Конструкция медных подкладок и ползунов при электрошлаковой и автоматической сварке влияет на формообразование шва, определяя геометрическую форму сопряжения шва с основным металлом, и, в конечном счете, на прочность сварного соединения при переменных нагружениях.
Форма и внешние размеры шва характеризуются следующими параметрами: высотой усиления h, шириной шва b и углом θ° между касательной к усилению шва и поверхностью пластины.
В работе [261] решающим фактором, определяющим сопротивление усталости сварных соединений с сохраненным усилением шва, считают угол усиления, образованный между плоскостью пластины и касательной к усилению шва в месте соединения с пластиной. Этот угол меняется по длине шва, особенно для соединений, выполненных ручной дуговой сваркой. Разрушение обычно происходило в точке с минимальным углом усиления. Установлена Экспериментально количественная зависимость между углом θ усиления шва и сопротивлением усталости стыкового соединения [261] при 2∙10⁶ циклов (рис. 37).


Зафиксированный разброс опытных данных для ручной дуговой сварки составил приблизительно 15°; в пластинах, сваренных автоматически, разброс был несколько меньше. Все опытные точки заключены в полосу разброса. За два верхних предела (при θ=180°) приняты максимальные напряжения для гладких пластин с прокатной окалиной и без нее. Образцы для испытания на выносливость вырезали из общих сварных заготовок, поэтому остаточных напряжений в них либо вовсе не было, либо они были невысокими [163, 261, 274]. Полученные закономерности могут существенно измениться при наличии в образцах с не снятым усилением шва высоких сварочных остаточных напряжений.
Экспериментально получена зависимость числа циклов погружения при знакопостоянном растяжении Rσ≈0,1 для двух уровней напряжения (σ₀=18 и σ₀=22 кгс/мм²) от формы усиления стыкового шва (рис. 38) Образцы были изготовлены из соединений стали с 0,26% С толщиной 10 мм, выполненных автоматической сваркой под флюсом Pie 18 UP, проволокой 10Мп4 с двусторонним наложением шва. Как видно из рис. 38, большая долговечность относится к сварным образцам с формой шва, имеющей большее отношение b/h [274].


В принятой программе испытаний была охвачена вся область напряжения дуги U_д (от 25 до 45 В), что позволило установить количественную закономерность влияния сварочного напряжения на форму усиления шва. Вопросы экономичности сварных конструкций освещены в работе [265].
Весьма высокие механические свойства сварных соединений достигнуты при автоматической односторонней стыковой сварке с обратным формированием шва на флюсо-медной подкладке, имеющей водяное охлаждение [163]. Пределы выносливости соединений с поперечными швами стали 09Г2, выполненных односторонней сваркой на флюсо-медной подкладке, оказались выше предела выносливости соединений, выполненных односторонней сваркой на медном скользящем ползуне и двусторонней автоматической сваркой под флюсом (σ_-1=13 кгс/мм²). По величине они близки к пределу выносливости образцов основного металла (см. табл. 8).
Результаты статистической обработки (около 500 замеров) параметров h, b и R усиления сварных швов, выполненных на флюсо-медной подкладке и медном скользящем ползуне, показали характерный для этих способов сварки весьма плавный переход от шва к основному металлу. Радиусы сопряжения при этом составляли R≥8÷10 мм, тогда как при автоматической сварке под флюсом R=0,4÷2 мм [163].
В табл. 9 сопоставляются теоретические коэффициенты концентрации напряжений поперечных стыковых швов для рассмотренных способов сварки, определенные расчетным и экспериментальным путем (на поляризационной установке).


Поперечные стыковые швы с усилением, выполненные ручной дуговой сваркой на мягких сталях в положениях, отличных от нижнего, могут иметь пределы выносливости ниже 15 кгс/мм².
Максимальные напряжения при пульсирующем цикле на базе 2∙10⁶ циклов для соединений с поперечными швами на пластинах толщиной 22 мм составили [261]: пластины, сваренные в нижнем положении, 22 кгс/мм² (100%); пластины, сваренные в нижнем положении с одной стороны и в потолочном с другой, 11,8-14,2 кгс/мм² (53-64%); монтажные швы в вертикальных пластинах, сваренные в вертикальном и горизонтальном положениях, 11-12,9 кгс/мм² (50-56%).
Эти результаты интересны тем, что они подчеркивают роль наружного контура усиления швов при определении прочности поперечных стыковых соединений, выполненных в различных пространственных положениях. Однако указанная зависимость сопротивления усталости соединений от положения, в котором выполнялась сварка, является лишь косвенной и определяется различными возможностями получения соединений надлежащего качества.
Об усталости стыковых соединений, выполненных на арматурных стержнях (крупного сечении) сваркой трением, контактным способом и ванной сваркой, можно составить представление по опытным данным, приведенным в табл. 10.


Сваркой трением и ванной сваркой можно получить сварные соединения, обладающие большим сопротивлением усталости, чем сварные соединения, выполненные контактной сваркой.
Результаты испытания (на базе 5∙10⁶ циклов) на усталость прутков Ø16 мм стали 20, сваренных трением к контактным способом, приведены ниже [33].