HFMI – vermoeiingsscheuren

Wat zijn vermoeiingsscheuren?

In veel toepassingen is vermoeiing één van de voornaamste oorzaken van degradatie van al dan niet gelaste componenten naast corrosie, overbelasting en slijtage. Wisselende belasting en trillingen komen voor in:

  1. nagenoeg elke tak van machinebouw (landbouwmachines, rolbruggen, kranen, etc.)
  2. transportmiddelen (schepen, trailers, treinen, etc.)
  3. de civiele techniek (bruggen, sluizen, etc.).

Men moet hierbij 4 situaties onderscheiden:

  1. Het optreden van deze scheuren is volstrekt normaal als producten de voorziene levensduur bereiken.
  2. Vermoeiingsscheuren vormen echter een probleem wanneer ze vroegtijdig optreden. Dit kan te wijten zijn aan een slechte laskwaliteit,
  3. overbelasting (effectieve belasting overschrijdt de ontwerpspanning),
  4. een ontwerpfout (te zwak ontwerp).

 

Deze vorm van mechanische belasting veroorzaakt vermoeiingsscheuren. Vaak gebeurt dit aan gelaste verbindingen. Een vermoeiingsscheur, die uitgroeit tot een breuk, verloopt in 3 stappen:

  1. scheurinitiatie: Dit is de plek waar de scheur ontstaat.
  2. scheurgroei: Dit gebeurt in zeer kleine stappen. De meeste vermoeiingsscheuren zijn gemakkelijk te herkennen aan hun ‘beach marks’.
  3. restbreuk: De resterende doorsnede is te klein geworden om de krachten op te vangen. Dit gebeurt snel en meestal zonder waarschuwing.

Wat is de meest effectieve remedie tegen vermoeiingsscheuren?

In alle voorgaande scenario’s, met uitzondering van de slechte laskwaliteit, is er een eenvoudige oplossing om de vermoeiingslevensduur te verhogen, namelijk het toepassen van een HFMI behandeling op de meest scheurgevoelige lasverbindingen (High Frequency Mechanical Impact treatment). Deze technologie berust op het inbrengen van drukspanning op lokaties rond lassen die, als gevolg van laskrimp, onder trekspanning staan.

Onderstaande grafiek toont het effect van dergelijke behandeling aan de hand van de vermoeiingseigenschappen van een gelaste dwarse verstijver in hoogsterktestaal met en zonder HFMI behandeling. Dergelijke ontwerp-curves worden gekenmerkt door de FAT klasse (dit is de toegelaten ontwerpspanning bij een levensverwachting van 2 miljoen cycli) en de helling.

Het toepassen van HFMI op de lasverbinding verhoogt de toegelaten ontwerpspanning van 71 naar 140 N/mm² (rode pijl naar boven). Men kan ook kiezen om de ontwerpspanning gelijk te houden, op die manier verhoogt de leeftijd van 2M cycli tot boven 100M cycli (rode pijl naar rechts). Dit laatste toont dat HFMI ook kan gebruikt worden om de levensduur van constructies die hun verwachte levensduur bereikt hebben, fors te verlengen. Bovendien biedt het een uitweg bij te zwakke ontwerpen die scheuren binnen de voorziene levensduur.

In een artikel dat in 2014 in het vakblad Lastechniek verscheen, staan enkele toepassingen van PIT (toegepast in een aardappeloogstmachine, een industriële wasmachine en op kraanbanen.) Downloadlink artikel

Baaten Welding Consultancy biedt:

  • Ondersteuning bij het ontwerp van constructies die onderhevig zijn aan vermoeiingsbelasting. Via eindige elementen berekeningen kunnen de ‘hot spots’ in gelaste constructies bepaald worden. Aan de hand van deze berekeningen wordt een stappenplan voor HFMI opgesteld.
  • Uitvoering van HFMI.
  • Opleiding over HFMI.

S/N curve van een gelaste dwarse verstijver met en zonder nabehandeling (Bronnen: Eurocode 3: Ontwerp en berekening van staalconstructie en de IIW Recommendations for the HFMI Treatment For Improving the Fatigue Strength of Welded Joints - G. Marquis, Z. Barsoum)