с толщиной свариваемых деталей и использовать зажимные приспособления для фиксации конструкции.

 

 

 

 

1 - коробчатая балка; 2 - сжатый пояс; 3 - растянутый пояс

Примечание - Зачеркнуто - недопустимое тавровое соединение с угловым односторонним швом.

 

Рисунок 5 - Пример коробчатой балки с высокой категорией нагрузки в растянутом поясе

Для толщины менее 20 мм рекомендуется соблюдать минимальное расстояние 50 мм между границами сплавления металла швов C с металлом B зон термического влияния основного материала A (см. рисунок 6).

 

 

 

 

Рисунок 6 - Минимальное расстояние между зонами плавления, в мм

5.6.14 В стыковом шве переход между деталями различной толщины должен быть выполнен постепенно с уклоном, не превышающим значение, заданное в таблице Д.2.

 

5.6.15 Расстояние между соседними швами должно быть таким, чтобы зоны термического влияния не накладывались друг на друга. Наложение зон термического влияния допустимо, если эффекты термического воздействия или зоны закалки (например, внутренние напряжения, падение прочности, падение твердости) учитывают при проектировании.

 

5.6.16 Для элемента жесткости, привариваемого к продольному шву, следует избегать образования не заваренных участков на элементах конструкции в местах пересечения стыковых и угловых швов (см. рисунок 7). Выпуклость шва в зоне пересечения должна быть механически обработана, чтобы выполнить сварку без прерывания пересекающихся швов.

 

 

 

 

Рисунок 7 - Элементы жесткости установлены перпендикулярно к продольному шву

5.6.17 В конструкциях, работающих при высоких нагрузках, косынки должны быть приварены по периметру. На рисунках 8 и 9 показаны примеры конструктивного исполнения концов косынок и элементов жесткости. Чтобы сделать возможным выполнение сварного шва по периметру, концы косынок и фасонных элементов жесткости следует проектировать в соответствии с рисунком 8, обеспечивая фаску по указанному радиусу.

 

5.6.18 Оптимизация формы косынок проиллюстрирована на рисунке 9. Большинство разрушений конструкций, возникающих под влиянием усталостной нагрузки деталей (динамически нагруженных деталей), связаны с формой элементов усиления, которые не полностью распределяют нагрузку и вызывают концентрацию напряжений.

 

 

 

 
 

 

 

a - толщина шва; r - не менее 30 мм

 

Рисунок 8 - Проектирование концов косынок и фасонных элементов жесткости

Рисунок 9 - Форма косынок

 

5.6.19 Сварной шов (см. рисунок 10) должен быть выполнен по всему периметру прилегания косынки на длину l, которая должна быть не менее удвоенной толщины листа, равной 2t:

 

- для предотвращения коррозии на конце листа, независимо от класса эксплуатации сварного шва;

 

- на кромках с высокой нагрузкой.

 

 

 

, при этом
=10 мм;
t
- толщина листа;
l
- длина прямого участка
 

Рисунок 10 - Сварка по периметру прилегания косынки

5.6.20 При конструировании угловых швов должны быть учтены следующие требования (см. рисунок 11):

 

- по конструктивным причинам или если требуется лучше распределить силовые нагрузки, дополнительно к толщине шва
a
на чертеже указывают катет углового шва
z
или оба катета,
и
;
 

- толщина шва a, измеренная на макрошлифе, не должна превышать расчетное значение.

 

 

 

 

Расстояние от края v рекомендуется: v>1,5a+t

Рисунок 11 - Угловой шов

5.6.21 Для нахлесточных соединений деталей толщиной менее 20 мм рекомендуется соблюдать минимальное расстояние 50 мм между краями деталей (см. рисунок 12).

 

 

 

 

Рисунок 12 - Минимальное расстояние между угловыми швами нахлесточного соединения

5.6.22 Для сварных швов классов эксплуатации СР A и СР B следует применять выводные планки в начале и в конце сварного шва (см. рисунок 13).

 

 

 

 

Рисунок 13 - Пример применения выводных планок для выполнения стыковых швов

Для других стыковых швов выводные планки могут быть использованы для предотвращения непровара в начале и для предотвращения образования кратера - в конце сварки.

 

Выводные планки должны быть изготовлены таким образом, чтобы имелась возможность начать и закончить сварку за пределами необходимой длины шва.

 

5.6.23 Детали сборки и планки к ним, интегрированные в конструкцию или устанавливаемые в виде небольших пластин на свариваемые детали, являются единым целым. Разделка кромок этих планок должна соответствовать разделке кромок сварного соединения. Следует закрепить планки механическим способом или с помощью сварочных прихваток, прежде чем они будут применены в сварке стыка.

 

5.6.24 После выполнения сварного шва выводные планки должны быть удалены механическим путем или плазменной резкой. Механическую обработку (фрезерование, строгание, шлифование) следует проводить после удаления планок.

 

Не допускается удаление выводных планок ударным способом.

 

5.6.25 Для предотвращения коррозии (см. рисунок 14) необходимо обеспечить герметичность соединения со стороны корня шва применением двусторонней сварки, и/или подваркой корня шва, или использованием герметика.

 

 

 

 

Рисунок 14 - Места возникновения коррозии

5.6.26 Минимальная длина участков для прерывистых сварных швов должна составлять:

 

- для