Was ist Ermüdung in geschweißtem Stahl?

Ermüdung verursacht über 90 Prozent der Ausfälle in technischen Komponenten mit geschweißten Stahlteilen. Ermüdung bei stationären Geräten ist ein großes Problem, ist jedoch bei mobilen Geräten von entscheidender Bedeutung, die unvorhersehbaren Belastungen ausgesetzt sind, die sie anfällig für Ermüdungsausfälle machen.

Was ist Müdigkeit?

Ermüdung an geschweißtem Stahl tritt auf, wenn Sie bei einer einzigen Anwendung wiederholt eine Last von unzureichender Größe entfernen und erneut aufbringen. Wenn die Belastung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, entstehen im Stahl mikroskopisch kleine Risse, die allmählich eine kritische Größe erreichen und sich unerwartet ausbreiten und strukturelles Versagen verursachen. Mehrere Faktoren, wie z. B. fehlende Verschmelzung, Form und fehlende Durchdringung, beeinflussen die Ermüdungslebensdauer einer Struktur. Bei geschweißtem Stahl bieten Konstruktionsfehler ideale Stellen für die Rissbildung. Insgesamt tritt ein Ermüdungsbruch schnell auf, mit einer nicht vorhandenen Initiierungsphase.

Was ist Ermüdungslebensdauer?

Der Begriff Ermüdungslebensdauer in der Technik bezieht sich auf die Anzahl der Belastungszyklen, die geschweißter Stahl aushalten kann, bevor ein strukturelles Versagen auftritt. Beim Umgang mit Stahl arbeiten Ingenieure immer mit einem theoretischen Wert für die Spannungsgröße, unterhalb dessen der Stahl unabhängig von der Anzahl der Spannungszyklen optimal funktioniert.

Ingenieure, die die Ermüdungslebensdauer von geschweißtem Stahl testen, konzentrieren sich auf Verformungen, innere Defekte, die Schweißtechnik und Spannungskonzentration am Schweißnahtfuß.

Beim Identifizieren von Fehlern in geschweißten Stahlkonstruktionen und -ausrüstungen gibt es zwei übliche Arten von Fehlern:

1. Statisches Versagen – Statisches Versagen beginnt mit einer offensichtlichen plastischen Verformung, die Sie leicht erkennen und entsprechend reparieren können. Statisches Versagen verursacht selten plötzliche und katastrophale Unfälle.
2. Ermüdungsbruch – Ermüdungsbruch beginnt oft mit mikroskopisch kleinen Rissen, die allmählich an Größe zunehmen und die Tragfähigkeit eines Bereichs verringern. Wenn die Risse nicht frühzeitig erkannt werden, führt dies oft zu plötzlichen katastrophalen Struktur- und Ausrüstungsausfällen.

Ermüdung in geschweißtem Stahl

In den letzten Jahrzehnten haben Ingenieure viel Zeit in die Erforschung des Ermüdungsbruchs in geschweißtem Stahl investiert und gleichzeitig Zeit und Energie in die Entwicklung eines Systems investiert, das es ihnen ermöglicht, die Lebensdauer vorherzusagen und die Anzahl von Strukturausfällen zu reduzieren.

Aufgrund der katastrophalen Natur ermüdungsbedingter Ausfälle gibt es verschiedene zerstörungsfreie Techniken, die Ingenieure verwenden, um Ermüdungsspuren zu inspizieren und zu testen, z. B. unter anderem visuelle Inspektionen und Ultraschallbildgebung. Die wichtigsten Errungenschaften zur Vermeidung ermüdungsbedingter Katastrophen konzentrieren sich jedoch auf Schweißtechniken, die Ermüdungsprobleme bei der Konstruktion und Herstellung einer Schweißnaht angehen.

Techniken zur Verbesserung von Schweißnähten

Das Schweißen verringert von Natur aus die Ermüdungslebensdauer von Stahlteilen und -strukturen und stellt eine ständige Herausforderung für das Design dar. Es gibt verschiedene Techniken, die Designer und Ingenieure verwenden, um die Ermüdungslebensdauer und Festigkeit von geschweißtem Stahl zu erhöhen und anschließend ermüdungsbedingte Strukturausfälle zu reduzieren. Dazu gehören:

Schweißnahtschleiftechniken

Ein Gratschleifer verwendet einen pneumatischen Hochgeschwindigkeitsschleifer, der sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 40.000 U / min bewegt. Gratschleifen entfernt Oberflächendefekte und verschmilzt das Schweißgut mit der Grundplatte, wodurch die Schweißnaht eine Form erhält, die die lokale Spannungskonzentration reduziert. Der Prozess konzentriert sich auf das Entfernen von Defekten und Hinterschneidungen von der geschweißten Spitze.

Ein Tellerschleifer modifiziert die Schweißnahtform durch Entfernen von Schlackeneinschlüssen und Hinterschneidungen. Im Vergleich zum Gratschleifer ist er schneller und damit kostengünstiger, hinterlässt aber auch Schleifspuren, die als Ausgangspunkt für Ermüdungsrisse dienen. Scheibenschleifen reduziert das Risiko von Ermüdungsvorfällen um 20 bis 50 Prozent, was relativ geringer ist als beim Gratschleifen.

Schweißnaht-Umschmelztechniken

Die Schweißnaht-Umschmelztechnik schmilzt den Schweißbereich in eine geringe Tiefe, was die Ermüdungsfestigkeit der Schweißverbindung wesentlich erhöht. Der Umschmelzprozess verwendet Plasmaschweißgeräte oder ein Wolfram-Inertgas (TIG). Der Hauptnachteil dieser Technik besteht darin, dass es kein Prüfkriterium gibt, anhand dessen Sie beurteilen können, ob der Prozess zufriedenstellend war.

Peening-Methoden

Das Zusammenschweißen zweier Materialien erzeugt durch die Kontraktion der Schweißnaht nach dem Abkühlen Zugeigenspannungen, die die Ermüdungsfestigkeit des Stahls schwächen. Eine Möglichkeit, die Ermüdungsfestigkeit zu verbessern, besteht darin, Druckeigenspannungen einzuführen, was zu besseren Ergebnissen führt.

Die Penning-Techniken führen Druckspannungen ein; Es ist ein Kaltbearbeitungsprozess, der mit einem Werkzeug oder kleinen Metallkugeln auf die Oberfläche einwirkt, wodurch plastische Verformungen entstehen. Letztendlich verbessert der Penning-Prozess die Ermüdungsfestigkeit und ermöglicht höhere Stahlfestigkeiten.

Stressabbaumethoden

Im Gegensatz zum Peening-Verfahren wirken Entspannungsverfahren darauf hin, die durch Kontraktion erzeugte Zugeigenspannung zu reduzieren. Entspannungstechniken konzentrieren sich auf die Verfeinerung des Schweißverfahrens und die Kontrolle von Temperaturen, die die Schweißnaht verzerren.

Mehrere Branchen, Hersteller und Werkzeuge verwenden geschweißten Stahl für ihre Teile. Das Verständnis der internen Faktoren, die zum Ausfall der Ausrüstung beitragen, ist für den Designprozess von entscheidender Bedeutung. Konstrukteure, die mit geschweißtem Stahl arbeiten, können Maschinen entwickeln, die Ermüdungsprobleme von Anfang an lösen. Wenn Sie einen Fertigungs- oder Schweißbedarf haben, wenden Sie sich an Swanton Welding. Unsere innovative Technologie und unsere erfahrenen Schweißer werden Ihnen jedes Mal ein großartiges Produkt liefern.