Trötthetsfel och bristbrott i svetsade strukturer

1. Trötthetsfel i svetsade strukturer

En stor mängd statistiska uppgifter visar att över 80 % av de strukturella bristerna inom ingenjörsvetenskap beror på trötthet. Den forskningsrapport som lämnats in av National Bureau of Standards of the US Department of Commerce till den amerikanska kongressen anger att Förenta staterna betalar en kostnad för en kostnad för den amerikanska kongressen. $119 miljarder årligen för frakturer och förebyggande, motsvarande 4 % av den totala nationella ekonomiska produktionen. Statistiken visar att de allra flesta frakturer orsakas av trötthet.

Flera broar i USA har upplevt trötthetsfraktur sprickor vid svetsetån nära änden av svetsen, som visas i figur 2-53. Det finns hög spänningskoncentration vid sprickplatsen som visas i diagrammet. Vid belastning koncentreras plattans plan förskjutning på en relativt smal och icke stödd höjd på plattan. dvs. höjden på plattan från vingplattan till botten av det förstärkande revbenet (i det skuggade området), vilket orsakar att nätplattan Spricka på den platsen.

Trötthet definieras som skador på strukturkomponenter som orsakas av start och långsam spridning av sprickor orsakade av upprepad stred Kära. Den trötthet fraktur process går vanligtvis igenom tre steg: sprick initiering, stabil förökning, och instabil spridning.

(1) Egenskaper för trötthetsfraktur

Vid makroskopisk analys av trötthetsfrakturer delas frakturen i allmänhet upp i tre områden, vilket motsvarar bildningen, Förökning och momentana frakturstadier av utmattningssprickor, dvs. utmattningskällon. Utmattningsförökningszon och momentant förökningszon, som visas i figur 2–54.

Trötthetskällzonen är den verkliga rekord som bildas av trötthetsprocesser på frakturytan. På grund av den lilla storleken på utmattningskällan Det är svårt att särskilja tvärsnittets egenskaper hos utmattningskällans område makroskopiskt. Trötthetskällor förekommer i allmänhet på ytan, men om det finns fel inuti komponenten, såsom sköra inklusioner, De kan också förekomma i komponenten. Ibland finns det mer än en trötthetskälla, men det finns två eller till och med fler. För trötthet i lågcykel, på grund av dess större stam amplitud, Det finns ofta flera utmattningskällor på olika positioner på frakturytan.

(2) Faktorer som påverkar trötthetsstyrkan hos svetsade strukturer

De faktorer som påverkar basmaterialets utmattningsstyrka, såsom spänningskoncentration, tvärsnittsstorlek, ytförhållande. lastningsförhållanden osv. har också en inverkan på den svetsade strukturen. Dessutom, vissa egenskaper i själva svetsstrukturen, såsom förändringar i prestanda för leden nära söm området, Svetsrest spänning m.m. kan också påverka svetsströtthet.

(1) Inverkan av spänningskoncentration i svetsade strukturer. På grund av olika spänningskoncentrationer i leden, De har varierande grader av negativa effekter på ledens trötthetsstyrka.

(2) Experimentella forskning om påverkan av förändringar i metallegenskaper nära sömzonen visar att svetsning av koldioxidsnålt stål under gemensamma förändringar i metallegenskaper Använd linjenergi. Trötthetsstyrkan i den värmepåverkade zonen är ganska lik den i oädel metallen. och de mekaniska egenskaperna hos metallen i nära sömzonen har en relativt liten inverkan på trötthet styrkan i ledden ..

(3) Påverkan av resterande stress på strukturell trötthetsstyrka beror på fördelningsläget för resterande stress. I områden med hög arbetstryck, t.ex. spänningskoncentrationsområden och den yttre kanten av böjda komponenter, resterande spänning är draghåll, vilket minskar trötthetsstyrka; Tvärtom, Om det finns kompressiva påfrestningar på den platsen kommer trötthetsstyrkan att öka. Dessutom gäller följande: påverkan av resterande stress på trötthetsstyrka är också relaterad till faktorer som stresskoncentration grad och stresscykel. Antal. Speciellt ju högre stresskoncentrationskoefficienten är, desto mer betydande påverkan av resterande stress.

(4) Inverkan av svetsdefekter på trötthetsstyrka är relaterad till felens typ, storlek, riktning och placering. Flake defekter (såsom sprickor, brist på fusion och ofullständig penetration) har större inverkan än fel med rundade hörn (t.ex. porer); Ytfel har större inverkan än inre fel. Fel i stresskoncentrationer har större inverkan än samma fel på ett enhetligt spänningsfält. Inverkan av flakvisa defekter vinkelrätt mot den tillämpade kraftens riktning är större än i andra riktningar. Defekter i återstående draghållfasthetsfält har större inverkan än de i resterande tryckspänningZon.

(3) Åtgärder för att förbättra trötthetsstyrkan

1. Minska spänningskoncentrationen i komponenter

Spänningskoncentrationen i strukturen är den viktigaste faktorn för att minska utmattningsstyrkan hos svetsade strukturer. och följande åtgärder vidtas i allmänhet:

(1) Minska spänningskoncentrationen med en rimlig komponentstruktur för att förbättra trötthetsstyrka.

(2) Rimligt välj den gemensamma formulären och försök att använda butt leder med låga spänningskoncentrationsfaktorer, med en jämn övergång i form av svetssömmen. Kontinuerlig svetsning är mer fördelaktig än intermittent svetsning för vibrationsbelastning, och filésvetsning bör användas så lite som möjligt.

(3) Vid användning av filésvets måste omfattande åtgärder vidtas, såsom bearbetning av svetsningens ände. välja formen på filéplattan rimligt, och säkerställa att roten av svetsen är fullt penetrerad.

(4) Använda ytbearbetningsmetoder för att eliminera olika spår nära svetssömmen och minska spänningskoncentrationen i ledden

2. Process åtgärder för att förbättra trötthetsstyrkan i svetsade strukturer

(1) Korrekt svetsspecifikationer bör väljas i processen för att säkerställa att svetssömmen är väl formad och det finns inga defekter inuti eller ute. Sidan.

(2) TIG svetsbåge forma kan avsevärt förbättra trötthet styrkan i svetsade leder.

(3) Justera resterande påfrestning. Det finns två typer av metoder: övergripande behandling av strukturer och komponenter, inklusive överskjutningsmetod för överbelastning eller överbelastning. Lokal behandling av det gemensamma området innebär att man använder metoder såsom uppvärmning, rullning, och lokal explosion för att generera resterande stress vid ledens stresskoncentration.

(4) Att förbättra de mekaniska egenskaperna hos material genom ytförstärkande behandling kan öka trötthetsstyrkan i leder genom användning. Småhjulsträngning eller lätt knackning av svetsytan och övergångszon med en hammare, eller spruta svetsytan med små stålkulor.

3. Antagande av särskilda skyddsåtgärder

Användningen av särskilda plastbeläggningar för att förbättra utmattningsprestanda hos svetsade leder är en ny teknik med betydande effekter.

2. Brittle fraktur i svetsade strukturer

Sedan den omfattande användningen av svetsade konstruktioner har många länder upplevt olyckor med sköra frakturer av svetsade konstruktioner. med allvarliga och till och med katastrofala konsekvenser. Resultaten av en gemensam undersökning som gjorts av Förenade kungarikets atomenergiorgan och FN:s tekniska kommitté visar att majoriteten av katastrofen i stort Olyckor som inträffade i 12700 tryckkärl under tillverkning var sköra frakturer. med en olycksfrekvens på 2,3 × 10~4 bland 100300 tryckkärl i drift, Den katastrofala olycksfrekvensen är 0,7 × 10~4, skadorfrekvens 12,5 × 10~4 Totalt 13.2 × 1 till 4. Det mest typiska exemplet på många allvarliga olyckor är kollapsen av He. Sesselt Bridge på Albertkanalen i Belgien den 14 mars 1938.

(1) Egenskaper för sköra frakturer

(1) Bristfraktur inträffar i allmänhet när spänningen inte är högre än den strukturella konstruktionen och det inte förekommer någon betydande deformation av plast. och det sträcker sig till hela strukturen, vilket resulterar i allvarliga förluster.

(2) Bräckfraktur utgår ofta från den punkt där spänningskoncentrationen är belägen, såsom förekomsten av defekter och svetsar i komponenten.

(3) Vid låga temperaturer är tjocka sektioner och höga belastningar benägna att spröda frakturer vid dynamisk belastning. Ett stort antal studier av olyckor med sköra frakturer har visat att orsakerna till att svetsa sköra frakturer är mångfacetterade. men de viktigaste är felaktig materialval, orimlig design, ofullkomliga tillverkningsprocesser och inspektionstekniker.

(2) Faktorer som påverkar sköra metallfrakturer

1. Inverkan av temperaturen på skadesättet

Att sänka temperaturen kommer att omvandla felläget från plastfel till spröda fel. Detta beror på att när temperaturen minskar ökar risken för klyvningsfrakturer, och materialet kommer att genomgå en övergång från duktil till spröd fraktur, det vill säga, den sköra övergångstemperaturen för materialet ökar.

2. Inflytande av stress staten

Objekt generera olika normala spänningar på olika tvärsnitt när de utsätts för externa belastningar och skjuv stress т, Bland dem, det finns en maximal normal spänning max Bri Max och t Max och dess förhållande till Max är relaterad till lastningsmetoden. A = bj Max/ t Max kallas spänningstillståndskoefficienten, vilket är relaterat till belastningsmetoden och formen på delen. Den ökade spänningstillståndet leder till duktil fraktur i plast deFormation skjuv stress, medan man reducerar det är fördelaktigt för spröda frakturer under normal påfrestning.

3. Inverkan av belastningshastighet

Forskning har visat att ökad lasthastighet kan leda till brist på material, vilket är likvärdigt med att sänka temperaturen. Det bör också påpekas att vid samma lastningshastighet, när det föreligger fel i konstruktionen, Belastningshastigheten kan ha en negativ effekt att fördubblas. Därför att stresskoncentrationen i hög grad minskar materialets lokala plasticitet.

4. Inverkan av materiell status.

(1) Påverkan av plattans tjocklek är först att tjocka plattor är benägna att bilda ett planstamningstillstånd av tredimensionell spänning vid felplatsen. Dessutom har tjocka plattor färre rullcykler, lös mikrostruktur och ojämna inre och yttre egenskaper.

(2) Inverkan av spannmålsstorlek har en betydande inverkan på den spröda övergångstemperaturen. Ju finare säden, desto lägre övergångstemperatur.

(3) Den kemiska sammansättningens inverkan på ämnen som C, N, O, H, S, P i stål kan öka dess spröthet.