Estos son algunos textos publicados acerca del tema de la fatiga y la mecánica de la fractura en uniones soldadas
Experimental investigation and numerical simulation on fatigue crack behavior of bridge steel WNQ570 base metal and butt weld
Liang Zong, Gang Shi, Yuanqing Wang
En este paper se hace una evaluación de un acero estructural específicamente diseñado para puentes en cuanto a su comportamiento a fatiga en metal base y metal de soldadura, pienso que les faltó a los autores evaluar el desempeño de la HAZ ya que otros autores indican que esa zona puede resultar crítica, no dan mayores detalles del procedimiento de soldadura excepto la preparación, de otros papers se concluye que es importante y diferente el comportamiento de una soldadura si se realizó en múltiples o un solo pase.
Resulta interesante la simulación numérica que hacen de la propagación de la grieta en el compact specimen, su modelo numérico guarda una muy buena relación con los resultados experimentales, sin embargo el mismo autor reconoce que es indispensable para que esto ocurra saber el tamaño inicial de la grieta, lo cual es posible saber cuando la grieta se genera artificialmente en una probeta de laboratorio.
La simulación numérica emplea Franc3D originalmente desarrollado en Cornell y Abaqus.
Fatigue life assessment of welded joints by the equivalent crack
length method
Eeva Mikkola*, Yukitaka Murakami, Gary Marquis
En la elaboración de este paper no se realizó experimentación, el trabajo se basa en los experimentos sobre uniones soldadas de otros autores, se presenta una metodología que resulta al final conservadora para estimar la curva S-N en varias configuraciones con disponibilidad de datos limitada que asimila la unión soldada a una grieta preexistente en un material sin soldadura. Se presenta además la existencia de una relación en la curva de fatiga S-N y la curva de propagación de grietas según Paris.
Study on crack propagation simulation of surface crack in welded joint structure
Satoyuki Tanaka , Takahiro Kawahara , Hiroshi Okada
El paper presenta 3 métodos para simular el crecimiento de grietas en 3D, un enfoque 2D con factores Mk, y XFEM en uniones soldadas con la grieta ubicada en el pie de la soldadura.
El autor modeló además una unión soldada con el pie redondeado mediante esmerilado, estos resultados fueron comparados con el reporte SR202. Report of research on offshore structure design methodology and weld quality; 202 research committee of the shipbuilding research association of Japan. 1991 [in Japanese]. Es interesante ver el aumento del número de ciclos de vida en la simulación al ejecutar el redondeado por esmerilado en el pie de la soldadura es mínimo.
Apparatus for Impact-Fatigue Testing
R. E. Schramm, R. L. Durcholz, and R. P. Reed
El artículo describe las modificaciones realizadas a un péndulo de impacto para poder realizar impactos repetitivos y verificar la resistencia a la fatiga de impacto, consiguieron ratas de deformación de 2100 min-1, y ensayaron la máquina modificada con un acero inoxidable AISI 310. La máquina permite además la realización de las pruebas a diferentes temperaturas y variando la altura y masa del martillo es posible realizar curvas S-N de fatiga de impacto. Mediante un solenoide se evitan los impactos secundarios, la respuesta es medida por una celda de carga.
Impact fatigue of low-alloy steels and their welded joints at low temperature
B.S. Shul'ginov and V.V. Matveyev
Los autores indican que en las máquinas que trabajan a bajas temperaturas en especial en los inviernos presentan un incremento en las fallas que está en relación con los resultados de resistencia al impacto por lo que la carga a la que están expuestos estos componentes debe tener algún componente de impacto, esto explica la aparente contradicción que se presenta al ensayar los materiales a fatiga senoidal, en donde se encuentra un incremento de la resistencia a la fatiga al bajar la temperatura, por lo que se concluye que este tipo de carga senoidal no es representativo del estado de cargas real de los elementos de máquinas.
Se ensayaron probetas sin concentrador de esfuerzos, agujereadas, y soldadas transversalmente con un cordón longitudinal adicional para incrementar los esfuerzos residuales. El ensayo de impacto se realizó con el impacto generando flexión sobre las probetas. La respuesta se observó a través de un transductor de deformación (strain gauge).
Se demostró que la resistencia a la fatiga de impacto es inferior a la resistencia a la fatiga senoidal para una temperatura dada.
High cycle fatigue of welded joints with aging influence
H. Zaletelj , V. Haesen , L. Dedene , G. Fajdiga , M. Nagode
Este artículo presenta los resultados de los efectos en la vida a la fatiga de materiales utilizados en la industria automotriz que se ven expuestos a elevadas temperaturas, como los usados en los tubos de escape de vehículos, estos elementos usualmente son construidos en acero inoxidable ferrítico AISI 409, el cual es ensamblado mediante soldadura.
Las probetas se tomaron de tuberías soldadas longitudinalmente con una soldadura circunferencial en el centro, la soldadura es MIG automática mediante un robot, como metal de aporte se usó el material Exhaust F1 (430LNb) 18% Cr, el gas de protección 98%Ar y 2%02 con un caudal de 13 l/min. También se ensayaron probetas sin las soldadura circunferencial.
El envejecimiento artificial se consiguió calentando las probetas en un horno con atmósfera de Ar a 500°C y 775°C a 25h y 254h. Adicionalmente se realizaron pruebas de fatiga a 300°C y 500°C calentando la zona soldada con lámparas infrarojas.
Para las probetas envejecidas a baja temperatura se encontró un incremento en la resistencia a la fatiga, las envejecidas a alta temperatura redujeron su vida a la fatiga a temperatura ambiente. A mayores temperaturas de ensayo de fatiga solo el envejecido a 300°C por 254h presenta un incremento en la vida a la fatiga.
Low cycle fatigue of welded joints with aging influence
H. Zaletelj, G. Fajdiga, M. Nagode
Las pruebas de fatiga de bajo ciclaje se realizan con control de deformación en lugar de esfuerzos como las de alto ciclaje, se utilizó como material de prueba acero inoxidable ferrítico 409 con y sin soldaduras. Como aporte se utilizó 430LNb soldando con MIG robotizado. Los envejecidos artificiales se realizaron a las mismas temperaturas que en el paper anterior. La deformación fue controlada con un extensómetro. A temperatura ambiente se encontró que el efecto del envejecido para fatiga de bajo ciclaje es mínimo.
High cycle fatigue of welded structures: Design guidelines validated by case studies
P.R. Fry
Este articulo se centra en fatiga de muy alto ciclaje en equipo minero sometido a vibraciones por su función, por ejemplo zarandas vibratorias, que por lo general fallan por grietas de fatiga.
Este artículo propone la extensión de las curvas S-N propuestas en BS7608 más allá de 10exp7 ciclos con pendiente m+4 hasta 4x10exp8. La metodología se aplica en componentes fallados y reparados de los que se disponen datos de esfuerzos y ciclos de vida.
Influence of impact dents on the fatigue strength of aluminium alloy friction stir welds
X Zhanga, B Chana, S Lama, V Satikumar, S Shi, R Baob
Este documento se centra en el efecto sobre la vida de la fatiga en uniones soldadas mediante friction stir welding FSW en aleaciones de aluminio como las usadas en la industria aeroespacial de indentaciones originadas por impactos como el originado por la caída de una herramienta accidentalmente, o la colisión con un vehículo en tierra. Se ensayaron placas con y sin soldadura de aleaciones 2024 y 2198.
Los resultados muestran que el periodo de iniciación de la grieta es el 90 a 95% del total de la vida a la fatiga. Para la aleación 2198 la TMAZ presenta mejor resistencia a la fatiga que el centro de la soldadura, para la aleación 2024 no hay diferencia en la ubicación del impacto en cuanto la vida a la fatiga. Las grietas producidas durante el impacto no se propagaron durante la aplicación de la carga cíclica. Las placas sin soldadura presentan una mayor vida de fatiga.
CDM approach applied to fatigue crack propagation on airframe structural alloys
Hamon François, Henaff Gilbert, Halm Damiena, Gueguen Mikaël and Billau Thomas
Este estudio pretende la reducción de los costos de caracterización de propiedades de materiales usados en la industria aeronáutica, se ensayaron los siguientes materiales aluminio 7175 T7351 y 2024 T351, titanio Ti-6Al-4V, acero martensítico endurecido por precipitación 15-5PH. El modelo de crecimiento de grieta bajo carga cíclica monotónica usado fue el CDM o mecánica de daño continuo, se deduce una expresión para el daño D que es dependiente de la plasticidad o deformación plástica acumulada basada en el modelo de Lemaitre.
Este daño se modela como la suma del daño estático y el daño cíclico, el modelo propuesto considera que sólo el daño estático influye en la plasticidad y las propiedades elásticas y plásticas del material; pudiéndose además relacionar con la mecánica de fractura mediante la ecuación de energía. El modelo se simuló en ABAQUS, dado que usa un criterio energético debería ser independiente de la malla, sin embargo el autor establece que el tamaño de la malla debe ser inferior al tamaño de la zona plástica para poder capturar la evolución de las variables de estado.
Como resultado de los experimentos se encuentra el el modelo propuesto se aproxima mucho más que el modelo de Lemaitre al comportamiento real de la propagación de la grieta de fatiga.
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