Correspondência de resistência de juntas soldadas: Um guia completo

Durante muito tempo, o princípio tradicional de dimensionamento de estruturas soldadas baseou-se principalmente no dimensionamento da resistência.

Nas estruturas soldadas reais, existem três tipos de relações de correspondência entre a soldadura e o material de base em termos de resistência: a resistência da soldadura é igual à resistência do material de base (correspondência de resistência igual), a resistência da soldadura excede a resistência do material de base (correspondência de resistência superior, também conhecida como correspondência de resistência elevada) e a resistência da soldadura é inferior à resistência do material de base (correspondência de resistência reduzida).

Do ponto de vista da segurança e fiabilidade estrutural, a resistência da soldadura é geralmente exigida para ser pelo menos igual à resistência do material de base, o que é conhecido como o princípio de conceção de "resistência igual".

No entanto, na produção real, os materiais de soldadura são frequentemente seleccionados com base na resistência do metal depositado, que não é equivalente à resistência real do metal depositado. resistência da soldadura.

O metal depositado não é equivalente ao metal de solda, especialmente quando os materiais de solda são utilizados para aço de alta resistência de baixa liga, onde a resistência do metal de solda é frequentemente muito maior do que a do metal depositado.

Consequentemente, pode haver uma "força igual" nominal mas um resultado efetivo de "força superior".

Não há consenso sobre se a correspondência de força superior é sempre segura e fiável, e existem algumas dúvidas.

No projeto da ponte sobre o rio Yangtze de Jiujiang, na China, o "valor de resistência superior" da soldadura está limitado a não mais de 98MPa. O académico americano Pelini propôs que, para atingir objectivos conservadores de integridade estrutural, podem ser utilizadas soldaduras com resistência equivalente ou inferior à do material de base em 137MPa (ou seja, correspondência de baixa resistência). De acordo com os resultados da investigação do académico japonês Sato Kunihiko e outros, a correspondência de baixa resistência também é viável e tem sido aplicada na engenharia.

No entanto, o académico belga Soete e o académico chinês Zhang Yufeng defendem que a equiparação de forças superiores deve ser vantajosa.

É evidente que continua a faltar uma base teórica e prática suficiente para os princípios de conceção relacionados com a correspondência da resistência da soldadura que afectam a segurança e a fiabilidade das estruturas soldadas, e não existe um entendimento unificado.

A fim de determinar princípios de conceção mais razoáveis para as juntas soldadas e fornecer uma base para a seleção correcta dos materiais de soldadura, o Professor Chen Bolin e outros da Universidade de Tsinghua empreenderam o projeto de investigação da Fundação Nacional de Ciências Naturais "Investigação teórica sobre juntas soldadas de alta resistência Soldadura de aço Correspondência de dureza.

O conteúdo da investigação do projeto inclui a resistência à fratura de 490MPa de grau baixo limite de elasticidade de juntas de aço de alta resistência, a resistência à fratura de juntas de aço de alta resistência de grau 690~780MPa, a resistência à tração de juntas não soldadas, o comportamento de deformação da parte superior de espécimes com entalhes profundos e ensaios NDT em juntas soldadas.

Um grande número de resultados experimentais demonstrou que:

Para o aço de alta resistência e baixo rendimento com uma resistência à tração de 490MPa, é vantajoso utilizar materiais de soldadura com uma certa tenacidade e uma resistência superior adequada.

Se considerarmos factores como a processabilidade da soldadura e a adaptabilidade da utilização, é mais razoável selecionar materiais de soldadura com uma certa tenacidade e uma "força igual" real.

A resistência à fratura e o comportamento das juntas soldadas deste tipo de aço dependem do efeito combinado da resistência e da ductilidade do material de soldadura.

Por conseguinte, estrutura de soldadura A conceção baseada unicamente em considerações de resistência, sem ter em conta a tenacidade, não pode garantir de forma fiável a segurança da sua utilização.

Para o aço de alta resistência com um rácio de limite de elasticidade de 690~780MPa, o desempenho da fratura das suas juntas soldadas não está apenas relacionado com a resistência, a tenacidade e a plasticidade da soldadura, mas também é limitado pela heterogeneidade da junta soldada.

Uma resistência excessivamente superior ou baixa da soldadura não é ideal, enquanto as juntas que se aproximam da igualdade de resistência têm o melhor desempenho em termos de fratura. Por conseguinte, é razoável conceber as juntas soldadas de acordo com o princípio da igualdade de resistência real. Assim, deve haver limites superiores e inferiores para a resistência da soldadura.

O coeficiente de correspondência de resistência (Sr) é a relação entre a resistência à tração do metal depositado do material de soldadura e a resistência à tração do material de base, e pode refletir a heterogeneidade do desempenho mecânico da junta.

Os resultados experimentais mostram que quando Sr≧0,9, a resistência da junta soldada pode ser considerada próxima da resistência do material de base. Por conseguinte, na prática de produção, a utilização de materiais de soldadura que reduzem a resistência em 10% em comparação com o material de base pode assegurar que a junta cumpre os requisitos de conceção de resistência igual.

Quando Sr≧0,86, a resistência da junta pode atingir mais de 95% da resistência do material de base. Isso ocorre porque a maior resistência do material de base restringe o metal de solda, melhorando assim a resistência da solda.

O rácio de limite de elasticidade do material de base tem uma influência importante no comportamento de fratura das juntas soldadas. J

s juntas com rácios de limite de elasticidade mais baixos do material de base têm melhor resistência à fratura frágil do que as juntas com rácios de limite de elasticidade mais elevados do material de base. Isto indica que a reserva de plasticidade do material de base também tem um impacto significativo na resistência à fratura frágil da junta.

O comportamento de deformação do metal de solda é influenciado pela correspondência de propriedades mecânicas entre a solda e o material de base.

Sob a mesma tensão de tração, a deformação da soldadura da junta de resistência superior do aço de baixo coeficiente de elasticidade é maior, enquanto a deformação da soldadura da junta de baixa resistência do aço de elevado coeficiente de elasticidade é menor. A deslocação da abertura da fenda (valor COD) da junta soldada também apresenta a mesma tendência, indicando que a junta de resistência superior com aço de baixo coeficiente de elasticidade tem a vantagem de ceder facilmente na ponta da fenda e de deformar mais na ponta da fenda.

A resistência à fratura frágil das juntas soldadas está intimamente relacionada com a heterogeneidade do desempenho mecânico da junta. Não é apenas determinada pela resistência da soldadura, mas também condicionada pela tenacidade e plasticidade da soldadura. A seleção dos materiais de soldadura deve não só assegurar que a soldadura tem uma resistência adequada, mas também assegurar que a soldadura tem suficiente tenacidade e plasticidade. Ou seja, a correspondência entre a resistência e a dureza da soldadura deve ser bem controlada.

No caso dos aços de alta resistência, a obtenção de uma correspondência de resistência igual entre o metal de solda e o material de base apresenta dificuldades técnicas significativas. Mesmo que a resistência da soldadura atinja a mesma resistência, a plasticidade e a tenacidade da soldadura podem ser reduzidas a um nível inaceitável, e a resistência à fissuração pode também diminuir significativamente. Para evitar fissuras de soldaduraA construção deve ser efectuada em condições extremamente rigorosas e o custo de construção será muito mais elevado.

A fim de evitar sacrificar o desempenho global da estrutura, procurando apenas a resistência, e para melhorar a fiabilidade económica na construção, é necessário reduzir a resistência e adotar um esquema de correspondência de baixa resistência.

Por exemplo, o aço submarino japonês NS110 tem um limite de elasticidade superior ou igual a 1098MPa, e o limite de elasticidade do metal depositado da peça correspondente vareta de soldadura e o fio de soldadura com proteção gasosa deve ser superior ou igual a 940MPa, com um coeficiente de correspondência da tensão de cedência de 0,85.

Após a utilização de materiais de soldadura de baixa resistência, o teor de carbono e o carbono equivalente da soldadura podem ser reduzidos, o que melhorará a tenacidade e a resistência à fissuração da soldadura, tornando a construção da soldadura mais conveniente e reduzindo os custos de construção.

Além disso, alguns dados de testes do académico japonês Kunihiko Sato mostram que, desde que a resistência do metal de solda não seja inferior a 80% da resistência do material de base, a junta pode ainda ser garantida como sendo igual em resistência ao material de base.

No entanto, o alongamento global da junta com soldaduras de baixa resistência será ligeiramente inferior. Sob carga de fadiga, se o excesso de altura da soldadura não for removido, ocorrerão fissuras de fadiga na zona de fusão. No entanto, se o excesso de altura da soldadura for removido, ocorrerão fissuras de fadiga na soldadura de baixa resistência.

Por conseguinte, ao utilizar soldaduras de baixa resistência, é necessário realizar alguns trabalhos experimentais com base em condições específicas.