Mesures visant à améliorer la résistance à la fatigue des structures soudées
1) Réduire la concentration de contrainte de la source de fissure de fatigue dans le joint soudé et la structure du point de concentration de contrainte, éliminer ou réduire tous les moyens de concentration de contrainte, peut améliorer la résistance à la fatigue de la structure.
(1) Adopter une forme structurelle raisonnable
① Donnez la priorité aux joints bout à bout, essayez de ne pas utiliser de joints à recouvrement ; Le joint en T ou le joint d'angle est transformé en joint bout à bout, de sorte que la soudure évite la partie d'angle ; Lors de l'utilisation de joints en T ou de joints d'angle, il est souhaitable d'utiliser des soudures bout à bout entièrement perméables.
② Essayez d'éviter la conception de charges excentriques, afin que la force interne de l'élément soit régulière et uniformément répartie et ne provoque pas de contraintes supplémentaires.
③ Pour réduire le changement soudain de section, lorsque l'épaisseur ou la largeur de la plaque est très différente et que l'amarrage est nécessaire, une zone de transition en douceur doit être conçue ; Le coin pointu ou le coin de la structure doit être transformé en forme d'arc, et plus le rayon de courbure est grand, mieux c'est.
④ Évitez la convergence spatiale des soudures à trois voies, essayez de ne pas placer les soudures dans la zone de concentration de contraintes et essayez de ne pas placer les soudures transversales sur les éléments de tension principaux ; lorsque cela est inévitable, il est nécessaire d'assurer la qualité interne et externe de la soudure et de réduire la concentration de contraintes au niveau de l'orteil.
⑤La soudure bout à bout ne peut être soudée que d'un seul côté et la plaque de support permanente ne doit pas être placée à l'arrière de la structure importante ; Évitez d'utiliser des soudures intermittentes car il y a une forte concentration de contraintes au début et à l'extrémité de chaque soudure.
(2) Forme de soudure correcte et bonne qualité de soudure à l'intérieur et à l'extérieur
(1) La hauteur résiduelle de la soudure bout à bout doit être aussi petite que possible, et il est préférable de raboter (ou de meuler) à plat après le soudage sans laisser de hauteur résiduelle ;
② Il est préférable d'utiliser des soudures d'angle avec des surfaces concaves pour les joints en T, sans soudures d'angle avec convexité ;
③ La pointe à la jonction de la soudure et de la surface du métal de base doit être traversée en douceur, et la pointe doit être meulée ou refondue à l'arc sous argon si nécessaire pour réduire la concentration de contrainte à cet endroit.
Tous les défauts de soudure présentent différents degrés de concentration de contrainte, en particulier les défauts de soudure par paillettes, tels que les fissures, la non-pénétration, la non-fusion et le mordillement des bords, etc., qui ont le plus grand impact sur la résistance à la fatigue. Par conséquent, lors de la conception structurelle, il est nécessaire de veiller à ce que chaque soudure soit facile à souder, afin de réduire les défauts de soudure, et les défauts qui dépassent la norme doivent être éliminés.
2) Ajuster la contrainte résiduelle
La contrainte de compression résiduelle sur la surface de l'élément ou la concentration de contrainte peut améliorer la résistance à la fatigue de la structure soudée. Par exemple, en ajustant la séquence de soudage et le chauffage local, il est possible d'obtenir un champ de contrainte résiduelle propice à l'amélioration de la résistance à la fatigue. De plus, un renforcement de la déformation de surface, tel que le laminage, le martelage ou le grenaillage, peut également être adopté pour provoquer une déformation plastique et un durcissement de la surface métallique, et produire une contrainte de compression résiduelle dans la couche de surface pour atteindre l'objectif d'amélioration de la résistance à la fatigue.
La contrainte de compression résiduelle au sommet de l'entaille peut être obtenue en utilisant un étirement de pré-surcharge unique pour l'élément entaillé. En effet, le signe de la contrainte résiduelle de l'entaille après décharge élastique est toujours l'opposé du signe de la contrainte de l'entaille pendant le chargement (élastoplastique). Cette méthode n'est pas adaptée à la surcharge de flexion ou aux charges de traction multiples. Elle est souvent combinée à des essais d'acceptation structurelle, tels que des récipients sous pression pour les essais hydrauliques, qui peuvent jouer un rôle de traction avant surcharge.
3) Améliorer la structure et les propriétés du matériau
Tout d'abord, l'amélioration de la résistance à la fatigue du métal de base et du métal soudé doit également être prise en compte à partir de la qualité intrinsèque du matériau. La qualité métallurgique du matériau doit être améliorée pour réduire l'inclusion. Des composants importants peuvent être fabriqués à partir de matériaux issus de procédés de fusion tels que la fusion sous vide, le dégazage sous vide et même la refusion sous laitier électrique pour garantir la pureté ; la durée de vie en fatigue de l'acier à grains peut être améliorée par affinage à température ambiante. La meilleure microstructure peut être obtenue par traitement thermique, et la plasticité et la ténacité peuvent être améliorées tandis que la résistance est augmentée. La martensite trempée, la martensite à faible teneur en carbone et la bainite inférieure ont une résistance à la fatigue plus élevée. Deuxièmement, la résistance, la plasticité et la ténacité doivent être raisonnablement adaptées. La résistance est la capacité d'un matériau à résister à la rupture, mais les matériaux à haute résistance sont sensibles aux entailles. La fonction principale de la plasticité est que, grâce à la déformation plastique, le travail de déformation peut être absorbé, le pic de contrainte peut être réduit, les contraintes élevées peuvent être redistribuées, et l'entaille et la pointe de la fissure peuvent être passivées, et l'expansion de la fissure peut être atténuée ou même arrêtée. La plasticité peut garantir la résistance du jeu complet. Par conséquent, pour l'acier à haute résistance et l'acier à très haute résistance, essayer d'améliorer un peu la plasticité et la ténacité améliorera considérablement sa résistance à la fatigue.
4) Mesures de protection spéciales
L'érosion du milieu atmosphérique a souvent un impact sur la résistance à la fatigue des matériaux, il est donc avantageux d'utiliser un certain revêtement protecteur. Par exemple, le revêtement d'une couche de plastique contenant des charges à des concentrations de contrainte est une méthode d'amélioration pratique.
