Medidas para melhorar a resistência à fadiga de estruturas soldadas
1) Reduzir a concentração de tensões da fonte de trincas de fadiga na junta soldada e na estrutura do ponto de concentração de tensões, eliminar ou reduzir todos os meios de concentração de tensões, pode melhorar a resistência à fadiga da estrutura.
(1) Adote uma forma estrutural razoável
① Dê prioridade às juntas de topo, tente não usar juntas sobrepostas; A junta em forma de T ou junta angular é transformada em uma junta de topo, para que a solda evite a parte de canto; Ao usar juntas em T ou juntas angulares, é desejável usar soldas de topo totalmente permeáveis.
② Tente evitar o projeto de carga excêntrica, para que a força interna do membro seja suave e uniformemente distribuída, e não cause tensão adicional.
③ Para reduzir a mudança repentina de seção, quando a espessura ou a largura da placa for muito diferente e o encaixe for necessário, uma área de transição suave deve ser projetada; O canto ou canto afiado na estrutura deve ser feito em forma de arco, e quanto maior o raio de curvatura, melhor.
④ Evite a convergência espacial de soldas de três vias, tente não fixar as soldas na área de concentração de tensão e tente não fixar as soldas transversais nos principais membros de tensão; Quando inevitável, é necessário garantir a qualidade interna e externa da solda e reduzir a concentração de tensão na ponta.
⑤A solda de topo só pode ser soldada em um lado, e a placa de apoio permanente não pode ser colocada na parte de trás da estrutura importante; Evite usar soldas intermitentes porque há uma alta concentração de tensão no início e no fim de cada solda.
(2) Forma correta da solda e boa qualidade interna e externa da solda
(1) A altura residual da solda de topo deve ser a menor possível, sendo melhor aplainar (ou retificar) após a soldagem, sem deixar nenhuma altura residual;
② É melhor usar soldas de filete com superfícies côncavas para juntas em forma de T, sem soldas de filete com convexidade;
③ O dedo do pé na junção da solda e a superfície do metal base deve ser suavemente movimentado, e o dedo do pé deve ser retificado ou derretido novamente com arco de argônio, se necessário, para reduzir a concentração de tensões ali.
Todos os defeitos de soldagem têm diferentes graus de concentração de tensão, especialmente defeitos de soldagem de lascas, como rachaduras, não penetração, não fusão e mordedura de borda, etc., têm o maior impacto na resistência à fadiga. Portanto, no projeto estrutural, é necessário garantir que cada solda seja fácil de soldar, a fim de reduzir defeitos de soldagem, e os defeitos que excedem o padrão devem ser removidos.
2) Ajuste a tensão residual
A tensão compressiva residual na superfície do membro ou a concentração de tensão pode melhorar a resistência à fadiga da estrutura soldada. Por exemplo, ajustando a sequência de soldagem e o aquecimento local, é possível obter um campo de tensão residual que é propício para melhorar a resistência à fadiga. Além disso, o reforço da deformação da superfície, como laminação, martelamento ou shot peening, também pode ser adotado para fazer a deformação plástica e o endurecimento da superfície do metal, e produzir tensão compressiva residual na camada superficial para atingir o propósito de melhorar a resistência à fadiga.
A tensão residual de compressão no topo do entalhe pode ser obtida usando alongamento de pré-sobrecarga único para o membro entalhado. Isso ocorre porque o sinal da tensão residual do entalhe após a descarga elástica é sempre o oposto do sinal da tensão do entalhe durante o carregamento (elastoplástico). Este método não é adequado para sobrecarga de flexão ou carregamento de tração múltipla. Ele é frequentemente combinado com testes de aceitação estrutural, como vasos de pressão para testes hidráulicos, pode desempenhar um papel de tração de pré-sobrecarga.
3) Melhorar a estrutura e as propriedades do material
Em primeiro lugar, melhorar a resistência à fadiga do metal base e do metal de solda também deve ser considerado a partir da qualidade intrínseca do material. A qualidade metalúrgica do material deve ser melhorada para reduzir a inclusão nele. Componentes importantes podem ser feitos de materiais de processos de fundição, como fusão a vácuo, desgaseificação a vácuo e até mesmo refusão por eletroescória para garantir a pureza; A vida útil à fadiga do aço granulado pode ser melhorada pelo refino à temperatura ambiente. A melhor microestrutura pode ser obtida por tratamento térmico, e a plasticidade e a tenacidade podem ser melhoradas enquanto a resistência é aumentada. Martensita temperada, martensita de baixo carbono e bainita inferior têm maior resistência à fadiga. Em segundo lugar, resistência, plasticidade e tenacidade devem ser razoavelmente combinadas. Resistência é a capacidade de um material de resistir à quebra, mas materiais de alta resistência são sensíveis a entalhes. A principal função da plasticidade é que, por meio da deformação plástica, o trabalho de deformação pode ser absorvido, o pico de tensão pode ser reduzido, o alto estresse pode ser redistribuído e o entalhe e a ponta da trinca podem ser passivados, e a expansão da trinca pode ser aliviada ou até mesmo interrompida. A plasticidade pode garantir a resistência do jogo completo. Portanto, para aço de alta resistência e aço de ultra-alta resistência, tentar melhorar um pouco a plasticidade e a tenacidade melhorará significativamente sua resistência à fadiga.
4) Medidas especiais de proteção
A erosão do meio atmosférico frequentemente tem um impacto na resistência à fadiga dos materiais, então é vantajoso usar um certo revestimento protetor. Por exemplo, revestir uma camada de plástico contendo enchimentos em concentrações de tensão é um método prático de melhoria.
