Giới hạn undercut cho phép giữa các kết nối chịu tải tĩnh và chịu tải tuần hoàn
Đối với các kết nối tải theo chu kỳ (tức là các kết nối chịu tải trọng lặp đi lặp lại hoặc dao động), các quy tắc và tiêu chuẩn có xu hướng bảo thủ hơn nhiều với các giới hạn undercut vì các undercut hoạt động như bộ tập trung ứng suất và có thể làm giảm đáng kể độ bền mỏi. Ví dụ: tiêu chuẩn AWS D1.1 giới hạn độ sâu cắt cho các thành viên chính dưới ứng suất kéo ngang theo chu kỳ là 0,01 inch (0,25 mm) và không quá 1/32 inch (khoảng 0,8 mm) trong các trường hợp khác để giảm nguy cơ mỏi. Tương tự, các đánh giá và tiêu chuẩn dựa trên cơ học đứt gãy (chẳng hạn như các đánh giá của IIW, BS, ISO, API) áp đặt các giới hạn độ sâu cắt rất nghiêm ngặt, thường là khoảng 1/1 milimet (0,25 đến khoảng 1 mm), tùy thuộc vào loại mối hàn và độ dày, để đảm bảo tuổi thọ mỏi không bị ảnh hưởng.
Ngược lại, đối với các kết nối tải tĩnh (tức là chịu tải trọng không đổi hoặc thay đổi chậm mà không có chu kỳ tải đáng kể), độ sâu cắt cho phép có thể lớn hơn đáng kể vì mỏi không phải là mối quan tâm. Các giới hạn cho tải trọng tĩnh có thể dựa nhiều hơn vào việc duy trì độ bền tĩnh và độ dày mặt cắt ngang hơn là khả năng chống mỏi. Ví dụ: Mã nồi hơi và bình áp lực ASME và một số tiêu chuẩn đường ống chấp nhận các vết cắt sâu hơn lên đến khoảng 0,8 mm hoặc 10% độ dày thành để cân nhắc độ bền tĩnh.
Tóm lại:
Loại tải | Độ sâu cắt tối đa cho phép điển hình | Lý do |
---|---|---|
Tải theo chu kỳ | Khoảng 0,25 mm (0,01 in) trở xuống; đôi khi lên đến 1 mm với các điều khiển nghiêm ngặt | Kiểm soát sự bắt đầu và phát triển của vết nứt do sự tập trung ứng suất từ các vết cắt |
Tải tĩnh | Lên đến 0,8 mm hoặc 10% độ dày | Giữ được độ bền tĩnh, ít lo lắng về mệt mỏi |
Sự khác biệt đáng kể này phản ánh rằng các vết cắt trong tải trọng theo chu kỳ làm giảm đáng kể tuổi thọ mỏi và do đó phải được kiểm soát chặt chẽ, trong khi trong tải tĩnh, có thể chịu được các vết cắt lớn hơn miễn là duy trì độ bền kết cấu tổng thể.
Do đó, các giới hạn cắt cho phép nghiêm ngặt hơn nhiều đối với các mối hàn tải theo chu kỳ so với các mối hàn tải tĩnh do rủi ro hỏng hóc liên quan đến mỏi trong tải theo chu kỳ.
Tham khảo:
Trích đoạn AWS D1.1/D1.1M:2015 về giới hạn cắt trong mối hàn tải theo chu kỳ
Thảo luận diễn đàn của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ về phụ cấp cắt giảm cho tải theo chu kỳ
Bài viết của Hội nghị Matec về dung sai cắt giảm xem xét độ mỏi và độ bền tĩnh
Cơ học đứt gãy CONICET dựa trên dự đoán dung sai cắt trong điều kiện mỏi và tĩnh
Trong hàn, undercut là một khuyết tật phổ biến được đặc trưng bởi một rãnh hoặc chỗ lõm hình thành dọc theo chân hoặc mép của mối hàn, nơi kim loại cơ bản đã nóng chảy nhưng không được lấp đầy đúng cách bằng kim loại độn. Điều này làm giảm độ dày mặt cắt ngang của kim loại cơ bản tại mối hàn, làm suy yếu tính toàn vẹn của cấu trúc tổng thể và làm cho mối nối dễ bị nứt và hỏng hóc hơn.
Undercutting xảy ra khi cạnh của kim loại cơ bản nóng chảy nhanh hơn kim loại phụ có thể lấp đầy khoảng trống, để lại ấn tượng giống như rãnh làm giảm độ dày. Khiếm khuyết này thường là kết quả của dòng điện hoặc điện áp hàn quá mức, góc điện cực không chính xác, tốc độ di chuyển không phù hợp, chiều dài hồ quang dài, kỹ thuật hàn kém hoặc các vấn đề về khí che chắn.
Các tác dụng chính của undercut bao gồm:
-
Giảm độ dày mặt cắt ngang ở ngón mối hàn, giảm độ bền.
-
Tạo ra các vùng tập trung ứng suất dẫn đến nứt mỏi.
-
Tăng nguy cơ hỏng mối hàn khi chịu tải.
Undercut có thể xuất hiện bên ngoài dọc theo mép mối hàn hoặc bên trong mối nối nếu kim loại hàn không lấp đầy vật liệu cơ bản đúng cách. Nó được coi là một khiếm khuyết hàn đáng kể cần được giảm thiểu hoặc tránh bằng cách kiểm soát các thông số và kỹ thuật hàn.
Một hướng dẫn điển hình cho thấy rằng độ sâu cắt thường không được vượt quá 10% độ dày kim loại cơ bản hoặc khoảng 0,5 mm để duy trì tính toàn vẹn của mối hàn.
Trong hàn, undercut là rãnh hoặc chỗ lõm ở chân mối hàn, nơi kim loại nền bị nóng chảy, làm giảm độ dày mặt cắt ngang. Giới hạn undercut cho phép khác nhau đáng kể giữa các kết nối chịu tải tĩnh và chịu tải tuần hoàn do điều kiện ứng suất và cơ chế hỏng hóc riêng biệt của chúng, được điều chỉnh bởi các tiêu chuẩn như AWS D1.1, ASME hoặc ISO.
Đối với **các kết nối chịu tải tĩnh**, trong đó tải trọng không đổi và không dao động, giới hạn undercut sẽ dễ dàng hơn. Các tiêu chuẩn như AWS D1.1 thường cho phép độ sâu undercut tối đa là **1/16 inch (1,6 mm)** đối với hầu hết các mối hàn kết cấu, với điều kiện undercut không quá sắc hoặc quá dài. Sự khoan dung này là do tải trọng tĩnh tạo ra trạng thái ứng suất ổn định, và các vết lõm nhỏ ít có khả năng gây ra nứt hoặc phá hủy. Độ sâu chấp nhận được có thể thay đổi tùy theo độ dày vật liệu, loại mối hàn và tiêu chí kiểm tra, nhưng trọng tâm là đảm bảo khả năng chịu tải đủ mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của kết cấu.
Đối với các kết nối **có tải trọng tuần hoàn**, chịu tải trọng lặp lại hoặc dao động (ví dụ: cầu, cần cẩu hoặc máy móc), giới hạn vết lõm nghiêm ngặt hơn nhiều do lo ngại về mỏi. Tải trọng tuần hoàn tạo ra ứng suất xen kẽ làm khuếch đại tập trung ứng suất tại các vết lõm, làm tăng nguy cơ hình thành và lan truyền vết nứt. Ví dụ, AWS D1.1 quy định độ sâu vết lõm tối đa là **0,01 inch (0,25 mm)** hoặc thấp hơn đối với các mối hàn quan trọng về mỏi trong các ứng dụng chu kỳ cao. Một số tiêu chuẩn thậm chí có thể không yêu cầu vết lõm có thể đo được ở các vùng quan trọng. Ngoài ra, chiều dài và độ sắc nét của vết lõm được kiểm soát chặt chẽ, vì những yếu tố này càng làm tăng độ nhạy mỏi. Các phương pháp kiểm tra, chẳng hạn như kiểm tra siêu âm hoặc chụp X-quang, thường khắt khe hơn đối với các mối hàn chịu tải tuần hoàn để đảm bảo tính tuân thủ.
Các giới hạn nghiêm ngặt hơn đối với các kết nối chịu tải tuần hoàn phản ánh nhu cầu giảm thiểu ứng suất tăng và đảm bảo độ bền lâu dài trong điều kiện động, trong khi các kết nối chịu tải tĩnh có thể chịu được các khuyết tật lớn hơn một chút mà không có rủi ro đáng kể.



Chia sẻ
Ý kiến bạn đọc (0)