Fracture mechanics assessment of fatigue semi-elliptical cracks in butt-welded joints

• Edgar Hernández Laguna ^[1] ; Nelson Arzola de la Peña ^[1] ; Oscar Araque de los Ríos ^[2]
  1. [1] Universidad Nacional de Colombia

     Universidad Nacional de Colombia

     Colombia

     
  2. [2] Universidad de Ibagué

     Universidad de Ibagué

     Colombia

     
• Localización: Ingeniare: Revista Chilena de Ingeniería, ISSN-e 0718-3305, ISSN 0718-3291, Vol. 26, Nº. 4, 2018, págs. 568-576
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Evaluación por mecánica de la fractura de grietas semielipticas por fatiga en uniones soldadas a tope
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• Resumen
  • español

    En este trabajo se realiza un estudio teórico sobre la influencia que posee en la vida de fatiga la geometría del perfil del cordón de soldadura. Se considera una soldadura a tope utilizando SMAW, placas en acero estructural A36 de 6 mm de espesor y electrodo E6013. La influencia de la geometría es parametrizada por medio del sobreespesor del cordón y el radio del pie de soldadura, para ello se realiza un arreglo de experimento a tres niveles. Para el desarrollo del presente trabajo se utilizó cierta información proveniente de resultados experimentales (por ejemplo: perfil de soldadura y propiedades mecánicas). La geometría de un grupo de cordones de soldadura reales es digitalizada y emulada en la construcción de los modelos de sólido 3D, mientras que se define una grieta semielíptica superficial en el pie de la soldadura. Mediante el Método de los Elementos Finitos se obtienen ecuaciones analíticas para el factor de magnificación por soldadura (Mk). Como resultados principales se destacan, en primer lugar, la marcada influencia que posee el sobreespesor del cordón en la vida de fatiga, un mayor sobreespesor significa una reducción en la predicción de vida de fatiga de hasta un 42% para la unión soldada considerada; y en segundo lugar la evolución diferente del factor de intensidad de esfuerzos en el perímetro del vértice de la grieta, lo cual provoca que la grieta durante su propagación estable se vuelva cada vez más alargada y estrecha. Las ecuaciones analíticas obtenidas para Mk pueden ser utilizadas en modelos de gestión de vida para este tipo de unión soldada.

  • English

    This work carries out a theoretical study about the influence that profile geometry of the weld seam joints has on fatigue life. It is considered that SMAW butt-welded joints, 6 mm-A36 structural steel board, and the E6013 electrode. The influence of geometry is parametrized by the overweight weld and the radius of the weld toe. To do the latter, an arrangement of experiments were made into 3 levels for each factor. For the development of the current work some information obtained from experimental results was used (i.e., weld profile and mechanical properties). The geometry of one group of real weld seams is digitalized and simulated in the construction of 3D solid-models, while a superficial semi-elliptical crack is defined around the weld toe. By applying the Finite Element Method, analytical equations are obtained for the weld magnification factors (Mk). As main results of this work stand out, on the first hand, the strong influence that slub has on the fatigue life, an excess thickness means a reduction in the life forecast to even 42% for the welded joint. Secondly, the different behavior of strength intensity factor around the crack edge, which makes the crack become longer and narrower. The analytical equations for Mk can be utilized on life-management model for butt-welded joints.