Hitsin juuren väsymislujuuden parantaminen yhdeltä puolelta pienahitsatuissa kuormaa kantamattomissa T-liitoksissa

Abstract

Teräsrakenteiden vaurioituminen johtuu useimmissa tapauksissa väsymisestä. LUT-yliopiston Teräsrakenteiden laboratorio on tutkinut erilaisia tapoja parantaa väsymiskestävyyttä erilaisissa hitsausliitoksissa. Aiemmissa tutkimuksissa on tarkasteltu muun muassa kuormaa kantamattomien varusteluhitsien väsymiskestävyyksiä sekä niiden parantamista erilaisin menetelmin. Eräs aiemmin tutkittu parantamismenetelmä on hitsin geometrian tekeminen aaltomaiseksi.

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli tutkia kokeellisesti juuren puolen väsymiskestävyyttä kuormaa kantamattomissa yhdeltä puolelta pienahitsatuissa T-liitoksissa. Tavoitteena oli selvittää esikäsittelyn vaikutus juuren puolen väsymiskestävyyteen. T-liitokseen liitettävään ripaan leikattiin laserilla toistuva puoliellipsin muotoinen reunakuvio, jolloin hitsisula pääsi tunkeutumaan syvemmälle. Juuren puolelle syntyi siis aaltomainen geometria. Koekappaleaihioista koottiin kolme koesarjaa: suora-, puoliaalto- sekä siniaalto-leikkausgeometria koesarja. Koekappaleaihioille tehtiin väsytyskokeet, joiden tuloksiin sovellettiin analyyttisiä laskentamenetelmiä tulosten analysoinniksi, esittämiseksi sekä vertailuksi. Lisäksi tuloksia verrattiin aiemmin tehtyyn kokeelliseen tutkimukseen.

Tuloksista on nähtävissä, että juuren puolen geometrian muokkauksella oli vaikutusta väsymiskestävyyteen. Koesarjojen väsymisvauriot etenivät yhdenmukaisesti, riippuen jännitysvaihtelun maksimiarvoista. Keskimääräisten väsymiskestävyyksien luokat paranivat jopa 13 % verrattaessa referenssiarvoon. Tutkimuksen sisällä parannus oli 18 %. Juuren puolen geometrian muokkauksella ja hitsin aaltomaisella geometrialla oli täten koekappaleaihioiden kokonaiskestoikää pidentävä vaikutus.

In the most cases steel structures’ failure is caused usually by fatigue phenomenon. LUT-university’s Steel Structures laboratory has researched different ways to improve fatigue strength in different kind of welded joints. Inter alia fatigue strength of non-load-carrying joints and improving those by different methods, have been examined in earlier researches. One previously examined improving method is to produce waviness to the weld geometry.

This bachelor’s thesis’ intent was to study experimentally weld root fatigue strength of non-load-carrying single-sided fillet weld T-joints. The target was to define pretreatment’s effect on the root side fatigue strength. T-joint’s web was cut to repetitive half ellipse shape edge pattern for deeper throat penetration of the welding melt. Consequently, waviness of the root side weld geometry was achieved. Three sets of test specimens were made: straight-, half wave- and sinusoidal wave-geometry set. Fatigue tests were made to the test specimens and the results were applied to analytical calculation methods for analysis, presentation, and comparison. In addition, results were compared to previously made experimental research.

It can be seen from the results that modification of the root side shape geometry had effect on the fatigue strength. Test specimen sets’ fatigue failures did proceed consistently, depending on the maximum values of change in cyclic stresses. Average fatigue strength improved even 13 % compared to reference value. Research’s internal improvement was 18 %. Therefore, modification of root’s side geometry and waviness of the weld geometry had improving effect on the total fatigue life.