Het aanpassen van de sterkte van gelaste verbindingen: Een complete gids

Lange tijd was het traditionele ontwerpprincipe voor gelaste constructies voornamelijk gebaseerd op sterkteontwerp.

In echte lasconstructies zijn er drie soorten overeenstemmingsrelaties tussen de las en het basismateriaal in termen van sterkte: de lassterkte is gelijk aan de sterkte van het basismateriaal (overeenstemmingsrelatie met gelijke sterkte), de lassterkte is hoger dan de sterkte van het basismateriaal (overeenstemmingsrelatie met hogere sterkte, ook bekend als overeenstemmingsrelatie met hoge sterkte) en de lassterkte is lager dan de sterkte van het basismateriaal (overeenstemmingsrelatie met lage sterkte).

Vanuit het oogpunt van constructieve veiligheid en betrouwbaarheid wordt over het algemeen vereist dat de sterkte van de las minstens gelijk is aan de sterkte van het basismateriaal, wat bekend staat als het "gelijke sterkte" ontwerpprincipe.

In de werkelijke productie worden lasmaterialen echter vaak geselecteerd op basis van de sterkte van het neergeslagen metaal, die niet gelijk is aan de werkelijke sterkte van het neergeslagen metaal. lassterkte.

Het neergeslagen metaal is niet gelijkwaardig aan het lasmetaal, vooral wanneer lasmaterialen worden gebruikt voor laaggelegeerd hogesterktestaal, waarbij de sterkte van het lasmetaal vaak veel hoger is dan die van het neergeslagen metaal.

Als gevolg hiervan kan er een nominale "gelijke sterkte" zijn, maar een werkelijke "superieure sterkte" uitkomst.

Er is geen consensus over de vraag of het afstemmen op superieure kracht altijd veilig en betrouwbaar is, en er zijn enkele twijfels.

In het ontwerp van de Jiujiang Yangtze River Bridge in China is de "superieure sterkte waarde" van de las beperkt tot maximaal 98MPa. De Amerikaanse geleerde Pelini stelde voor dat om conservatieve structurele integriteitsdoelen te bereiken, lassen kunnen worden gebruikt met een sterkte die gelijk is aan of 137MPa lager is dan het basismateriaal (d.w.z. lage sterkte matching). Volgens de onderzoeksresultaten van de Japanse geleerde Sato Kunihiko en anderen is het afstemmen van de lage sterkte ook haalbaar en wordt dit toegepast in de machinebouw.

De Belgische geleerde Soete en de Chinese geleerde Zhang Yufeng zijn echter van mening dat het afstemmen van superieure krachten voordelig moet zijn.

Het is duidelijk dat er nog steeds een gebrek is aan voldoende theoretische en praktische basis voor de ontwerpprincipes met betrekking tot het afstemmen van de lassterkte die de veiligheid en betrouwbaarheid van gelaste constructies beïnvloeden, en er is geen eenduidig begrip.

Om redelijkere ontwerpprincipes voor lasverbindingen te bepalen en een basis te leggen voor de juiste selectie van lasmaterialen, hebben professor Chen Bolin en anderen van de Tsinghua Universiteit het onderzoeksproject "Theoretisch onderzoek naar lasverbindingen met hoge sterkte" van de National Natural Science Foundation uitgevoerd. Staal lassen Hardheid koppelen.

De onderzoeksinhoud van het project omvat de breuksterkte van 490MPa kwaliteit laag treksterkte verhouding hoge-sterktestaalverbindingen, de breuksterkte van 690~780MPa-kwaliteit hoge-sterktestaalverbindingen, de treksterkte van ongelaste verbindingen, het vervormingsgedrag van de bovenkant van diep ingesneden specimens en NDT-tests op gelaste verbindingen.

Een groot aantal experimentele resultaten heeft aangetoond dat:

Voor staal met een lage opbrengst en hoge sterkte met een treksterkte van 490MPa is het voordelig om lasmaterialen te gebruiken met een bepaalde taaiheid en de juiste superieure sterkte.

Als rekening wordt gehouden met factoren zoals lasbaarheid en aanpasbaarheid aan het gebruik, is het redelijker om lasmaterialen te kiezen met een bepaalde taaiheid en feitelijke "gelijke sterkte".

De breuksterkte en het gedrag van lasverbindingen van dit type staal hangen af van het gecombineerde effect van de sterkte en vervormbaarheid van het staal. lasmateriaal.

Daarom, lasstructuur ontwerp dat alleen gebaseerd is op sterkteoverwegingen zonder rekening te houden met taaiheid kan de gebruiksveiligheid niet betrouwbaar garanderen.

Voor hoogsterkte staal met een vloeigrensverhouding van 690~780MPa is de breukprestatie van de lasverbindingen niet alleen gerelateerd aan de sterkte, taaiheid en plasticiteit van de las, maar ook beperkt door de heterogeniteit van de lasverbinding.

Een te hoge superieure of lage sterkte van de las is niet ideaal, terwijl verbindingen die bijna overeenkomen met gelijke sterkte de beste breukprestaties hebben. Daarom is het redelijk om lasverbindingen te ontwerpen volgens het principe van gelijke sterkte. Er moeten dus boven- en ondergrenzen zijn voor de lassterkte.

De sterkteaanpassingscoëfficiënt (Sr) is de verhouding van de treksterkte van het neergeslagen metaal van het lasmateriaal tot de treksterkte van het basismateriaal en kan de heterogeniteit van de mechanische prestaties van de lasverbinding weergeven.

Experimentele resultaten tonen aan dat wanneer Sr≧0,9, de sterkte van de lasverbinding beschouwd kan worden als dichtbij de sterkte van het basismateriaal. Daarom kan in de productiepraktijk het gebruik van lasmaterialen die de sterkte met 10% verminderen ten opzichte van het basismateriaal ervoor zorgen dat de lasverbinding voldoet aan de ontwerpvereisten voor gelijke sterkte.

Wanneer Sr≧0,86, kan de sterkte van de las meer dan 95% van de sterkte van het basismateriaal bereiken. Dit komt omdat de hogere sterkte van het basismateriaal het lasmetaal beperkt, waardoor de sterkte van de las verbetert.

De vloeigrensverhouding van het basismateriaal heeft een belangrijke invloed op het breukgedrag van lasverbindingen. J

oints met lagere vloeigrensverhoudingen van het basismateriaal hebben een betere weerstand tegen brosse breuk dan joints met hogere vloeigrensverhoudingen van het basismateriaal. Dit geeft aan dat de plasticiteitsreserve van het basismateriaal ook een significante invloed heeft op de weerstand tegen brosse breuk van de verbinding.

Het vervormingsgedrag van het lasmetaal wordt beïnvloed door de overeenkomst in mechanische eigenschappen tussen de las en het basismateriaal.

Onder dezelfde trekspanning is de lasrek van de superieure sterkte verbinding van staal met een lage vloeigrensverhouding groter, terwijl de lasrek van de lage sterkte verbinding van staal met een hoge vloeigrensverhouding kleiner is. De verplaatsing van de scheuropening (COD waarde) van de gelaste verbinding vertoont ook dezelfde trend, wat aangeeft dat de superieure sterkte passende verbinding van staal met een lage vloeigrensverhouding het voordeel heeft van gemakkelijk meegeven bij de scheurtip en grotere vervorming bij de scheurtip.

De weerstand tegen brosse breuk van lasverbindingen hangt nauw samen met de heterogeniteit van de mechanische prestaties van de verbinding. Het wordt niet alleen bepaald door de sterkte van de las, maar ook beperkt door de taaiheid en plasticiteit van de las. De keuze van lasmaterialen moet er niet alleen voor zorgen dat de las een geschikte sterkte heeft, maar ook dat de las voldoende taaiheid en plasticiteit heeft. Dat wil zeggen dat de sterkte-taaiheidverhouding van de las goed moet worden gecontroleerd.

Voor staal met hoge sterkte levert het bereiken van een gelijke sterkte tussen het lasmetaal en het basismateriaal aanzienlijke technische problemen op. Zelfs als de lassterkte gelijk is, kunnen de plasticiteit en taaiheid van de las tot een onaanvaardbaar niveau afnemen en kan ook de scheurvastheid aanzienlijk afnemen. Om te voorkomen dat lasscheurenDe constructievoorwaarden moeten extreem streng zijn en de bouwkosten zullen sterk toenemen.

Om te voorkomen dat de algemene prestaties van de constructie worden opgeofferd door alleen naar sterkte te streven en om de economische betrouwbaarheid in de constructie te verbeteren, is het noodzakelijk om de sterkte te verminderen en een bijpassend schema met lage sterkte te gebruiken.

Het Japanse onderzeebootstaal NS110 heeft bijvoorbeeld een vloeigrens groter dan of gelijk aan 1098MPa, en de vloeigrens van het afgezette metaal van de overeenkomende lasstaaf en gasbeschermde lasdraad moet groter zijn dan of gelijk aan 940MPa, met een vloeigrens overeenstemmingscoëfficiënt van 0,85.

Na het gebruik van bijpassende lasmaterialen met lage sterkte is de koolstofgehalte en koolstofequivalent van de las kan worden verminderd, wat de taaiheid en scheurvastheid van de las verbetert, de lasconstructie handiger maakt en de constructiekosten verlaagt.

Bovendien tonen enkele testgegevens van de Japanse geleerde Kunihiko Sato aan dat zolang de sterkte van het lasmetaal niet lager is dan 80% van de sterkte van het basismateriaal, de verbinding nog steeds gegarandeerd even sterk is als het basismateriaal.

De totale rek van de verbinding met lassen met lage sterkte zal echter iets lager zijn. Onder vermoeiingsbelasting, als de overtollige hoogte van de las niet wordt verwijderd, zullen vermoeiingsscheuren ontstaan in de fusiezone. Als de overtollige hoogte van de las echter wordt verwijderd, zullen er vermoeiingsscheuren ontstaan in de las met lage sterkte.

Daarom is het bij het gebruik van lassen met lage sterkte noodzakelijk om experimenteel werk uit te voeren op basis van specifieke omstandigheden.