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

Átírás

1 Fá görbék k hegesztett szerkezetek itegritásáak ak megítéléséhez Prof. Dr. Lukács Jáos Miskolci Egyetem, Ayagszerkezettai és s Ayagtechológiai giai Itézet, H-31 Miskolc-Egyetemv Egyetemváros 27. Hegesztési si Koferecia május m Budapest, Óbudai Egyetem Bevezetés Fá A fáradf görbg Repedésszer elem itegritásáak ak megítélése Következtetések Bevezetés Fá A fáradf görbg Repedésszer elem itegritásáak ak megítélése Következtetések Az élettartam gazdálkod lkodás s redszeréek ek műszaki dimeziója Az élettartam gazdálkod lkodás s redszeréek ek alkalmazási lehetőségei a terjedőképes és s a kritikus (értsd:( tökreme- etelt okozó) ) repedésm sméretek meghatároz a terjedőképes repedésm smérethez tartozó élettartam meghatároz a maradó élettartam függvf ggvéy meghatároz és s az azt befolyásol soló hatások feltérk rképezése (paraméter ter- vagy érzékeységvizsgálat) a maradó élettartam becslése se megbízhat zhatóságáakak megítélése károsodási si paraméter( ter(ek) és s károsodk rosodási si függvéy( y(ek) ) számítá Alkalmazott törésmechaikat 1

2 A fáradf sterjedés s kietikai diagramja R = álladó T = álladó Fá görbéket tartalmazó előírások ASME BPVC BSI PD BS WES Merkblatt DVS 2401 Teil DV V CN, C, Note No IIW SST A A feszülts ltségitezitási téyezt yező tartomáy yáak ak küszk szöbértéke (ΔK th ) A Paris-Erdoga összefüggés álladói (C ad ) A A feszülts ltségitezitási téyezt yező tartomáy yáak ak kritikus értéke(δk fc ) A fáradf görbék k szerkezete (BS 7910) A kutató muka célkitc lkitűzései Külöböző ayagok fáradf radásos repedésterje sterjedéssel szembei elleáll llásáak jellemzése görbg rbékkel a vizsgálati eredméyek statisztikai elemzésével a Paris-Erdoga összefüggésre építve Fá görbg külöböző ayagokra és s hegesztett kötéseikrek külöböző terhelési feltételek telek mellett A görbg rbék k alkalmazá szerkezetek itegritásáak ak megítéléséhez (számítások) sok) Bevezetés Fá A fáradf görbg Repedésszer elem itegritásáak ak megítélése Következtetések Nagyszilárds acél Alumíium iumötvözet NST Fizikai szimuláci HTT HAZ LCF Fárasztóvizsgálat HCF FCG Alapayag 1: : BM1 Hegesztett kötés 1: k : BM1/WJ1 Hegesztett kötés 2: k : BM1/WJ2 Alapayag 1: : BM2 Hegesztett kötés 1: k : BM2/WJ1 Hegesztett kötés 2: k : BM2/WJ2 NST: zérus szilárds rdsághoz tartozó hőmérséklet HTT: melegszakítás (hevítéses, hevítéses ses visszahűtéses) HAZ: hőhatásövezeti szimuláci LCF: kisciklusú fárasztás HCF: agyciklusú fárasztás FCG: fá sterjedés 2

3 Nagyszilárds acél BM2/WJ2: S960QL/GMAW MAW um Fizikai szimuláci NST HTT HAZ Fárasztóvizsgálat LCF HCF FCG BM1: S690QL BM1/WJ1: S690QL/GMAW GMAW m BM1/WJ2: S690QL/GMAW AW om BM2: S960QL BM2/WJ1: S960QL/GMAW GMAW m Alumíium iumötvözet BM1/WJ3: 74 H22/GMAW BM2/WJ2: 6082 T6/G T6/GTAW Fizikai szimuláci NST HTT HAZ Fárasztóvizsgálat LCF HCF FCG BM1: AlMg3 ad 74 H22 BM1/WJ1: 74 H22/FSW BM1/WJ2: 74 H22/G H22/GTAW BM2: 6082 T6 BM2/WJ1: 6082 T6/FSW BM2/WJ3: : 6082 T6/G T6/GMAW A vizsgált ayagmiősé és s hegesztett kötéseik k legfotobb játoss tosságai Acél l típust mikroötv tvözötttt mikroötv tvözötttt agyszilárds agyszilárds agyszilárds agyszilárds agyszilárds 37C E420C X80TM QStE690TM S690QL S960QL XABO 1100 Hegesztő eljárás VFI (ISO kód: k 13) VFI (ISO kód: k 13) VFI (ISO kód: k 13) VFI (ISO kód: k 13) VFI (ISO kód: k 13) Védőgáz 100 CO 2 80 Ar + 20 CO 2 82 Ar + 18 CO 2 82 Ar + 18 CO 2 82 Ar + 18 CO 2 Hozagayag VIH-2 Uio K6 X-90 IG INEFIL NiMoCr UNION X 96 A vizsgált alapayagok (aa( aa) és s hegesztő hozagayagok (ha) vegyi összetétele, tele, tömeg% 37C aa VIH-2 2 ha E420C aa UNION K6 ha X80TM aa QStE690TM aa Böhler X90-IG ha S690QL aa NEFIL NIMOCR ha S960QL aa UNION X96 ha XABO 1100 aa C Si M P S Al Nb V A vizsgált alapayagok (aa( aa) és s hegesztő hozagayagok (ha) vegyi összetétele, tele, tömeg% A vizsgált alapayagok (aa( aa) és s hegesztő hozagayagok (ha) mechaikai tulajdoságai 37C aa VIH-2 2 ha E420C aa UNION K6 ha X80TM aa QStE690TM aa Böhler X90-IG ha S690QL aa NEFIL NIMOCR ha S960QL aa UNION X96 ha XABO 1100 aa Cu Cr Ni Mo Ti N B C aa VIH-2 2 ha E420C aa UNION K6 ha X80TM aa QStE690TM aa Böhler X90-IG ha S690QL aa NEFIL NIMOCR ha S960QL b UNION X96 ha XABO 1100 b R 1) y N/mm > R m N/mm > R y /R m A % > ) R m * A N/mm 2 * % > ) Z % ) R y jeletése R eh vagy R p0.2. 2) Eél l az ayagmiőség gél l A helyett of A 97. 3

4 A vizsgált alapayagok elhelyezkedése a szakadási si yúlás-szak szakítószilárdság g diagramba 37 C X80 TM E420 C S690QL QStE690 TM S960QL XABO 1100 Bevezetés Fá A fáradf görbg Repedésszer elem itegritásáak ak megítélése Következtetések Vizsgálati körülmk ASTM E 647 előírás s szerit próbatestek: TPB és s CT vizsgálati módszerek m (terhelési függvf ggvéyek) K-csökketéses vizsgálat álladó terhelémplit mplitúdójú vizsgálat terhelés s aszimmetria téyezt yező: : R = 0.1 a terjedő repedés s követk vetéséek módszerem optikai módszerm compliace módszer szobahőmérs rséklet laboratóriumi riumi közegk sziusz alakú terhelési függvf ggvéy beredezés: MTS 312 MTS gyártm rtmáyú uiverzális ayagvizsgáló redszer a Miskolci Egyetem Ayagszerkezattai és s Ayagtechológiai giai Itézet zetébe ipari kamera moitor A próbatestek elhelyezkedése az S690QL és s az S960QL alapayagok hegesztett kötéseibek RD = hegerlési iráy Bevezetés Fá A fáradf görbg Repedésszer elem itegritásáak ak megítélése Következtetések 4

5 a mérési m a mérési m eredméyek statisztikai mitákba redezése a miták k leírására ra alkalmas eloszlásf az eloszlásf ek paramétereiek meghatároz az eloszlásf ek karakterisztikus értékeiek megválaszt a fáradf görbg rbék k paramétereiek számítá rozásáak 1. lépésel a mérési m ΔK th, és C aza ASTM E 647 előírás s szerit ΔK fc a töretfelt retfelülete lete sztereó mikroszkóppal mért m repedésm sméret alapjá a mérési m eredméyek statisztikai mitákba redezése a miták k leírására ra alkalmas eloszlásf az eloszlásf ek paramétereiek meghatároz az eloszlásf ek karakterisztikus értékeiek megválaszt a fáradf görbék k paramétereiek számítá Az S960QL alapayag hegesztett kötéseibk seiből l készk szített 21 orietáci jú próbatestek repedésm sméret-igéybevételi szám (a-n) görbg rbéi Az S960QL alapayag hegesztett kötéseibk seiből l készk szített 21 orietáci jú próbatestek kietikai diagramjai (da/dn dn-δk) 2 1,0E+00 9-GMAWm-FCG-21W1 9-GMAWm-FCG-21W2 1,0E-01 Repedésméret, a, mm GMAWm-FCG-21W3 9-GMAWm-FCG-21W4 9-GMAWm-FCG-21W 9-GMAWm-FCG-21W6 9-GMAWm-FCG-21W7 9-GMAWm-FCG-21W8 Fáési sebesség, da/dn, mm/ciklus 1,0E-02 1,0E-03 1,0E-04 1,0E-0 1,0E-06 9-GMAWm-FCG-21W1 9-GMAWm-FCG-21W2 9-GMAWm-FCG-21W3 9-GMAWm-FCG-21W4 9-GMAWm_FCG-21W 9-GMAWm-FCG-21W6 9-GMAWm-FCG-21W7 9-GMAWm-FCG-21W Igéybevételi szám, N, ciklus 1,0E Feszültségitezitási téyező tartomáya, K, Az S960QL jelű acél hegesztett kötéseiből készült 21 orietáci jú próbatesteke elvégzett FCG eredméyei A próbatest jele 9-GMAWm-FCG-21W1 9-GMAWm-FCG-21W2 9-GMAWm-FCG-21W3 9-GMAWm-FCG-21W4 9-GMAWm-FCG-21W 9-GMAWm-FCG-21W6 9-GMAWm-FCG-21W7 9-GMAWm-FCG-21W8 C és s mm/ciklus 1,02E ,03E ,694E-11 7,066E-10 1,999E ,864E ,791E ,678E-14 4,760 4,766 3,848 3,466 4,420 4,772 4,200,330 Korreláci s s idex 0,9743 0,9798 0,930 0,966 0,9834 0,948 0,9832 0,9897 K fc 128,46 11,46 101,82 103,28 134,8 98,98 123,43 117,79 rozásáak 2. lépésel a mérési m a mérési m eredméyek statisztikai mitákba redezése Wilcoxo próba a miták k leírására ra alkalmas eloszlásf az eloszlásf ek paramétereiek meghatároz az eloszlásf ek karakterisztikus értékeiek megválaszt a fáradf görbék k paramétereiek számítá

6 Az S960QL jelű acélból készült külöbk böző orietáci jú próbatesteke elvégzett FCG eredméyeib yeiből képzett miták Az S960QL jelű acél hegesztett kötéseiből készült 21 orietáci jú próbatesteke elvégzett FCG eredméyeib yeiből képzett miták Mérőszám K fc Orietáci T-S L-S T-S S ad L-SL T-L T-S L-S T-S S ad L-SL T-L A mita elemszáma ma Átlag Szórás Szórási együtthat ttható Mérőszám K fc Orietáci 21W 21W A mita elemszáma ma 8 8 Átlag Szórás ,20 Szórási együtthat ttható rozásáak 3. lépésel a mérési m a mérési m eredméyek statisztikai mitákba redezése a miták k leírására ra alkalmas eloszlásf Shapiro-Wilk próba Kolmogorov vagy Kolmogorov-Smirov próba Χ 2 próba az eloszlásf ek paramétereiek meghatároz az eloszlásf ek karakterisztikus értékeiek megválaszt a fáradf görbék k paramétereiek számítá Lehetséges eloszlások sok ormális eloszlás logaritmikus ormális eloszlás két t paraméteres Weibull eloszlás három paraméteres Weibull eloszlás rozásáak 4. lépésel a mérési m a mérési m eredméyek statisztikai mitákba redezése a miták k leírására ra alkalmas eloszlásf a (kiválasztott) három h paraméteres Weibull eloszlás eloszlásf ei paramétereiek meghatároz 1/ x N Fx 1 exp 0 az eloszlásf ek karakterisztikus értékeiek megválaszt a fáradf görbék k paramétereiek számítá rozásáak. lépésel a mérési m a mérési m eredméyek statisztikai mitákba redezése a miták k leírására ra alkalmas eloszlásf az eloszlásf ek paramétereiek meghatároz az eloszlásf ek karakterisztikus értékeiek megválaszt ΔK th a 9% valósz szíűséghez tartozó érték az % valósz szíűséghez tartozó érték ΔK fc az % valósz szíűséghez tartozó érték a fáradf görbék k paramétereiek számítá 6

7 A határg rgörbék származtat rmaztatásáak módszere és a határg rgörberbe elvi alakja A Paris-Erdoga összefüggés kitevője () és álladója (C) közötti kapcsolat Paris-Erdoga expoet, Mode I: K Mixed mode I+II: Keff da/dn: mm/cycle; K, Keff: MPa m 1/2 Base materials (mode I ad I+II) Welded joits (mode I) Liear (Base materials (mode I ad I+II)) Liear (Welded joits (mode I)) Paris-Erdoga costat, lgc rozásáak 6. lépésel a mérési m a mérési m eredméyek statisztikai mitákba redezése a miták k leírására ra alkalmas eloszlásf az eloszlásf ek paramétereiek meghatároz az eloszlásf ek karakterisztikus értékeiek megválaszt a fáradf görbg rbék k paramétereiek számítá A külöböző alapayagok (aa) és hegesztett kötéseik (hk) görbéiek paraméterei 37C aa 37C hk E420C aa E420C hk X80TM aa X80TM hk QStE690TM aa S690QL aa S690QL hk S960QL aa S960QL hk XABO 1100 aa K th ) 8.0 1) mm/cycle cycle,, kidolgozás s alatt kidolgozás s alatt C 8.22 E-09E 2.42 E-09E 9.78 E-08E 1.16 E-08E 3.74 E-07E 3.13 E-07E 3.27 E-07E 3.0 E-07E 1.36 E-08E 4.00 E-07E K fc 1/ ) A maradó feszülts ltsé jellegéek ismeretébe az alapayagra kapott értékből l származtathat rmaztatható. Fáési sebesség, da/dn, mm/ciklus 1,0E-02 1,0E-03 1,0E-04 1,0E-0 37C alapayag 37C hegesztett kötés E420C alapayag E420C hegesztett kötés 1,0E-06 X80TM alapayag X80TM hegesztett kötés QStE690TM alapayag S960QL alapayag S960QL hegesztett kötés XABO 1100 alapayag 1,0E A feszültségitezitási téyező tartomáya, K, A fáradf radásos repedésterje sterjedésre meghatározott ter- vezési görbék (EGYSZERŰ KAPCSOLAT) A ját t és s az irodalmi adatok összehasolítá 37C St38b-2 DP_216 E420C H60-3 TRIP_28670 X80TM H7-3 QStE690TM N-A-XTRA 70 S960QL XABO 1100 ját t irodalmi adatok R y N/mm R m N/mm K th ját t mm/cycle cycle,, K fc

8 tabla Bevezetés Fá A fáradf görbg Repedésszer elem itegritásáak ak megítélése Következtetések Repedésszer elem itegritásáak ak megítélése Szerkezeti elem modell Belső yomásl terhelt, félelliptikus, belső, sugárir riráyú, felületi leti repedést tartalmazó cső A feszülts ltségitezitási téyezt yezők k (K( a, K c ) és s a geometriai függvéyek (Y( a, Y c ) 2 p R a Ka 1 1 Y 2 a a R R a i 1 Ri 1 a a a a a a Ya Y1, Y2, Y3, c t c t c t a 1 t 2 p R a K c 1 1 Y 2 c a R R a i 1 Ri 1 a a a a a a Yc Y4, Y, Y6, a c t c t c t 1 t A számítások sok alapadatai Külső átmérő: d k = 3.7 mm Falvastagság: t = 7. mm Belső sugár: R i = mm Külső sugár: R a = mm Az elemzett hibák k méretei m és s méretarm retaráyai Belső yomás: p = 63 bar = 6.3 MPa : A 37 (MSZ ) Folyási határ: R eh 23 N/mm 2 Szakítószilárdság: R m = N/mm 2 Szakadási yúlás: A 2 % A körvarrat k száma a, mm 2c, mm a/t a/c X X X

9 Karakterisztikus ayagi mérőszámok Kvázistatikus igéybevétel ASTM A 106 acél K Ic = 346 MPa m 1/2 DX 2 acél K Ic = MPa m 1/2 Külöböző csőtávvezetéki acélok K Ic = MPa m 1/2 Ismétl tlődő igéybev ybevétel Haszálhat lható adatot az irodalomba (AKKOR) em találtuk. ltuk. A kvázistatikus igéybev ybevétellel elvégzett számítások sok eredméyei A körvarrat k száma X-671 X-673 X-672 a mm 2c a/t a/c K a K c Összehasolítás és következtetések K a < K Ic és K c < K Ic A repedésszerű (és repedéskét modellezett) hibák terjedése kvázistatikus igéybevétel eseté em valószíűsíthető. Biztosági téyező (K Ic /K i ) ck agy bizoytalasággal határozható meg (346/6.6 = 2.4; 20/8.2 = 2.4). A repedés terjedőképess pessége ismétl tlődő igéybev ybevételél A feszülts ltségitezitási téyezt yező tartomáy yáak ak küszk szöbértéke a terhelés s aszimmetria téyezt yező függvéyébe A külöböző alapayagok (aa) és hegesztett kötéseik (hk) görbéiek paraméterei 37C aa 37C hk E420C aa E420C hk X80TM aa X80TM hk QStE690TM aa S690QL aa S690QL hk S960QL aa S960QL hk XABO 1100 aa K th ) 8.0 1) mm/cycle cycle,, kidolgozás s alatt kidolgozás s alatt C 8.22 E-09E 2.42 E-09E 9.78 E-08E 1.16 E-08E 3.74 E-07E 3.13 E-07E 3.27 E-07E 3.0 E-07E 1.36 E-08E 4.00 E-07E K fc 1/ ) A maradó feszülts ltsé jellegéek ismeretébe az alapayagra kapott értékből l származtathat rmaztatható. Fáési sebesség, da/dn, mm/ciklus 1,0E-02 1,0E-03 1,0E-04 1,0E-0 1,0E-06 Ismétl tlődő igéybev ybevétellel elvégzett számítások sok A görbeg 37C alapayag 37C hegesztett kötés K fc = 70 = 3.16 C = 2.42.E-09 K th = A feszültségitezitási téyező tartomáya, K, Számító összefüggések a/c = álladó K a = f(σ, Y a (a), a) = f(a) K c = f(σ, Y c (a), a) = f(a) da/dn dn = C[K a (a)] da/dn dn = C[K c (a)] N ma i afc da da ai a dn Az ismétl tlődő igéybev ybevétellel elvégzett számítások sok eredméyei A körvarrat k száma a/c K th a th X a fc a i N i a i N i em terjedőképes (a th > a) X em terjedőképes (a th > a) X em terjedőképes (a th > a) 9

10 Az ismétl tlődő igéybev ybevétellel elvégzett számításokb sokból levoható következtetések A terjedőképes és a kritikus repedésméretek külöböző a/c aráyok eseté külöbözőek. A terjedőképes repedésméretek rocsolásmetes vizsgálattal (például ultrahagvizsgálat) a gyakorlat számára megfelelő megbízhatósággal kimutathatók. A szokásos üzemeltetési feltételek mellett (körülbelül 00 ciklus/év) a terjedő repedések em okozak törést. Bevezetés Fáési sebesség Vizsgálati körü A fáésre érvéyes görbék meghatá Repedésszerű hibát tartalmazó szerkezeti elem itegritásáak megítélése Következtetések Következtetések I. Következtetések I. (folytatás) A módszer m I+II (yitó+y +yíró) ) terhelésm smód d eseté is alkalmazható fá görbg rozásához. Ilyekor a feszülts ltségitezitási téyezt yező tartomáya ( K)( helyett aak effektív értékét t ( K( eff ) kell haszáli. A módszer m további ayagmiőséhez hez fémekhez és ötvözeteikhez (péld ldául yomástart startó edéyek ayagai, alumíium iumötvözetek, ausztemperált gömbgrafitos ötöttvas), ttvas), illetve emfémes mes ayagokhoz (péld ldául szilícium cium-itrid kerámi miák, polimerek, polimer mátrixm trixú kompozitok) való alkalmazhatóságáról l korábbi közleméyekbe találhat lhatók k iformáci k. Következtetések II. A bemutatott módszer m általáo alkalmazható fá sterjedésre sre érvéyes görbg rbék meghatároz rozására,, szerkezeti és s agyszilárds acélokhoz és s hegesztett kötéseikhez, k I (yitó) ) terhelésm smódba. A bemutatott és s alkalmazott módszer m érvéyesíti az ésszerű kockázatv zatvállalás (em a legkedvezőtleebb esetet vesszük figyelembe) és s a biztoságra való törek- vés (tudjuk, hogy milye bizoytalaság- gal dolgozuk) ) kompromisszumát. Következtetések III. A meghatározott, fáradf radásos repedésterje sterjedésre érvéyes görbg rbék segíts tségével repedést vagy repedésszer sszerű hibát tartalmazó szerkezetek, szerkezeti elemek itegritásáak ak megítélését t lehetővé tevő, illetve segítő számítások sok végezhetv gezhetők. 10

11 Következtetések IV. I A hegesztett kötésekre voatkozó at tovább kell folytati. Ezek keretébe ki kell téri a hegesztéstechológiára, illetve a hegesztési paraméterekre és azok hatáira, hisze azok alapvetőe befolyásolják a hegesztett kötések tulajdoságait, illetve megfelelőségét. Köszöetyilváítás A szerző köszöetét fejezi ki az Országos Tudomáyos Kutatási Alapprogramok-ak (OTKA F4418, OTKA T022020, OTKA T03403 ad OTKA T049126), valamit a Kutatás-fejlesztési Pályázati és Kutatáshaszosítási Irodá-ak (GVOP /3.0) a kutatás korábbi szakaszaiak támogatásáért. A közleméybe ismertetett kutató muka a TÁMOP B-10/2/KONV projekt eredméyeire alapozva, a TÁMOP-4.2.2/A-11/1-KONV jelű projekt részekét, az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretébe az Európai Uió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfiaszírozásával valósult meg. Köszööm m a megtisztelő figyelmet! Prof. Dr. Lukács Jáos Miskolci Egyetem, Ayagszerkezettai és s Ayagtechológiai giai Itézet, H-31 Miskolc-Egyetemv Egyetemváros jaos.lukacs@ui ui-miskolc.hu 27. Hegesztési si Koferecia május m Budapest, Óbudai Egyetem 11