Środki poprawiające wytrzymałość zmęczeniową konstrukcji spawanych
1) Zmniejszenie koncentracji naprężeń źródła pęknięcia zmęczeniowego w złączu spawanym i strukturze punktu koncentracji naprężeń, wyeliminowanie lub zmniejszenie wszystkich środków koncentracji naprężeń, może poprawić wytrzymałość zmęczeniową konstrukcji.
(1) Przyjąć rozsądną formę strukturalną
① Priorytet należy dawać spoinom czołowym, należy unikać spoin zakładkowych. Spoiny w kształcie litery T lub kątowe należy zamienić na spoiny czołowe, aby uniknąć części narożnej. Podczas stosowania spoin w kształcie litery T lub kątowych wskazane jest stosowanie spoin czołowych w pełni przepuszczalnych.
② Staraj się unikać projektowania obciążeń mimośrodowych, tak aby siła wewnętrzna elementu była równomierna i równomiernie rozłożona oraz nie powodowała dodatkowych naprężeń.
③ Aby ograniczyć nagłą zmianę przekroju, gdy grubość lub szerokość płyty jest bardzo różna i konieczne jest dokowanie, należy zaprojektować płynny obszar przejściowy; ostry róg lub narożnik konstrukcji powinien mieć kształt łuku, a im większy promień krzywizny, tym lepiej.
④ Należy unikać przestrzennej zbieżności spoin trójstronnych, starać się nie wykonywać spoin w obszarze koncentracji naprężeń i nie wykonywać spoin poprzecznych na głównych elementach rozciąganych; gdy jest to nieuniknione, należy zapewnić wewnętrzną i zewnętrzną jakość spoiny oraz zmniejszyć koncentrację naprężeń u nasady.
⑤ Spoinę czołową można wykonać tylko po jednej stronie, a stała płyta podkładowa nie może być umieszczona z tyłu ważnej konstrukcji. Należy unikać stosowania spoin przerywanych, ponieważ na początku każdego spoiny występuje wysokie naprężenie.
(2) Prawidłowy kształt spoiny i dobra jakość spoiny wewnątrz i na zewnątrz
(1) Pozostała wysokość spoiny czołowej powinna być jak najmniejsza, a najlepiej jest ją wyrównać (lub zeszlifować) po spawaniu, nie pozostawiając żadnej pozostałej wysokości;
② Do połączeń w kształcie litery T najlepiej stosować spoiny pachwinowe o powierzchniach wklęsłych, nie stosować spoin pachwinowych o powierzchniach wypukłych;
③ Stopa na styku spoiny i powierzchni metalu bazowego powinna być płynnie przemieszczana, a w razie konieczności stopa powinna być oszlifowana lub przetopiona łukiem argonowym, aby zredukować koncentrację naprężeń w tym miejscu.
Wszystkie wady spawalnicze mają różne stopnie koncentracji naprężeń, szczególnie wady spawalnicze płatkowe, takie jak pęknięcia, brak penetracji, brak fuzji i gryzienia krawędzi itp., mają największy wpływ na wytrzymałość zmęczeniową. Dlatego w projektowaniu konstrukcyjnym należy zadbać o to, aby każdy spoin był łatwy do spawania, w celu zmniejszenia wad spawalniczych, a wady przekraczające normę muszą zostać usunięte.
2) Dostosuj naprężenie szczątkowe
Resztkowe naprężenie ściskające na powierzchni elementu lub koncentracja naprężeń może poprawić wytrzymałość zmęczeniową spawanej konstrukcji. Na przykład, poprzez dostosowanie sekwencji spawania i lokalnego ogrzewania, możliwe jest uzyskanie pola naprężeń szczątkowych, które sprzyja poprawie wytrzymałości zmęczeniowej. Ponadto, wzmocnienie odkształcenia powierzchni, takie jak walcowanie, młotkowanie lub śrutowanie, może być również przyjęte w celu uzyskania plastycznego odkształcenia i utwardzenia powierzchni metalu oraz wytworzenia resztkowych naprężeń ściskających w warstwie powierzchniowej w celu osiągnięcia celu poprawy wytrzymałości zmęczeniowej.
Resztkowe naprężenie ściskające na szczycie wycięcia można uzyskać, stosując jednorazowe rozciąganie wstępnego przeciążenia dla elementu z wycięciem. Dzieje się tak, ponieważ znak resztkowego naprężenia wycięcia po odciążeniu sprężystym jest zawsze przeciwny do znaku naprężenia wycięcia podczas obciążenia (elastoplastycznego). Ta metoda nie nadaje się do przeciążenia zginającego lub wielokrotnego obciążenia rozciągającego. Często jest łączona z testami akceptacji konstrukcyjnej, takimi jak zbiorniki ciśnieniowe do testów hydraulicznych, mogą odgrywać rolę rozciągania wstępnego przeciążenia.
3) Poprawić strukturę i właściwości materiału
Przede wszystkim, poprawa wytrzymałości zmęczeniowej metalu bazowego i metalu spoiny powinna być również rozpatrywana z punktu widzenia wewnętrznej jakości materiału. Jakość metalurgiczna materiału powinna zostać poprawiona, aby zmniejszyć w nim inkluzje. Ważne komponenty mogą być wykonane z materiałów pochodzących z procesów wytopu, takich jak topienie próżniowe, odgazowywanie próżniowe, a nawet przetapianie elektrożużlowe, aby zapewnić czystość; Trwałość zmęczeniową stali ziarnistej można poprawić poprzez rafinację w temperaturze pokojowej. Najlepszą mikrostrukturę można uzyskać poprzez obróbkę cieplną, a plastyczność i wytrzymałość można poprawić, jednocześnie zwiększając wytrzymałość. Hartowany martenzyt, martenzyt niskowęglowy i niższy bainit mają wyższą odporność zmęczeniową. Po drugie, wytrzymałość, plastyczność i wytrzymałość powinny być w rozsądny sposób dopasowane. Wytrzymałość to zdolność materiału do opierania się pękaniu, ale materiały o wysokiej wytrzymałości są wrażliwe na karby. Główną funkcją plastyczności jest to, że poprzez odkształcenie plastyczne praca odkształceniowa może zostać pochłonięta, szczyt naprężenia może zostać zredukowany, wysokie naprężenie może zostać rozłożone, a karb i wierzchołek pęknięcia mogą zostać pasywowane, a ekspansja pęknięcia może zostać złagodzona lub nawet zatrzymana. Plastyczność może zapewnić wytrzymałość całego luzu. Dlatego w przypadku stali o wysokiej wytrzymałości i stali o ultra wysokiej wytrzymałości próba poprawienia odrobiny plastyczności i wytrzymałości znacznie poprawi jej odporność na zmęczenie.
4) Specjalne środki ochrony
Erozja ośrodka atmosferycznego często ma wpływ na wytrzymałość zmęczeniową materiałów, dlatego korzystne jest stosowanie określonej powłoki ochronnej. Na przykład powlekanie warstwy tworzywa sztucznego zawierającej wypełniacze przy stężeniach naprężeń jest praktyczną metodą poprawy.
