1. Уменьшите концентрацию напряжений. Точка концентрации напряжения в источнике усталостной трещины на сварном соединении и конструкции, а также все средства устранения или уменьшения концентрации напряжений могут улучшить усталостную прочность конструкции.
(1) Принять разумную структурную форму
① Предпочтительны стыковые соединения, а соединения внахлестку не используются в максимально возможной степени;Т-образные или угловые соединения в важных конструкциях заменяют на стыковые, чтобы сварные швы избегали углов;при использовании Т-образных или угловых соединений предполагается использовать стыковые сварные швы с полным проплавлением.
② Старайтесь избегать эксцентричной нагрузки, чтобы внутренняя сила элемента могла передаваться плавно и равномерно, не вызывая дополнительного напряжения.
③Чтобы уменьшить внезапное изменение сечения, когда толщина или ширина плиты сильно различаются и их необходимо стыковать, следует спроектировать плавную переходную зону;острый угол или угол конструкции следует придать дугообразную форму, причем чем больше радиус кривизны, тем лучше.
④Избегать трехсторонних сварных швов, пересекающихся в пространстве, стараться не устанавливать сварные швы в зонах концентрации напряжений, а также стараться не устанавливать поперечные сварные швы на основных растянутых элементах;Когда это неизбежно, необходимо гарантировать внутреннее и внешнее качество сварного шва, а также уменьшить схождение сварного шва.концентрация стресса.
⑤Для стыковых сварных швов, которые можно сваривать только с одной стороны, в важных конструкциях не допускается размещать подкладочные пластины сзади;избегайте использования прерывистых сварных швов, поскольку в начале и конце каждого сварного шва наблюдается высокая концентрация напряжений.
(2).Правильная форма сварного шва и хорошее качество сварного шва внутри и снаружи.
① Остаточная высота стыкового шва должна быть как можно меньшей, и лучше всего после сварки выровнять (или отшлифовать), не оставляя остаточной высоты;
② Для Т-образных соединений лучше всего использовать угловые швы с вогнутыми поверхностями, без угловых швов с выпуклостями;
③ Носок в месте соединения сварного шва и поверхности основного металла должен быть плавным, при необходимости его следует зашлифовать или аргонодуговым переплавить, чтобы уменьшить там концентрацию напряжений.
Все дефекты сварки имеют разную степень концентрации напряжений, особенно наибольшее влияние на усталостную прочность оказывают чешуйчатые дефекты сварки, такие как трещины, непровары, несплавления и закусывания кромок и т. д.Поэтому при проектировании конструкции необходимо обеспечить легкость сварки каждого сварного шва, чтобы уменьшить дефекты сварки, а дефекты, превышающие стандарт, необходимо удалить.
2.Отрегулируйте остаточное напряжение
Остаточные сжимающие напряжения на поверхности элемента или концентрация напряжений могут повысить усталостную прочность сварной конструкции.Например, регулируя последовательность сварки и локальный нагрев, можно получить поле остаточных напряжений, способствующее повышению усталостной прочности.Кроме того, упрочнение поверхностной деформации, такое как прокатка, ковка или дробеструйная обработка, также может быть применено для пластической деформации и упрочнения поверхности металла, а также для создания остаточного сжимающего напряжения в поверхностном слое для достижения цели повышения усталостной прочности.
Остаточное сжимающее напряжение в верхней части надреза можно получить, используя однократное растяжение элемента с надрезом перед перегрузкой.Это связано с тем, что знак остаточного напряжения надреза после упругой разгрузки всегда противоположен знаку напряжения надреза во время (упругопластического) нагружения.Этот метод не пригоден для перегрузки на изгиб или многократного растяжения.Его часто сочетают с приемочными испытаниями конструкций, например, с сосудами под давлением для гидравлических испытаний, которые могут играть роль растяжения перед перегрузкой.
3.Улучшить структуру и свойства материала
Прежде всего, следует учитывать улучшение усталостной прочности основного металла и металла сварного шва, исходя из внутреннего качества материала.Металлургическое качество материала должно быть улучшено для уменьшения включений в него.Важные компоненты могут быть изготовлены из материалов процессов плавки, таких как вакуумная плавка, вакуумная дегазация и даже электрошлаковый переплав, чтобы обеспечить чистоту;Усталостную долговечность зернистой стали можно повысить путем рафинирования при комнатной температуре.Наилучшую микроструктуру можно получить путем термообработки, а пластичность и ударную вязкость можно улучшить при одновременном повышении прочности.Отпущенный мартенсит, низкоуглеродистый мартенсит и низший бейнит обладают более высокой усталостной стойкостью.Во-вторых, прочность, пластичность и ударная вязкость должны быть разумно подобраны.Прочность — это способность материала сопротивляться разрушению, но высокопрочные материалы чувствительны к надрезам.Основная функция пластичности заключается в том, что посредством пластической деформации можно поглотить работу деформации, уменьшить пик напряжения, перераспределить высокое напряжение, пассивировать надрез и кончик трещины, а расширение трещины можно облегчить или даже остановить.Пластичность может гарантировать полную игру прочности.Следовательно, для высокопрочных и сверхвысокопрочных сталей попытка немного улучшить пластичность и вязкость значительно улучшит их усталостную прочность.
4.Специальные меры защиты
Атмосферная средняя эрозия часто влияет на усталостную прочность материалов, поэтому выгодно использовать определенное защитное покрытие.Например, практическим методом улучшения является покрытие пластикового слоя, содержащего наполнители при концентрациях напряжений.
Время публикации: 27 июня 2023 г.