Porucha únavy a křehká zlomenina svařovaných konstrukcí

1. únava selhání svařovaných konstrukcí

Z velkého množství statistických údajů vyplývá, že více než 80% konstrukčních selhání v inženýrství je způsobeno únavou. Ve výzkumné zprávě předložené národním úřadem pro normy ministerstva obchodu usa kongresu usa se uvádí, že spojené státy každoročně zaplatí náklady ve výši 119 miliard dolarů za zlomeninu a prevenci, odpovídá 4% celkové národní hospodářské produkce. Statistiky ukazují, že drtivá většina zlomenin je způsobena únavou.

Několik mostů ve spojených státech zaznamenalo únavové zlomeniny na špičce svařování blízko konce svařování, jak je znázorněno na obrázcích 2-53. Na místě trhliny, které jsou uvedeny na diagramu, je vysoká koncentrace stresu. Při zatížení je posunutí plochy síťové desky koncentrováno v relativně úzké a nepodložené výšce síťové desky, tj. výška síťové desky od desky křídla až po spodní část výstužného žebru (ve stínované oblasti), což způsobuje prasknutí síťové desky na tomto místě.

Únava je definována jako poškození strukturálních složek způsobená iniciací a pomalým šířením trhlin způsobených opakovanými napětím. Proces zlomenin únavy obvykle prochází třemi etapami: iniciací trhliny, stabilní šíření a nestabilní šíření.

(1) vlastnosti únavy zlomeniny povrchu

Při provádění makroskopické analýzy únavové zlomeniny je plocha zlomeniny obecně rozdělena do tří zón, které odpovídají formaci, šíření a okamžité zlomové fázi únavových trhlin, a to zóně zdroje únavy, únava šíření zóna, a okamžité šíření zóny, jak je znázorněno na obrázcích 2-54.

Zdrojová zóna únavy je skutečným záznamem, který zanechal proces tvorby únavy prasklin na povrchu zlomenin. Vzhledem k malé velikosti oblasti zdroje únavy je obtížné makroskopicky rozlišovat příčové vlastnosti oblasti zdroje únavy. Zdroje únavy se obvykle vyskytují na povrchu, ale pokud jsou uvnitř součásti vady, například křehké inkluze, mohou se vyskytnout i uvnitř součásti. Někdy existuje více než jeden zdroj únavy, ale jsou tu dva nebo dokonce více. Pro nízkou únavu cyklu, vzhledem k jeho větší amplitudě namáhavosti, existuje často několik zdrojů únavy umístěných v různých polohách na povrchu zlomeniny.

(2) faktory ovlivňující pevnost únavy svařovaných konstrukcí

Faktory, které ovlivňují pevnost únavy základního materiálu, jako je koncentrace napětí, velikost příčného průřezu, stav povrchu, podmínky nakládky atd., mají také vliv na svařovanou strukturu. Kromě toho mohou mít některé vlastnosti samotné svařovací struktury, jako jsou změny výkonu kloubu v blízkosti oblasti švu, zváření zbytkové napětí atd., rovněž dopad na zvářací únavu.

(1) vliv stresové koncentrace ve svařovaných konstrukcích. Vzhledem k různým stresovým koncentracím v kloubu mají různé míry nežádoucích účinků na únavovou sílu kloubu.

(2) experimentální výzkum týkající se vlivu změn vlastností kovu v blízkosti švové zóny ukazuje, že svařování nízkouhlíkové oceli za běžně používaného vedení energie. Únavová síla tepelně postižené zóny je poměrně podobná síle základního kovu, a mechanické vlastnosti kovu v blízkém švu mají relativně malý vliv na únavovou sílu kloubu.

(3) vliv zbytkového napětí na pevnost strukturální únavy závisí na stavu distribuce zbytkového napětí. V oblastech s vysokým pracovním stresem, jako jsou oblasti koncentrace napětí a vnější hrana ohnutých složek, je zbytkové napětí v tahu, což snižuje pevnost únavy; naopak, pokud na tomto místě existuje reziduální tlak, bude zvýšena pevnost únavy. Navíc vliv zbytkového namáhavosti na únavovou sílu souvisí i s faktory, jako je míra koncentrace stresu a počet cyklu zátěžového cyklu, zejména čím vyšší je koeficient koncentrace napětí, čím významnější je vliv zbytkového napětí.

(4) dopad vadů svařování na pevnost únavy souvisí s typem, velikostí, směrem a místem defektů. Vady vloček (jako jsou praskliny, nedostatek fúzie a neúplná penetrace) mají větší dopad než defekty se zaoblenými rohy (jako jsou póry); povrchové vady mají větší dopad než vnitřní vady; vady umístěné v oblastech koncentrace napětí mají větší dopad než stejná defekt v jednotném stresovém poli; Vliv vlažných defektů kolmých na směr aplikované síly je větší než v jiných směrech; vady umístěné ve zbytkovém napěťovém poli mají větší dopad než v zbytkovém tlakovém napětí.Zóna.

(3) opatření ke zlepšení síly únavy

1. snížení koncentrace stresu v složkách

Stresová koncentrace ve struktuře je hlavním faktorem při snižování únavové síly svařovaných konstrukcí a obecně se přijímají následující opatření.

(1) snížit koncentraci stresu s rozumnou strukturou složky, aby se zlepšila pevnost únavy.

(2) rozumně zvolte společný tvar a zkuste použít zadkové spoje s nízkými faktory koncentrace napětí, s hladkým přechodem v podobě svařovacího švu. Kontinuální svařování je výhodnější než intermitentní svařování pro vibrační zatížení a svařování filet by mělo být používáno co nejméně.

(3) při použití filetových svařů musí být přijata komplexní opatření, jako je opracování konce svařování, rozumně výběr tvaru seřizovací desky, a zajistit, aby kořen svařování byl plně proniknut.

(4) použití povrchových obráběcích metod k odstranění různých drážek v blízkosti svařovacího švu a snížení koncentrace napětí v kloubu

2. procesní opatření ke zlepšení únavové síly svařovaných konstrukcí

(1) v procesu by měly být vybrány správné specifikace pro svařování, aby se zajistilo, že svařovací šev je dobře tvořen a že neexistují žádné defekty uvnitř nebo venku.

(2) tvarování oblouku pro svařování tig může významně zlepšit únavovou pevnost svařovaných kloubů.

(3) upravit zbytkové napětí. There are two types of methods: overall treatment of structures and components, including overall annealing or overload pre stretching method; local treatment of the joint area involves using methods such as heating, rolling, a lokální výbuch k generování zbytkového napětí v bodě koncentrace napětí v kloubu.

(4) zlepšení mechanických vlastností materiálů prostřednictvím povrchové posilovací úpravy může zvýšit únavovou pevnost kloubů pomocí vytlačení malého kola nebo lehce poklepáním na povrch svařování a přechodnou zónu s kladivem, nebo postřikování svařovací plochy malými ocelovými koulemi.

3. přijímání zvláštních ochranných opatření

Použití speciálních plastových nátěrů ke zlepšení únavy svařovaných kloubů je novou technologií s významným účinkem.

2. křehká zlomenina svařovaných konstrukcí

Od rozsáhlého použití svařovaných konstrukcí se v mnoha zemích vyskytly křehké zlomeniny svařovaných konstrukcí s vážnými a dokonce katastrofickými důsledky. Výsledky společného šetření spojeného království pro atomovou energii a technického výboru organizace spojených národů naznačují, že většina katastrofických nehod, ke kterým došlo v roce 12700 tlakových nádob v výrobě, byla křehká zlomenina, s úrazovou sazbou 2,3 × 10 ~ 4; mezi tlakovými nádobami 100300 v provozu, The catastrophic accident rate is 0.7 × 10 ~ 4, injury accident rate 12.5 × 10 ~ 4 total 13.2 × 1 to 4. nejtypickým příkladem mnoha vážných nehod je kolaps hesseltského mostu na albertském kanálu v belgii dne 14. března 1938.

(1) vlastnosti křehké zlomeniny

(1) křehká zlomenina se obvykle vyskytuje, když je napětí vyšší než konstrukční konstrukční napětí a neexistuje žádná významná plastická deformace a vztahuje se na celou strukturu, což vede k vážným ztrátám.

(2) křehká zlomenina často začíná z bodu koncentrace napětí, jako je přítomnost defektů a svařování v rámci součásti.

(3) při nízkých teplotách jsou tlusté úseky a vysoké míry namáhavosti náchylné k křehké zlomenině při dynamickém zatížení. Řada studií o nehodách s křehkými zlomeninami ukázala, že důvody pro zváření křehké zlomeniny jsou mnohostranné, ale hlavní z nich jsou nesprávný výběr materiálu, nepřiměřený návrh, nedokonalé výrobní procesy, a inspekční techniky.

(2) faktory ovlivňující křehké zlomeniny kovů

1. vliv teploty na režim poškození

Snížení teploty změní režim selhání z selhání plastu na křehkou poruchu. Je tomu tak proto, že s poklesem teploty se zvyšuje riziko zlomeniny štěpnutí a materiál provede přechod od proměnné ke křehké zlomenině, tj. zvyšuje se krehká přechodná teplota materiálu.

2. the influence of stress state

Objekty vytvářejí různé normální napětí na různých průřezech, když jsou vystaveny vnějším zatížením b a šmykovým napětím т, mezi nimi je maximální normální napětí b max a maximální šmyková napětí т max. b max a т max a její poměr b max/т max souvisí s metodou nakládání. A = б max/т max se nazývá koeficient stavu napětí, který souvisí s metodou nakládání a tvarem části. B zvýšený stav napětí přispívá k proměnné zlomenině plastu deFormation shear stress, while b reducing it is beneficial for brittle fracture under normal stress.

3. the impact of loading speed

Výzkum ukázal, že zvyšující se rychlost nakládky může podporovat křehké selhání materiálů, což je rovnocenné snižování teploty. Je třeba rovněž upozornit na to, že při stejné míře zatížení může mít zátěžnost, pokud se vyskytly defekty ve struktuře, negativní účinek zdvojnásobení. Protože v tomto bodě koncentrace stresu výrazně snižuje místní plasticitu materiálu.

4. vliv materiálního stavu

(1) vliv tloušťky desky je nejprve v tom, že tlusté desky jsou náchylné k tvorbě rovnovážného stavu trojrozměrného napětí v místě defektu. Tlusté desky navíc mají méně válcových cyklů, volnou mikrostrukturu a nerovnoměrné vnitřní a vnější vlastnosti.

(2) vliv velikosti zrna má významný dopad na křehkou teplotu přechodu. Čím jemnější je zrno, tím nižší je teplota přechodu.

(3) vliv chemického složení na prvky jako c, n, o, h, s, p v oceli může zvýšit jeho křehkost.