Fáradási specifikumok és fáradási élettartamot növelő eljárások

Mivel a nagy teljesítőképességű hegesztett acélszerkezetek folyáshatára és fáradási élettartama között a laboratóriumi kísérletek és az eddigi kutatások eredményei alapján nem lehetett egyértelmű összefüggést találni, a nagy teljesítőképességű acélok alkalmazásával együtt elterjedtek a fáradási élettartamot javító eljárások. A nemzetközi szakirodalom – [7] és [9] – a fáradási élettartam-növelő technikáknak három csoportját különbözteti meg, melyekről magyar nyelven is olvasható leírás [8]. A három csoport a következő:

• varratalak módosítása (éles sarkok, mikrohibák lemunkálása – feszültségkoncentráció csökkentése érdekében);
• varratalak módosítása – maradó feszültségek csökkentése;
• környezeti hatások minimalizálása.

Az első csoportba a következő eljárások tartoznak:

• tompavarratok dudorjának síkba munkálása;
• sarok- és tompavarratok varratszegélyének kiköszörülése;
• varratszegély újraolvasztása (AWI, plazma vagy lézertechnológiával).

A második csoportba tartoznak a varratalak mechanikai deformálásának módszerei:

• gépi kalapálás (hammer peening);
• tüskézés/verőcézés (needle peening);
• szemcseszórás;
• nagyfrekvenciás kalapálás (Ultrasonic impact treatment, UIT).

A harmadik csoportba az aktív és passzív korrózióvédelem tartozik.
A laboratóriumi vizsgálatok alapján ezek az élettartamot növelő eljárások általában a nagy ismétlésszámú fáradási tartományban tudnak hatékonyak lenni, és jelentős fáradási élettartam-növekedést elérni. Ezek az eljárások azoknál a szerkezeti részletosztályoknál hatékonyak, melyeknél a fáradt repedés a varratszegélytől indul [6]. Azoknál a szerkezeti kialakításoknál, melyeknél varratrepedés a jellemző tönkremeneteli mód, a fent felsorolt eljárások csak kis hatékonysággal alkalmazhatók. A nemzetközi szakirodalomban található fáradási ellenállást növelő technikák közül ebben a cikkben hármat mutatunk be.

Szegélyköszörülés

A szegélyköszörülés célja a varratalak módosítása révén a feszültségkoncentráció csökkentése, a szegélybeégések, a hideg ráfolyások, a mikrorepedések megszüntetése és kedvezőbb varratalakprofil kialakítása. Az eredeti és a szegélyköszörüléssel módosított varratalakot és a köszörülés javasolt méretét az 5. ábra mutatja. A kiköszörülés mértékének minimálisan 0,5 mm-nek kell lennie, 40 mm vastag lemezekig a maximális mérete a lemezvastagság 7%-a lehet. A 40 mm-nél vastagabb lemezek esetén a szegélyköszörülés mélysége maximum 3 mm lehet [9].
A kiköszörülés sugarát a köszörülési mélység és a lemezvastagság függvényében kell meghatározni. A köszörülési sugár minimális mértékének r/t ≥0,25 és r/d ≥4 összefüggéseket kell kielégítenie. Ennek megfelelően egy 10 mm vastag lemez és 5 mm mély köszörülési mérték esetén a köszörülési sugárnak 2,5 mm-nél nagyobbnak kell lennie. A szegélyköszörüléssel a fáradási osztály az IIW ajánlása alapján [7] az eredeti fáradási osztály 1,3-szorosára növelhető S235–S355 acélok esetén (ami 2,2-szeres élettartam-
növekedésnek felel meg, m = 3-mal számolva). Ennél magasabb szilárdsági osztályú szerkezetek esetén a növelő tényező értéke 1,5 (ami 3,4-szeres élettartam-növekedésnek felel meg, m = 3-mal számolva) [8].
Ez a varratjavító eljárás csak 90-es részletosztályig alkalmazható (6. ábra), mert ennél magasabb részletosztályok már nem a varrat szegélyétől kiinduló repedésekre vonatkoznak. Ennek megfelelően a varratjavítással maximálisan 112-es fáradási osztály érhető el.

AWI újraolvasztás

A varratszegélynél lévő hibák nemcsak köszörüléssel, hanem AWI újraolvasztással is javíthatók. Az újraolvasztás hagyományos AWI hegesztőgéppel történik, amit hegesztőhuzal nélkül alkalmaznak a varratjavítás során. Az IIW ajánlásaiban pontosan rögzített hegesztési paraméterbeállításokat adnak meg a pontos hőbeviteli mennyiség meghatározása és a kedvező varratalak elérése érdekében [8]. Egy jellemző eredeti és egy újraolvasztás utáni varratkép látható a 7. ábrán.
Megjegyzendő, hogy az AWI újraolvasztás technikája nagyon érzékeny a szennyeződésekre, melyek az újraolvasztás során bekerülhetnek a varratba, illetve az alapanyagba. Fontos, hogy az újraolvasztás előtt a felületről és környezetéből minden szennyeződést (festék, homok, szemcseszórás stb.) el kell távolítani csiszolással vagy más módon [8]. Továbbá ezzel a varratalak-módosító eljárással is csak maximálisan 90-es fáradási osztályú szerkezeti részletek javíthatók. Az AWI újraolvasztással a fáradási osztály az IIW ajánlása alapján [9] az eredeti fáradási osztály 1,3-szorosára növelhető S235–S355 acélok esetén, ennél magasabb szilárdsági osztályú szerkezetek esetén a növelő tényező értéke 1,5.