Ermüdung versagen und spröde Fraktur von geschweißten Strukturen

1. Ermüdung versagen von geschweißten Strukturen

Eine große Menge statistischer Daten zeigt, dass über 80% der strukturellen Ausfälle im Engineering durch Ermüdung verursacht werden. Der vom National Bureau of Standards des US-Handels ministeriums dem US-Kongress vorgelegte Forschungs bericht besagt, dass die Vereinigten Staaten jährlich Kosten in Höhe von 119 Milliarden US-Dollar für Frakturen und Prävention zahlen. entspricht 4% der gesamten nationalen Wirtschafts leistung. Statistiken zeigen, dass die überwiegende Mehrheit der Frakturen durch Müdigkeit verursacht wird.

Bei mehreren Brücken in den Vereinigten Staaten sind Ermüdung bruch risse am Schweißnaht zeh nahe dem Ende der Schweißnaht aufgetreten, wie in den Abbildungen 2-53 gezeigt. Es gibt eine hohe Spannungs konzentration an der im Diagramm gezeigten Riss stelle. Unter Last konzentriert sich die ebene Verschiebung der Steg platte auf eine relativ enge und nicht unterstützte Höhe der Steg platte, dh die Höhe der Steg platte von der Flügel platte bis zum Boden der Verstärkungs rippe (im schattierten Bereich), wodurch die Steg platte an dieser Stelle reißt.

Ermüdung ist definiert als die Beschädigung von Struktur komponenten, die durch die Initiierung und langsame Ausbreitung von Rissen verursacht wird, die durch wiederholte Spannungen verursacht werden. Der Ermüdung bruch prozess durchläuft normaler weise drei Stufen: Riss initiierung, stabile Ausbreitung und instabile Ausbreitung.

(1) Merkmale der Ermüdung bruch oberfläche

Bei der Durchführung einer makros kop ischen Analyse von Ermüdung brüchen wird die Bruchfläche im Allgemeinen in drei Zonen unterteilt, die der Bildung, Ausbreitung und den momentanen Bruchs tufen von Ermüdung rissen entsprechen, nämlich der Ermüdung quellen zone. Ermüdung ausbreitung szone und momentane Ausbreitung szone, wie in den Abbildungen 2-54 gezeigt.

Die Ermüdung squell zone ist der eigentliche Rekord, der durch den Entstehung prozess von Ermüdung rissen auf der Bruchfläche entstanden ist. Aufgrund der geringen Größe des Ermüdung quellen bereichs ist es schwierig, die Querschnitts eigenschaften des Ermüdung quellen bereichs makros kopisch zu unterscheiden. Ermüdung quellen treten im Allgemeinen an der Oberfläche auf, aber wenn innerhalb des Bauteils Defekte vorhanden sind, wie z. B. spröde Einschlüsse, können sie auch innerhalb des Bauteils auftreten. Manchmal gibt es mehr als eine Ermüdung quelle, aber es gibt zwei oder sogar mehr. Bei geringer Zyklus ermüdung befinden sich aufgrund der größeren Dehnung amplitude häufig mehrere Ermüdung quellen an verschiedenen Positionen auf der Bruchfläche.

(2) Faktoren, die die Ermüdung festigkeit von geschweißten Strukturen beeinflussen

Die Faktoren, die die Ermüdung festigkeit des Basis materials beeinflussen, wie Spannungs konzentration, Querschnitts größe, Oberflächen zustand, Beladung bedingungen usw., wirken sich ebenfalls auf die geschweißte Struktur aus. Darüber hinaus können einige Eigenschaften der Schweiß struktur selbst, wie z. B. Änderungen der Leistung der Verbindung in der Nähe des Naht bereichs, Schweiß resten usw., Auswirkungen auf die Schweiß ermüdung haben.

(1) Der Einfluss der Spannungs konzentration in geschweißten Strukturen. Aufgrund unterschied licher Spannungs konzentrationen am Gelenk haben sie unterschied liche nachteilige Auswirkungen auf die Ermüdung festigkeit des Gelenks.

(2) Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss von Änderungen der Metalle igen schaften in der Nähe der Naht zone zeigen, dass das Schweißen von kohlenstoff armem Stahl unter häufig verwendeter Linien energie erfolgt. Die Ermüdung festigkeit der Wärme einfluss zone ist der des Grund metalls ziemlich ähnlich, und die mechanischen Eigenschaften des Metalls in der Naht zone haben einen relativ geringen Einfluss auf die Ermüdung festigkeit des Gelenks.

(3) Der Einfluss der Rests pannung auf die strukturelle Ermüdung festigkeit hängt vom Verteilungs zustand der Rests pannung ab. In Bereichen mit hoher Arbeits belastung, wie z. B. Spannungs konzentration bereichen und der Außenkante von gebogenen Komponenten, ist die Rests pannung Zug festigkeit, was die Ermüdung festigkeit verringert; im Gegenteil, wenn an dieser Stelle eine Drucks pannung vorliegt, wird die Ermüdung festigkeit erhöht. Darüber hinaus hängt der Einfluss der Rests pannung auf die Ermüdung festigkeit auch mit Faktoren wie Spannungs konzentration sgrad und Spannungs zyklus zahl zusammen, insbesondere je höher der Spannungs konzentration koeffizient ist. desto signifikanter ist der Einfluss der Rests pannung.

(4) Die Auswirkungen von Schweiß fehlern auf die Ermüdung festigkeit hängen von Art, Größe, Richtung und Ort der Defekte ab. Flocken defekte (wie Risse, fehlende Fusion und unvollständige Penetration) haben eine größere Auswirkung als Defekte mit abgerundeten Ecken (wie Poren); Oberflächen defekte haben eine größere Auswirkung als innere Defekte; defekte in Stress konzentration bereichen haben eine größere Auswirkung als der gleiche Defekt in einem gleichmäßigen Spannungs feld; Der Einfluss von schuppigen Defekten senkrecht zur Richtung der aufgebrachten Kraft ist größer als in anderen Richtungen; Defekte, die sich innerhalb des Rests pannungsfeldes befinden, wirken sich stärker aus als die der Rests pannungZone.

(3) Maßnahmen zur Verbesserung der Ermüdung festigkeit

1. reduzieren stress konzentration in komponenten

Die Spannungs konzentration in der Struktur ist der Hauptfaktor bei der Verringerung der Ermüdung festigkeit von geschweißten Strukturen, und die folgenden Maßnahmen werden im Allgemeinen ergriffen.

(1) Reduzieren Sie die Spannungs konzentration mit einer angemessenen Komponenten struktur, um die Ermüdung festigkeit zu verbessern.

(2) Wählen Sie die Gelenkform vernünftig und versuchen Sie, Stoß fugen mit geringen Spannungs konzentration faktoren zu verwenden, mit einem glatten Übergang in Form der Schweißnaht. Kontinuierliches Schweißen ist vorteilhafter als inter mit tieren des Schweißen für Vibrations lasten, und Filets ch weißen sollte so wenig wie möglich verwendet werden.

(3) Bei der Verwendung von Filet schweißnähten müssen umfassende Maßnahmen ergriffen werden, z. B. das Ende der Schweißnaht bearbeitet und die Form der Filet verbindungs platte angemessen ausgewählt werden. und sicher zustellen, dass die Wurzel der Schweißnaht vollständig durchdrungen ist.

(4) Verwendung von Oberflächen bearbeitungs methoden, um verschiedene Rillen in der Nähe der Schweißnaht zu beseitigen und die Spannungs konzentration in der Verbindung zu verringern

2. Prozess maßnahmen zur Verbesserung der Ermüdung festigkeit von geschweißten Strukturen

(1) Die richtigen Schweiß spezifikationen sollten dabei ausgewählt werden, um sicher zustellen, dass die Schweißnaht gut geformt ist und keine Mängel innen oder außen auftreten.

(2) Die WIG-Schweiß lichtbogen formung kann die Ermüdung festigkeit von Schweiß verbindungen erheblich verbessern.

(3) Rests pannung anpassen. Es gibt zwei Arten von Methoden: Gesamt behandlung von Strukturen und Komponenten, einschl ießlich Gesamt glühen oder Überlastung vor streck verfahren; Die lokale Behandlung des Gelenk bereichs umfasst die Verwendung von Methoden wie Erhitzen, Walzen, und lokale Explosion, um Rests pannung am Spannungs konzentration spunkt des Gelenks zu erzeugen.

(4) Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Materialien durch Oberflächen verstärkungs behandlung kann die Ermüdung festigkeit von Gelenken erhöhen, indem kleine Rad extrusion verwendet oder die Schweiß fläche und die Übergangs zone leicht mit einem Hammer geklopft werden. oder den Schweiß bereich mit kleinen Stahlkugeln besprühen.

3. Annahme besonderer Schutz maßnahmen

Die Verwendung spezieller Kunststoff beschichtungen zur Verbesserung der Ermüdung leistung von Schweiß verbindungen ist eine neue Technologie mit erheblichen Auswirkungen.

2. Spröder Bruch von geschweißten Strukturen

Seit der weit verbreiteten Anwendung von geschweißten Strukturen haben viele Länder Spröd bruch unfälle von geschweißten Strukturen mit schwer wiegenden und sogar katastrophalen Folgen erlebt. Die Ergebnisse einer gemeinsamen Untersuchung der britischen Atomen ergie behörde und des Technischen Komitees der Vereinten Nationen weisen darauf hin, dass die Mehrheit der katastrophalen Unfälle, die sich in 12700 in der Herstellung befindlichen Druck behältern ereigneten, spröde Brüche waren. mit einer Unfallrate von 2,3 × 10 ~ 4; Unter 100300 in Betrieb befindlichen Druck behältern, Die katastrophale Unfallrate beträgt 0,7 × 10 ~ 4, die Verletzungs unfallrate 12,5 × 10 ~ 4 insgesamt 13,2 × 1 bis 4. Das typisch ste Beispiel für viele schwere Unfälle ist der Einsturz der Hesselt brücke am Albert kanal in Belgien am 14. März 1938.

(1) Eigenschaften der Spröd fraktur

(1) Spröd brüche treten im Allgemeinen auf, wenn die Spannung nicht höher als die strukturelle Konstruktion spannung ist und keine signifikante plastische Verformung vorliegt, und sie erstreckt sich auf die gesamte Struktur, was zu starken Verlusten führt.

(2) Spröd bruch beginnt häufig am Punkt der Spannungs konzentration, wie z. B. das Vorhanden sein von Defekten und Schweißnähten innerhalb der Komponente.

(3) Bei niedrigen Temperaturen neigen dicke Abschnitte und hohe Dehnung raten dazu, unter dynamischer Belastung spröde zu brechen. Eine große Anzahl von Studien zu Spröd bruch unfällen hat gezeigt, dass die Gründe für das Schweißen von Spröd brüchen vielfältig sind, aber die wichtigsten sind unsachgemäße Material auswahl, unvernünftiges Design, unvollkommene Herstellungs prozesse. und Inspektions techniken.

(2) Faktoren, die den Spröd bruch von Metallen beeinflussen

1. Der Einfluss der Temperatur auf die Art des Schadens

Durch Absenken der Temperatur wird der Fehler modus von Kunststoff versagen zu Spröd versagen umgewandelt. Dies liegt daran, dass mit abnehmender Temperatur das Risiko eines Spalt bruchs zunimmt und das Material einen Übergang von duktilem zu sprödem Bruch erfährt, dh die spröde Übergangs temperatur des Materials steigt.

2. Der Einfluss von Stress zustand

Objekte erzeugen unterschied liche normale Spannungen an verschiedenen Querschnitten, wenn sie externen Belastungen ausgesetzt werden. verge genes Max und "Max" und sein Verhältnis "Max/" von Max "hängt mit der Lade methode zusammen. A = ² Max/Fs Max wird als Spannungs zustands koeffizient bezeichnet, der sich auf die Lade methode und die Form des Teils bezieht. Der erhöhte Spannungs zustand ist förderlich für duktile Bruch von Kunststoff deBildung Scherbe anspannung, während das Reduzieren für den Spröd bruch unter normaler Spannung von Vorteil ist.

3. Die Auswirkungen der Lade geschwindigkeit

Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Lade geschwindigkeit das Spröd versagen von Materialien fördern kann, was einer Temperatur reduzierung entspricht. Es sollte auch darauf hingewiesen werden, dass bei gleicher Belastungs rate bei Defekten in der Struktur die Dehnung srate einen negativen Effekt der Verdoppelung haben kann. Denn zu diesem Zeitpunkt reduziert die Spannungs konzentration die lokale Plastizität des Materials stark.

4. Der Einfluss des Materials tatus

(1) Der Einfluss der Platten dicke besteht zunächst darin, dass dicke Platten dazu neigen, an der Defekts telle einen ebenen Dehnung zustand drei dimensionaler Spannung zu bilden. Darüber hinaus haben dicke Platten weniger Walz zyklen, lockere Mikros truktur und ungleich mäßige innere und äußere Eigenschaften.

(2) Der Einfluss der Korngröße hat einen signifikanten Einfluss auf die spröde Übergangs temperatur. Je feiner das Korn, desto niedriger ist seine Übergangs temperatur.

(3) Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf Elemente wie C, N, O, H, S, P in Stahl kann seine Sprödigkeit erhöhen.