An Assessment ofFatigue Strength of Load Carrying Welded Joints with Lack of Penetration

On yleisesti tiedossa, että väsyttävän kuormituksen alaisena olevat hitsatut rakenteet rikkoutuvat juuri hitsausliitoksista. Täyden tunkeuman hitsausliitoksia sisältävien rakenteiden asiantunteva suunnittelu janykyaikaiset valmistusmenetelmät ovat lähes eliminoineet väsymisvauriot hitsatuissa rakenteissa. Väsymislujuuden parantaminen tiukalla täyden tunkeuman vaatimuksella on kuitenkin epätaloudellinen ratkaisu. Täyden tunkeuman hitsausliitoksille asetettavien laatuvaatimuksien on määriteltävä selkeät tarkastusohjeet ja hylkäämisperusteet. Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia geometristen muuttujien vaikutusta kuormaa kantavien hitsausliitosten väsymislujuuteen. Huomio kiinnitettiin pääasiassa suunnittelumuuttujiin, joilla on vaikutusta väsymisvaurioiden syntymiseen hitsauksen juuren puolella. Nykyiset määräykset ja standardit, jotka perustuvat kokeellisiin tuloksiin; antavat melko yleisiä ohjeita hitsausliitosten väsymismitoituksesta. Tämän vuoksi muodostettiin kokonaan uudet parametriset yhtälöt sallitun nimellisen jännityksen kynnysarvon vaihteluvälin, ¿¿th, laskemiseksi, jotta vältettäisiin hitsausliitosten juuren puoleiset väsymisvauriot. Lisäksi, jokaiselle liitostyypille laskettiin hitsin juuren puolen väsymisluokat (FAT), joita verrattiin olemassa olevilla mitoitusohjeilla saavutettuihin tuloksiin. Täydentäviksi referensseiksi suoritettiin useita kolmiulotteisia (3D) analyysejä. Julkaistuja kokeellisiin tuloksiin perustuvia tietoja käytettiin apuna hitsausliitosten väsymiskäyttäytymisen ymmärtämiseksi ja materiaalivakioiden määrittämiseksi. Kuormaa kantavien vajaatunkeumaisten hitsausliitosten väsymislujuus määritettiin käyttämällä elementtimenetelmää. Suurimman pääjännityksen kriteeriä hyödynnettiin murtumiskäyttäytymisen ennakoimiseksi. Valitulle hitsatulle materiaalille ja koeolosuhteille murtumiskäyttäytymistä mallinnettiin särön kasvunopeudella da/dN ja jännitysintensiteettikertoimen vaihteluvälillä, 'K. Paris:n yhtälön numeerinen integrointi suoritettiin FRANC2D/L tietokoneohjelmalla. Saatujen tulosten perusteella voidaan laskea FAT tutkittavassa tapauksessa. ¿¿th laskettiin alkusärön jännitysintensiteettikertoimen vaihteluvälin ja kynnysjännitysintensiteettikertoimen, 'Kth, perusteella. ¿Kth arvoa pienemmällä vaihteluvälillä särö ei kasva. Analyyseissäoletuksena oli hitsattu jälkikäsittelemätön liitos, jossa oli valmis alkusärö hitsin juuressa. Analyysien tulokset ovat hyödyllisiä suunnittelijoille, jotka tekevät päätöksiä koskien geometrisiä parametreja, joilla on vaikutusta hitsausliitosten väsymislujuuteen.

Tilttisangan väsymiskestävyys

Kandidaatin työssä tutkittiin tilttisangan väsymiskestävyyttä laboratoriokokeella. Tilttisangalle laskettiin myös teoreettinen väsymiskestoikä nimellisen jännityksen menetelmällä. Tutkimustulosten perusteella havaittiin tilttisangan väsymisen kannalta kriittiseksi kohdaksi kuormaa kantamattoman korvakkeen hitsausliitos.

Liitoksen symmetrisyyden vaikutus lovijännitykseen hitsin rajaviivalla

Tässä kandidaatintyössä selvitettiin symmetrisyyden vaikutus hitsin rajaviivalle syntyvään lovijännitykseen. Tutkittavina liitoksina olivat poikittainen ripaliitos ja päällekkäisliitos. Nykyiset IIW:n väsymismitoitussuositukset eivät anna ohjeistuksia siitä, miten symmetrisyys tulisi huomoida väsymiskestävyyttä arvioitaessa. Laboratoriokokeet ovat kuitenkin osoittaneet, että epäsymmetrisen liitoksen väsymislujuus on parempi kuin symmetrisen liitoksen.Geometrialtaan erilaisia liitoksia tutkittiin FE-analyysin avulla käyttäen FEMAP/NxNastran-ohjelmistoja. Tutkimuksissa havaittiin, että symmetrisyydellä on suuri vaikutus lovijännityksen arvoon. Vetokuormituksessa epäsymmetrisen liitoksen lovijännitys voi olla jopa puolta pienempi kuin vastaavan symmetrisen liitoksen. Taivutuskuormituksessa tilanne on päinvastainen: epäsymmetrisen liitoksen lovijännitys oli suurimmillaan 1,5-kertainen suhteessa symmetriseen liitokseen.

Effect of heat input on the mechanical properties of welded joints in high strength steels

Experiments were carried out to determine the properties of the welded joints in 8mm thick high-strength steels produced by quenching and tempering and thermomechanical rolling with accelerated cooling (tensile strength 821–835 MPa). The dependence of the strength, elongation, hardness, impact energy and crack opening displacement on the heat input in the range 1.0–0.7 kJ mm21 was determined. The results show that the dependence of the strength of the welded joints decreases and that of the elongation increases. The heat input has only a slight effect on the impact energy and crack opening displacement in the heat-affected zone.