Maßnahmen zur Verbesserung der Dauerfestigkeit von Schweißkonstruktionen
1) Reduzieren Sie die Spannungskonzentration der Ermüdungsrissquelle in der Schweißverbindung und in der Struktur des Spannungskonzentrationspunkts. Durch Eliminieren oder Reduzieren aller Spannungskonzentrationsquellen kann die Ermüdungsfestigkeit der Struktur verbessert werden.
(1) Eine sinnvolle Strukturform wählen
① Stumpfverbindungen sollten bevorzugt werden. Vermeiden Sie möglichst Überlappverbindungen. T-förmige Verbindungen oder Winkelverbindungen werden in Stumpfverbindungen umgewandelt, sodass die Schweißnaht den Eckteil vermeidet. Bei T-Verbindungen oder Winkelverbindungen sollten Stumpfnähte verwendet werden, die vollständig durchlässig sind.
② Versuchen Sie, bei der Konstruktion eine exzentrische Belastung zu vermeiden, damit die innere Kraft des Elements gleichmäßig verteilt ist und keine zusätzliche Spannung verursacht.
③ Um plötzliche Querschnittsänderungen zu reduzieren, sollte ein glatter Übergangsbereich entworfen werden, wenn die Plattendicke oder -breite sehr unterschiedlich ist und ein Andocken erforderlich ist. Die scharfen Ecken oder Kanten der Struktur sollten bogenförmig sein. Je größer der Krümmungsradius ist, desto besser.
④ Vermeiden Sie die räumliche Konvergenz von Dreiwegeschweißnähten, versuchen Sie, die Schweißnähte nicht im Spannungskonzentrationsbereich anzubringen, und versuchen Sie, die Querschweißnähte nicht auf den Hauptzugelementen anzubringen. Wenn dies unvermeidbar ist, ist es notwendig, die innere und äußere Qualität der Schweißnaht sicherzustellen und die Spannungskonzentration an der Spitze zu verringern.
⑤Die Stumpfschweißung kann nur auf einer Seite durchgeführt werden, und die permanente Trägerplatte darf nicht auf der Rückseite der wichtigen Struktur angebracht werden. Vermeiden Sie unterbrochene Schweißnähte, da am Anfang und Ende jeder Schweißnaht eine hohe Spannungskonzentration auftritt.
(2) Korrekte Schweißnahtform und gute Schweißnahtqualität innen und außen
(1) Die Resthöhe der Stumpfstoßschweißung sollte möglichst gering sein. Am besten ist es, die Schweißnaht nach dem Schweißen glatt zu hobeln (oder abzuschleifen), ohne dass eine Resthöhe verbleibt.
② Für T-förmige Verbindungen verwendet man am besten Kehlnähte mit konkaven Oberflächen, ohne Kehlnähte mit konvexen Oberflächen.
③ Die Nahtstelle zwischen Schweißnaht und Oberfläche des Grundmetalls muss glatt übergehen und bei Bedarf geschliffen oder mit einem Argonlichtbogen umgeschmolzen werden, um die Spannungskonzentration dort zu verringern.
Alle Schweißfehler weisen unterschiedliche Spannungskonzentrationen auf, insbesondere Flockenschweißfehler wie Risse, Nichtdurchdringung, Nichtverschmelzung und Kantenbeißen usw. haben den größten Einfluss auf die Dauerfestigkeit. Daher muss bei der Konstruktionskonstruktion sichergestellt werden, dass jede Schweißnaht leicht zu schweißen ist, um Schweißfehler zu reduzieren, und die Fehler, die den Standard überschreiten, müssen entfernt werden.
2) Passen Sie die Restspannung an
Die Restdruckspannung auf der Oberfläche des Bauteils oder die Spannungskonzentration können die Dauerfestigkeit der geschweißten Struktur verbessern. Durch Anpassen der Schweißreihenfolge und lokales Erhitzen ist es beispielsweise möglich, ein Restspannungsfeld zu erhalten, das zur Verbesserung der Dauerfestigkeit beiträgt. Darüber hinaus kann auch eine Oberflächenverformungsverstärkung, wie z. B. Walzen, Hämmern oder Kugelstrahlen, eingesetzt werden, um die Metalloberfläche plastisch zu verformen und zu härten und Restdruckspannungen in der Oberflächenschicht zu erzeugen, um die Dauerfestigkeit zu verbessern.
Die Restdruckspannung an der Oberseite der Kerbe kann durch einmaliges Dehnen des gekerbten Bauteils vor der Überlastung erhalten werden. Dies liegt daran, dass das Vorzeichen der Kerbrestspannung nach der elastischen Entlastung immer das entgegengesetzte Vorzeichen der Kerbspannung während der (elastoplastischen) Belastung ist. Diese Methode ist nicht für Biegeüberlastung oder mehrfache Zugbelastung geeignet. Sie wird häufig mit strukturellen Abnahmetests kombiniert, z. B. Druckbehälter für Hydrauliktests, und kann eine Rolle bei der Zugprüfung vor der Überlastung spielen.
3) Verbesserung der Struktur und Eigenschaften des Materials
Zunächst sollte die Verbesserung der Dauerfestigkeit von Grundmetallen und Schweißmetallen auch von der intrinsischen Qualität des Materials aus betrachtet werden. Die metallurgische Qualität des Materials sollte verbessert werden, um Einschlüsse darin zu reduzieren. Wichtige Komponenten können aus Materialien aus Schmelzprozessen wie Vakuumschmelzen, Vakuumentgasung und sogar Elektroschlacke-Umschmelzen hergestellt werden, um Reinheit zu gewährleisten; die Dauerfestigkeit von Kornstahl kann durch Raffination bei Raumtemperatur verbessert werden. Die beste Mikrostruktur kann durch Wärmebehandlung erreicht werden, und die Plastizität und Zähigkeit können verbessert werden, während die Festigkeit erhöht wird. Angelassener Martensit, Martensit mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und niedriger Bainit haben eine höhere Dauerfestigkeit. Zweitens sollten Festigkeit, Plastizität und Zähigkeit angemessen aufeinander abgestimmt sein. Festigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, Brüchen zu widerstehen, aber hochfeste Materialien sind empfindlich gegenüber Kerben. Die Hauptfunktion der Plastizität besteht darin, dass durch plastische Verformung Verformungsarbeit absorbiert, Spannungsspitzen reduziert, hohe Spannungen umverteilt, Kerben und Rissspitzen passiviert und die Rissausbreitung gemildert oder sogar gestoppt werden können. Durch Plastizität kann die Festigkeit voll ausgeschöpft werden. Daher kann bei hochfestem Stahl und ultrahochfestem Stahl die Ermüdungsbeständigkeit deutlich verbessert werden, wenn versucht wird, die Plastizität und Zähigkeit ein wenig zu verbessern.
4) Besondere Schutzmaßnahmen
Die Erosion durch atmosphärische Medien wirkt sich häufig auf die Dauerfestigkeit von Materialien aus, sodass die Verwendung einer bestimmten Schutzbeschichtung vorteilhaft ist. Eine praktische Verbesserungsmethode ist beispielsweise das Auftragen einer Kunststoffschicht mit Füllstoffen an Spannungskonzentrationen.
