Sformuáowanie problemu

Omawiane w rozdziale 2.3 zagadnienia związane z zastosowaniem lokalnego po-dejĞcia w analizie zmĊczeniowej záączy spawanych laserowo wskazywaáy na potrzebĊ okreĞlenia lokalnych wáasnoĞci zmĊczeniowych w poszczególnych strefach spoiny.

Zastosowanie tradycyjnego postĊpowania w przypadku analizy lokalnych wáasnoĞci zmĊczeniowych w obrĊbie zmĊczeniowego pĊkania spoiny laserowej przysparza szereg niedogodnoĞci, związanych gáównie z przygotowaniem powtarzalnych próbek do badaĔ oraz koniecznoĞcią budowy maáych maszyn do badaĔ zmĊczeniowych. Opisywane w literaturze i omówione w rozdziale 2.3 badania záączy spawanych prowadzone są gáównie na maáych próbkach pobieranych z wybranych obszarów spoiny i jej otoczenia.

W przypadku spawania laserowego wiąĪe siĊ z tym wiele trudnoĞci wywoáanych m.in.

niewielkimi wymiarami záącza i jego poszczególnych stref, które wymuszają znaczne ograniczenie wymiarów próbek. Uzyskanie wiarygodnego opisu lokalnych wáasnoĞci zmĊczeniowych moĪe byü zatem w takim przypadku bardzo utrudnione. Dla zobrazo-wania ksztaátu i wymiarów záącza spawanego laserowo na rysunku 5.1a pokazano zdjĊ-cie przekroju záącza bĊdącego przedmiotem badaĔ prezentowanych w pracy. Na rysun-ku 5.1b zamieszczono takĪe w celach porównawczych zdjĊcie makrostruktury záącza spawanego metodą MAG.

Rys. 5.1. ZdjĊcie makrostruktury záącza spawanego laserowo (a) : MR – materiaá rodzimy, SWC – strefa wpáywu ciepáa, S – spoina, oraz porównanie makrostruktury záączy wykonanych techniką laserową i MAG (b)

Analiza literatury [99, 130, 132] wskazuje jednak na moĪliwoĞü wyznaczania zmĊczeniowych wáasnoĞci materiaáu w badaniach uproszczonych, tzw. metodą stop-niowego wzrostu prowadzonych na pojedynczej próbce. W uproszczeniu, polega ona na

a) b)

MR SWC S

0,48-0,60

1,19 2,38

5

MAG

laser 1mm

analizie parametrów pĊtli histerezy wyznaczonych dla róĪnych wartoĞci amplitudy od-ksztaácenia/naprĊĪenia.

ZaáoĪenia metody stopniowego wzrostu wykorzystano w pracy do opracowania koncepcji metody analizy lokalnych wáasnoĞci zmĊczeniowych w strefach niejednorod-noĞci materiaáowych. W opracowanej metodzie do analizy parametrów pĊtli histerezy zastosowano system laserowego ekstensometru siatkowego LES. MoĪliwoĞci zapropo-nowanej metody wykorzystano w analizie lokalnych wáasnoĞci zmĊczeniowych w stre-fach laserowego záącza spawanego.

W badaniach wáasnoĞci materiaáowych stosowano próbki pobrane ze záączy lase-rowych wykonanych ze stali 18G2A. Záącza wykonano w Instytucie Spawalnictwa w Gliwicach z zastosowaniem wiązki lasera o mocy 3,8 kW. Próbki spawano w osáonie helu z prĊdkoĞcią v = 1,2 mǜmin^-1.

a) záącze

b) strefa spoiny

c) strefa wpáywu ciepáa

d) materiaá rodzimy

0,09 mm

Rys. 5.2. Mikrostruktura poszczególnych stref záącza spawanego laserowo

Spawaniu podlegaáy dwa jednakowe arkusze blachy o gruboĞci 5 mm o páaskich krawĊdziach, bez ukosowanych brzegów. Obraz makrostruktury záącza pozwala wyróĪ-niü jego poszczególne strefy oznaczone na rysunku 5.1a jako MR – strefa materiaáu rodzimego, SWC – strefa wpáywu ciepáa SWC i S – strefa spoiny. Na rysunku 5.1a podano takĪe przybliĪone wymiary poszczególnych stref.

ZróĪnicowanie wáasnoĞci w wyróĪnionych strefach záączach wynika ze zmienionej w wyniku spawania mikrostruktury materiaáu. Badania próbek (rys.5.2) wykazaáy ferry-tyczno-perlityczną budowĊ strefy MR, bainityczną – strefy SWC i bainityczną z nie-wielką iloĞcią martenzytu – strefy S. Takie zróĪnicowanie wáasnoĞci odzwierciedla pomiar mikrotwardoĞci metodą HV. Na rysunku 5.3 pokazano wykres zmian twardoĞci w zaleĪnoĞci od miejsca jej pomiaru.

5.2. Wyniki badaĔ oraz ich analiza

A. Badania wáasnoĞci statycznych

W celu wyznaczenia statycznych wáasnoĞci materiaáu spoiny przeprowadzono ba-dania na minipróbkach (rys.5.4a) pobranych ze Ğrodkowego fragmentu záącza.

0 100 200 300 400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 SWC

S

MR

TwardoĞü, HV

Rys. 5.3. Rozkáad mikrotwardoĞci w záączu spawanym laserowo

a) b)

2

minipróbka

ekstensometr

Rys. 5.4. Badania wáasnoĞci statycznych materiaáu spoiny S – minipróbka (a) i jej widok podczas badania (b)

Badania wáasnoĞci statycznych záącza w obszarze materiaáu rodzimego przepro-wadzono zarówno na znormalizowanych próbkach materiaáowych wykonanych ze stali 18G2A, jak i na minipróbkach pobranych z rejonu poáączenia. Wyznaczony wykres

rozciągania dla spoiny i dla materiaáu rodzimego (stali 18G2A) przedstawiono na ry-sunku 5.5. Ich opis iloĞciowy zamieszczono w tablicy 5.1.

Tablica 5.1. WáasnoĞci statyczne

Re 0,2% Rm styczny sieczny E

Strefa záącza

MPa MPa MPa MPa

spoinaS 770 1115 2.1ǜ10⁵ 1.8ǜ10⁵

materiaá rodzimy MR minipróbka 290 500 2.3ǜ10⁵ 1.9ǜ10⁵ materiaá rodzimy MR próbka znormalizowana 270*/340 495 2.3ǜ10⁵ 2.0ǜ10⁵

* wyraĨna granica plastycznoĞci

0 200 400 600 800 1000 1200

0 10 20 30 40 50

MR S

NaprĊĪenieı, MPa

Odksztaácenie İ, %

MR – minipróbka 0

300 600 900 1200

0 2 4 6

Rys. 5.5. Wykresy rozciągania materiaáu rodzimego i materiaáu ze strefy spoiny S

Porównanie wáasnoĞci statycznych materiaáu rodzimego MR i spoiny S wskazuje na wystĊpowanie znacznych róĪnic granicy plastycznoĞci i wytrzymaáoĞci doraĨnej przy porównywalnej wartoĞci moduáu sprĊĪystoĞci wzdáuĪnej, co jest zgodne z danymi lite-raturowymi prezentowanymi w rozdziale 2.3.

Badania wáasnoĞci materiaáu na mini- lub mikropróbkach wiąĪą siĊ z pewnymi trudnoĞciami i ograniczeniami. Jedną z podstawowych trudnoĞci stanowią maáe wymia-ry próbek, co jest szczególnie widoczne w analizie materiaáu w strefie wpáywu ciepáa.

W przypadku spawania laserowego czĊsto jej szerokoĞü nie przekracza uáamków mili-metra, a záoĪony ksztaát utrudnia wyodrĊbnienie próbki do badaĔ.

Z kolei istotnym ograniczeniem tego typu badaĔ jest brak uwzglĊdnienia wzajem-nego oddziaáywania poszczególnych stref w trakcie obciąĪania záącza, szczególnie w przypadku obciąĪeĔ zmiennych w czasie.

B. Badania wáasnoĞci zmĊczeniowych

Badania lokalnych wáasnoĞci zmĊczeniowych przeprowadzono metodą stopnio-wego wzrostu na páaskich próbkach o wymiarach podanych na rysunku 5.6a, pobiera-nych ze záącza spawanego zgodnie ze schematem pokazanym na rysunku 5.6b.

a) b)

4-5 30

spoina

500

300

spoina

y

x

Rys. 5.6. Próbki do badaĔ lokalnych wáasnoĞci zmĊczeniowych w spoinie laserowej (a) oraz sposób ich pobierania ze záącza (b)

Badania zmĊczeniowe prowadzono w warunkach obciąĪeĔ wahadáowo-zmien-nych, co wymagaáo zastosowania dodatkowego oprzyrządowania zabezpieczającego próbkĊ przed wyboczeniem. Dla zminimalizowania wpáywu tarcia oraz efektu frettingu, boczne powierzchnie próbek wspóápracowaáy z prowadnicami poprzez cienką foliĊ teflonową. Na rysunku 5.7 pokazano próbkĊ przygotowaną do badania bez i z zamoco-waną gáowicą pomiarową LES.

Jako wielkoĞü kontrolującą próbĊ zmĊczeniową zastosowano sygnaá siáy, przyjmu-jąc dziesiĊü poziomów amplitudy naprĊĪenia nominalnego obliczanego zgodnie z zaleĪnoĞcią

F

S = P , (5.1)

gdzie:

P – siáa,

F – pole przekroju poprzecznego próbki.

prowadnica próbki

próbka z siatką przedmiotową uchwyt gáowicy

gáowica LES

Rys. 5.7. Badania odksztaáceĔ lokalnych – stanowisko badawcze

W tablicy 5.2 przedstawiono program pomiarów parametrów pĊtli histerezy zreali-zowany w trakcie badaĔ w warunkach programowanego, stopniowo narastającego ob-ciąĪenia. Schemat zastosowanego obciąĪenia pokazano na rysunku 5.8.

Tablica 5.2. Program pomiarów

etap I etap II

Sa 1 2 3

Nr poziomu obciąĪenia

MPa nr cyklu

ni ǻn* nr cyklu

ni ǻn* nr cyklu ni ǻn*

1 100 1 0 100 100 - -

2 150 101 0 200 100 - -

3 200 201 0 300 100 1010 10

4 250 301 0 400 100 1020 10

5 275 - - - - 1030 10

6 300 401 0 500 100 1040 10

7 325 501 0 600 100 1050 10

8 350 601 0 700 100 1060 10

9 360 - - - - 1070 10

10 375 701 0 710 10 1080 10

* liczba cykli zrealizowanych na poziomie Sa przed przeprowadzeniem pomiaru

Pomiary realizowano w dwóch etapach. Podczas etapu I rejestrowano pĊtle histe-rezy dla pierwszego i ostatniego cyklu obciąĪenia na kolejnych poziomach naprĊĪenia nominalnego. W etapie II pomiarów dokonywano dla dziesiątego cyklu nastĊpujących bezpoĞrednio po sobie poziomów obciąĪenia oznaczonych na rysunku 5.8 numerami 3-10 (tablica 5.2).

a)

NaprĊĪenie S ₁ ²

3 4 6 7 8 10

poziom naprĊĪenia

Etap I – cykle pomiaru odksztaáceĔ 100 cykli

b)

NaprĊĪenie S

5

3 4

6 7 8 10

poziomy naprĊĪenia

Etap II – cykle pomiaru odksztaácenia 9

10 cykli

Rys. 5.8. Schemat obciąĪenia próbek w trakcie badaĔ zmĊczeniowych: a) etap I, b) etap II W trakcie badaĔ zmĊczeniowych analizowano przebieg zmian odksztaáceĔ lokal-nych w poszczególlokal-nych strefach záącza spawanego. Wyznaczenie lokallokal-nych wáasnoĞci zmĊczeniowych wymaga analizy parametrów pĊtli histerezy odksztaácenie-naprĊĪenie rejestrowanych w pojedynczych cyklach obciąĪenia. Dla moĪliwie dokáadnego zobra-zowania przebiegu zmian siáy i odksztaácenia, pomiar realizowano w stu punktach po-miarowych ze staáym krokiem zmian siáy. Zarejestrowane mapy prąĪków interferencyj-nych umoĪliwiaáy wyznaczenie rozkáadów odksztaáceĔ w záączu, co pozwalaáo na nie-zaleĪną analizĊ przebiegu zmian odksztaácenia w jego poszczególnych strefach w zada-nych punktach pomiarowych.

Na rysunku 5.9 pokazano przykáadową mapĊ prąĪków oraz okreĞlony na jej pod-stawie rozkáad odksztaáceĔ w záączu z zaznaczonymi strefami materiaáu rodzimego MR, strefy wpáywu ciepáa SWC i spoiny S. W strefach tych, zgodnie z przyjĊtym programem badaĔ, wyznaczono przebiegi pĊtli histerezy w ukáadzie odksztaácenie-naprĊĪenie dla dziesiĊciu poziomów amplitudy naprĊĪenia nominalnego. Do ich opracowania przyjĊto zaáoĪenie o jednakowej wartoĞci naprĊĪeĔ nominalnych wzdáuĪ caáego záącza. UmoĪli-wiáo to póĨniejsze bezpoĞrednie wykorzystanie parametrów pĊtli histerezy w opraco-wywanych modelach materiaáowych opisujących cykliczne wáasnoĞci záącza.

a) b)

S

pole pomiarowe

próbka

siatka przedmiotowa

SWC MR

y

x

c) d)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

0 0,5 1 1,5 2 2,5 4

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

MR SWC

S

MR SWC S

Odksztaácenie İy , %

Y, mm Y

e)

MR SWC

S Y

Rys. 5.9. Rozkáad odksztaáceĔ w strefie záącza spawanego dla maksymalnej wartoĞci naprĊĪenia nominalnego dla Sa= 300 MPa: a) próbka z siatką przedmiotową, b) rozkáad odksztaá-ceĔ na tle makrostruktury záącza, c) obraz prąĪków interferencyjnych, d) e) rozkáady odksztaáceĔ z oznaczonymi strefami záącza

Jakáatwo zauwaĪyü na podstawie rysunku 5.9d, odksztaácenie w záączu charakte-ryzuje siĊ zróĪnicowaniem jego polowego rozkáadu, które powoduje Īe w rzeczywisto-Ğci w kaĪdej czĊrzeczywisto-Ğci záącza wystĊpują inne jego wartorzeczywisto-Ğci. MoĪna tym samym zaáoĪyü, Īe w konsekwencji w kaĪdym miejscu záącza posiada ono inne wáasnoĞci zmĊczeniowe, a wyznaczane parametry je opisujące bĊdą zaleĪeü od miejsca pomiaru odksztaáceĔ.

JednakĪe analiza wpáywu miejsca pobierania danych na przebieg pĊtli histerezy wyka-zaáa, Īe problem ten dotyczy gáównie strefy wpáywu ciepáa, w której gradient odksztaá-cenia ma najwiĊksze wartoĞci. Na rysunku 5.10a pokazano przykáadowy rozkáad gra-dientu odksztaácenia wyznaczony dla záącza poddanego obciąĪeniu wahadáowo zmien-nemu o amplitudzie naprĊĪenia nominalnego Sa= 300 MPa dla maksymalnej wartoĞci siáy w cyklu. Gradient odksztaácenia Ȥ obliczano jako

L

∆L – dáugoĞü odcinka odpowiadająca 0,28 mm.

ZróĪnicowanie wáasnoĞci materiaáu w obszarze strefy wpáywu ciepáa potwierdza takĪe analiza pĊtli histerezy wyznaczonych wzdáuĪ przekroju przez poszczególne strefy záącza (rys.5.10b). RóĪnice ksztaátu i rozmiaru pĊtli w strefie spoiny i materiale rodzi-mym są niewielkie, natomiast stają siĊ istotne w strefie wpáywu ciepáa.

-300

Rys. 5.10. Gradient odksztaácenia w kierunku X (a) oraz pĊtle histerezy wyznaczone w strefach záącza oznaczonych na rysunku (b)

W związku z tym, do obliczeĔ odksztaáceĔ przyjĊto metodĊ uĞredniania ich warto-Ğci w polach pomiarowych obejmujących poszczególne strefy záącza. Taki zabieg ozna-cza,Īe wyznaczone w dalszej czĊĞci pracy wartoĞci K’ i n’ w przypadku strefy wpáywu ciepáa mają charakter Ğrednich dla caáego obszaru przejĞcia pomiĊdzy spoiną i materia-áem rodzimym.

W pierwszym etapie badaĔ, wyraĨne odksztaácenia plastyczne i co za tym idzie pĊtla histerezy pojawiáy siĊ dla wartoĞci Sa= 300 MPa. W pierwszym cyklu obciąĪenia na

tym poziomie obciąĪenia (tj. przy przejĞciu z wartoĞci naprĊĪenia Sa= 250 na 300 MPa) odksztaácenia plastyczne rozwinĊáy siĊ gáównie w póácyklu Ğciskania. Jednak po kolej-nych cyklach obciąĪenia pomiary wykazaáy ksztaátowanie siĊ peánej pĊtli histerezy, co pokazano na rysunku 5.11. Dla áatwiejszego porównania otrzymanych przebiegów, pĊtle histerezy przemieszczono wzdáuĪ osi odksztaácenia do Ğrodka ukáadu wspóárzĊd-nych. Charakter zmian pĊtli histerezy wskazuje na silne osáabianie materiaáu we wszystkich strefach záącza, wywoáane pierwszymi cyklami obciąĪenia w zakresie od-ksztaáceĔ plastycznych.

-300 -200 -100 0 100 200 300

-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4

Odksztaácenie İy, %

MR SWC S po 100 cyklach w 1 cyklu po zmianie Sa z 250 na 300 MPa

NaprĊĪenie ı, MPa

–0,3 –0,2 –0,1 0,1 0,2 0,3 0,4

Rys. 5.11. PĊtle histerezy zarejestrowane dla Sa= 300 MPa – I faza badaĔ

PĊtle histerezy zarejestrowane dla dwóch nastĊpnych poziomów amplitudy naprĊ-Īenia nominalnego Sa= 325 i 350 MPa po zrealizowaniu 100 cykli na kaĪdym z pozio-mów pokazano na rysunku 5.12. Podobnie jak w przypadku naprĊĪenia nominalnego Sa= 300 MPa, pĊtle przemieszczono wzdáuĪ osi odksztaácenia, przy czym w tym przy-padku dla uzyskania lepszej przejrzystoĞci wykresów centrowano je wzglĊdem ich Ğrodka.

-350 0 350

-0.75 0 0.75

-350 0 350

-0.75 0 0.75

Odksztaácenie İy, % Sa= 325 MPa

MR SWC

S

Odksztaácenie İy, %

Sa= 350 MPa

NaprĊĪenie ı, MPa

a) b)

–0,75 0,75 –0,75 0,75

–350 –350

Rys. 5.12. PĊtle histerezy zarejestrowane dla Sa= 325 MPa (a) i Sa= 350 MPa (b) – I etap badaĔ Realizacja prób w II etapie badaĔ wykazaáa wystĊpowanie odksztaáceĔ plastycz-nych juĪ na poziomie Sa= 200 MPa. Z tego wzglĊdu, w drugiej – zasadniczej czĊĞci badaĔ – wyznaczano parametry pĊtli histerezy takĪe dla poziomów Sa= 200 i 250 MPa.

Wyniki pomiarów odksztaáceĔ zrealizowanych w II fazie badaĔ przedstawiono na kolejnych wykresach (rys.5.13, 5.16).

-200 0 200

-0.15 0 0.15

-250 0 250

-0.2 0 0.2

Odksztaácenie İy, % Sa= 200 MPa

MR SWC

S

Odksztaácenie İy, %

Sa= 250 MPa

NaprĊĪenie ı, MPa

–0,15 0,15 –0,2 0,2

–200 –250

200 250

Rys. 5.13. PĊtle histerezy zarejestrowane dla Sa= 200 i 250 MPa – II faza badaĔ

-275 0 275

-0.2 0 0.2

-300 0 300

-0.25 0 0.25

NaprĊĪenie Sa, MPa

Odksztaácenie İy, % Sa= 275 MPa

MR SWC

S

Odksztaácenie İy, %

Sa= 300 MPa

–0,2 0,2 –0,25 0,25

Rys. 5.14. PĊtle histerezy zarejestrowane dla Sa= 275 i 300 MPa – II faza badaĔ

-325 0 325

-0.5 0 0.5

-350 0 350

-0.75 0 0.75

Odksztaácenie İy, % Sa= 325 MPa

MR SWC

S

Odksztaácenie İy, %

Sa= 350 MPa

NaprĊĪenie ı, MPa

–0,5 0,5 –0,75 0,75

Rys. 5.15. PĊtle histerezy zarejestrowane dla Sa= 325 i 350 MPa – II faza badaĔ

-360 0 360

-0.75 0 0.75

-375 0 375

-0.75 0 0.75

Odksztaácenie İy, % Sa= 360 MPa

MR SWC

S

Odksztaácenie İy, %

Sa= 375 MPa

NaprĊĪenie ı, MPa

–0,75 0,75 –0,75 0,75

Rys. 5.16. PĊtle histerezy zarejestrowane dla Sa= 360 i 375 MPa – II faza badaĔ

Wyniki pomiaru odksztaáceĔ dla amplitudy naprĊĪenia nominalnego Sa= 300 MPa, przy której wystąpiáy pierwsze odksztaácenia plastyczne, wykazaáy skáonnoĞü materiaáu do osáabiania w pierwszych cyklach obciąĪenia we wszystkich analizowanych strefach záącza. ĝwiadczyü o tym moĪe przebieg zmian ksztaátu pĊtli histerezy po zrealizowaniu 100 cykli obciąĪenia pokazany na rysunku 5.11, gdzie zaobserwowano wzrost zakresu odksztaácenia İ_y od okoáo 20% dla strefy spoiny do 48% dla strefy materiaáu rodzimego.

Jednak porównanie pĊtli histerezy otrzymanych w pierwszej i drugiej fazie badaĔ (rys.5.17) wskazuje na stosunkowo stabilne zachowanie materiaáu z tendencją do umacniania siĊ. RóĪnice amplitudy odksztaácenia caákowitego wyniosáy od 4,5% dla strefy spoiny S (Sa= 300 MPa) do 28% dla strefy wpáywu ciepáa SWC (Sa= 325 MPa), przy ich Ğredniej wartoĞci wynoszącej 13%.

Jednak w przypadku obliczeĔ trwaáoĞci zmĊczeniowej z zastosowaniem odksztaá-ceniowych wykresów zmĊczeniowych, nawet niewielka róĪnica wartoĞci odksztaáceĔ moĪe powodowaü duĪe róĪnice w wartoĞciach przewidywanych trwaáoĞci. Schematycz-nie pokazano to na rysunku 5.18, gdzie w zaleĪnoĞci od poziomu obciąĪenia róĪnice trwaáoĞci wyniosáy od 30-80%.

-300

–0,25 0,25 –0,25 0,25 –0,25 0,25

-325

–0,75 0,75 –0,75 0,75 –0,75 0,75

Rys. 5.17. Porównanie pĊtli histerezy I i II faza badaĔ

0.0001 0.001 0.01

100 1000 10000 100000 1000000

Odksztaácenie İ, mm‚mm-1

Liczba cykli N

ǻN – róĪnica trwaáoĞci ǻİ

13% róĪnicy wartoĞci İ 0,01

0,001

0,0001

Rys. 5.18. RóĪnice trwaáoĞci zmĊczeniowej spowodowane róĪnicą wartoĞci odksztaáceĔ Porównanie pĊtli histerezy przedstawionych na rysunkach 5,13-5,16 oraz ich ze-stawienie przedstawione na rysunku 5.19 pozwala stwierdziü jednakowe zachowanie materiaáu we wszystkich strefach záącza w zakresie amplitudy naprĊĪenia do 275 MPa.

-400 0 400

-0.75 0 0.75

-400 0 400

-0.75 0 0.75

-400 0 400

-0.75 0 0.75

NaprĊĪenie ı, MPa

Odksztaácenie İy, %

MR SWC

S

–0,75 0,75 –0,75 0,75 –0,75 0,75

Rys. 5.19. Porównanie pĊtli histerezy dla poszczególnych stref záącza

Przy jego wyĪszych wartoĞciach, zgodnie z przewidywaniami wynikającymi z badaĔ statycznych oraz z analizy mikrostruktury záącza, wystąpiáo znaczne zróĪnicowanie zakre-su odksztaáceĔ plastycznych w pojedynczych cyklach obciąĪenia. Jednak przebiegi zmian naprĊĪenia w funkcji odksztaácenia w strefie spoiny i w materiale rodzimym wyznaczone w warunkach obciąĪenia zmiennego w czasie róĪnią siĊ od wyników badaĔ statycznych.

Potwierdzają to wykresy na rysunku 5.20, na których porównano przebiegi

naprĊĪenie-odksztaácenie zarejestrowane w trakcie obciąĪenia zmĊczeniowego (Sa = 300 MPa) z przebiegami otrzymanymi w próbie statycznej. Pomimo zgodnoĞci przebiegu „sta-tycznego” i „zmĊczeniowego” uzyskanego w pierwszym nawrocie obciąĪenia, wspo-mniany wczeĞniej efekt cyklicznego osáabiania materiaáu spowodowaá, Īe w kolejnych cyklach obciąĪenia nastąpiá znaczny wzrost zakresu odksztaáceĔ plastycznych. Dotyczy to zarówno strefy spoiny (rys.5.20a), jak i materiaáu rodzimego (rys.5.20b). Z tego wzglĊdu moĪna przyjąü, Īe w przypadku badanej stali statyczne wáasnoĞci mechaniczne záącza nie mogą dawaü miarodajnych informacji o jego wáasnoĞciach zmĊczeniowych.

0

strefa spoiny S

próba statyczna

Sa = 300 MPa materiaá rodzimy MR 201 nawrót

1 nawrót

Odksztaácenie İ_y, %

a) b)

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0 0,1 0,2 0,3 0,4

Rys. 5.20. Porównanie przebiegu odksztaácenie-naprĊĪenie dla próby statycznej i dla obciąĪenia zmĊczeniowego w 1 i 201 (101 cykl) nawrocie dla strefy spoiny (a) i materiaáu ro-dzimego (b)

W trakcie badaĔ zaobserwowano, przy wyĪszych poziomach obciąĪenia, efekt cy-klicznego peázania, gáównie w strefie wpáywu ciepáą SWC i strefie materiaáu rodzimego MR, wynikający czĊĞciowo z przyjĊtego sposobu obciąĪania próbki, czyli z kontrolo-waną wartoĞcią naprĊĪenia. Wystąpienie peázania powoduje przede wszystkim zmianĊ wartoĞci Ğredniej odksztaácenia, ale moĪe takĪe utrudniaü jednoznaczne wyznaczenie zakresu odksztaáceĔ plastycznych w pojedynczym cyklu obciąĪenia, ze wzglĊdu na brak efektu „zamykania siĊ” pĊtli histerezy.

W dokumencie Doświadczalna analiza rozkładów odkształceń w strefach zmęczeniowego pękania (Stron 68-83)