Các biện pháp cải thiện độ bền mỏi của kết cấu hàn

Bất kỳ khuyết tật hàn nào đều có mức độ tập trung ứng suất khác nhau, đặc biệt là các khuyết tật hàn bong tróc như vết nứt, độ ngấu không hoàn toàn, phản ứng tổng hợp không hoàn toàn và vết cắt, có tác động lớn nhất đến độ bền mỏi. Vì vậy, khi thiết kế kết cấu phải đảm bảo từng mối hàn dễ hàn được thực hiện để giảm thiểu khuyết tật hàn, những khuyết tật vượt quá tiêu chuẩn phải được loại bỏ.

1. Giảm điểm tập trung ứng suất của nguồn nứt mỏi trên các mối hàn và kết cấu hàn.

(1) Áp dụng hình thức kết cấu hợp lý

Ưu tiên khớp mông và cố gắng không sử dụng khớp đùi; đối với các kết cấu quan trọng, thay đổi mối nối hình chữ T hoặc mối nối góc thành mối nối đối đầu để mối hàn tránh được các góc; khi sử dụng các mối nối hình chữ T hoặc các mối nối góc, hy vọng sẽ sử dụng mối hàn giáp mép ngấu hoàn toàn.

Cố gắng tránh thiết kế tải trọng lệch tâm để nội lực của bộ phận có thể được truyền đi một cách êm ái và phân bổ đều mà không gây thêm ứng suất.

Để giảm sự thay đổi đột ngột về mặt cắt ngang, khi độ dày hoặc chiều rộng của tấm rất khác nhau và cần được neo giữ, cần thiết kế vùng chuyển tiếp nhẹ nhàng; các góc nhọn hoặc góc trên kết cấu phải tạo thành hình vòng cung, bán kính cong càng lớn thì càng tốt.

Tránh sự giao nhau về mặt không gian của các mối hàn ba chiều, cố gắng không đặt mối hàn ở vùng tập trung ứng suất và cố gắng không đặt các mối hàn ngang trên các bộ phận chịu lực chính; khi không thể tránh khỏi thì phải đảm bảo chất lượng bên trong và bên ngoài của mối hàn, giảm bớt chân mối hàn. sự tập trung ứng suất.

Các mối hàn giáp mép chỉ có thể hàn một phía không được phép đặt tấm đệm cố định ở mặt sau của các kết cấu quan trọng; tránh sử dụng các mối hàn gián đoạn vì có sự tập trung ứng suất cao ở đầu và cuối mỗi phần mối hàn.

(2) Hình dạng mối hàn chính xác và chất lượng bên trong và bên ngoài của mối hàn tốt

Phần cốt thép của mối hàn giáp mép phải càng nhỏ càng tốt và tốt nhất nên bào (hoặc mài) nó phẳng mà không để lại cốt thép sau khi hàn;

Tốt nhất nên sử dụng mối hàn góc có bề mặt lõm cho mối hàn hình chữ T thay vì mối hàn góc lồi;

Chân mối hàn ở bề mặt tiếp xúc giữa mối hàn và bề mặt kim loại cơ bản phải được chuyển tiếp trơn tru. Nếu cần thiết, chân mối hàn phải được mài hoặc nung lại bằng hồ quang argon để giảm nồng độ ứng suất ở đó.

2. Điều chỉnh ứng suất dư

Ứng suất nén dư tồn tại trên bề mặt bộ phận hoặc tại điểm tập trung ứng suất có thể cải thiện độ bền mỏi của kết cấu hàn. Ví dụ, bằng cách điều chỉnh trình tự hàn, gia nhiệt cục bộ, v.v., có thể thu được trường ứng suất dư có lợi cho việc cải thiện độ bền mỏi. Ngoài ra, bạn cũng có thể Tăng cường biến dạng bề mặt, chẳng hạn như lăn, đập hoặc bắn đá, được sử dụng để biến dạng dẻo và làm cứng bề mặt kim loại, đồng thời tạo ra ứng suất nén dư trên bề mặt để đạt được mục đích cải thiện độ bền mỏi.

Đối với các bộ phận có khe hở, có thể sử dụng lực kéo dãn trước quá tải một lần để thu được ứng suất nén dư ở đỉnh khe hở. Bởi vì sau khi dỡ tải đàn hồi, dấu của ứng suất dư khe hở luôn ngược dấu với dấu của ứng suất khía trong quá trình chịu tải (dẻo đàn hồi). Đây là phương pháp không phù hợp để sử dụng tải trọng uốn hoặc tải kéo nhiều lần. Nó thường được kết hợp với thử nghiệm chấp nhận kết cấu. Ví dụ, khi một bình chịu áp phải chịu thử nghiệm thủy lực, nó có thể tạo ra hiệu ứng kéo trước quá tải.

3. Cải thiện cấu trúc và hiệu suất của vật liệu

Trước hết, việc nâng cao độ bền mỏi của kim loại cơ bản và kim loại mối hàn cũng cần được xem xét từ chất lượng bên trong của vật liệu. Chất lượng luyện kim của vật liệu cần được cải thiện và giảm tạp chất trong đó. Có thể sử dụng phương pháp nấu chảy chân không, khử khí chân không và thậm chí nấu chảy lại bằng điện xỉ cho các bộ phận quan trọng. Vật liệu như quá trình nấu chảy để đảm bảo độ tinh khiết; tinh luyện thép hạt ở nhiệt độ phòng có thể cải thiện tuổi thọ mỏi; trạng thái tổ chức tốt nhất có thể đạt được thông qua xử lý nhiệt, điều này không chỉ cải thiện sức mạnh mà còn cải thiện độ dẻo và độ dẻo dai của nó; ngựa ủ Các cấu trúc như martensite, martensite carbon thấp và bainite thấp hơn đều có khả năng chống mỏi cao.

Thứ hai, độ bền, độ dẻo và độ dẻo dai phải được phối hợp hợp lý. Độ bền là khả năng chống gãy của vật liệu, nhưng vật liệu có độ bền cao rất nhạy cảm với các vết khía. Chức năng chính của độ dẻo là hấp thụ công biến dạng thông qua biến dạng dẻo, giảm đỉnh ứng suất và phân phối lại ứng suất cao. , đồng thời, các vết khía và đầu vết nứt bị cùn đi, sự giãn nở của vết nứt được giảm bớt hoặc thậm chí dừng lại. Độ dẻo đảm bảo rằng chức năng cường độ được phát huy đầy đủ. Vì vậy, đối với thép cường độ cao và thép cường độ siêu cao, việc cố gắng cải thiện một chút độ dẻo và độ dẻo dai sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất của nó. Khả năng chống mệt mỏi.

4. Các biện pháp bảo vệ đặc biệt

Xói mòn môi trường khí quyển thường ảnh hưởng đến độ bền mỏi của vật liệu. Vì vậy, việc sử dụng một lớp phủ bảo vệ nhất định là thuận lợi. Ví dụ, áp dụng một lớp nhựa có chứa chất độn vào những khu vực tập trung ứng suất là một phương pháp cải tiến thực tế.