Zmęczenie połączeń spawanych
Zmęczenie połączeń spawanych może wystąpić, gdy źle wykonane lub mocno obciążone złącza spawane są poddawane cyklicznym obciążeniom. Spawanie to metoda produkcji stosowana do łączenia różnych materiałów w celu utworzenia zespołu. Podczas spawania powstają połączenia między dwoma lub większą liczbą oddzielnych kawałków materiału, które mogą wprowadzać defekty lub naprężenia szczątkowe. Pod obciążeniem cyklicznym te defekty mogą spowodować zmęczeniowe , powodujące awarię zespołu, nawet jeśli te cykliczne naprężenia są niskie i mniejsze niż granica plastyczności materiału podstawowego i materiału wypełniającego spoinę. W związku z tym wytrzymałość zmęczeniowa złącza spawanego nie koreluje z wytrzymałością zmęczeniową materiału podstawowego. Włączenie rozważań projektowych w fazie projektowania może zmniejszyć awarie spowodowane zmęczeniem połączeń spawanych.
Metoda Stres-Życie
zmęczenia wysokocyklowego , metoda trwałości naprężeń wykorzystująca krzywe cykli naprężeń (znane również jako krzywe Wöhlera ) może być wykorzystana do określenia wytrzymałości złącza spawanego pod obciążeniem zmęczeniowym. Spawane próbki poddawane są powtarzającemu się obciążeniu przy określonej amplitudzie naprężenia lub wytrzymałości zmęczeniowej, aż do zniszczenia materiału. Ten sam test jest następnie powtarzany z różnymi amplitudami naprężeń w celu określenia odpowiadających mu cykli, N, do zniszczenia. Na podstawie zebranych danych wytrzymałość zmęczeniową można wykreślić w funkcji odpowiedniej liczby cykli dla określonego materiału, złącza spawanego i obciążenia. Na podstawie tych krzywych granicę wytrzymałości , obszar skończonej i nieskończonej żywotności.
Czynniki wpływające na zmęczenie
Spawanie naprężeń szczątkowych
Podczas procesu spawania naprężenia szczątkowe mogą pojawić się w obszarze spoiny, w strefie wpływu ciepła lub w strefie wtopienia. Średnie naprężenie, jakie może napotkać spawane złącze podczas aplikacji, może ulec zmianie w wyniku procesów spawania wprowadzających naprężenia szczątkowe, zmieniające trwałość zmęczeniową i mogą spowodować wyniki badań laboratoryjnych SN. Zespoły spawane z niedoskonałościami geometrycznymi również mogą wprowadzać naprężenia szczątkowe. Chociaż istnieją metody zmniejszania naprężeń resztkowych i odciążania, całkowite usunięcie naprężeń szczątkowych nie jest możliwe.
Grubość pręta
Zwiększenie grubości materiału podstawowego zmniejsza wytrzymałość zmęczeniową, gdy pęknięcie rozchodzi się od czoła złącza spawanego. Wynika to ze wzrostu koncentracji naprężeń szczątkowych w przekrojach materiału grubego.
Typ materiału
W złączach spawanych zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie materiału podstawowego niekoniecznie prowadzi do zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej złącza spawanego.
Proces spawania
Dostępnych jest wiele procesów spawania dla różnych zastosowań i środowisk. Krzywe cyklu naprężeń nie są dostępne dla wszystkich tych procesów i nadal wymagają opracowania, aby można było przeprowadzić odpowiednią analizę zmęczenia. Najobficiej występujący proces występujący w krzywych cyklu naprężeń jest opracowywany na podstawie próbek przygotowanych przez spawanie łukowe .
Otoczenie
Otoczenie spawanego zespołu może wpływać na trwałość zmęczeniową złączy spawanych, często je obniżając. Zmienne, takie jak temperatura, wilgotność i położenie geograficzne, są uważane za część otaczającego środowiska. Środowiska, w których występuje woda morska, mogą wykazywać zmniejszoną trwałość zmęczeniową ze względu na wzrost tempa wzrostu pęknięć. Dostępnych jest niewiele informacji w tej dziedzinie, ale wiadomo, że jeśli materiał bazowy zostanie poddany korozji, wytrzymałość zmęczeniowa może się zmniejszyć w porównaniu z podobnymi złączami spawanymi.
Unikanie uszkodzeń zmęczeniowych złącza spawanego
Ponieważ obecność pęknięć zmniejsza trwałość zmęczeniową i przyspiesza awarię, ważne jest unikanie wszelkich mechanizmów pękania w celu przedłużenia trwałości zmęczeniowej złącza spawanego. Należy również unikać innych wad spoiny, takich jak wtrącenia i brak przetopu, ponieważ są one źródłem powstawania pęknięć. Szczegółowy przegląd złącza spawanego podczas projektowania to kolejny sposób na zmniejszenie liczby awarii. Zapewnienie, że projekt jest w stanie obsłużyć cykliczny profil obciążenia, zapobiegnie przedwczesnym awariom. Dostępne są również dodatkowe zasoby z podręczników projektowania, które pomagają w projektowaniu złącza spawanego w celu optymalizacji trwałości zmęczeniowej. Analiza elementów skończonych może być również wykorzystana do skutecznego przewidywania uszkodzeń zmęczeniowych.
- ^ abc Tom ., Lassen ( 2013). Analizy trwałości zmęczeniowej konstrukcji spawanych: wady . Récho, Naman. Somerset: Wiley. ISBN 9781118614709 . OCLC 929525641 .
- . ^ a b c d e f g hi j k Maddox, Stephen (styczeń 2000) „Zasady projektowania zmęczeniowego konstrukcji spawanych”. Postęp w inżynierii budowlanej i materiałach . 2 (1): 102–109. doi : 10.1002/(SICI)1528-2716(200001/03)2:1<102::AID-PSE12>3.0.CO;2-A .
- ^ a b c Gordon), Budynas, Richard G. (Richard (2008). Projekt inżynierii mechanicznej Shigleya . Nisbett, J. Keith., Shigley, Joseph Edward. (wyd. 8). Boston: McGraw-Hill. ISBN 9780073312606 . OCLC 70836665 .
- ^ a b Martin, T. „Projektowanie zmęczeniowe złączy spawanych przy użyciu metody elementów skończonych i krzywej wzorcowej ASME Div. 2 2007” . Wydział Inżynierii Przemysłowej, Uniwersytet Farmaceutyczny (Włochy) .
- ^ a b c „Co to jest zmęczenie zmęczeniem i jak można go uniknąć?” .