Application of normalization method to fracture toughness testing of welds with pronounced strength heterogeneity : doctoral disertation

angleški

doktorska dela

2022

Disertacije   doktorske disertacije   J-R odpornostna krivulja   Lom   normalizacijska metoda   plastični korekcijski faktorji   SE(B) preizkušanec   trdnostno neujemanje   Univerzitetna in visokošolska dela   vpenjalna priprava   zvar   Zvarni spoji

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo

V doktorski disertaciji so predstavljeni rezultati obsežnega programa lomno mehanskih preizkusov zvarov z izrazito heterogenimi mehanskimi lastnostmi. Namen tega eksperimentalnega programa je bil določitev lomne žilavosti za heterogene zvare. Uporaba standardnih metod za določitev lomne žilavosti v takšnem primeru daje precenjeno ali podcenjeno lomno žilavost zvarov, kar vodi do napak pri oceni celovitosti konstrukcij. To je poseben izziv, ki do danes ni povsem razrešen. Razlog je ta, da regije zvara z različnimi mehanskimi lastnostmi vplivajo na razvoj polja deformacij na konici razpoke in posledično na gonilno silo za razvoj razpoke. Z namenom, da se ta izziv reši, so bili zvari najprej detajlno preučeni, kot je opisano v 2. poglavju te disertacije. Pri eksperimentalnem delu, ki je bilo opravljeno v sklopu te raziskave, so bili najprej pripravljeni vzorčni zvari. Ti so bili izdelani z varjenjem plošč iz nizko legiranega visoko trdnostnega jekla S690 QL, ki se v industriji pogosto koristi za gradnjo zahtevnih konstrukcij. Za varjenje je bil uporabljen MAG postopek. Posebna značilnost izdelanih zvarov je ta, da sta pri izdelavi bili uporabljeni dve varilni žici, ki sta se razlikovali po mehanskih lastnostih. Prva varilna žica je imela višjo mejo plastičnosti, druga pa nižjo v primerjavi z osnovnim materialom. Meje plastičnosti uporabljenih varilnih žic so se v tem primeru razlikovale več kot 30 % glede na mejo plastičnosti osnovnega materiala. Na ta način so bile v vzorčnih zvarih umetno poustvarjene povečane neenakosti v trdnosti posamičnih regij zvara. Natančneje, pol žleba, ki je bil izdelan na ploščah pred varjenjem, je bilo polnjenega z varilno žico, ki ima višjo trdnost. Druga polovica žleba je bila polnjena z varilno žico, ki ima nižjo trdnost. Takšno stanje se v praksi pogosto ustvari pri popravljanju obstoječih zvarov, kjer se za popravilo uporabi drugačna elektroda ali varilna žica kot za izdelavo zvara. Za primerjavo so bili izdelani še zvari, ki so bil polnjeni samo z eno varilno žico. Izdelani zvari so bili detajlno preučeni. Najprej so bile opravljene metalografske preiskave, ki so pokazale na povečano vsebnost bainita in martenzita v mikrostrukturi. Omenjena mikrokonstituenta sta posledica kompleksne termalne zgodovine zaradi varjenja z več varki in pomembno vplivata na trdnost zvarnega materiala. V naslednjem koraku so bile opravljene meritve trdote po Vickersu na vzorcu zvara. Opravljene meritve so pokazale velika nihanja trdote med regijami v osnovnem stanju in pogretimi regijami posamičnih varkov. Povečana trdota je bila opažena tudi v toplotno vplivanem področju (TVP). To nakazuje, da je med varjenjem prišlo do utrjevanja TVP. Dodatno so bile določene lokalne mehanske lastnosti v posameznih regijah zvara z nateznim testiranjem miniaturnih preizkušancev. Preizkusi so pokazali, da mehanske lastnosti, v smislu meje plastičnosti in natezne trdnosti, nihajo v zvaru skladno z izmerjeno trdoto. Hkrati so rezultati preizkusov pokazali, da material zvara z višjo trdnostjo kaže dodatno utrjevanje v pogretem področju. Nasprotno je bilo opaženo pri testiranju materiala zvara z nižjo trdnostjo. V tem primeru pride do mehčanja materiala v pogretem področju. Največji meji plastičnosti in natezne trdnosti sta bili izmerjeni v finozrnatem delu TVP. Dodatno so bili izvedeni še natezni preizkusi standardnih nateznih preizkušancev valjaste oblike. Ti preizkusi so podali povprečne mehanske lastnosti materiala v zvaru in osnovnega materiala. Rezultati teh preizkusov so pokazali relativno dobro ujemanje z rezultati miniaturnih nateznih preizkusov. To pomeni, da je za poenostavljene analize heterogenih zvarov možno koristiti povprečne mehanske lastnosti za izdelavo materialnih modelov, ki se kasneje uporabljajo v simulacijah po metodi končnih elementov ali v analitičnih modelih za oceno celovitosti konstrukcij v skladu s standardom BS 7910. V naslednjem koraku so bili izvedeni preizkusi u

08.08.2023