Pituussuunnassa hitsatun rakenneputken väsymislujuus HF –hitsausta käytettäessä

Tässä diplomityössä määritettiin pituussuunnassa hitsatun rakenneputken väsymislujuus HF –hitsausta käytettäessä. Työn tavoitteena oli vertailla eri jälkikäsittelyjen ja kahden eri materiaalin vaikutusta väsymislujuuteen. Materiaaleina kokeissa oli Ruukki double grade ja Optim 700 Plus MH. Eurokoodi 3 ja IIW määrittelee kiinnityshitseille väsymiskestävyysluokaksi 125-140, kun SN -käyrän kaltevuus, m = 3. Koetuloksia vertailtiin näihin valmiiksi määriteltyihin väsymiskestävyysluokkiin. Ruukki Metals Oy toimitti koemateriaalin kahdenlaisia väsytyskokeita varten, joiden avulla väsymislujuus voitiin määrittää. Ensimmäinen koe suoritettiin värähtelyllä hyödyntäen rakenneputken ominaistaajuutta, jolloin kuormituksen rajajännityssuhde on -1. Toinen väsytyskoe suoritettiin rakenneputkista leikatuille väsytyssauvoille, missä pituussuuntainen HF –hitsi on keskellä sauvaa. Tämä väsytyskoe suoritettiin vetotykytyksellä rajajännityssuhteella 0,1. Väsytyskokeissa havaittiin, että kiinnityshitsi täyttää sille asetetut vaatimukset, koska murtumat tapahtuivat perusaineesta. Tällöin koetuloksia vertaillaan Eurokoodi 3:n perusaineen väsymisluokkaan 160, SN -käyrän kaltevuudella m = 5. Kaikkien koetulosten väsymiskestävyysluokan keskiarvoksi saatiin 185 95 %:n todennäköisyydellä. Tutkimuksessa saatiin arvokasta tietoa kahden eri materiaalin väsymislujuudesta. Materiaalilla ei kuitenkaan havaittu vaikutusta lujuuteen. Eri jälkikäsittelyt eli juuren puolen metallipurseen höyläys tai pituussuuntaisen hitsisauman hehkutus eivät vaikuttaneet väsymislujuuteen. Kokeissa väsymismurtuma ydintyi rakenneputken pinnalta olevista alkuvioista, joten putkien käsittelyä valmistuksen jälkeen voitaisiin parantaa.

In this thesis the purpose was to determine the fatigue strength of longitudinally HF –welded square hollow sections. Two different materials' and post-processing's effect on fatigue strength was examined. Materials under examination were Ruukki double grade and Optim 700 Plus MH. Eurocode 3's and IIW's assessment of fatigue class with SN-curve's slope m = 3 for fixing welds are 125-140. The results are compared to these current fatigue classes. Ruukki Metals Oy delivered the test material for fatigue tests. The fatigue strength was examined by two different kinds of tests. The first test series accomplished with vibration, using nominal frequency of structure beam with stress ratio -1. In second test series the fatigue sticks cut from the structure beam and loaded by tension. The stress ratio was 0.1 and longitudinal weld was in the middle of the stick. Based on results, the fixing weld fulfils the demands because crack propagation began from the base material. Because of that, results have to be compared to fatigue class 160 by Eurocode 3. In this case the slope of SN-curve is 5. The average fatigue class of the results is 185, with 95 % probability. Tests indicate that there is no difference between materials. Examined post-processing does not have effect on strength. Post-processing under examination was reduced residual stresses and removed extruded metal from the inner side of the beam. According to test the crack propagation begins from defects on the beam's outer surface. This shows that the post-treatment after beam's production could be improved.