Fatigue strength of welded joints in super-duplex stainless steel
Salo, Joel (2016)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2016110327347
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2016110327347
Tiivistelmä
In this thesis, there is studied the fatigue and static strength of welded joints in super-duplex 2507 stainless steel and the effect of post-weld treatment HiFIT in the fatigue strength.
In the work a literature research on relevant subjects is performed and experimental tests on static performance and fatigue strength. Also, measurements on residual stresses and hardness are made to the specimens. FE-analysis are performed by ENS-method to all joints with FEMAP/NxNastran-program. The joint that are studied in this thesis are limited to tensile loading cases and they are: butt welded joint, non-load carrying joint, load carrying joint and the effect of different cutting methods is studied. Butt welded and non-load carrying joints are tested in as-welded and HiFIT treated conditions.
In static tests the ultimate tensile strength was 870–900 MPa. All the specimens broke from the base material. In fatigue testing, the as-welded condition had better characteristic fatigue values than the IIW recommendations are. With HiFIT treatment the fatigue strength didn’t improve compared to the as-welded condition and partly they were worse.
Based on the results HiFIT treatment is not suggested on this material. With the same manufacturing methods and quality as in the as-welded condition there is suggested new characteristic fatigue values that are: for cut edges 200 MPa, butt welds 112 MPa, non-load carrying joints 90 MPa and load carrying joints 71 MPa. Tässä diplomityössä tutkitaan super-duplex 2507 ruostumattoman teräksen hitsattujen liitosten staattisia ja väsymiskestävyys ominaisuuksia sekä hitsauksen jälkikäsittely menetelmän HiFIT vaikutusta väsymiskestävyyteen.
Työssä tehdään kirjallisuustutkimuksen lisäksi staattisia- sekä väsytyskokeita. Lisäksi tutkitaan jäännösjännityksiä, kovuuskoe tuloksia sekä tehdään liitoksista FE-analyysit ENS-menetelmällä käyttäen FEMAP/NxNastran-ohjelmaa. Tutkittavat liitokset tässä työssä rajoitetaan vetokuormitus tapauksiin ja ne ovat: päittäisliitos, kuormaa kantamaton liitos, kuormaa kantava liitos ja lisäksi tutkitaan eri menetelmillä leikatun perusmateriaalin reunan vaikutusta. Päittäisliitokset ja kuormaa kantamattomat liitokset ovat testattu myös jälkikäsiteltynä.
Staattisissa kokeissa saatiin murtolujuudeksi 870–900 MPa. Kaikki kappaleet hajosivat perusmateriaalista. Väsytyskokeissa, ilman jälkikäsittelyä, saavutettiin huomattavasti parempia karakteristisia väsymisluokkia kuin IIW:n suositukset ovat. Jälkikäsitellyillä koekappaleilla ei saavutettu pitempiä elinikiä verrattuna hitsattuun kuntoon ja osittain tulokset olivat huonompia. HiFIT jälkikäsittelyä ei tulosten perusteella suositella tehtäväksi tälle materiaalille. Väsytyskokeiden perusteella, koekappaleiden valmistuksessa käytetyillä valmistusmenetelmillä ja laadulla suositellaan uusiksi karakteristisiksi FAT-luokiksi leikatuille reunoille 200 MPa, päittäisliitoksille 112 MPa, kuormaa kantamattomille liitoksille 90 MPa ja kuormaa kantaville liitoksille 71 MPa.
In the work a literature research on relevant subjects is performed and experimental tests on static performance and fatigue strength. Also, measurements on residual stresses and hardness are made to the specimens. FE-analysis are performed by ENS-method to all joints with FEMAP/NxNastran-program. The joint that are studied in this thesis are limited to tensile loading cases and they are: butt welded joint, non-load carrying joint, load carrying joint and the effect of different cutting methods is studied. Butt welded and non-load carrying joints are tested in as-welded and HiFIT treated conditions.
In static tests the ultimate tensile strength was 870–900 MPa. All the specimens broke from the base material. In fatigue testing, the as-welded condition had better characteristic fatigue values than the IIW recommendations are. With HiFIT treatment the fatigue strength didn’t improve compared to the as-welded condition and partly they were worse.
Based on the results HiFIT treatment is not suggested on this material. With the same manufacturing methods and quality as in the as-welded condition there is suggested new characteristic fatigue values that are: for cut edges 200 MPa, butt welds 112 MPa, non-load carrying joints 90 MPa and load carrying joints 71 MPa.
Työssä tehdään kirjallisuustutkimuksen lisäksi staattisia- sekä väsytyskokeita. Lisäksi tutkitaan jäännösjännityksiä, kovuuskoe tuloksia sekä tehdään liitoksista FE-analyysit ENS-menetelmällä käyttäen FEMAP/NxNastran-ohjelmaa. Tutkittavat liitokset tässä työssä rajoitetaan vetokuormitus tapauksiin ja ne ovat: päittäisliitos, kuormaa kantamaton liitos, kuormaa kantava liitos ja lisäksi tutkitaan eri menetelmillä leikatun perusmateriaalin reunan vaikutusta. Päittäisliitokset ja kuormaa kantamattomat liitokset ovat testattu myös jälkikäsiteltynä.
Staattisissa kokeissa saatiin murtolujuudeksi 870–900 MPa. Kaikki kappaleet hajosivat perusmateriaalista. Väsytyskokeissa, ilman jälkikäsittelyä, saavutettiin huomattavasti parempia karakteristisia väsymisluokkia kuin IIW:n suositukset ovat. Jälkikäsitellyillä koekappaleilla ei saavutettu pitempiä elinikiä verrattuna hitsattuun kuntoon ja osittain tulokset olivat huonompia. HiFIT jälkikäsittelyä ei tulosten perusteella suositella tehtäväksi tälle materiaalille. Väsytyskokeiden perusteella, koekappaleiden valmistuksessa käytetyillä valmistusmenetelmillä ja laadulla suositellaan uusiksi karakteristisiksi FAT-luokiksi leikatuille reunoille 200 MPa, päittäisliitoksille 112 MPa, kuormaa kantamattomille liitoksille 90 MPa ja kuormaa kantaville liitoksille 71 MPa.