Fatigue life of butt weldments made of S1100QL steel

• Autorzy: Kowalski Mateusz , Łagoda Tadeusz , Żok Fabian , Chmelko Vladimir

Warianty tytułu

PL

Trwałość zmęczeniowa doczołowych złączy spawanych wykonanych ze stali S1100QL

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fields of application for quenched and tempered advanced high-strength steels are mainly ground-moving, mining equipment, commercial vehicles, and truck cranes. One of the main aspects determining range of applicability for the high strength steels is the possibility to obtain welded joints with the given fatigue strength. Information about fatigue behaviour of the weld joints strongly increases the operational safety of the structures. Factors influencing mechanical properties of the joints can be related to the welding parameters, i.e. welding current, voltage, and interpass and preheat temperatures. Thermo-mechanical process (fusion welding) also causes the diversification of the microstructure in the weld and heat affected zones. Microstructure changes induce residual stress, influencing the fatigue behaviour of the weld joint. The main topic of the paper are results of the experimental fatigue tests performed for S1100QL butt welds produced with two different technological parameter setups. Technological parameters configurations were selected on the basis of experimental tests carried out for sheets with a thickness of 12 mm. The low and high welding parameters differed due to energy introduced into the system. The energy was controlled by current parameters and the preheating of joined elements. In both configurations, it was possible to make welded joints that meet regulatory requirements but differ in the level of introduced internal stresses and microstructural properties in heat affected zone sizes. The joints were additionally subjected to standard strength and microstructural tests.

PL

Obszar zastosowania stali ulepszanych cieplnie to głównie maszyny służące do robót ziemnych, urządzenia górnicze, pojazdy użytkowe oraz żurawie samochodowe. Jednym z głównych aspektów określających zakres stosowalności stali wysoko wytrzymałych jest możliwość uzyskania połączeń spawanych o zadanej minimalnej wytrzymałości zmęczeniowej. Informacje na temat zjawisk zmęczeniowych zachodzących w złączach spawanych znacznie zwiększają bezpieczeństwo eksploatacyjne konstrukcji. Czynniki wpływające na właściwości mechaniczne złączy mogą być związane z parametrami spawania, tj. prądem spawania, napięciem, temperaturą międzyściegową i temperaturą wstępnego podgrzewania. Proces termomechaniczny, jakim jest spawanie łukiem elektrycznym, powoduje również zróżnicowanie mikrostruktury w samych spoinach i strefach wpływu ciepła. Zmiany mikrostruktury wywołują między innymi naprężenia szczątkowe wpływające na trwałość zmęczeniową złącza spawanego. Głównym tematem artykułu są wyniki eksperymentalnych testów zmęczeniowych wykonanych dla spoin doczołowych S1100QL wytworzonych przy użyciu dwóch różnych konfiguracji parametrów technologicznych. Połączenia zostały dodatkowo poddane standardowym testom wytrzymałościowym i mikrostrukturalnym. W artykule zaprezentowano również symulację propagacji wzrostu pęknięć zmęczeniowych.

Słowa kluczowe

EN

welding; UHSS; fatigue; welding parameters

PL

spawanie; UHSS; zmęczenie; parametry spawania

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2019
• Tom: no. 2
• Strony: 7--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kowalski Mateusz

• Department of Mechanics and Machine Design, Opole University of Technology, Poland

autor

Łagoda Tadeusz

• Department of Mechanics and Machine Design, Opole University of Technology, Poland

autor

Żok Fabian

• As Company Nakonieczny Andrzej Werakso Bartłomiej, Opole, Poland

autor

Chmelko Vladimir

• Faculty of Mechanical Engineering, Slovak University of Technology, Bratislava, Slovakia

Bibliografia

• 1. Kowalski M.: Identification of fatigue and mechanical characteristics of explosively welded steel - titanium composite. Frattura ed Integrità Strutturale, 2017, 42, pp. 85-92, DOI: 10.3221/IGF-ESIS.42.10.
• 2. Łagoda T., Biłous P., Blacha Ł.: Investigation on the effect of geometric and structural notch on the fatigue notch factor in steel welded joints. International Journal of Fatigue, 2017, 101, pp. 224-231, DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2016.09.006.
• 3. Mikkonen P., Björk T., Skriko ja Niko Tuominen T.: Ultralujien terästen ominaisuudet lopputuotteeseen osaavan suunnittelun ja valmistuksen avulla. Hitsaus Trknikka, 2017, 1, pp. 26-30.
• 4. Kujanpää V.: Properties of joints produced by hybrid laser-arc welding. In: Olsen F.O. (ed.): Hybrid Laser-Arc Welding. Woodhead Publishing, 2009, pp. 106-126.
• 5. Kah P., Pirinen M., Suoranta R., Martikainen J.: Welding of Ultra High Strength Steels. Advanced Materials Research, 2014, 849, pp. 357-365, DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.849.357.
• 6. Pijpers R.J.M., Kolstein M.H., Romeijn A., Bijlaard F.S.K.: Fatigue experiments on very high strength steel base material and transverse butt welds. Advanced Steel Construction, 2009, 5(1), pp. 14-32.
• 7. Möller B., Wagener R., Hrabowski J., Ummenhofer T., Melz T.: Fatigue Life of Welded Highstrength Steels under Gaussian Loads. Procedia Engineering, 2015, 101, pp. 293-301, DOI: 10.1016/j.proeng.2015.02.035.
• 8. Goss C. Marecki P.: Fatigue Test Welded Joints Steel S960QL. Materials Science Forum, 2012, 726, pp. 93-99, DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.726.93.
• 9. Hensel J., Nitschke-Pagel T., Tchoffo Ngoula D., Beier H.-Th., Deflor Tchuindjang D, Zerbst U.: Welding residual stresses as needed for the prediction of fatigue crack propagation and fatigue strength. Engineering Fracture Mechanics, 2018, 198, pp. 123-141, DOI: 10.1016/j.engfracmech.2017.10.024.
• 10. Nowacki J., Sajek A., Matkowski P.: The influence of welding heat input on the microstructure of joints of S1100QL steel in one-pass welding. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2016, 16, pp. 777-783, DOI: 10.1016/j.acme.2016.05.001.
• 11. Guo H., Wan J., Liu Y., Hao J.: Experimental study on fatigue performance of high strength steel welded joints. Thin-Walled Structures, 2018, 131, pp. 45-54, DOI: 10.1016/j.tws.2018.06.023.
• 12. Łagoda T.: Lifetime Estimation of Welded Joints. Springer, 2008.
• 13. Hobbacher A.F.: Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components. 2nd ed., Springer International Publishing, 2016.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).