Что такое усталость сварной стали?

Усталость является причиной более 90 процентов отказов инженерных компонентов со сварными стальными деталями. Усталость стационарного оборудования вызывает серьезную озабоченность, однако она имеет решающее значение для мобильного оборудования, которое испытывает непредсказуемые нагрузки, что делает его восприимчивым к усталостным отказам.

Что такое усталость?

Усталость сварной стали возникает, когда вы многократно снимаете и повторно прикладываете нагрузку недостаточной величины в одном приложении. Когда нагрузка превышает определенный порог, на стали образуются микроскопические трещины, которые постепенно достигают критического размера и неожиданно распространяются, вызывая разрушение конструкции. Несколько факторов, таких как отсутствие сплавления, форма и отсутствие проникновения, влияют на усталостную долговечность конструкции. В сварной стали конструктивные дефекты создают идеальные места для образования трещин. В целом, усталостное разрушение происходит быстро, с несуществующей начальной фазой.

Что такое усталостная долговечность?

Термин усталостная долговечность в машиностроении относится к числу циклов напряжения, которые сварная сталь может выдержать до того, как произойдет разрушение конструкции. Имея дело со сталью, инженеры всегда работают с теоретическим значением величины напряжения, ниже которого сталь будет работать оптимально независимо от количества циклов напряжения.

Инженеры, проверяющие усталостную долговечность сварной стали, уделяют особое внимание деформациям, внутренним дефектам, технике сварки и концентрации напряжений на кромке сварного шва.

При выявлении отказов в сварных стальных конструкциях и оборудовании существует два распространенных типа отказов:

1. Статический отказ. Статический отказ начинается с очевидной пластической деформации, которую можно легко обнаружить и соответствующим образом устранить. Статический отказ редко приводит к внезапным и катастрофическим авариям.
2. Усталостное разрушение. Усталостное разрушение часто начинается с микроскопических трещин, которые постепенно увеличиваются в размерах, снижая несущую способность участка. Отсутствие своевременного обнаружения трещин часто приводит к внезапным катастрофическим отказам конструкции и оборудования.

Усталость сварной стали

За последние несколько десятилетий инженеры потратили много времени на изучение усталостного разрушения сварной стали, тратя время и энергию на разработку системы, которая позволяет им прогнозировать срок службы и сокращать количество структурных отказов.

Из-за катастрофического характера отказов, связанных с усталостью, существуют различные неразрушающие методы, которые инженеры используют для проверки и проверки следов усталости, например, визуальный осмотр и ультразвуковая визуализация. Однако основные достижения в предотвращении катастроф, связанных с усталостью, сосредоточены на методах сварки, которые решают проблемы усталости при проектировании и выполнении сварного шва.

Методы улучшения сварных швов

Сварка по своей природе снижает усталостную долговечность стальных деталей и конструкций, что представляет собой постоянную проблему проектирования. Существуют различные методы, которые конструкторы и инженеры используют для увеличения усталостной долговечности и прочности сварной стали, а затем для уменьшения структурных разрушений, связанных с усталостью. К ним относятся:

Методы шлифовки пальцев сварных швов

Жерновая шлифовальная машина использует высокоскоростную пневматическую шлифовальную машину, которая движется со скоростью до 40 000 об/мин. Фрезерная шлифовка удаляет поверхностные дефекты и смешивает металл шва с базовой пластиной, что придает сварному шву форму, снижающую концентрацию локальных напряжений. Основное внимание в процессе уделяется устранению дефектов и подрезов сварного носка.

Дисковая шлифовальная машина изменяет форму сварного шва, удаляя включения и подрезы. По сравнению с жерновой шлифовальной машиной, она работает быстрее и, следовательно, более экономична, но также оставляет следы шлифования, которые служат местами зарождения усталостных трещин. Дисковое шлифование снижает риск возникновения усталости на 20–50 %, что относительно ниже, чем при шлифовании жерновами.

Методы повторного плавления кромки сварного шва

Техника повторного плавления носка сварного шва расплавляет область сварного шва на небольшую глубину, что существенно увеличивает усталостную прочность сварного соединения. В процессе переплавки используется оборудование для плазменной сварки или вольфрамовый инертный газ (TIG). Основным недостатком этого метода является отсутствие критерия проверки, который помог бы вам оценить, был ли процесс удовлетворительным.

Методы зачистки

Сварка двух материалов вместе создает остаточное растягивающее напряжение из-за сжатия сварного шва после его охлаждения, что ослабляет усталостную прочность стали. Одним из способов повышения усталостной прочности является введение остаточного напряжения сжатия, что дает лучшие результаты.

Методы пеннинга создают сжимающее напряжение; это процесс холодной обработки, при котором на поверхность воздействуют инструментом или маленькими металлическими шариками, создавая пластические деформации. В конечном счете, процесс штамповки улучшает усталостную прочность, обеспечивая более высокую прочность стали.

Методы снятия стресса

В отличие от метода упрочнения, методы снятия напряжения направлены на уменьшение остаточного напряжения растяжения, создаваемого усадкой. Методы снятия напряжения сосредоточены на совершенствовании процедуры сварки и контроле температур, которые деформируют сварной шов.

Некоторые отрасли промышленности, производители и инструменты используют сварную сталь для своих деталей. Понимание внутренних факторов, которые способствуют отказу оборудования, имеет решающее значение для процесса проектирования. Конструкторы, работающие со сварной сталью, могут создавать машины, которые с самого начала решают проблемы усталости. Если у вас есть потребность в изготовлении или сварке, свяжитесь с Swanton Welding. Наши инновационные технологии и опытные сварщики каждый раз обеспечат вам отличный продукт.