Propagación subcrítica de fisuras en aceros estructurales soldados

Abstract

El propósito de este trabajo de tesis es contribuir al desarrollo de un proceso automático de soldadura que introduzca un grado controlado de irregularidad sobre el talón de soldadura, con el fin de optimizar el desarrollo e interacción de fisuras para obtener mayores resistencias a fatiga. Se presenta una revisión de la información bibliográfica disponible sobre el comportamiento general de la propagación por fatiga de fisuras a partir de superficies con o sin concentradores de tensiones (entallas), y la importancia de la interacción y los procesos de coalescencia en la propagación de fisuras múltiples. También se presenta una revisión del comportamiento de fisuras que inician y propagan a partir de talones de soldadura, y el modelado tractomecánico lineal elástico especialmente aplicable a juntas soldadas. Se presentan y discuten resultados de ensayos preliminares que permitieron evaluar distintas macrogeometrías de talón obtenidas con diferentes métodos de soldadura, y definir una macrogeometría que mostró un incremento considerable de la vida total a fatiga. Para ello se desarrollaron soldaduras "bead on plate" (cordón simple sobre placa base) utilizando distintos métodos de soldadura a fin de obtener diferentes macrogeometrías de talón. Los cordones obtenidos fueron ensayados a fatiga de flexión en tres puntos cargados transversalmente. Se analiza el comportamiento a propagación de las fisuras iniciadas a partir de los talones de soldadura y su relación con los parámetros geométricos que definen su macrogeometria. Luego se analizan las macrogeometrias de los talones de cordones obtenidos con el método de rotación de arco, y se discuten conclusiones sobre la importancia y la influencia de algunos de los parámetros que la definen. Se presenta por último el método de los "8" o doble rotación de arco, desarrollado para la obtención de talones similares a ambos lados del cordón, y los resultados del comportamiento a fatiga de dos macrogeometrías obtenidas con este método. Se propone un modelado tractomecánico lineal elástico de la propagación de fisuras por fatiga a partir de los talones de soldadura de algunas de las macrogeometrias analizadas en este trabajo. Finalmente, se presenta un método de predicción de la vida a la fatiga en soldaduras con irregularidad controlada en el talón en función de la macrogeometría del mismo.

The aim of this Thesis is to contribute to the development of an automatic weld process that introduces a controled degree of irregularity to the weld toe, in order to enhance the development and interaction of cracks and improve fatigue resistance. A review of available bibliografic information about the fatigue propagation behaviour ot cracks propagating from surfaces with and without notches, and the importance of the interaction and coalescence processes on multiple crack propagation, is presented. The behaviour of cracks growing from weld toes, and the linear elastic fracture nechanics (LEFM) models applicable to these cases are discussed. Preliminary test results are presented and discussed, which allowed to evaluate different toe macro-geometries (e.g. toe waviness parameters) obtained by different welding methods, and to define toe geometries that showed important increments in total fatigue life. Bead-on-plate welds were developed using different welding methods: cyclic voltage, cyclic weld speed and arc rotation. Weld toes were then fatigue tested by three point bending ín the transverse direction. The fatigue propagation behaviour of cracks growing from weld toes, and its relationship with defined geometric parameters, were modeled. Toe geometries of beads obtained with the rotating arc method were particulary analized, and conclusions about the influence of the most important macro-geometric parameters are discussed. Concluding, fatigue behaviour results of welds made with the "8" or doble rotating arc method are presented. This method was developed to obtain similar toes at both sides of the bead. Fatigue crack propagation from in-field weld toes are predicted using LEFM models. Finally, a fatigue life prediction method for welds with controled toe irregularity, and its relationship with macro-geometric parameters, are presented