Wytrzymałość zmęczeniowa połączeń zgrzewanych tarciowo FSW w pomostach aluminiowych

• Autorzy: Siwowski T.

Warianty tytułu

EN

Fatigue strength of friction stir welded (FSW) joints in the aluminum decks

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Pomosty są najbardziej podatnymi na uszkodzenia elementami obiektów mostowych. W okresie ostatnich kilkunastu lat opracowano liczne rozwiązania, służące wydłużeniu okresu eksploatacji pomostów obiektów mostowych. Efektem tych działań jest wiele nowych systemów lekkich pomostów mostów drogowych, w tym spawane pomosty aluminiowe. Wiele zaprojektowanych i stosowanych pomostów aluminiowych, pomimo spełnienia innych wymaganych stanów granicznych, ma jednak zbyt małą nośność zmęczeniową ocenianą wg norm europejskich. Jedną z przyczyn jest ograniczona wytrzymałość zmęczeniowa konwencjonalnych połączeń spawanych MIG, stosowanych w tego typu konstrukcjach. Poszukiwania rozwiązania tego problemu doprowadziły m.in. do opracowania nowej metody łączenia elementów aluminiowych, tj. zgrzewania tarciowego FSW (Friction Stir Welding). Jednakże współcześnie obowiązujące normy europejskie dotyczące projektowania konstrukcji aluminiowych nie uwzględniają jeszcze połączeń zgrzewania tarciowego. Przedstawiona synteza wyników badań zmęczeniowych połączeń FSW pozwoliła na ocenę ich wytrzymałości zmęczeniowej oraz na sformułowanie propozycji uzupełnienia procedury oceny nośności zmęczeniowej konstrukcji aluminiowych, zawartej w Eurokodzie 9. Analiza wykazała, że różnica pomiędzy normowymi krzywymi projektowymi dla spoin MIG a proponowaną krzywą zmęczeniową dla zgrzewania tarciowego FSW wynosi ok. 100% w prawie całym rozpatrywanym zakresie liczby cykli N. Wykorzystując proponowaną krzywą zmęczeniową, można wykazać bezterminową i bezwarunkową żywotność zmęczeniową spawanych pomostów aluminiowych.

EN

The decks are the most susceptible to damage elements of a bridge. In the last few years some application for extending of life of the bridge decks are developed. The effect of it are many of new systems of lightweight bridge decks including the aluminum welded decks. Many of designed and used aluminum decks, although meet required limit states, have to low fatigue resistance in terms of European standards. One of the reason of it is relatively low fatigue strength of conventional MIG welded joints, used for such constructions. Search for a solution to this problem led among other things to develop a completely new method of joining aluminum parts - friction stir welding (FSW). However, the modern European standards applicable to the design of aluminum structures do not include take into consideration friction welding. Presented in the paper a critical synthesis of the results of fatigue tests of FSW joints allowed to draw conclusions about the quantitative and qualitative information on their endurance and to formulate proposals complement the standards evaluation of fatigue resistance of aluminum contained in Eurocode 9. The analysis is shown that the difference is about 100% between design curves in standards for MIG welding and proposed the fatigue curve for the friction welding FSW in almost all considered number of cycles N. Using the proposed fatigue curve can be shown no term stated and unconditional fatigue endurance of welded aluminum decks.

Słowa kluczowe

PL

wytrzymałość zmęczeniowa; połączenie zgrzewane; zgrzewanie tarciowe; FSW; pomost aluminiowy

EN

fatigue strength; welded joint; friction stir welding; FSW; aluminium deck

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Spawalnictwa
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 83, nr 3
• Strony: 15--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., il.

Twórcy

autor

Siwowski T.

• Politechnika Rzeszowska

Bibliografia

• [1] Siwowski T., Pomosty aluminiowe obiektów mostowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszów, 2008.
• [2] Siwowski T., Drogowe mosty aluminiowe - wczoraj, dziś i jutro, Drogi i Mosty, Nr 1/2005, s. 39-74.
• [3] Haagensen P.J., Raines M., Kluken A.O., Kvale I., Fatigue performance of welded aluminium deck structures. The proceedings of the 15th International Offshore Mechanics and Arctic Engineering Conference, ASME, New York, USA, Vol. 3: Materials Engineering, s. 505-512.
• [4] Kosteas D., Radibeck C., Fatigue behavior of crossing MIG and friction stir welds in aluminium alloy 6082-T6. The proceedings of the Conference on Advances in Structures. Sydney, Australia, 2003. Vol. 1, s. 123-132.
• [5] Maljaars J., Soetens F., van Straalen I J., Fatigue of aluminium bridge decks. Structural Engineering International. Vol.16, nr. 4/2006, s. 305-311.
• [6] Mazzolani F, Grillo M., Fatigue strength of longitudinally welded aluminium alloy structures. The proceedings of the 6th International Conference on Aluminium Weldments, INALCO’95, Cleveland, OH, USA, 1995. American Welding Society, s. 182-194.
• [7] Okura I., Hagisawa N., Naruo M., Toda H.: Fatigue behavior of aluminium deck fabricated by friction stir welding. Structural Engineering/Earthquake Engineering, JSCE. Vol, 20, nr 1/2003, s. 55-67.
• [8] PN-EN 1999-1-3:2007. Eurokod 9. Projektowanie konstrukcji aluminiowych. Część 1-3: Konstrukcje narażone na zmęczenie.
• [9] Radaj D., Sonsino C.M: Fatigue assessment of welded joints by local approaches. Abington Publishing, Cambridge, UK, 1998.
• [10] Thomas W.M., Johnson K.I., Wiesner C.S., Friction Stir Welding - recent developments in tool and process technologies. Advanced Engineering Materials. Vol. 5, 2003, s. 485-490.
• [11] Pietras A.: Nowe możliwości wytwarzania konstrukcji - zgrzewanie metodą FSW. Konstrukcje Stalowe, nr 2/2005, s. 30-33.
• [12] Ericsson M.: Sandström R., Influence of welding speed on the fatigue of friction stir welds and comparision with MIG and TIG. International Journal of Fatigue. Vol. 25, Issue 12,2003, s. 1379-1378.
• [13] Haagensen P. J., Midling O. T., Ranes M.: Fatigue performance of friction stir butt welds in a 6000 series aluminium alloy. Computional Mechanics Publications. nr 7-9/1995, s. 225-237.
• [14] Lomolino S., Tovo R., dos Santos J., On the fatigue behaviour and design curves of friction stir butt-welded Al alloys. International Journal of Fatigue. Vol. 27, Issue 3, 2005, s. 305-316.
• [15] Okura l., Hagisawa N., Naruo M., Toda H., Fatigue of aluminum deck fabricated by friction stir welding. The proceedings of the 17th US-Japan Bridge Engineering Workshop. Public Works Research Institute, Tsukuba, Japan, 2001, s. 153-166.
• [16] Okura l., Naruo M., Vigh L.G., Hagisawa N., Toda H.: Fatigue of aluminium decks fabricated by friction stir welding. The proceedings of the 8th International Conference on Joints in Aluminium, INALCO'01, Munich, Germany. Edited by D. Kosteas, M. Meyer- Sternberg. TU München, Germany, 2001, s. 4.1,1-4.1.12.
• [17] Kluken A., Ranes M.: Aluminium bridge constructions - welding technology and fatigue properties. Svetsaren. Vol. 50, nr 3/1995, s. 13-15.
• [18] Rogerson W.M., Sharp M.L., Stemler J.R., Sommer, R.J., Aluminum orthotropic bridge deck. Civil Engineering. ASCE, Vol. 37, nr 11/1967, pp. 65-70.
• [19] Thompson K.P., Shives B.L., Snodgrass J.S., Marks C.A., Hughes R.E., Corrosion and fatigue resistance study of aluminium bridge deck. Transportation Research Record. nr 1541-1996, s. 18-21.
• [20] Menzemer, C., Hinkle, A., Nordmark, G., Aluminum Orthotropic Bridge Deck Verification. The proceedings of the session at ASCE Structures Congress '87: Materials and Member Behavior. Edited by D.S. Ellifrit, Orlando, FL, USA, 1987, s. 289-304.
• [21] Matteo A.D., An aluminum bridge deck design for highway bridges. The proceedings of Structures Congress XV: Building to Last. ASCE, New York, USA, 1997, Vol. 2, s. 841-845.
• [22] Matteo A.D., Massarelli P.J., Gomez J.P., Cooper J., Preliminary evaluation of an aluminium bridge deck design for highway bridges. The proceedings of the 7th Conference on Structural Faults and Repair, Edinburgh, UK. 1997, Vol. 3, s. 112-122.
• [23] Prince R.T., Evaluation of field tests performed on an aluminium deck bridge. MSc Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA, USA, 1997.
• [24] Cousins T.E., Hezel R.F., Gomez J.P., Classification of longitudinal welds in an aluminium bridge deck. Virginia Transportation Research Council. Final Report No. FHWAA/TRC 00-CR5, Charlottesville, VA, USA, 2000.
• [25] Maljaars J., Soetens F, van Straalen l.J, Fatigue tests on aluminium bridges. HERON. Vol. 50, nr 1/2005, s. 25-40.