Měření Wöhlerových křivek svarů

Pro naměření únavových vlastností (Wöhlerových křivek) byly vzorky - dílčí vzorky, rozřazeny do třech. Každý ze svarů (1, 2 a 3) byl použit pro jeden typ Wöhlerovy křivky.

První skupinu tvořily vzorky ze svaru č. 1, tedy vzorky po svařování bez jakékoliv úpravy. Druhou skupinu tvořily vzorky ze svaru č. 2, tedy vzorky po svařování u kterých byla ofrézována pásnice tak, aby byla odstraněna úhlová deformace vzniklá po svařování. Poslední skupinu pak tvořily vzorky ze svaru č. 3, u kterých byla ofrézována pásnice tak, aby byla odstraněna úhlová deformace vzniklá po svařování a navíc z důvodu eliminace vrubového účinku koutového svaru byly na přechodu mezi základním materiálem a svarovým kovem vyfrézovány rádiusy R6.

Vše bude podrobněji vysvětleno v kapitolách 3.4.2. až 3.4.4.

66 3.4.1 Způsob zatěžování dílčích vzorků

Svařené vzorky byly testovány a dynamicky namáhány ve směru pásnice, tak jak je schematicky uvedeno na obr. 34.

Obrázek 34 - Způsob zatěžování vzorků [24]

Testované vzorky byly přímo upínány do čelistí zkušebního zařízení. Vzdálenost upínacích čelistí byla stanovena na 50 mm. Vzorky byly testovány střídavým symetrickým průběhem zatížení s asymetrií cyklu R = -1. Velikost amplitudy napětí byla udržována konstantní pro jednotlivá zatížení. Kritérium pro ukončení bylo lomové porušení vzorku. Na obr. 35 je ukázáno, jak byly vzorky upnuty do čelistí cyklovacího zařízení.

Obrázek 35 - Upnutí vzorku před zahájením cyklického zatížení

67

3.4.2 Cyklické testování svařovaných vzorků bez úprav

Testovací vzorky byly nařezány ze svařence č. 1 ve shodě s obr. 28. Z důvodu eliminace vrubového účinku po řezání na pásové pile byly boky svarů broušeny na magnetické brusce. V případě, že by tyto stopy nebyly odstraněny, hrozilo by ovlivnění únavových testů. Výsledné tloušťky vzorků jsou uvedeny v tab. 8, rozměr b. Na obr. 36 je nakreslen schematický řez svařovaným vzorkem bez úprav (základním vzorkem), na němž je názorně ukázán vliv ohybového momentu pásnice po provedení oboustranného koutového svaru. Ze všech připravených vzorků jich k sestrojení Wöhlerovy křivky bylo použito výsledných devět kusů.

Obrázek 36 - Schematický řez vzorkem bez úprav (základním vzorkem) 1 - stojina, 2 - pásnice

Z obr. 36 je dále patrné zkrácení stojiny popisované v kap. 3.3. Odříznutí stojin (u všech vzorků) bylo provedeno přibližně 80 mm od její vrchní hrany. Tato technologická úprava neměla vliv na průběh cyklického testování, protože všechny zkoušené vzorky byly zatěžovány pouze ve směru pásnice (viz obr. 34), nikoliv ve směru stojiny. Ve všech případech měření byla pásnice vystavena kombinovanému zatížení tah-tlak. Naměřené hodnoty z testu na cyklickou únavu pro základní vzorek jsou uvedeny v tab. 8. Na jejich základě je v grafu (2) sestrojena Wöhlerova křivka.

68

Tabulka 8 - Výsledky testů cyklického zatěžování pro svařované vzorky bez úprav Označení

vzorku

Průřez vzorku Parametry zatížení

Počet cyklů a [mm] b [mm]

σ

σ

2σ

sv_1_1/8 10,06 12,46 0 420 840 7 257

sv_1_1/5 10,02 12,43 0 370 740 11498

sv_1_1/9 10,01 12,41 0 320 640 19 089

sv_1_1/3 10,04 12,44 0 270 540 26 563

sv_1_1/11 10,02 12,42 0 220 440 64 277

sv_1_1/13 10,02 12,43 0 170 340 131 763

sv_1_1/12 10,03 12,45 0 120 240 606 911

sv_1_1/4 10,02 12,43 0 110 220 1 104 877

sv_1_1/10 10,01 12,44 0 100 200 > 10⁷

Pozn. a je skutečná tloušťka pásnice.

Graf 2 - Wöhlerova křivka - svařovaný vzorek bez úprav

69

3.4.3 Cyklické testování svařovaných vzorků s částečně ofrézovanou pásnicí

Svařované vzorky s částečně ofrézovanou pásnicí byly získány ze svaru č. 2.

Frézovány byly spodní a svrchní strana pásnice dle schematického obr. 37. Spodní strana pásnice byla ofrézována po celé své délce. Tím byla získána rovina - základna, od které byl následně měřen úběr materiálu z vrchní strany pásnice. Tento úběr nebyl proveden po celé délce pásnice, pouze do určité vzdálenosti. Tato vzdálenost byla stanovena experimentálně a na obr. 37 je znázorněna černou šipkou. Ofrézováním došlo k eliminaci úhlových deformací po svařování a tím i zároveň k eliminaci sdružených ohybových napětí. Díky tomu mohl být posouzen samostatný vliv ohybových napětí (způsobených deformace po svařování) na změny únavové životnosti. Také v tomto případě byly, z důvodu eliminace vrubového účinku po řezání na pásové pile, boky svarů obroušeny na magnetické brusce.

Obrázek 37 - Schematický řez svařovaným vzorkem s částečně ofrézovanou pásnicí 1 - stojina, 2 - pásnice

Úběr materiálu je znázorněn červenou barvou (obr. 37, ozn. "Před"). Pohled označený jako "Po", obr. 37 je stav po ofrézování. Ze všech připravených vzorků jich k sestrojení Wöhlerovy křivky bylo použito výsledných devět kusů. Výsledná šířka vzorků je uvedena v tab. 9, rozměr b. V grafu (3) je ukázána sestrojená Wöhlerova křivka vzorků s částečně ofrézovanou pásnicí.

70

Tabulka 9 - Výsledky testů cyklického zatěžování pro svařené vzorky s částečně ofrézovanou pásnicí

Označení vzorku

Průřez vzorku Parametry zatížení

Počet cyklů a [mm] b [mm]

σ

σ

2σ

sv_2_2/11 10,03 12,33 0 470 940 7 931

sv_2_2/3 10,04 12,34 0 420 840 13 611

sv_2_2/4 10,02 12,31 0 370 740 22 973

sv_2_2/5 10,01 12,32 0 320 640 43 235

sv_2_2/8 10,02 12,34 0 270 540 129 164

sv_2_2/9 10,03 12,34 0 220 540 334 854

sv_2_2/10 10,01 12,32 0 170 340 1 208 016

sv_2_2/6 10,02 12,35 0 140 280 3 725 785

sv_2_2/7 10,02 12,34 0 130 260 > 10⁷

Pozn. a je skutečná tloušťka pásnice.

Graf 3 - Wöhlerova křivka - svařovaný vzorek s částečně ofrézovanou pásnicí

71

3.4.4 Cyklické testování svařovaných vzorků s ofrézovanou pásnicí a rádiusem R6 Vzorky s ofrézovanou pásnicí a se snížením vrubového účinku vyfrézováním rádiusu R6 na přechodu mezi základním materiálem a svarovým kovem byly získány ze svaru č. 3. Frézovány byly spodní a svrchní strana pásnice a rádiusy dle schematického obr. 38. Také v tomto případě byly, z důvodu eliminace vrubového účinku po řezání na pásové pile, boky svarů obroušeny na magnetické brusce.

Obrázek 38 - Schematický řez vzorkem s ofrézovanou pásnicí a rádiusem R6 1 - Stojina; 2 - Pásnice

Odfrézování převýšení koutových svarů bylo provedeno frézou s rádiusem R = 6 mm, tak aby vznikl tangenciální přechod mezi ofrézovanou svrchní stranou pásnice a nově vzniklým tvarem koutového svaru. Červeně zvýrazněné plochy v pohledu označeným "Před" na obr. 38 značí úběr materiálu. Pohled s označením "Po", obr. 38 je výsledný stav po frézování. Ze všech připravených vzorků jich k sestrojení Wöhlerovy křivky bylo použito výsledných osm kusů. Skutečná tloušťka vzorků je uvedena v tab. 10 pod rozměrem označeným jako b. Naměřené výsledky představuje Wöhlerova křivka sestrojená v grafu (4).

72

Tabulka 10 - Výsledky testů únavové životnosti pro vzorky s ofrézovanou pásnicí a rádiusem R6

Označení vzorku

Průřez vzorku Parametry zatížení Počet cyklů

a [mm] b [mm]

σ

σ

2σ

sv_3_3/9 10,02 12,29 0 250 500 > 10⁷

sv_3_3/7 10,03 12,31 0 270 540 2 830 010

sv_3_3/6 10,02 12,32 0 320 640 723 172

sv_3_3/4 10,02 12,28 0 370 740 291 378

sv_3_3/3 10,03 12,30 0 420 840 139 254

sv_3_3/8 10,01 12,31 0 470 940 67 511

sv_3_3/10 10,02 12,29 0 520 1040 19 839

sv_3_3/11 10,02 12,32 0 570 1140 9 113

Pozn. a je skutečná tloušťka pásnice.

Graf 4 - Wöhlerova křivka - vzorek s ofrézovanou pásnicí a rádiusem R6

73