Application of the notch stress concept in the fatigue strength evaluation of welded structures from wrought magnesium alloys

Kaynaklı birleştirmelerin yorulma dayanımı hakkında güvenli ve doğru olan hükümlere varılabilmesinde, denenmiş güvenilir nominal gerilme yöntemine tamamlayıcı veya alternatif olacak şekilde yapısal gerilme yöntemi ve lokal (yerel) hesaplama yöntemleri ortaya çıkmıştır. Yapısal gerilme yöntemi nominal gerilme yöntemi karşısında önemli avantajlar sunmakla beraber, kaynak dikiş bölgesinin geometrik oluşumuna bağlı olan tanım değerlerinden dolayı ve alaşım cinslerinin farklı davranışlarının yetersiz olarak dikkate alınmasından dolayı bir dezavantaj göstermektedir. Lokal yöntemler içerisinden mikro destek teorisini esas alan çentik gerilmesi yöntemi, lokal mikro yapı ile ilgili olarak kaynaklı birleştirmelerin yorumlanmasında en uygun hesaplama yöntemi olarak görülmektedir. Bu doktora tezinde, magnezyum alaşımlarından kaynaklı birleştirmelerin yorulma ömrünü değerlendirmek için çentik gerilmesi yöntemleri olan mikro destek ve farzedilen eşdeğer yarıçap yöntemleri uygulanmıştır. Sonuçlara bakıldığında, magnezyum alaşımlarından kaynaklı birleştirmelerin ölçülendirilmesi amacıyla mikro destek yönteminin lokal yorulma dayanımının hesabında kullanılması, yorulma çatlağının başladığı bütün malzeme durumları veya mikro iç yapılar için ortak bir mikro destek sabiti ρ* olmadığından tavsiye edilmemektedir. Bunun yanında mikro destek yöntemiyle hesaplama suretiyle elde edilen yorulma dayanımı değerleri ile deneyler sonucu elde edilen yorulma dayanımı değerleri de her zaman birbiriyle uygun düşmemektedir. Sonuçlar, rf = 1,0 mm farzedilen çentik yarıçaplı lokal gerilme yönteminin kaynak geometrisinden bağımsız olarak 5,3 mm kalınlığındaki magnezyumdan kaynaklı birleştirmelere uygulanabileceğini göstermiştir. İç gerilmelerin ve yük azaltıcı ortalama gerilmelerin etkilerini dikkate almak suretiyle çeşitli gerilme oranlarında (R=-1, R=0 ve R=0,5) örnek Wöhler eğrileri türetilmiştir. IIW-Tavsiyeleri için FAT-sınıfı olarak da Δσ =28 MPa önerilmiştir.For a reliable and more precise assessment of the fatigue strength of welded joints, the structural stress and the local stress concepts have been developed as an alternative to the nominal stress concept. Although the structural stress concept already offers substantial advantages over the nominal stress concept, it has the disadvantage that beside the geometrical shape of the welded joint, the influence of the microstructure at the weld is not properly considered. Therefore, amongst the local concepts, the notch stress concept, based on the micro-support theory thus seems to be the most suitable calculation concept for the assessment of welded joints with respect to the local microstructure. In this dissertation, notch stress concept, (micro-support concept and fictitious notch radius concept) was applied to assess a fatigue life of magnesium welded joints. Based on these results, the micro-support concept for the calculation of the local fatigue strength cannot be recommended for the fatigue design of welded wrought magnesium alloys, because on the one hand there exist no uniform micro-support constant ρ* for all material states or microstructures in which the fatigue cracks are initiated and on the other hand the precision of the calculated fatigue strength is not always adequate. The evaluation of the results showed that the local stress concept using the fictitious notch radius of rf = 1.0 mm can be applied to magnesium welded joints from plates with thickness t = 5,3 mm independently from the weld geometries (fully or partially penetrated butt welds, transversal stiffener). Master design curves are proposed for different stress ratios, i.e. R = -1, 0 and 0.5, which allow the consideration of residual stresses as well as load induced mean stresses. The results also permit the suggestion of Δσ = 28 MPa as FAT-value for the IIW-Fatigue Design Recommendations