溶接構造物の疲労強度向上対策

溶接欠陥にはさまざまな程度の応力集中があり、特に亀裂、不完全溶け込み、不完全溶融、アンダーカットなどの薄片状の溶接欠陥は、疲労強度に最も大きな影響を与えます。 したがって、各溶接が容易に行える構造​​設計を行う必要があります。溶接は溶接欠陥を減らすために行われ、規格を超える欠陥は除去する必要があります。

1. 溶接継手や構造上の疲労亀裂の発生源となる応力集中点を減らします。

(1) 合理的な構造形式を採用する

突合せジョイントを優先し、重ねジョイントは使用しないようにしてください。重要な構造物の場合、溶接が角を避けることができるように、T 字型継手またはコーナー継手を突き合わせ継手に変更します。 T 字継手またはコーナー継手を使用する場合は、完全溶け込み突合せ溶接を使用することが望まれます。

追加の応力を引き起こすことなくコンポーネントの内部力がスムーズに均一に伝達されるように、偏心荷重の設計を避けるようにしてください。

プレートの厚さや幅が大きく異なり、ドッキングする必要がある場合、断面の突然の変化を減らすために、緩やかな移行ゾーンを設計する必要があります。構造上の鋭い角や角は円弧状にする必要があり、曲率半径が大きいほど良いです。

三方溶接の空間的交差を避け、応力集中領域に溶接を設置しないようにし、主要な引張部材に横方向の溶接を設置しないようにしてください。やむを得ない場合は、溶接部の内部および外部の品質を確保し、溶接止端を減らす必要があります。 ストレスの集中。

片側のみ溶接できる突合せ溶接は、重要な構造物の背面に永久的なバッキングプレートを配置することを許可されていません。溶接の各セクションの最初と最後には応力が集中するため、断続的な溶接の使用は避けてください。

(2) 正しい溶接形状と良好な溶接内部および外部品質

突合せ接合部の溶接の補強はできるだけ小さくする必要があり、溶接後に補強を残さずに平らに計画 (または研磨) することが最善です。

T 字型ジョイントには、凸状のすみ肉溶接の代わりに凹面のすみ肉溶接を使用するのが最善です。

溶接部と母材の表面との界面にある溶接止端は、滑らかに移行する必要があります。 必要に応じて、溶接止端部を研磨するか、アルゴン アークで再溶解して、溶接止端部の応力集中を軽減する必要があります。

2. 残留応力を調整する

部品表面または応力集中点に存在する残留圧縮応力により、溶接構造の疲労強度を向上させることができます。 たとえば、溶接順序や局所加熱などを調整することで、疲労強度の向上に有利な残留応力場を得ることができます。 また、転造、ハンマリング、ショットピーニングなどの表面変形強化は、金属表面を塑性変形させて硬化させ、表面に残留圧縮応力を発生させて疲労強度を向上させる目的を達成することもできます。

ギャップのあるコンポーネントの場合は、過負荷前のストレッチを 1 回だけ使用して、ギャップの上部に残留圧縮応力を得ることができます。 弾性除荷後、ギャップ残留応力の符号は、(弾塑性) 荷重中のノッチ応力の符号と常に反対になるためです。 この方法は、曲げ過負荷や複数の引張負荷を使用するのには適していません。 多くの場合、構造受け入れテストと組み合わせて行われます。 たとえば、圧力容器が水圧試験を受ける場合、過負荷前の引張効果が生じる可能性があります。

3. 材料の構造と性能を向上させる

まず、母材や溶接金属の疲労強度の向上は、材料本来の品質からも考慮する必要があります。 材料の冶金品質を改善し、材料中の介在物を減らす必要があります。 真空溶解、真空脱ガス、さらにはエレクトロスラグ再溶解を重要なコンポーネントに使用できます。 純度を確保するための製錬プロセスなどの材料。室温で結晶粒鋼を精製すると疲労寿命が向上します。熱処理によって最良の組織状態が得られ、強度が向上するだけでなく、可塑性と靭性も向上します。焼き戻し馬 マルテンサイト、低炭素マルテンサイト、下部ベイナイトなどの組織はすべて高い疲労耐性を持っています。

第二に、強度、可塑性、靭性が合理的に調整されている必要があります。 強度とは、材料が破壊に耐える能力のことですが、高強度材料はノッチに敏感です。 塑性の主な機能は、塑性変形を通じて変形仕事を吸収し、応力ピ​​ークを低減し、高い応力を再分配することです。 同時に、ノッチと亀裂の先端が鈍くなり、亀裂の拡大が緩和されるか、さらには止まります。 可塑性があるため、強度機能が十分に発揮されます。 したがって、高張力鋼や超高張力鋼では、塑性と靭性を少し改善するだけで大​​幅に性能が向上します。 抗疲労能力。

4.特別な保護措置

大気媒体による侵食は、多くの場合、材料の疲労強度に影響を与えます。 したがって、特定の保護コーティングを使用することが有利です。 例えば、応力が集中する箇所にフィラーを配合した樹脂層を設けるなどの改善方法が現実的です。