鋼板疲勞裂紋的修復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鋼板疲勞裂紋的修復(fù)方法，其中，在形成有疲勞裂紋的鋼板的表面上、平行于疲勞裂紋依次在疲勞裂紋的兩側(cè)對(duì)鋼板的表面施加錘擊處理，使得鋼板的表面產(chǎn)生塑性變形以沿著疲勞裂紋形成裂紋接觸面從而使疲勞裂紋在鋼板的表面上的開口閉合。
【專利說明】鋼板疲勞裂紋的修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種疲勞裂紋的修復(fù)方法，尤其涉及一種鋼板疲勞裂紋的修復(fù)方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]如果一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)，以鋼結(jié)構(gòu)橋梁為例，受到了循環(huán)荷載的作用，由于金屬疲勞，在它的表面會(huì)產(chǎn)生裂紋，如果對(duì)之放任不管的話，疲勞裂紋就會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，使得鋼結(jié)構(gòu)橋梁不能滿足極限承載能力的要求。因此，在鋼結(jié)構(gòu)橋梁的維護(hù)和管理中，應(yīng)對(duì)疲勞裂紋的方法，如疲勞裂紋的預(yù)防，早期檢測(cè)，修補(bǔ)加固等措施是非常必要的。
[0003]在中國(guó)，從20世紀(jì)80年代開始，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，道路系統(tǒng)發(fā)展迅速，在此期間，修建了許多鋼結(jié)構(gòu)橋梁。這些橋梁建成使用已經(jīng)過去了 30多年了，各種老化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，此外，隨著近年來交通負(fù)荷的加重以及使用頻率的增加，有些鋼結(jié)構(gòu)橋梁在焊縫部位已經(jīng)出現(xiàn)疲勞裂紋。
[0004]圖3表示的是在外表面角焊縫的一個(gè)疲勞裂紋，它顯示的是在焊縫區(qū)焊趾部位疲勞裂紋的產(chǎn)生狀況。在圖中，5為角焊縫，圖中角撐板6被垂直焊在鋼板14上。由于焊接時(shí)發(fā)熱引起的拉伸殘余應(yīng)力的積累以及焊縫2在7處焊趾端的形狀突變引起的應(yīng)力集中，所以疲勞裂紋更容易在圖中3部位產(chǎn)生。
[0005]圖3 (a)為疲勞裂紋3未發(fā)生時(shí)的狀況，圖3 (b)為疲勞裂紋3在形狀突變處7的焊趾端開始出現(xiàn)的情況(以下稱NttJ，圖3(c)為疲勞裂紋3繼續(xù)發(fā)展，開始從焊縫焊趾區(qū)分離(以下稱Nb)，圖3 (d)(以下稱Nltl)為疲勞裂紋3在7處焊趾區(qū)繼續(xù)發(fā)展，并從焊縫焊趾區(qū)分離，在鋼板14上延伸大約IOmm的情況。從Nltl中我們不難發(fā)現(xiàn)裂縫3的發(fā)展是很迅速的。
[0006]當(dāng)我們能夠判斷出這樣的裂紋在短時(shí)間內(nèi)會(huì)繼續(xù)發(fā)展，并根據(jù)裂紋的發(fā)展?fàn)顩r以及鋼結(jié)構(gòu)橋梁的重要程度知道它很危`險(xiǎn)的話，作為對(duì)它的修復(fù)加固，我們可以在裂紋發(fā)生區(qū)域安排一塊拼接板，使用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，這是一個(gè)持久的對(duì)裂紋進(jìn)行修復(fù)和加固的措施。
[0007]當(dāng)我們判斷出疲勞裂紋不會(huì)發(fā)展到很危險(xiǎn)的地步，我們可以在疲勞裂紋發(fā)展的端部鉆一個(gè)小孔，來釋放此處的集中應(yīng)力，這種措施可以暫時(shí)阻止疲勞裂紋的發(fā)展。
[0008]專利文獻(xiàn)I (JP，2008-520443，A)中描述的疲勞裂紋預(yù)防方法同樣適用于焊縫焊趾區(qū)疲勞裂紋的預(yù)防。如圖4(a)所示，我們通過超聲沖擊裝置15對(duì)焊縫2的焊趾區(qū)進(jìn)行錘擊，使此區(qū)域產(chǎn)生塑性變形如圖4(b)所示，產(chǎn)生超聲波處理表面16。
[0009]在焊接過程中，產(chǎn)生的熱量會(huì)使鋼構(gòu)件中拉伸殘余應(yīng)力積累，隨著超聲波處理表面16的形成，拉伸殘余應(yīng)力得到釋放，并在超聲波處理表面16附近產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力，同時(shí)，焊趾部位及附近的形狀變得圓滑，應(yīng)力集中的影響被削弱。通過這些處理，疲勞強(qiáng)度加強(qiáng)，疲勞裂紋就不容易產(chǎn)生。
[0010]上述提到的進(jìn)行裂紋修復(fù)和加固的常規(guī)方法，即，通過安排拼接板，使用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，一方面要耗費(fèi)大量的人力物力，花費(fèi)很大，而且在實(shí)工過程中，需要中斷交通，不適宜應(yīng)用在全部的已經(jīng)產(chǎn)生疲勞裂紋的大橋中。
[0011] 通過在裂紋端部鉆去孔洞的方法，是一個(gè)行之有效的阻止小的疲勞裂紋進(jìn)一步發(fā)展的方法。盡管修復(fù)效果很好，由于合適的疲勞強(qiáng)度評(píng)估方法沒有建立，所以在實(shí)際情況中，通常作為急救措施被使用。
[0012]盡管小孔的孔徑取決于鋼板的厚度，但是通常情況下，不會(huì)小于20mm，所以在一些情況下，如焊縫焊趾區(qū)的疲勞裂紋，沒有足夠的鉆孔空間來進(jìn)行鉆孔。因?yàn)檫@個(gè)原因，只能等到裂紋發(fā)展到脫離焊趾區(qū)，在平板部位延伸開來時(shí)，再使用此方法。也就是說，這種方法不應(yīng)用于裂紋發(fā)展的初始階段。
[0013]專利文獻(xiàn)I中描述的疲勞裂紋預(yù)防方法適用于疲勞裂紋沒有產(chǎn)生的階段，即使它被用在裂紋發(fā)展的初始階段，一般來說是沒有效果的。
[0014]因此，提供一種能夠解決上述問題的鋼板疲勞裂紋的修復(fù)方法成為業(yè)內(nèi)急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于:提供一種鋼板疲勞裂紋的修復(fù)方法，本發(fā)明在裂紋發(fā)展的初始階段也同樣適用，所以能簡(jiǎn)單廉價(jià)的修復(fù)疲勞裂紋或阻止疲勞裂紋的發(fā)展。本發(fā)明提供的疲勞裂紋修復(fù)方法能夠延緩疲勞裂紋的發(fā)展，使得鋼板的疲勞壽命得到延長(zhǎng)。
[0016]鋼材表面的疲勞裂紋一般情況下從它產(chǎn)生的部位，沿著橫向和深度方向呈半橢圓形發(fā)展，而且很快就會(huì)到達(dá)鋼材的底面。上述提到的鉆孔方法雖然阻止了裂紋往橫向發(fā)展，卻不能阻止其向深度方向發(fā)展?；谶@一點(diǎn)，本發(fā)明將同時(shí)阻止裂紋往橫向以及深度方向發(fā)展，這樣就阻止了撕裂表面的膨脹。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，提供一種鋼板疲勞裂紋的修復(fù)方法，其中，在形成有疲勞裂紋的鋼板的表面上、平行于疲勞裂紋依次在疲勞裂紋的兩側(cè)對(duì)鋼板的表面施加錘擊處理，使得鋼板的表面產(chǎn)生塑性變形以沿著疲勞裂紋形成裂紋接觸面從而使疲勞裂紋在鋼板的表面上的開口閉合。
[0018]優(yōu)選地，鋼板可以為平面鋼板或弧面鋼板。
[0019]優(yōu)選地，可以進(jìn)一步包括在疲勞裂紋的正上方沿著疲勞裂紋延伸的方向?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)的表面施加錘擊處理。
[0020]接下來將描述每一種上述問題的解決方法，必要時(shí)描述操作效果。
[0021]本發(fā)明的鋼板疲勞裂紋修復(fù)方法把修復(fù)平板以及曲面板鋼材料上產(chǎn)生的疲勞裂紋作為主要目標(biāo)，在此方法中，有一個(gè)在疲勞裂紋附近進(jìn)行錘擊的過程，此過程中，通過在裂紋兩邊(至少一邊)沿著裂紋平行方向進(jìn)行錘擊，在鋼材料表面產(chǎn)生塑性變形，使疲勞裂紋的開口閉合，并產(chǎn)生一個(gè)裂紋接觸面。
[0022]如果在產(chǎn)生疲勞裂紋的鋼材料上施加外力，疲勞裂紋四周就會(huì)有拉應(yīng)力產(chǎn)生，此拉應(yīng)力會(huì)使疲勞裂紋的內(nèi)側(cè)表面向兩邊分離，裂紋寬度就會(huì)擴(kuò)展，裂紋就會(huì)朝著深度方向發(fā)展。根據(jù)本發(fā)明前面的論述，通過本發(fā)明的裂紋修復(fù)方法，疲勞裂紋開口關(guān)閉，會(huì)在裂紋內(nèi)表面形成裂紋接觸面，在裂紋接觸面會(huì)產(chǎn)生很大的殘余壓應(yīng)力。因此，殘余壓應(yīng)力會(huì)抵消有外力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這樣疲勞裂紋就不容易開裂，阻止或延遲了疲勞裂紋的發(fā)展，延長(zhǎng)了鋼結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。
[0023]如果只是在疲勞裂紋正上方實(shí)施錘擊，由于在使疲勞裂紋內(nèi)側(cè)表面關(guān)閉的方向上很難產(chǎn)生塑性變形，裂紋接觸面就很難有效形成。本專利中，由于實(shí)施了疲勞裂紋附近錘擊過程，使得疲勞裂紋內(nèi)側(cè)表面關(guān)閉的方向上產(chǎn)生塑性變形，裂紋接觸面有效形成。
[0024]由于本發(fā)明只是通過在鋼板表面進(jìn)行錘擊的方法，而且很適合在裂紋發(fā)展的初級(jí)階段，也不用考慮疲勞裂紋產(chǎn)生區(qū)域的鋼板發(fā)展?fàn)顩r。所以，本發(fā)明簡(jiǎn)單價(jià)廉的進(jìn)行了疲勞裂紋修復(fù)。
[0025]本發(fā)明的鋼板疲勞裂紋修復(fù)方法把修復(fù)平板以及曲面板鋼材料上產(chǎn)生的疲勞裂縫作為主要目標(biāo)，如果需要的話，作為前面提到的疲勞裂紋附近捶打過程的后續(xù)處理，通過捶打疲勞裂紋的正上方，在鋼材料表面產(chǎn)生塑性變形，這樣就能增加疲勞裂紋的接觸面積或接觸壓力。
[0026]通過疲勞裂紋附近捶打過程，形成裂紋接觸面，通過疲勞裂紋正上方捶打過程，裂紋接觸面的接觸面積和接觸壓力增大。這樣在疲勞裂紋附近產(chǎn)生很大的壓縮殘余應(yīng)力，抵抗拉應(yīng)力的效果就會(huì)更好。
[0027]通常我們會(huì)假設(shè)，經(jīng)過裂紋正上方的捶打過程，裂紋接觸面的接觸面積和接觸壓力都會(huì)增加，但是我們也應(yīng)考慮到，只有接觸壓力增加，接觸面積不變，或者只有接觸面積增加，接觸壓力不變，或者接觸面積和解除壓力部分減小。
[0028]由于抵抗拉應(yīng)力的效果由接觸面積與接觸壓力的乘積決定，所以作為疲勞裂紋附近錘擊的后續(xù)過程，疲勞裂紋正上方錘擊必然有一定的作用。
[0029]在本發(fā)明的鋼板疲勞裂紋修復(fù)方法中，作用在上述裂紋接觸面的殘余壓應(yīng)力最好大于設(shè)計(jì)拉應(yīng)力。
[0030]如果作用在上述裂紋接觸面的殘余壓應(yīng)力大于設(shè)計(jì)拉應(yīng)力，那么在設(shè)計(jì)拉應(yīng)力的作用下，疲勞裂紋就不會(huì)開裂。這樣，就能有效的阻止或延遲疲勞裂紋的進(jìn)一步發(fā)展，延長(zhǎng)鋼板的疲勞壽命。
[0031]如果作用在上述裂紋接觸面的殘余壓應(yīng)力大于鋼材料的屈服應(yīng)力就更好了。
[0032]根據(jù)容許應(yīng)力法的規(guī)定，容許拉應(yīng)力占到屈服應(yīng)力的1/1.7，實(shí)際作用在材料上的拉應(yīng)力占容許拉應(yīng)力的1/2多一點(diǎn)。因此，如果產(chǎn)生的壓縮殘余應(yīng)力大于屈服應(yīng)力的話，就能可靠的阻止疲勞裂紋的發(fā)展。
[0033]鋼結(jié)構(gòu)通常被設(shè)計(jì)有一定的壽命，我們應(yīng)該維護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。所以，我們沒有必要對(duì)某一部分修復(fù)的特別結(jié)實(shí)，結(jié)實(shí)到此部分超過了整個(gè)結(jié)構(gòu)的壽命。我們要做的就是，在進(jìn)行疲勞裂紋的修復(fù)時(shí)，能夠有效阻止疲勞裂紋的發(fā)展，使它的發(fā)展速度能夠適應(yīng)結(jié)構(gòu)的剩余壽命。從這一點(diǎn)來說，本發(fā)明可以看做與前面的開孔修復(fù)與加固定板修復(fù)方法一樣，是一種永久性的疲勞裂紋修復(fù)方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0035]圖1直觀描述了本發(fā)明的疲勞裂縫修復(fù)方法，(a)描述了鋼板頂部疲勞裂紋的產(chǎn)生，(b)展示了本發(fā)明中的第一實(shí)施方式，即疲勞裂紋附近錘擊過程的情況，(c)展示了本發(fā)明中的第二實(shí)施方式，即疲勞裂紋正上方錘擊過程的情況。[0036]圖2為一組橫截面圖，形象描述了本專利中疲勞裂紋修復(fù)方法產(chǎn)生的效果，(a)描述了鋼板頂部疲勞裂紋的產(chǎn)生，(b)表示當(dāng)外力作用在(a)中鋼板的兩端時(shí)，在鋼板表面產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的情況，(c)表示經(jīng)過本發(fā)明中的裂紋修復(fù)方法后，產(chǎn)生了裂紋接觸面，從而關(guān)閉了(a)中鋼材料的疲勞裂紋，在此過程中，壓縮殘余應(yīng)力產(chǎn)生，(d)顯示的是(C)中鋼材在兩端外力作用下，壓縮殘余應(yīng)力減小的情況。
[0037]圖3描述了現(xiàn)有技術(shù)中的疲勞裂紋在外表面角焊縫焊趾區(qū)產(chǎn)生及發(fā)展的情況，
(a)為疲勞裂紋未發(fā)生時(shí)的狀況，(b)為疲勞裂紋在正面角焊縫的焊趾處開始出現(xiàn)的情況，(C)為疲勞裂紋繼續(xù)發(fā)展，開始從焊縫焊趾區(qū)開分離，(d)為疲勞裂紋在焊趾區(qū)繼續(xù)發(fā)展，從焊縫焊趾區(qū)分離，在鋼板上延伸大約IOmm的情況。
[0038]圖4示出現(xiàn)有技術(shù)中的阻止角焊縫焊趾區(qū)疲勞裂紋產(chǎn)生的前處理技術(shù)，(a)為用超聲沖擊裝置對(duì)角焊縫焊趾區(qū)進(jìn)行沖壓，(b)為經(jīng)過超聲沖壓處理后在鋼材料表面產(chǎn)生的塑性變形。
【具體實(shí)施方式】
[0039]接下來參照附圖具體描述本發(fā)明的鋼板疲勞裂紋的修復(fù)方法。
[0040]<第一實(shí)例>
[0041]圖1(a)和圖1(b)描述了本實(shí)例中疲勞裂紋修復(fù)方法的簡(jiǎn)圖。其中圖1(a)為疲勞裂紋在鋼板上表面產(chǎn)生，圖1(b)為本實(shí)例中實(shí)施的疲勞裂紋附近錘擊過程。
[0042]要保證錘擊的軌跡不重疊在裂紋之上。如圖1 (a)所示，如果疲勞裂紋3在鋼板I上發(fā)生，我們會(huì)進(jìn)行修復(fù)來阻止疲勞裂紋的繼續(xù)發(fā)展。圖1(b)顯示了修復(fù)條件，在疲勞裂紋的兩側(cè)沿著疲勞裂紋平行方向錘擊出兩條軌跡LI和L2。在這里，LI和L2距離疲勞裂紋的間隔相等，而且要保證兩條錘擊軌跡不重疊在疲勞裂紋之上。
[0043]接下來，隨著錘擊軌跡LI和L2的出現(xiàn)，在鋼板I的表面會(huì)產(chǎn)生塑性變形，疲勞裂紋3的開口會(huì)閉合，裂紋接觸面3a形成。這個(gè)過程被稱為疲勞裂紋附近錘擊過程。裂紋接觸面3a只在裂紋上部形成接觸面，下部不太會(huì)接觸到。
[0044]在錘擊工具4的端部連著錘頭4a。在氣壓動(dòng)力壓縮機(jī)(未顯示)的幫助下，錘頭4a高速振動(dòng)，錘擊工具4變成一個(gè)高速振動(dòng)的氣錘。
[0045]錘頭4a的形狀為一個(gè)4mmX 5mm的平面矩形，四周的直角被剪成倒圓角。雖然這一形狀被認(rèn)為最容易在鋼板I的表面產(chǎn)生塑性變形，但是最理想的錘頭形狀隨著氣壓以及錘擊工具的使用情況會(huì)不一樣。
[0046]雖然噴丸處理也能完成錘擊操作但從各種施工條件下的操作性考慮的話，氣錘是最合適的。
[0047]根據(jù)本實(shí)例，疲勞裂縫3的開口閉合，疲勞裂紋接觸面3a形成，在疲勞裂紋接觸面產(chǎn)生了大量的壓縮殘余應(yīng)力。因此，殘余壓應(yīng)力會(huì)抵消有外力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這樣疲勞裂紋就不容易開裂，阻止或延遲了疲勞裂紋的發(fā)展，延長(zhǎng)了鋼結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。
[0048]如果只是在疲勞裂紋正上方實(shí)施錘擊，由于在使疲勞裂紋內(nèi)側(cè)表面關(guān)閉的方向上很難產(chǎn)生塑性變形，裂紋接觸面就很難有效形成。本本實(shí)例中，由于實(shí)施了疲勞裂紋附近錘擊過程，使得疲勞裂紋內(nèi)側(cè)表面關(guān)閉的方向上產(chǎn)生塑性變形，裂紋接觸面有效形成。
[0049]由于本實(shí)例中只是通過錘擊工具4在鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行錘擊，而且很適合在疲勞裂紋3發(fā)展的初級(jí)階段，也不用考慮疲勞裂紋3產(chǎn)生區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顩r。所以，本發(fā)明簡(jiǎn)單價(jià)廉的進(jìn)行了疲勞裂紋修復(fù)，而且只是在鋼板I的表面進(jìn)行處理。
[0050]在本實(shí)例中，這個(gè)疲勞裂紋修復(fù)方法在裂縫3發(fā)展到一定程度時(shí)不適用。當(dāng)疲勞裂紋進(jìn)一步發(fā)展，裂紋寬度變得很大時(shí)，即使通過在鋼板表面施加塑性變形形成裂紋接觸面3a，考慮到此時(shí)塑性變形很大，對(duì)鋼板的截面性能會(huì)有不利影響。
[0051]在后面的實(shí)例中，我們采用與本實(shí)例同樣的錘擊工具4和錘頭4a。
[0052]<第二實(shí)例>
[0053]在本實(shí)例中，如圖1(c)所示，有一個(gè)疲勞裂紋正上方錘擊過程。在實(shí)施第一實(shí)例中的疲勞裂紋附近錘擊過程之后(如圖1(b)所示)，在疲勞裂紋正上方實(shí)施錘擊軌跡L3的錘擊，L3可使接觸面積與接觸壓力增大，錘擊軌跡L3的錘擊過程被稱為疲勞裂紋正上方錘擊過程。
[0054]因此，經(jīng)過疲勞裂紋正上方錘擊過程之后，已經(jīng)形成的疲勞裂紋接觸面3a不會(huì)再開裂。在這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，錘擊工具4的錘頭4a的寬度不取決于圖1(a)中裂縫3的寬度。
[0055]隨著接觸面積及接觸壓力的增加，在裂紋接觸面3a處產(chǎn)生很高的壓縮殘余應(yīng)力，抵抗拉應(yīng)力的效果也變得更好。
[0056]圖2顯示的是本方法實(shí)施效果的截面圖，圖2(a)表示裂紋在鋼板I上產(chǎn)生。圖2(b)表示當(dāng)外力如拉應(yīng)力和彎矩作用在圖2(a)中鋼板I兩端，疲勞裂紋3發(fā)展，鋼板I表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。圖2(c)表示的是在圖2(a)中鋼板I上實(shí)施裂紋附近錘擊過程以及裂紋正上方錘擊過程，此過程中裂縫接觸表面3a形成，殘余壓應(yīng)力產(chǎn)生。圖2(d)表示的是壓縮殘余壓應(yīng)力抵抗外力的表現(xiàn)，隨著外力的作用，殘余壓應(yīng)力減少。
[0057]在圖2(b)中，如果疲勞裂紋沒有修復(fù)的話，如果很大的拉應(yīng)力作用在鋼板表面的話，拉力會(huì)朝著增大裂紋寬度的方向作用，如果是反復(fù)循環(huán)荷載的話，裂紋就會(huì)發(fā)展。
[0058]另一方面，如果像圖2(c)中所示對(duì)疲勞裂紋進(jìn)行修補(bǔ)的話，裂紋開口關(guān)閉，裂紋接觸面3a形成，壓縮殘余應(yīng)力在3a中產(chǎn)生。在這種狀態(tài)下，如果有很大的拉伸應(yīng)力作用在鋼板I的表面，拉應(yīng)力會(huì)朝著使裂紋加大的方向作用。如圖2(d)所示，如果在接觸面3a處產(chǎn)生的壓縮殘余應(yīng)力大于拉應(yīng)力的話，壓縮殘余應(yīng)力會(huì)抵消拉應(yīng)力，疲勞裂紋3就不會(huì)開裂。所以當(dāng)循環(huán)荷載作用時(shí)，就會(huì)阻止或延遲疲勞裂紋3的開裂。
[0059]此方法簡(jiǎn)單價(jià)廉，只是通過簡(jiǎn)單的錘擊就能對(duì)角焊縫處的疲勞裂紋進(jìn)行修復(fù)，能夠有效的阻止或延遲疲勞裂紋的發(fā)展，延長(zhǎng)疲勞壽命。在本實(shí)例中，由于疲勞裂紋從Np到N10非常快，所以我們可以等到Nltl階段再對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。
[0060]在這里，作用在裂紋接觸面3a的壓縮殘余應(yīng)力最好大于設(shè)計(jì)拉應(yīng)力。如果作用在上述裂紋接觸面的殘余壓應(yīng)力大于設(shè)計(jì)拉應(yīng)力，那么在設(shè)計(jì)拉應(yīng)力的作用下，疲勞裂紋就不會(huì)開裂。這樣，就能有效的阻止或延遲疲勞裂紋的進(jìn)一步發(fā)展，延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。
[0061]如果壓縮殘余應(yīng)力大于屈服應(yīng)力的話就更好了。根據(jù)容許應(yīng)力法的規(guī)定，容許拉應(yīng)力占到屈服應(yīng)力的1/1.7，實(shí)際作用在材料上的拉應(yīng)力占容許拉應(yīng)力的1/2多一點(diǎn)。因此，如果產(chǎn)生的壓縮殘余應(yīng)力大于屈服應(yīng)力的話，就能可靠的阻止疲勞裂紋的發(fā)展。
[0062]這樣，為了使裂縫接觸面產(chǎn)生很大的壓縮殘余應(yīng)力，我們?cè)阱N擊的時(shí)候需要在鋼板表面產(chǎn)生更大的塑性變形，使得裂紋接觸面3a的接觸壓力更大。
[0063]當(dāng)壓應(yīng)力作用在材料上時(shí)，鋼材會(huì)沿著作用方向收縮，并迅速擴(kuò)展至荷載方向的矩形方向。因此，如果通過疲勞裂紋附近錘擊過程后，鋼材料就會(huì)在錘擊方向壓縮，并擴(kuò)展至荷載方向的矩形方向。也就是說會(huì)沿著裂縫3閉合的方向變形。如果變形在裂縫3關(guān)閉時(shí)達(dá)到塑性變形區(qū)域，裂縫接觸表面3a就會(huì)形成并保持住，進(jìn)而產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。
[0064]以上很詳細(xì)的論述了本發(fā)明的鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂縫修復(fù)方法以及為什么選用此方法能夠簡(jiǎn)單價(jià)廉的進(jìn)行疲勞裂紋的修復(fù)。
[0065]當(dāng)然，本發(fā)明不局限在上述提出的實(shí)例。只要不偏離本發(fā)明的主要思想，都可以使用。
[0066]圖1顯示的3a只在裂紋3內(nèi)表面的上部形成，而在裂紋3內(nèi)表面下部沒有接觸。但是，疲勞裂紋接觸面3a也有可能在整個(gè)區(qū)域形成，從上部到最深處。
[0067]既然是接觸壓力與接觸面積的乘積決定疲勞壽命的影響情況，所以沒有必要非在最上方形成接觸面。然而，如果我們考慮到最大的張應(yīng)力通常發(fā)生在鋼板表面，所以，接觸面3a的形成位置通常是接近疲勞裂縫3的上部。這樣，當(dāng)接觸面積與接觸壓力是常量時(shí)，延長(zhǎng)疲勞壽命的效果會(huì)很高。
[0068]圖1中的疲勞裂紋附近錘擊過程，雖然我們展示的是在一面有一條錘擊軌跡，但是在特殊情況下，在一面有兩個(gè)或兩個(gè)以上的錘擊軌跡也是可以的。
[0069]在圖1所示的疲勞裂紋兩邊錘擊過程中，雖然在裂紋兩邊沿著裂紋平行方向形成了兩條錘擊軌跡，只要能保證接觸面3a的形成，在一邊只形成一條錘擊軌跡也是可以的。
[0070]雖然錘擊鉆頭的尖端部被做成平面矩形，但也不是被嚴(yán)格限制，也會(huì)有參差不齊的情況。不僅僅是矩形，也有可能是圓形。在疲勞裂紋邊緣錘擊過程以及疲勞裂紋正上方錘擊過程中，各式各樣的錘擊鉆頭4a都有可能被用到。
[0071]在疲勞裂紋邊緣錘擊過程中`，盡管錘擊鉆頭4a大體上是與鋼板I成直角的，錘擊也有可能從側(cè)面進(jìn)行。
[0072]如果通過這種修補(bǔ)方法，裂縫3的發(fā)展被推遲，鋼結(jié)構(gòu)的疲勞壽命延長(zhǎng)，那么就可以作為一種持久的疲勞裂縫修補(bǔ)方法，但是，經(jīng)過維修之后，疲勞裂縫還是進(jìn)一步發(fā)展，我們可以繼續(xù)進(jìn)行這種修復(fù)方法，當(dāng)然也可以進(jìn)行常規(guī)的修復(fù)方法。
[0073]根據(jù)此案例中疲勞裂紋錘擊過程中，壓縮殘余應(yīng)力不僅僅是在疲勞裂紋產(chǎn)生的區(qū)域產(chǎn)生，在其周邊也會(huì)有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。因此，如果本專利的方法被采用的話，它同樣可以在沒有產(chǎn)生疲勞裂紋的情況下，被用來作為一種鋼結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度增加的方法，在本案例中，疲勞裂紋發(fā)展的預(yù)期線是可以判斷出的，當(dāng)疲勞裂紋發(fā)展的預(yù)期線與錘擊間隔確定之后，我們沿著疲勞裂紋發(fā)展預(yù)期線與之平行進(jìn)行錘擊，殘余應(yīng)力可以在疲勞裂紋生成預(yù)期線及其周邊產(chǎn)生，疲勞裂紋就會(huì)被阻止。
[0074]盡管在此已詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但要理解的是本發(fā)明并不局限于這里詳細(xì)描述和示出的具體結(jié)構(gòu)，在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)其它的變型和變體。
【權(quán)利要求】
1.一種鋼板疲勞裂紋的修復(fù)方法，其特征在于，在形成有疲勞裂紋的鋼板的表面上、平行于所述疲勞裂紋依次在所述疲勞裂紋的兩側(cè)對(duì)所述鋼板的表面施加錘擊處理，使得所述鋼板的表面產(chǎn)生塑性變形以沿著所述疲勞裂紋形成裂紋接觸面從而使所述疲勞裂紋在所述鋼板的表面上的開口閉合。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼板疲勞裂紋的修復(fù)方法，其特征在于，所述鋼板為平面鋼板或弧面鋼板。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋼板疲勞裂紋的修復(fù)方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述疲勞裂紋的正上方沿著疲 勞裂紋延伸的方向?qū)λ鲣摪宓谋砻媸┘渝N擊處理。
【文檔編號(hào)】C21D7/02GK103627865SQ201310020364
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月21日
【發(fā)明者】赫傳凱, 翟傳明, 劉云飛 申請(qǐng)人:中電投工程研究檢測(cè)評(píng)定中心