Tartalom. Tartalom. nek. nek műszaki dimenziója. Alkalmazott törésmechanikat. görbék k hegesztett szerkezetek integritásának. nak

Fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék hegesztett szerkezetek integritá integritásának megí megítéléséhez Prof. Dr. Luká Lukács János Miskolci Egyetem, Anyagszerkezettani és Anyagtechnoló Anyagtechnológiai Inté Intézet, H-3515 MiskolcMiskolc-Egyetemvá Egyetemváros

Tartalom  Bevezeté Bevezetés  Fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedési sebessé sebesség vizsgá vizsgálatok  

27. Hegeszté Hegesztési Konferencia 2014. má május 2222-24. Budapest, Óbudai Egyetem

Tartalom

Vizsgá Vizsgált anyagminő anyagminőségek Vizsgá Vizsgálati kö körülmé lmények

 A fá fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési gö görbé rbék meghatá meghatározá rozása  Repedé Repedésszerű sszerű hibá hibát tartalmazó tartalmazó szerkezeti elem integritá integritásának megí megítélése  Következteté vetkeztetések

Az élettartam gazdá gazdálkodá lkodás rendszeré rendszerének műszaki dimenzió dimenziója

 Bevezeté Bevezetés  Fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedési sebessé sebesség vizsgá vizsgálatok  



Az élettartam gazdá gazdálkodá lkodás rendszeré rendszerének alkalmazá alkalmazási lehető lehetőségei

Alkalmazott tö törésmechanika

 a terjedő terjedőképes és a kritikus (é (értsd: tönkremenkremenetelt okozó okozó) repedé repedésmé sméretek meghatá meghatározá rozása  a terjedő terjedőképes repedé repedésmé smérethez tartozó tartozó élettartam meghatá meghatározá rozása  a maradó ggvény meghatá meghatározá rozása maradó élettartam fü függvé és az azt befolyá befolyásoló soló hatá hatások felté feltérké rképezé pezése (paramé (paraméterter- vagy érzé rzékenysé kenységvizsgá gvizsgálat)  a maradó maradó élettartam becslé becslése megbí megbízható zhatóságának megí megítélése  károsodá rosodási paramé paraméter(ek ter(ek)) és ká károsodá rosodási függvé ggvény(ek ny(ek)) szá számítása

1

A fá fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedés kinetikai diagramja R = állandó llandó T = állandó llandó

Fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbéket tartalmazó tartalmazó elő előírások       

ASME BPVCBPVC-1977 → 2010 BSI PD 64936493-1980 BS 79107910-1999 WES 28052805-1980 Merkblatt DVS 2401 Teil 1 1982 DnV CN CN, Note No. 30.2. 30.2. 1984 IIW SSTSST-10931093-88. 88.

A feszü feszültsé ltségintenzitá gintenzitási té tényező nyező tartomá tartományá nyának kü küszö szöbérté rtéke (ΔKth) A ParisParis-Erdogan összefü sszefüggé ggés állandó llandói (C and n) A feszü feszültsé ltségintenzitá gintenzitási té tényező nyező tartomá tartományá nyának kritikus érté rtéke( ke(ΔKfc)

A fá fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék szerkezete (BS 7910)

A kutató kutató munka cé célkitű lkitűzései  Különbö nböző anyagok fá fáradá radásos repedé repedésterjesterjedéssel szembeni ellená ellenállá llásának jellemzé jellemzése tervezé tervezési gö görbé rbékkel  

a vizsgá vizsgálati eredmé eredmények statisztikai elemzé elemzésével a ParisParis-Erdogan összefü sszefüggé ggésre építve

 Fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési gö görbé rbék meghatá meghatározá rozása  

különbö nböző anyagokra és hegesztett kö kötéseikre különbö nböző terhelé terhelési felté feltételek mellett

 A tervezé tervezési gö görbé rbék alkalmazá alkalmazása szerkezetek integritá integritásának megí megítéléséhez (szá (számítások)

Tartalom  Bevezeté Bevezetés  Fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedési sebessé sebesség vizsgá vizsgálatok Vizsgá Vizsgált anyagminő anyagminőségek  Vizsgá Vizsgálati kö körülmé lmények 


Nagyszilá Nagyszilárdsá rdságú acé acél Alumí Alumíniumö niumötvö tvözet Alapanyag‐ Alapanyag‐1: BM1

Fizikai szimulá Fizikai szimuláció ció NST

HTT





Fárasztó rasztóvizsgá vizsgálat HAZ

LCF

HCF

FCG





 

Hegesztett kö Hegesztett kötés‐1: BM1/WJ1






















Alapanyag‐ Alapanyag‐1: BM2























NST: z NST: zérus szilá rus szilárdsá rdsághoz tartozó ghoz tartozó hőmérsé rséklet

LCF: kisciklus ú fárasztá LCF: kisciklusú rasztás

HTT: melegszak HTT: melegszakíítás (heví hevítéses, heví ses, hevítéses‐ ses‐visszahű visszahűtéses) ses)

HCF: nagyciklus ú fárasztá HCF: nagyciklusú rasztás

HAZ: h HAZ: hőhatá hatásövezeti szimulá szimuláció ció

FCG: f FCG: fáradá radásos repedé sos repedésterjedé sterjedés

2

Nagyszilá Nagyszilárdsá rdságú acé acél

Fizikai szimulá Fizikai szimuláció ció NST

HTT





BM1: S690QL BM1: S690QL

Fárasztó rasztóvizsgá vizsgálat

HAZ

Alumí Alumíniumö niumötvö tvözet

Fizikai szimulá Fizikai szimuláció ció

LCF

HCF

FCG







BM1: AlMg3 and 5754‐ BM1: AlMg3 and 5754‐H22

NST

HTT





HAZ

Fárasztó rasztóvizsgá vizsgálat LCF

HCF

FCG





 

BM1/WJ1: S690QL BM1/WJ1: S690QL//GMAW‐ GMAW‐m









BM1/WJ1: 5754‐ BM1/WJ1: 5754‐H22/FSW







BM1/WJ2: S690QL BM1/WJ2: S690QL//GMAW‐ AW‐om









BM1/WJ2: 5754‐ BM1/WJ2: 5754‐H22/GT H22/GTAW















BM1/WJ3: 5754‐ BM1/WJ3: 5754‐H22/GMAW











BM2: S960QL BM2: S960QL



BM2/WJ1: S960QL BM2/WJ1: S960QL//GMAW‐ GMAW‐m









BM2: 6082‐ BM2: 6082‐T6







BM2/WJ2: S960QL BM2/WJ2: S960QL//GMAW‐ MAW‐um









BM2/WJ1: 6082‐ BM2/WJ1: 6082‐T6/FSW









BM2/WJ2: 6082‐ BM2/WJ2: 6082‐T6/GT T6/GTAW









BM2/WJ3 BM2/WJ3: 6082‐ : 6082‐T6/GM T6/GMAW









A vizsgá vizsgált anyagminő anyagminőségek és hegesztett kö kötéseik legfontosabb sajá sajátossá tosságai

Acé Acél tí típus

Anyagminő Anyagminőség Hegesztő Hegesztő eljá eljárás 37C

VFI (ISO kó kód: 135) 100 CO2

VIHVIH-2

mikroö mikroötvö tvözött

E420C

VFI (ISO kó kód: 135) 80 Ar + 20 CO2

Union K56

nagyszilá nagyszilárdsá rdságú

X80TM


X-90 IG


QStE690TM

–

–


S690QL



S960QL


UNION X 96

–

–

nagyszilá nagyszilárdsá rdságú XABO 1100

Védőgáz

Hozaganyag

–

INEFIL NiMoCr

–

A vizsgá vizsgált alapanyagok (aa (aa)) és hegesztő hegesztő hozaganyagok (ha) vegyi összeté sszetétele, tömeg% Anyagminő Anyagminőség 37C aa

Cu

Cr

Ni

Mo

Ti

N

B

–

–

–

–

–

–

–



A vizsgá vizsgált alapanyagok (aa (aa)) és hegesztő hegesztő hozaganyagok (ha) vegyi összeté sszetétele, tömeg% Anyagminő Anyagminőség

mikroö mikroötvö tvözött



C

Si

Mn

P

S

Al

Nb

V

37C aa

0.15

0.38

0.89

0.029

0.016

0.016

0.021

0.023

VIHVIH-2 ha

0.080.080.1

0.400.400.63

0.690.690.98

0.0110.0110.017

0.0270.0270.030

–

–

–

E420C aa

0.18

0.46

1.44

0.027

0.013

0.025

0.035

0.045

UNION K56 ha

0.10

1.10

1.70

0.020

0.020

0.020

–

0.020

X80TM aa

0.08

0.30

1.84

0.012

0.002

0.036

0.046

–

QStE690TM aa

0.077

0.29

1.75

0.011

0.002

0.041

0.04

0.061

Böhler X90X90-IG ha

0.10

0.60

1.75

–

–

–

–

–

S690QL aa

0.16

0.31

1.01

0.010

0.001

0.041

0.001

0.10

NEFIL NIMOCR ha

0.080

0.500

1.600

0.007

0.007

–

–

0.090

S960QL aa

0.16

0.22

1.24

0.009

0.001

0.056

0.016

0.041

UNION X96 ha

0.12

0.80

1.90

–

–

–

–

–

XABO 1100 aa

0.16

0.29

0.98

0.012

0.0020

0.025

0.001

0.070

A vizsgá vizsgált alapanyagok (aa (aa)) és hegesztő hegesztő hozaganyagok (ha) mechanikai tulajdonsá tulajdonságai Anyagminő Anyagminőség

VIHVIH-2 ha

–

–

–

–

–

–

–

37C aa

E420C aa

0.08

0.06

0.03

–

–

–

–

VIHVIH-2 ha

Ry1)

Rm

Ry/Rm

A5

Rm * A5

Z

N/mm2

N/mm2

–

%

N/mm2 * %

%

270

405

0.666

33.5

13567

63.5

410410-485

535535-585

0.7660.766-0.829

22.022.0-24.8

11770

40.940.9-63.9 –

UNION K56 ha

–

–

–

–

–

–

–

E420C aa

450

595

0.756

30.7

18266

X80TM aa

–

–

–

–

0.018

0.0051

–

UNION K56 ha

500

560560-720

0.6940.694-0.893

22.0

12320

–

0.33

0.037

0.52

0.32

0.024

–

–

X80TM aa

540

625

0.864

25.1

15687

73.1

QStE690TM aa Böhler X90X90-IG ha

–

0.30

2.5

0.45

–

–

–

S690QL aa

0.015

0.61

0.21

0.205

0.016

0.003

0.0015

NEFIL NIMOCR ha

0.120

0.300

1.500

0.250

–

–

–

S960QL aa

0.01

0.19

0.05

0.581

0.004

0.003

0.001

UNION X96 ha

–

0.45

2.35

0.55

–

–

–

XABO 1100 aa

0.040

0.66

1.93

0.51

0.001

0.0049

0.0002

QStE690TM aa

780

850

0.918

18.3

15555

–

Böhler X90X90-IG ha

890

940

0.947

16.0

15040

–

S690QL aa

809

850

0.952

17.0

14450

–

NEFIL NIMOCR ha

750

820

0.915

19.0

15580

–

S960QL b

1007

1045

0.964

16.0

16112

–

UNION X96 ha

>930

>980

0.949

>14

>13720

–

XABO 1100 b

1125

1339

0.840

11.02)

147292)

–

1)

Ry jelenté jelentése ReH vagy Rp0.2. 2) Enné Ennél az anyagminő anyagminőségné gnél A5 helyett of A97.

3

A vizsgá vizsgált alapanyagok elhelyezkedé elhelyezkedése a szakadá szakadási nyú nyúlás-szakí szakítószilá szilárdsá rdság diagramban


37 C

E420 C X80 TM

QStE690 TM

S690QL

S960QL XABO 1100

Vizsgá Vizsgálati kö körülmé lmények



MTS gyá gyártmá rtmányú nyú univerzá univerzális anyagvizsgá anyagvizsgáló rendszer a Miskolci Egyetem Anyagszerkezattani és Anyagtechnoló Anyagtechnológiai Inté Intézeté zetében

 ASTM E 647 elő előírás szerint  pró próbatestek: TPB és CT  vizsgá vizsgálati mó módszerek (terhelé (terhelési fü függvé ggvények)  

K-csö csökkenté kkentéses vizsgá vizsgálat állandó llandó terhelé terhelésamplitú samplitúdójú vizsgá vizsgálat

ipari kamera

 terhelé terhelés aszimmetria té tényező nyező: R = 0.1  a terjedő terjedő repedé repedés kö követé vetésének mó módszere  

   

optikai mó módszer compliance módszer

szobahő szobahőmérsé rséklet laborató laboratóriumi kö közeg szinusz alakú alakú terhelé terhelési fü függvé ggvény berendezé berendezés: MTS 312

monitor

A pró próbatestek elhelyezkedé elhelyezkedése az S690QL és az S960QL alapanyagok hegesztett kö kötéseiben


RD = hengerlé hengerlési irá irány



4

A fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék meghatá meghatározá rozása  a mé mérési eredmé eredmények meghatá meghatározá rozása  a mé mérési eredmé eredmények statisztikai mintá mintákba rendezé rendezése  a mintá minták leí leírására alkalmas eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvény típusá pusának megvá megválasztá lasztása  az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények paramé paramétereinek meghatá meghatározá rozása  az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények karakterisztikus érté rtékeinek megvá megválasztá lasztása  a fá fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé paramétereinek szá számítása tervezési gö görbé rbék paramé

Az S960QL alapanyag hegesztett kö kötéseibő seiből ké készí szített 21 orientá orientáció ciójú pró próbatestek repedé repedésmé sméretret-igé igénybevé nybevételi szá szám (a(a-N) gö görbé rbéi

A fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék meghatá meghatározá rozásának 1. lé lépése  a mé mérési eredmé eredmények meghatá meghatározá rozása  

ΔKth, n és C az az ASTM E 647 elő előírás szerint ΔKfc a tö töretfelü retfelületen sztereó sztereó mikroszkó mikroszkóppal mé mért repedé repedésmé sméret alapjá alapján

 a mé mérési eredmé eredmények statisztikai mintá mintákba rendezé rendezése  a mintá minták leí leírására alkalmas eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvény típusá pusának megvá megválasztá lasztása  az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények paramé paramétereinek meghatá meghatározá rozása  az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények karakterisztikus érté rtékeinek megvá megválasztá lasztása  a fá fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék paramé paramétereinek szá számítása

Az S960QL alapanyag hegesztett kö kötéseibő seiből ké készí szített 21 orientá orientáció ciójú pró próbatestek kinetikai diagramjai (da/dN (da/dN--ΔK)

25

1,0E+00

9-GMAWm-FCG-21W1 9-GMAWm-FCG-21W2

Fáradásos repedésterjedési sebesség, da/dN, mm/ciklus

1,0E-01

9-GMAWm-FCG-21W3

20

Repedésméret, a, mm

9-GMAWm-FCG-21W4 9-GMAWm-FCG-21W5 9-GMAWm-FCG-21W6 15


10

5

1,0E-02

1,0E-03


1,0E-04

9-GMAWm-FCG-21W3 9-GMAWm-FCG-21W4 1,0E-05

9-GMAWm_FCG-21W5 9-GMAWm-FCG-21W6 9-GMAWm-FCG-21W7

1,0E-06

9-GMAWm-FCG-21W8 0

1,0E-07

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

10

900000

C

n

MPam1/2 és mm/ciklus

1000 1/2

Az S960QL jelű jelű acé acél hegesztett kötéseibő seiből készü szült 21 orientá orientáció ciójú pró próbatesteken elvé elvégzett FCG vizsgá vizsgálatok eredmé eredményei A pró próbatest jele

100

Feszültségintenzitási tényező tartománya, K, MPam

Igénybevételi szám, N, ciklus

Korrelá Korreláció ciós index

∆Kfc

–

MPam1/2

9-GMAWmFCG-21W1 GMAWm-FCG-

1,052E1,052E-12

4,760

0,9743

128,46

9-GMAWmGMAWm-FCGFCG-21W2

1,035E1,035E-12

4,766

0,9798

115,46


8,694E8,694E-11

3,848

0,9530

101,82


7,066E7,066E-10

3,466

0,9665

103,28 134,85


1,999E1,999E-12

4,420

0,9834


1,864E1,864E-12

4,772

0,9548

98,98 98,98


6,791E6,791E-12

4,200

0,9832

123,43


6,678E6,678E-14

5,330

0,9897

117,79

A fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék meghatá meghatározá rozásának 2. lé lépése  a mé mérési eredmé eredmények meghatá meghatározá rozása  a mé mérési eredmé eredmények statisztikai mintá mintákba rendezé rendezése 

Wilcoxon pró próba

 a mintá minták leí leírására alkalmas eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvény típusá pusának megvá megválasztá lasztása  az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények paramé paramétereinek meghatá meghatározá rozása  az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények karakterisztikus érté rtékeinek megvá megválasztá lasztása  a fá fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék paramé paramétereinek szá számítása

5

Az S960QL jelű jelű acé acélból készü szült kü különbö nböző orientá orientáció ciójú pró próbatesteken elvé elvégzett FCG vizsg vizsgálatok eredmé eredményeibő nyeiből képzett mintá minták Mérőszá szám

Orientá Orientáció ció

A minta elemszá elemszáma

Átlag

Szó Szórás

Szó Szórási együ együttható ttható

n

T -S

5

3.959

0.946

L-S

5

3.735

0.273

T-S and LL-S

10

3.847

0.667

0.1734 0.2519

Kfc

Mérőszá szám

Orientá Orientáció ció

A minta elemszá elemszáma

Átlag

Szó Szórás

Szó Szórási együ együttható ttható

0.2390

n

21W

8

4.445

0.594

0.134

0.0731

Kfc

21W

8

115.5

13,20

0.114

T -L

5

2.441

0.615

T -S

5

100.22

6.685

0.0667

L-S

5

102.68

4.574

0.0446

T-S and LL-S

10

101.45

5.553

0.0547

T -L

5

125.11

8.385

0.0670

A fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék meghatá meghatározá rozásának 3. lé lépése   

a mé mérési eredmé eredmények meghatá meghatározá rozása a mé mérési eredmé eredmények statisztikai mintá mintákba rendezé rendezése a mintá minták leí leírására alkalmas eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvény típusá pusának megvá megválasztá lasztása   

Az S960QL jelű jelű acé acél hegesztett kötéseibő seiből készü szült 21 orientá orientáció ciójú pró próbatesteken elvé elvégzett FCG vizsg vizsgálatok eredmé eredményeibő nyeiből képzett mintá minták

ShapiroShapiro-Wilk pró próba Kolmogorov vagy KolmogorovKolmogorov-Smirnov pró próba Χ2 pró próba

Lehetsé Lehetséges eloszlá eloszlások  normá normális eloszlá eloszlás  logaritmikus normá normális eloszlá eloszlás  két paramé paraméteres Weibull eloszlá eloszlás  három paramé paraméteres Weibull eloszlá eloszlás

 az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények paramé paramétereinek meghatá meghatározá rozása  az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények karakterisztikus érté rtékeinek megvá megválasztá lasztása  a fá fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék paramé paramétereinek szá számítása

A fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék meghatá meghatározá rozásának 4. lé lépése

A fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék meghatá meghatározá rozásának 5. lé lépése

a mé mérési eredmé eredmények meghatá meghatározá rozása a mé mérési eredmé eredmények statisztikai mintá mintákba rendezé rendezése a mintá minták leí leírására alkalmas eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvény típusá pusának megvá megválasztá lasztása  a (kivá (kiválasztott) há három paramé paraméteres Weibull eloszlá eloszlás eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvényei paramé paramétereinek meghatá meghatározá rozása

 a mé mérési eredmé eredmények meghatá meghatározá rozása  a mé mérési eredmé eredmények statisztikai mintá mintákba rendezé rendezése  a mintá minták leí leírására alkalmas eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvény típusá pusának megvá megválasztá lasztása  az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények paramé paramétereinek meghatá meghatározá rozása  az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények karakterisztikus érté rtékeinek megvá megválasztá lasztása  ΔKth a 95% való valószí színűséghez tartozó tartozó érté rték  n az 5% való valószí színűséghez tartozó tartozó érté rték  ΔKfc az 5% való valószí színűséghez tartozó tartozó érté rték  a fá fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék paramé paramétereinek szá számítása

  

 xN  0 Fx   1  exp       

1/ 

  

 az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények karakterisztikus érté rtékeinek megvá megválasztá lasztása  a fá fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék paramé paramétereinek szá számítása

6

A tervezé tervezési hatá határgö rgörbé rbék szá származtatá rmaztatásának módszere és a hatá határgö rgörbe elvi alakja

A ParisParis-Erdogan összefü sszefüggé ggés kitevő kitevője (n) és állandó llandója (C) közötti kapcsolat

Paris-Erdogan exponent, n

10 Base materials (mode I and I+II)

9 8

Welded joints (mode I) Linear (Base materials (mode I and I+II))

7

Linear (Welded joints (mode I))

6 5 4 Mode I: K Mixed mode I+II: Keff

3 2

da/dN: mm/cycle; K, Keff: MPa m 1/2

1 -17

-15

-13

-11

-9

-7

-5

Paris-Erdogan constant, lgC

A fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési görbé rbék meghatá meghatározá rozásának 6. lé lépése  a mé mérési eredmé eredmények meghatá meghatározá rozása  a mé mérési eredmé eredmények statisztikai mintá mintákba rendezé rendezése  a mintá minták leí leírására alkalmas eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvény típusá pusának megvá megválasztá lasztása  az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények paramé paramétereinek meghatá meghatározá rozása  az eloszlá eloszlásfü sfüggvé ggvények karakterisztikus érté rtékeinek megvá megválasztá lasztása  a fá fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési gö görbé rbék paramé paramétereinek szá számítása

A különbö nböző alapanyagok (aa) aa) és hegesztett kötéseik (hk) hk) tervezé tervezési görbé rbéinek paramé paraméterei MPam1/2

A fá fáradá radásos repedé repedésterjesterjedésre meghatá meghatározott tertervezé vezési görbé rbék (EGYSZERŰ (EGYSZERŰ KAPCSOLAT)

Fáradásos repedésterjedési sebesség, da/dN, mm/ciklus

1,0E-03

1,0E-05

37C alapanyag 37C hegesztett kötés E420C alapanyag E420C hegesztett kötés X80TM alapanyag

1,0E-06

X80TM hegesztett kötés QStE690TM alapanyag S960QL alapanyag S960QL hegesztett kötés XABO 1100 alapanyag 1,0E-07 1

10

100

A feszültségintenzitási tényező tartománya, K, MPam

1/2

1000

C

Kfc MPam1/2

10.4

2.98

8.22 EE-09

53

37C hk

–1)

3.16

2.42 EE-09

70

E420C aa

8.0

2.26

9.78 EE-08

92

E420C hk

–1)

2.74

1.16 EE-08

101 129

X80TM aa

–

1.78

3.74 EE-07

X80TM hk

–

1.86

3.13 EE-07

–

QStE690TM aa

–

1.82

3.27 EE-07

–

S690QL aa

kidolgozá kidolgozás alatt

S690QL hk

kidolgozá kidolgozás alatt

S960QL aa

–

1.80

3.50 EE-07

94

S960QL hk

–

2.75

1.36 EE-08

95

XABO 1100 aa

–

1.76

4.00 EE-07

104

A maradó maradó feszü feszültsé ltségek jellegé jellegének ismereté ismeretében az alapanyagra kapott érté rtékbő kből szá származtatható rmaztatható.

A sajá saját vizsgá vizsgálatok és az irodalmi adatok összehasonlí sszehasonlítása Ry

Rm

Kth

n

Kfc

N/mm2

N/mm2

MPam1/2

mm/cycle mm/cycle,, MPam1/2

MPam1/2

37C

270

405

7.69

3.60

62.70

St38bSt38b-2

280

440

5.5

3.7

45

350350-380

790790-820

–

2.20

261.01

E420C

450

595

5.72

2.55

100.41

H60H60-3

500

630

5.9

3.8

50

TRIP_28670

≥500

560560-720

–

2.06

320.73

X80TM

540

625

–

2.49

136.57

H75H75-3

600600-680

–

4.34.3-5.2

2.52.5-2.7

7070-75

QStE690TM

780

850

–

2.39

–

N-A-XTRA 70

810

850

2.7

2.7

88

S960QL

1007

1045

–

2.44

125.11

XABO 1100

1125

1339

–

2.00

116.41

Anyagminő Anyagminőség

DP_25156

1,0E-04

n


37C aa

1)

1,0E-02

Kth


sajá saját vizsgá vizsgálatok

sajá saját vizsgá vizsgálatok

irodalmi adatok

7

Tartalom

Repedé Repedésszerű sszerű hibá hibát tartalmazó tartalmazó szerkezeti elem integritá integritásának megí megítélése

 Bevezeté Bevezetés  Fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedési sebessé sebesség vizsgá vizsgálatok  



Szerkezeti elem modell Gyö Gyökhiba cső cső körvarratá rvarratában

Gyö Gyökhiba cső cső körvarratá rvarratában A feszü feszültsé ltségintenzitá gintenzitási té tényező nyezők (K (Ka, Kc) és a geometriai függvé ggvények (Y (Ya, Yc)

Belső Belső nyomá nyomással terhelt, terhelt, félelliptikus, lelliptikus, belső belső, sugá sugárirá rirányú nyú, felü felületi repedé repedést tartalmazó tartalmazó cső cső

Ka 

  R  2  p 1   a   1 Ya a 2   Ri   Ra     1    Ri  Ya 

Kc 

1  a a a a  a a   Y1  ,   Y2  c , t   Y3  c , t       a  c t  1   t  

  R 2  p 1   a   1 Yc a 2   Ri   Ra      1  Ri  Yc 

1  a a a a  a a   Y4  ,   Y5  c , t   Y6  c , t       a  c t  1   t

Gyö Gyökhiba cső cső körvarratá rvarratában


A szá számítások alapadatai

Az elemzett hibá hibák mé méretei és mé méretará retarányai tabla5

   

Külső átmérő: dk = 355.7 mm Falvastagság: t = 7.5 mm Belső sugár: Ri = 170.35 mm Külső sugár: Ra = 177.85 mm

 Belső nyomás: p = 63 bar = 6.3 MPa    

Anyagminőség: A 37 (MSZ 29-1986) Folyási határ: ReH ≥ 235 N/mm2 Szakítószilárdság: Rm = 350-500 N/mm2 Szakadási nyúlás: A5 ≥ 25 %

A kö körvarrat szá száma X-671 X-673 X-672

a, mm 2.5 3 3

2c, mm 450 50 120

a/t 0.333 0.400 0.400

a/c 0.011 0.129 0.050

8

Gyökhiba cső körvarratában


Karakterisztikus anyagi mérőszámok

A kvá kvázistatikus igé igénybevé nybevétellel elvé elvégzett szá számítások eredmé eredményei

Kvázistatikus igénybevétel

A kö körvarrat

Ismé Ismétlő tlődő igé igénybevé nybevétel Haszná Használható lható adatot az irodalomban (AKKOR) nem talá találtunk.

A repedé repedés terjedő terjedőképessé pessége ismé ismétlő tlődő igé igénybevé nybevételné telnél

6.6

MPam1/2

2c

Kc

X-671

2.5

450

0.333

0.011

6.6

7.3

X-673

3

50

0.400

0.129

7.6

7.1

X-672

3

120

0.400

0.050

7.5

8.2

Kth


n

MPam1/2

Kfc

C


MPam1/2

37C aa

10.4

2.98

8.22 EE-09

53

37C hk

–1)

3.16

2.42 EE-09

70

E420C aa

8.0

2.26

9.78 EE-08

92

E420C hk

–1)

2.74

1.16 EE-08

101 129

X80TM aa

–

1.78

3.74 EE-07

X80TM hk

–

1.86

3.13 EE-07

–

QStE690TM aa

–

1.82

3.27 EE-07

–

S690QL aa

kidolgozá kidolgozás alatt kidolgozá kidolgozás alatt

S960QL aa

–

1.80

3.50 EE-07

94

S960QL hk

–

2.75

1.36 EE-08

95

XABO 1100 aa

–

1.76

4.00 EE-07

104

A maradó maradó feszü feszültsé ltségek jellegé jellegének ismereté ismeretében az alapanyagra kapott érté rtékbő kből szá származtatható rmaztatható.



Ismé Ismétlő tlődő igé igénybevé nybevétellel elvé elvégzett szá számítások

Az ismé ismétlő tlődő igé igénybevé nybevétellel elvé elvégzett szá számítások eredmé eredményei

A tervezé tervezési gö görbe

Szá Számító összefü sszefüggé ggések  a/c = állandó llandó

1,0E-02

37C alapanyag

 Ka = f( f(σ, Ya(a), a) = f(a)

37C hegesztett kötés

Kfc = 70 MPam1/2 Fáradásos repedésterjedési sebesség, da/dN, mm/ciklus

Ka

A különbö nböző alapanyagok (aa) aa) és hegesztett kötéseik (hk) hk) tervezé tervezési görbé rbéinek paramé paraméterei

1)

 da/dN da/dN = C[ C[Ka(a)]n  da/dN da/dN =

n = 3.16 C = 2.42.E2.42.E-09

 a i

1,0E-05

Kth = 10.4 MPam1/2 1,0E-06 10

C[ C[Kc(a)]n

a fc

Nmai 

A feszültségintenzitási tényező tartománya, K, MPam1/2

A kö körvarrat szá száma

a/c

Kth

ath

afc

ai

Ni

ai

Ni

X-671

0.011

5

1.69

6.85

2.2

797100

2.7

402500

6

2.07

2.1

915500

2.6

461200

7

2.41

2.5

528400

3.0

267500

8

2.71

5

1.56

6 7

 Kc = f( f(σ, Yc(a), a) = f(a)

1,0E-03

1

a/c

MPam1/2

S690QL hk

1,0E-04

a/t

mm

Összehasonlítás és következtetések  Ka < KIc és Kc < KIc  A repedésszerű (és repedésként modellezett) hibák terjedése kvázistatikus igénybevétel esetén nem valószínűsíthető.  Biztonsági tényező (KIc/Ki) csak nagy bizonytalansággal határozható meg (346/6.6 = 52.4; 20/8.2 = 2.4).

A feszü feszültsé ltségintenzitá gintenzitási té tényező nyező tartomá tartományá nyának kü küszö szöbérté rtéke a terhelé terhelés aszimmetria té tényező nyező függvé ggvényé nyében

8.2 MPam1/2

a

szá száma

KIc = 346 MPa m1/2 ASTM A 106 acél DX 52 acél KIc = 79-177 MPa m1/2 Különböző csőtávvezetéki acélok KIc = 20-138 MPa m1/2

100

da da  a dN

X-673

X-672

0.120

0.050

nem terjedő terjedőképes (ath > a) 2.6

1122600

3.1

2.13

2.7

1038500

3.2

705100

2.70

2.7

1038500

3.2

705100

8

3.24

5

1.79

6 7

7.45

761900

nem terjedő terjedőképes (ath > a) 7.09

2.8

504200

3.3

2.20

2.8

504200

3.3

271300 271300

2.58

2.6

645300

3.1

348100

8

2.92

3.0

393900

3.5

211000

9

3.23

nem terjedő terjedőképes (ath > a)

9

Gyö Gyökhiba cső cső körvarratá rvarratában Az ismé ismétlő tlődő igé igénybevé nybevétellel elvé elvégzett szá számításokbó sokból levonható levonható következteté vetkeztetések

 A terjedőképes és a kritikus repedésméretek különböző a/c arányok esetén különbözőek.  A terjedőképes repedésméretek roncsolásmentes vizsgálattal (például ultrahangvizsgálat) a gyakorlat számára megfelelő megbízhatósággal kimutathatók.  A szokásos üzemeltetési feltételek mellett (körülbelül 500 ciklus/év) a terjedő repedések nem okoznak törést.

Tartalom  Bevezetés  Fáradásos repedésterjedési sebesség vizsgálatok  

Vizsgált anyagminőségek Vizsgálati körülmények

 A fáradásos repedésterjedésre érvényes tervezési görbék meghatározása  Repedésszerű hibát tartalmazó szerkezeti elem integritásának megítélése  Következtetések

Következteté vetkeztetések I.

Következteté vetkeztetések I. (folytatá (folytatás)

A bemutatott mó általá módszer ltalánosan alkalmazható alkalmazható fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési gö görbé rbék meghatá meghatározá rozására, , szerkezeti é s nagyszilá á rdsá ra nagyszil rdságú acé acélokhoz és hegesztett kö kötéseikhez, I (nyitó (nyitó) terhelé terhelésmó smódban.

A mó módszer I+II (nyitó (nyitó+nyí +nyíró) terhelé terhelésmó smód eseté esetén is alkalmazható alkalmazható fáradá radásos repedé repedésterjedé sterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési gö görbé rbék meghatá meghatározá rozásához. Ilyenkor a feszü feszültsé ltségintenzitá gintenzitási té tényező nyező tartomá tartománya (∆ (∆K) helyett annak effektí használni. effektív érté rtékét (∆ (∆Keff) kell haszná

Következteté vetkeztetések II.

Következteté vetkeztetések III.

A bemutatott és alkalmazott mó módszer érvé rvényesí nyesíti az ésszerű sszerű kocká kockázatvá zatvállalá llalás (nem a legkedvező legkedvezőtlenebb esetet vesszü vesszük figyelembe) figyelembe) és a biztonsá biztonságra való való törekrekvés (tudjuk, hogy milyen bizonytalansá bizonytalansággal dolgozunk) dolgozunk) kompromisszumá kompromisszumát.

A meghatá meghatározott, fá fáradá radásos repedé repedésterjesterjedésre érvé rvényes tervezé tervezési gö görbé rbék segí segítsé tségével repedé repedést vagy repedé repedésszerű sszerű hibá hibát tartalmazó tartalmazó szerkezetek, szerkezeti elemek integritá integritásának megí megítélését lehető lehetővé tevő tevő, illetve segí segítő szá számítások vé végezhető gezhetők.

A mó módszer tová további anyagminő anyagminőségekhez – fémekhez és ötvö tvözeteikhez (pé (példá ldául nyomá nyomástartó startó edé edények anyagai, alumí ausztemperá gömbgrafitos alumíniumö niumötvö tvözetek, ausztemperált öntö ntöttvas), illetve nemfé nemfémes anyagokhoz (pé (példá ldául szilí szilíciumcium-nitrid kerá kerámiá miák, polimerek, polimer má mátrixú trixú kompozitok) kompozitok) – való való alkalmazható alkalmazhatóságáról korá korábbi közlemé zleményekben talá található lhatók informá információ ciók.

10

Következteté vetkeztetések IV IV. A hegesztett kötésekre vonatkozó vizsgálatokat tovább kell folytatni. Ezek keretében ki kell térni a hegesztéstechnológiára, illetve a hegesztési paraméterekre és azok hatásaira, hiszen azok alapvetően befolyásolják a hegesztett kötések tulajdonságait, illetve megfelelőségét.

Köszönetnyilvánítás A szerző köszönetét fejezi ki az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok-nak (OTKA F4418, OTKA T022020, OTKA T034503 and OTKA T049126), valamint a Kutatás-fejlesztési Pályázati és Kutatáshasznosítási Irodá-nak (GVOP-3.1.1.-2004-05-0215/3.0) a kutatás korábbi szakaszainak támogatásáért.

A közleményben ismertetett kutató munka a TÁMOP4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 projekt eredményeire alapozva, a TÁMOP-4.2.2/A-11/1-KONV-2012-0029 jelű projekt részeként, – az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

Köszö szönöm a megtisztelő megtisztelő figyelmet! Prof. Dr. Luká Lukács János Miskolci Egyetem, Anyagszerkezettani és Anyagtechnoló Anyagtechnológiai Inté Intézet, H-3515 MiskolcMiskolc-Egyetemvá Egyetemváros

janos.lukacs@ [email protected]

27. Hegeszté Hegesztési Konferencia 2014. má május 2222-24. Budapest, Óbudai Egyetem

11

Tartalom. Tartalom. nek. nek műszaki dimenziója. Alkalmazott törésmechanikat. görbék k hegesztett szerkezetek integritásának. nak

Recommend Documents