Strength Matching of Welded Joints (Correspondência de resistência de juntas soldadas): Um guia completo

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

Em estruturas soldadas reais, há três tipos de relações de correspondência entre a solda e o material de base em termos de resistência: a resistência da solda é igual à resistência do material de base (correspondência de resistência igual), a resistência da solda excede a resistência do material de base (correspondência de resistência superior, também conhecida como correspondência de alta resistência) e a resistência da solda é inferior à resistência do material de base (correspondência de baixa resistência).

Do ponto de vista da segurança e confiabilidade estrutural, a resistência da solda geralmente deve ser pelo menos igual à resistência do material de base, o que é conhecido como princípio de projeto de "resistência igual".

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

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

Como resultado, pode haver uma "força igual" nominal, mas um resultado real de "força superior".

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

No projeto da ponte Jiujiang Yangtze River Bridge, na China, o "valor de resistência superior" da solda é limitado a não mais que 98 MPa. O acadêmico americano Pelini propôs que, para atingir metas conservadoras de integridade estrutural, podem ser usadas soldas com resistência equivalente ou inferior à do material de base em 137 MPa (ou seja, correspondência de baixa resistência). De acordo com os resultados da pesquisa do acadêmico japonês Sato Kunihiko e outros, a correspondência de baixa resistência também é viável e tem sido aplicada na engenharia.

No entanto, o acadêmico belga Soete e o acadêmico chinês Zhang Yufeng defendem a opinião de que a combinação de força superior deve ser vantajosa.

Claramente, ainda há uma falta de base teórica e prática suficiente para os princípios de projeto relacionados à correspondência da resistência da solda que afetam a segurança e a confiabilidade das estruturas soldadas, e não há um entendimento unificado.

Para determinar princípios de projeto mais razoáveis para juntas soldadas e fornecer uma base para a seleção correta de materiais de soldagem, o professor Chen Bolin e outros da Universidade de Tsinghua realizaram o projeto de pesquisa da National Natural Science Foundation "Theoretical Research on High-strength Solda de aço Correspondência de resistência.

O conteúdo da pesquisa do projeto inclui a resistência à fratura de uma classe de 490MPa de baixa resistência ao escoamento 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 entalhe profundo e testes NDT em juntas soldadas.

Um grande número de resultados experimentais mostrou que:

Para aço de alta resistência e baixo rendimento com resistência à tração de 490 MPa, é vantajoso usar materiais de soldagem com certa tenacidade e resistência superior adequada.

Se considerarmos fatores como a capacidade de processamento de soldagem e a adaptabilidade de uso, é mais razoável selecionar materiais de soldagem com certa resistência e "força igual" real.

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

Portanto, estrutura de soldagem O projeto baseado apenas em considerações de resistência, sem levar em conta a tenacidade, não pode garantir de forma confiável a segurança de seu uso.

No caso do aço de alta resistência com uma taxa de resistência ao escoamento de 690 a 780 MPa, o desempenho da fratura de suas juntas soldadas não está relacionado apenas à resistência, à tenacidade e à plasticidade da solda, mas também é limitado pela heterogeneidade da junta soldada.

A resistência excessivamente superior ou baixa da solda não é ideal, enquanto as juntas que se aproximam da correspondência de resistência igual têm o melhor desempenho de fratura. Portanto, é razoável projetar as juntas soldadas de acordo com o princípio de resistência igual real. Portanto, deve haver limites superiores e inferiores para a resistência da solda.

O coeficiente de correspondência de resistência (Sr) é a relação entre a resistência à tração do metal depositado do material de soldagem 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 à resistência do material de base. Portanto, na prática de produção, o uso de materiais de soldagem que reduzem a resistência em 10% em comparação com o material de base pode garantir que a junta atenda aos requisitos de projeto 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.

A taxa de resistência ao escoamento do material de base tem uma influência importante no comportamento de fratura das juntas soldadas. J

s juntas com índices de resistência ao escoamento mais baixos do material de base têm melhor resistência à fratura frágil do que as juntas com índices de resistência ao escoamento mais altos do material de base. Isso indica que a reserva de plasticidade do material de base também tem um impacto significativo sobre a resistência à fratura frágil da junta.

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

Sob a mesma tensão de tração, a deformação da solda da junta correspondente de resistência superior do aço com baixa taxa de resistência ao escoamento é maior, enquanto a deformação da solda da junta correspondente de baixa resistência do aço com alta taxa de resistência ao escoamento é menor. O deslocamento de abertura da trinca (valor COD) da junta soldada também apresenta a mesma tendência, indicando que a junta de correspondência de resistência superior de aço com baixo índice de resistência ao escoamento tem a vantagem de ceder facilmente na ponta da trinca e de deformação maior na ponta da trinca.

A resistência à fratura frágil de juntas soldadas está intimamente relacionada à heterogeneidade do desempenho mecânico da junta. Ela não é determinada apenas pela resistência da solda, mas também é limitada pela tenacidade e plasticidade da solda. A seleção dos materiais de soldagem não deve apenas garantir que a solda tenha a resistência adequada, mas também que tenha resistência e plasticidade suficientes. Ou seja, a correspondência entre resistência e tenacidade da solda deve ser bem controlada.

No caso do aço 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 força da solda atinja a mesma resistência, a plasticidade e a tenacidade da solda podem ser reduzidas a um nível inaceitável, e a resistência a rachaduras também pode diminuir significativamente. Para evitar trincas de soldaSe o custo de construção for muito alto, as condições de construção devem ser extremamente rigorosas e o custo de construção aumentará muito.

Para evitar sacrificar o desempenho geral da estrutura buscando apenas a resistência e para melhorar a confiabilidade econômica na construção, é necessário reduzir a resistência e adotar um esquema de correspondência de baixa resistência.

Por exemplo, o aço submarino NS110 do Japão tem uma resistência ao escoamento maior ou igual a 1098 MPa, e a resistência ao escoamento do metal depositado da correspondência Vareta de solda e o arame de solda com proteção de gás deve ser maior ou igual a 940 MPa, com um coeficiente de correspondência de resistência ao escoamento de 0,85.

Depois de usar materiais de soldagem correspondentes de baixa resistência, o teor de carbono e o equivalente de carbono da solda podem ser reduzidos, o que melhorará a tenacidade e a resistência a rachaduras da solda, tornando a construção da solda mais conveniente e reduzindo os custos de construção.

Além disso, alguns dados de teste do acadêmico japonês Kunihiko Sato mostram que, desde que a resistência do metal de solda não seja inferior a 80% da resistência do material de base, ainda é possível garantir que a junta seja igual em resistência ao material de base.

Entretanto, o alongamento geral da junta com soldas de baixa resistência será um pouco menor. Sob carga de fadiga, se o excesso de altura da solda não for removido, ocorrerão trincas por fadiga na zona de fusão. No entanto, se o excesso de altura da solda for removido, ocorrerão trincas por fadiga na solda de baixa resistência.

Portanto, ao usar soldas de baixa resistência, é necessário realizar alguns trabalhos experimentais com base em condições específicas.