NO324010B1 - Fremgangsmåte for å oppnå forhøyet utmattingsstyrke i sveisede metallforbindelser og hammerhode til bruk ved kaldbearbeidelse - Google Patents

Abstract

Det beskrives en fremgangsmåte for å oppnå forhøyet utmattingsstyrke i sveisede metallsammenføyninger. Sveisetåens (9) geometri bedres sterkt samtidig som restspenninger etter sveising er eliminert og fordelaktige trykkspenninger er etablert. Det beskrives et nytt og fordelaktig hammerhode (2) for kaldbearbeidelse av sveisetåen (9).

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å oppnå forhøyet utmattingsstyrke i sveisede metallforbindelser, som angitt i krav l's innledning.

Oppfinnelsen vedrører også et hammerhode til bruk ved kaldbearbeidelse, som angitt i innledningen til krav 4.

Utmattingslevetiden i sveisede konstruksjoner, eksempelvis i offshore-konstruksjoner eller skip, vil ofte være redusert som følge av ubehandlede sveiser i kritiske områder. Den store varmemengden som er påkrevet under sveising, medfører en betydelig forkorting av utmattingslevetiden etter sveising. Dette skyldes i hovedsak egenspenninger på tvers av den såkalte sveisetå.

Sveisetåens geometri forverrer utmattingslevetiden ytterligere.

Metoder for å øke utmattingslevetiden av sveisede konstruksjoner har dels bestått i å forbedre geometrien, og dels bestått i å eliminere restspenningene.

Geometriforbedring oppnås i dag ved sliping eller re-smelting av sveisetåen ved hjelp av TIG. hvoretter randsprekk fjernes og sveisetåen avrundes. Spenningskonsentrasjoner reduseres og utmattingslevetiden økes. Felles for disse metoder er at utmattingslevetiden kun økes i begrenset grad, fordi restspenningenes negative effekt på utmattingslevetiden forblir intakt.

Alternativt kan utmattingslevetiden i sveisede metallkonstruksjoner forbedres ved at sveisetåen kaldsmis (hamres) slik at egenspenningene lokalt elimineres og fordelaktige trykkspenninger etableres i overflaten (hammer peening). Det finnes fire kjente former for hamring, disse er kulehamring, nålehamring, UIT-hamringog shot peening. Felles for disse metoder er at geometrien av sveisetåen kun forbedres i begrenset grad. Resultatet er at utmattingslevetiden kun øker i begrenset grad når de dynamiske spenningene er høye.

Hamring eller kaldbearbeiding av stål har også vært beskrevet som metode for å redusere mekanisk deformasjon i forbindelse med sveising. Som en tilleggseffekt ved slik bearbeiding er det vist til at kaldbearbeidingen også har den effekt at den hamrede sveis og HAZ får forbedret motstandsdyktighet mot utmattingssprekker, hvilken metode beskrives i EP 1 561 827 Al.

Foreliggende oppfinnelse kombinerer geometriforbedring med eliminasjon av restspenninger og etablering av trykkspenninger, ved at kulehamring utføres på en ny måte med et hammerhode der hammerhodets geometri er sterkt endret i forhold til det som hittil har vært kjent, med sterkt forbedret geometri som resultat.

Den fordelaktige eliminasjon av restspenninger kombineres ifølge oppfinnelsen med en geometriforbedring som hittil kun har vært kjent fra sliping eller re-smelting av sveisetåen med TIG.

Oppfinnelsen gir en mer signifikant forbedring av utmattingslevetiden enn hittil kjente metoder, også for høye spenninger. De antagelser og den tankegang som ligger til grunn for oppfinnelsen , har fullt ut latt seg bekrefte ved laboratorieforsøk Disse forsøkene ble utført på en slik måte at det ble oppnådd en direkte sammenheng mellom utmattingsstyrken av sveisede stålsammenføyninger og slike sammenføyninger hvor sveisetåen var blitt glatthamret, nærmere bestemt hamret ved hjelp av en pneumatisk hammer med tilkoblet hammerhode.

Oppfinnelsen vedrører således en fremgangsmåte som angitt i krav 1. Oppfinnelsen vedrører også et hammerhode som angitt i krav 4.

Fordelaktige ytterligere trekk er angitt i de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor

figur 1 viser et hammerhode ifølge oppfinnelsen, montert i en pneumatisk hammer,

figur 2 viser et sideriss av hammerhodet ifølge oppfinnelsen,

figur 3 viser et enderiss av hammerhodet i figur 2,

figur 4 viser en sveis klar for sliping av et styrespor ved en sveisetå,

figur 5 viser det forhåndslipte styrespor,

figur 6 viser ansett av hammerhodet i styresporet,

figur 7 viser en ferdig kaldbearbeidet sveisetå,

figur 8 og 9 viser utmattingsstyrke som sveiset henholdsvis som kaldbearbeidet ifølge oppfinnelsen, og

figur 10 viser belastningssekvensen ved forbelastning kompresjonsflytespenning.

Figur 1 viser en del av en pneumatisk hammer 1 med et hammerhode 2.

Et hammerhode 2 ifølge oppfinnelsen er vist i figurene 2 og 3. Det som utmerker hammerhodet 2 er at det har en svakt konveks, avlang anleggsflate eller kontaktflate 3, her med en radius 4 i tverretningen som er mindre enn radius 5 i lengderetningen. Hammerhodets 2 kontaktflate mot sveisetåen har en jevn avrundet form i hver ende 6,7. Av figur 2 og 3 går det frem at hammerhodets radius 5 i lengderetningen er større enn to ganger hammerhodets radius 4 i tverretningen og mindre enn tyve ganger radius 4 i tverretningen. De her gitte tall definerer et foretrukket område.

Det er ikke vist, men hammerhodets kontaktflate mot sveisetåen er fordelaktig polert med en overflatefinhet bedre enn Ra 1,2.

Figur 4 viser et snitt gjennom en sveis 8 hvis ene sveisetå 9 skal slipes med et egnet verktøy 10.1 figur 5 er det forhåndsslipte styrespor 11 i sveisetåen 9 vist.. Figur 6 viser ansett av hammerhodet 2 mot styresporet 11.1 figur 7 er det vist en ferdig kaldbearbeidet sveisetå 9. Som vist er sporbunnenl 1 glatt og det vises oppfoldet materiale 12 og 13 langs sporkantene. Det er ikke vist, men den andre sveisetåen blir kaldbearbeidet tilsvarende.

Forhåndsslipingen av sporet 11 gjennomføres med jevne bevegelser med et jevnt og fast, men ikke kraftig trykk på verktøyet 10. Verktøyet 10 holdes 30-50 grader relativt normalen på emnet, og trekkes jevnt mot operatøren. Verktøyet skal beveges hele tiden. For meget kritiske forbindelser bør styresporet undersøkes for restsprekker med NDT (ikke destruktiv testing), men normalt vil visuell inspeksjon være tilstrekkelig.

Kaldbearbidingen gjennomføres med et jevnt trykk mot det kontinuerlig bevegede hammerverktøy. Vanligvis anbefales tre bevegelser eller passeringer i sporet.

Som nevnt skal bunnen i sporet 11 være glatt og uten vesentlige enkeltfordypninger som følge av "sprang" av hammerhodet 2. Overflateruhet i bunnen av sporet 11 er målt til under Ra 0,5. Sporkantene kan folde seg litt, men dette er uten betydning for utmattingsmotstanden.

Figur 8 viser utmattingsstyrken i følge forsøk for en ubearbeidet sveis 14. Figur 9 viser utmattingsstyrken i følge forsøk for en sveis som er kaldbearbeidet 15. Som vist oppnås det betydelige forbedringer med oppfinnelsen. Figur 10 viser belastningssekvensen for forsøkene, der forsøkene er utført med jevn strekkspennings amplitude 17, etter at hver prøvestav er belastet med fem lastvekslinger 16 til flyt i form av trykkspenning lik 0,85 YS. Den forbedring som er vist i figur 9 opptrer derfor uavhengig av om hamringens tradisjonelle effekt svekkes etter at den hamrede detalje utsettes for flytespenninger.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for å oppnå forhøyet utmattingsstyrke i sveisede metallforbindelser og -komponenter hvor sveisetåen (9) underkastes kaldbearbeidelse slik at det frembringes en synlig og/eller målbar fordypning ved sveisetåen (9), karakterisert ved at kaldbearbeidelsen foretas med et kraftdrevet hammerhode (2) som har en svakt konveks, avlang anleggsflate (3) i lengderetningen for kontakt med sveisetåen (9), hvorved hammerhodets (2) langsgående radius (5) er større enn 2 ganger hammerhodets (2) radius (4) i tverretningen og mindre enn 20 ganger radius (4) i tverretningen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kaldbearbeidelsen utføres i et forhåndsslipt styrespor (11).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at sveisetåen (9) underkastes kaldbearbeidelsen tilstrekkelig til å frembringe en glattsmidd fordypning (11) uten at hammerhodet ved kaldbearbeidelsen etterlater individuelle inntrykk i den glattsmidde fordypningen (11) større enn 10 % av den gjennomsnittfordypning som er oppnådd ved kaldbearbeidelsen.

4. Hammerhode til bruk ved kaldbearbeidelse av en sveisetå (9) for oppnåelse av forhøyet utmattingsstyrke i sveisede metallforbindelser og -komponenter, karakterisert ved at hammerhodet (2) har en svakt konveks, avlang anleggsflate (3) i lengderetningen for kontakt med sveisetåen (9), hvorved hammerhodets (2) langsgående radius (5) er større enn 2 ganger hammerhodets (2) radius (4) i tverretningen og mindre enn 20 ganger radius (4) i tverretningen.

5. Hammerhode ifølge krav 4, karakterisert ved at hammerhodets (2) avlange kontaktflate (3) mot sveisetåen (9) har en radius (4) i tverretningen som er mindre enn i lengderetningen.

6. Hammerhode ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at hammerhodets (2) avlange kontaktflate (3) mot sveisetåen (9) har en jevnt avrundet form i hver ende (6,7).

7. Hammerhode ifølge krav 4,5 eller 6, karakterisert ved at hammerhodets (2) kontaktflate mot sveisetåen (9) er polert med en overflatefinhet bedre enn Ra 1,2.