High-frequency impact treatment

A HiFIT-treated assembly

The high-frequency impact treatment or HiFIT – Method is the treatment of welded steel constructions at the weld transition to increase the fatigue strength.

Features

The durability and life of dynamically loaded, welded steel structures is determined in many cases by the welds, in particular the weld transitions. Through selective treatment of the transitions (grinding (abrasive cutting), abrasive blasting, hammering, etc.), the durability of many designs increase significantly. Hammering methods have proven to be particularly effective treatment methods and were within the joint project REFRESH[1] extensively studied and developed. The HiFIT (High-Frequency Impact Treatment (also called HFMI (High Frequency Mechanical Impact))) process is such a hammering method that is universally applicable, requires only a low tech equipment and still offers high reproducibility and the possibility for quality control.

Operation

HiFIT hammer

The HiFIT hammer operates with a hardened pin with a ball resting on the workpiece with a diameter D of 3 mm.[2] This pin is hammered with an adjustable intensity at around 180–300 Hz at the weld toe. Local mechanical deformations occur in the form of a treatment track. The weld toe is deformed plastically. The induced compressive residual stress prevents the track cracking and the crack propagation on the surface.

Evidence

The International Institute of Welding Technology IIW published the Guideline "Recommendations for the HFMI Treatment"[3] in October 2016. An overview of higher frequency hammers (HFMI) is presented, and recommendations for the correct application of the method and quantitative measurements for quality assurance the guideline provides the basis for measurements of HFMI improved welded joints on the basis of all known stress calculation concepts.

In numerous experiments at various institutes and universities an 80 to 100 percent increase of fatigue strength and a 5 – to 15-fold increase in weld-life could be demonstrated. The most extensive research project was from 2006 to 2009 "REFRESH – life extension of existing and new welded steel structures (P702). In this research project, the HiFIT device was developed and made ready for production. This report is available in book form at the FOSTA (Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V.) and can be ordered under the number ISBN 978-3-942541-03-9. The book contains detailed scientific verifications and validations.

Steps in the HiFIT method

The HiFIT method can be applied to both existing as well as new steel structures.

الخطوات التمهيدية

لضمان معالجة دقيقة، يُشترط وضوح منطقة الانتقال في المناطق الملحومة وسهولة الوصول إليها. عادةً ما تُجهز الهياكل القائمة عند منطقة الانتقال لتشطيب السطح . يجب أن تكون الأجزاء خالية من الصدأ السائب والطلاء القديم. عند الضرورة، يلزم إجراء عملية السفع الرملي مسبقًا.

يعمل الجهاز بإمداد هواء مضغوط يتراوح بين 6 و8 بار.

خطوات

يتم وضع جهاز HiFIT يدويًا على منطقة انتقال اللحام المعالجة وأثناء المعالجة، على طول هذا المسار.

نتيجة

بفعل التحولات الموضعية، تشوهت حافة اللحام تشوهاً لدناً وتصلبت. يجب أن يتراوح عمق مسار المعالجة اللاحقة بين 0.2 و 0.35  مم. لم يعد بالإمكان تمييز التآكل عند حافة اللحام.

سلامة العمليات

يتم فحص المنطقة المعالجة بصرياً. ويمكن التحقق من عمق المعالجة باستخدام مقياس خاص. كما تتيح شاشة عرض رقمية لضغط التشغيل للمستخدم التحكم في العملية برمتها.

الأهمية الاقتصادية لتقنية HiFIT

تمديد مدى الحياة

عند تطبيق تقنية HiFIT على المنشآت القائمة، يمكن إطالة عمرها الافتراضي بشكل ملحوظ. في حال عدم وجود تشققات مرئية بالعين المجردة، تُعدّ HiFIT أداةً مثاليةً للترميم. مع الترميم الفوري للمنشآت القائمة، لا يكاد يُلاحظ أي فرق في عمر اللحامات المعالجة حديثًا. وهذا يُتيح إمكانية استخدام المنشآت القائمة لفترة أطول بكثير من عمرها الافتراضي المُخطط له. تُستخدم تقنية HiFIT بكفاءة عالية، على سبيل المثال في جسور الطرق السريعة، في تصميم المقاطع الصندوقية المجوفة الفولاذية أثناء التنفيذ. وتُعدّ تكاليف إعادة البناء منخفضة مقارنةً بالطرق التقليدية. في صناعة المركبات التجارية وغيرها من الصناعات، تُعالج اللحامات عالية الإجهاد في المنشآت القائمة والجديدة بتقنية HiFIT لإطالة عمرها الافتراضي بنجاح.

زيادة مستوى الحمل القابل للتحويل

في حالة الإنشاءات الجديدة وبعض المنشآت القائمة، يمكن زيادة مستوى التحميل على اللحامات المعالجة. وباستخدام هذه اللحامات لنفس العمر الافتراضي السابق، يمكن نقل أحمال أكبر بمقدار 1.6 مرة. وهذا له، على سبيل المثال، تأثير إيجابي للغاية على الرافعات، حيث تزداد قدرتها على الرفع. كما تزداد كفاءة الرافعات مع كل شوط.

خفيف الوزن

مع الأخذ في الاعتبار عملية HiFIT أثناء التطوير، يمكن تقليل حجم الهيكل بشكل دقيق عند نفس مستوى الحمل ونفس العمر الافتراضي. وقد أظهرت دراسات تجريبية مكثفة على التفاصيل الهيكلية وطرق التصميم المدعومة بتحليل العناصر المحدودة كفاءة عالية مع الفولاذ التقليدي S235 وS355J2 والفولاذ ذي الحبيبات الدقيقة، مثل S460N وS690QL، وحتى مع أنواع الفولاذ ذات المقاومة الأعلى. إن توفير المواد الذي يمكن تحقيقه يجعل تطبيق HiFIT مجديًا اقتصاديًا في معظم التطبيقات. وبالنظر إلى الميزة الإضافية المتمثلة في انخفاض الوزن، على سبيل المثال، يمكن زيادة الحمولة القصوى الممكنة في المركبات.

انظر أيضاً

المنشورات

  • يمكن طلب كتاب REFRESH – تمديد عمر الهياكل الفولاذية الملحومة القائمة والجديدة، تحت رقم ISBN. 978-3-942541-03-9في FOSTA - جمعية أبحاث تطبيقات الصلب في ألمانيا دوسلدورف.
  • ستالباو سبتمبر 2009، 78 عامًا، ISSN 0038-9145 A6449
  • توصيات المعهد الدولي للحام (IIW) بشأن معالجة HFMI لتحسين مقاومة الإجهاد في الوصلات الملحومة. المؤلفان: غاري ب. ماركيز، زهير برسوم، https://www.springer.com/de/book/9789811025037
  • توصية DAST - 026 تقييم اللحام للإنشاءات المجهدة باستخدام معالجات المطرقة عالية التردد، Stahlbau Verlags- und Service GmbH، https://shop.deutscherstahlbau.de/de/dast-richtlinie-026

مراجع

  1. موقع معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT) – مشروع REFRESH
  2. ث. نيتشكه-باجل، كلاوس ديلجر، هـ. إسلامي، إ. فايش، ت. أومنهوفر. "الإجهادات المتبقية وحالة المادة القريبة من السطح للفولاذ عالي القوة الملحوم بعد معالجات ميكانيكية مختلفة بعد اللحام" 2008.
  3. توصيات المعهد الدولي للحام (IIW) بشأن معالجة HFMI لتحسين مقاومة الإجهاد في الوصلات الملحومة . مجموعة IIW. springer.com. 2016. doi : 10.1007/978-981-10-2504-4 . ISBN 978-981-10-2503-7تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 أكتوبر 2022 .