影响焊接结构疲劳强度的因素清单.docx

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1、1、焊接结构的疲劳断裂: 疲劳断裂是指机件在变动载荷下经过较长时间运行发生的失效现象 疲劳断裂呈低应力脆性断裂性质 断裂发生在较低的应力下，其最大循环应力低于抗拉强度，甚至低于屈服强度； 断裂部位无宏观塑性变形； 断裂呈突发性，没有预先征兆； 疲劳断裂在交变应力作用下经过数百次，甚至几百万次循环才发生。 疲劳断裂呈损伤积累过程 金属材料内部组织首先在局部区域发生变化并受到损伤； 损伤逐渐积累，并到一定程度后发生疲劳断裂； 疲劳断裂三个阶段：疲劳裂纹的形成、扩展、断裂。 疲劳断裂是焊接钢结构失效的一种主要形式，在焊接结构断裂事故中，疲劳失效约占90%。如：船舶及海洋工程结构、铁路及公路钢桥以及高

2、速客车转向架等。2、焊接缺陷引起的应力集中： 焊接缺陷应力集中源，对接头疲劳强度的影响程度取决于缺陷的种类、方向和位置。 缺陷种类：平面状缺陷（如裂纹、未熔合等）体积型缺陷（如气孔、夹渣等） 裂纹：如热裂纹、冷裂纹，是严重的应力集中源，大幅度降低结构及接头的疲劳强度。如裂纹面积约为试件横截面积的10%时，在交变载荷作用下，接头2106循环寿命的疲劳强度下降了55%65%。 未焊透： 未焊透并非都是缺陷，有些结构要求接头局部焊透； 未焊透缺陷：表面缺陷（单面焊缝）；内部缺陷（双面焊缝）； 未焊透缺陷对疲劳强度的影响不如裂纹严重。3、焊接缺陷其它因素对接头疲劳强度的影响： 表面缺陷比内部缺陷的影响

3、大； 与作用力方向垂直的平面缺陷比其它方向的影响大； 位于残余拉应力区的缺陷比在残余压应力区的影响大； 位于应力集中区的缺陷（如悍趾裂纹）比在均匀应力场中同样缺陷的影响大。4、材料强度对接头疲劳强度的影响： 材料的疲劳强度随着材料本身抗拉强度的增加约以50%的比率增加； 接接头（对接、角接）的疲劳强度与材料本身的抗拉强度无关； 当接头疲劳寿命较短时，高强钢接头的疲劳强度高于低强钢接头的疲劳强度。5、按疲劳破坏的原因分为：腐蚀疲劳；热疲劳；机械疲劳按应力大小和应力循环次数分为 低周高应变疲劳：作用的应力超过弹性范围，疲劳循环次数小于104105 周低应力疲劳：公称循环应力小于材料的屈服极限，疲劳

4、破坏的应力循环次数大于1041056、疲劳破坏及影响因素（疲劳裂纹形成过程）： 疲劳形核：疲劳裂纹首先在应力最高、强度最弱的基体上形成。 扩展阶段；初始裂纹在交变载荷作用下，当裂纹尖端处在拉伸应力场时，由于裂纹尖端极大的应力集中，使该处晶粒发生滑移，裂纹张开，尖端向前延伸 瞬时断裂阶段：当疲劳裂纹扩展到材料的强度极限时，疲劳裂纹达到临界裂纹尺寸而产生瞬时断裂。7、疲劳断口可分成三个区域： 疲劳裂纹源：肉眼可见晶粒的粗滑移。 劳裂纹扩展区：宏观有条带和贝壳状花纹，每一条辉纹代表一次应力(应变)循环及裂纹逐次向前推进的位置。对于高强钢来说，很难辨认明显的疲劳条纹 瞬时断裂区：一般呈粗晶状断口或出现

5、放射棱线，外观与脆性失稳断裂相似。8、焊接接头疲劳强度计算（疲劳设计方法分类）： 许用应力设计法：把各种构件和接头试验疲劳强度除以特殊安全系数作为许用应力(疲劳极限、非破坏概率95的2106次疲劳强度等)，使设计载荷引起应力最大值不超过其许用应力，从而确定构件断面尺寸设计方法。 安全寿命设计：传统疲劳设计方法都是安全寿命设计。所谓安全寿命指在某一环境下，在已知小于疲劳破坏许用应力的最大负载概率时工作的循环次数。由-N曲线获得r，并利用max-min疲劳图进行设计。02如何提高焊接疲劳强度？降低应力集中疲劳裂纹源在焊接接头和结构上的应力集中点，消除或降低应力集中的一切手段，都可以提高结构的疲劳强

6、度。1、采用合理的结构形式 优先选用对接接头，尽量不用搭接接头；重要结构把T形接头或角接接头改成对接接头，让焊缝避开拐角部位；采用T形接头或角接接头时，希望采用全熔透的对接焊缝。 尽量避免偏心受载的设计，使构件内力的传递流畅、分布均匀，不引起附加应力。 减少断面突变，当板厚或板宽相差悬殊而需对接时，应设计平缓的过渡区；结构上的尖角或拐角处应做成圆弧状，其曲率半径越大越好。 避免三向焊缝空间汇交，焊缝尽量不设置在应力集中区，尽量不在主要受拉构件上设置横向焊缝；不可避免时，一定要保证该焊缝的内外质量，减少焊趾处的应力集中。 只能单面施焊的对接焊缝，在重要结构上不允许在背面放置永久性垫板；避免采用断

7、续焊缝，因为每段焊缝的始末端有较高的应力集中。2、正确的焊缝形状和良好的焊缝内外质量 对接接头焊缝的余高应尽可能小，焊后最好能刨（或磨）平而不留余高； T形接头最好采用带凹度表面的角焊缝，不用有凸度的角焊缝； 焊缝与母材表面交界处的焊趾应平滑过渡，必要时对焊趾进行磨削或氩弧重熔，以降低该处的应力集中。 任何焊接缺陷都有不同程度的应力集中，尤其是片状焊接缺陷，如裂纹、未焊透、未熔合和咬边等对疲劳强度影响最大。因此，在结构设计上要保证每条焊缝易于施焊，以减少焊接缺陷，同时发现超标的缺陷必须清除。3、调整残余应力 构件表面或应力集中处存在的残余压应力，就能提高焊接结构的疲劳强度。例如，通过调整施焊顺

8、序、局部加热等都有可能获得有利于提高疲劳强度的残余应力场。此外，还可以采取表面形变强化，如滚压、锤压或喷丸等工艺使金属表面塑性变形而硬化，并在表层产生残余压应力，以达到提高疲劳强度的目的。 对有缺口的构件，采取一次性预超载拉伸，可以使缺口顶端得到残余压应力。因为在弹性卸载后，缺口残余应力的符号总是与（弹塑性）加载时缺口应力的符号相反。此方法不宜用弯曲超载或多次拉伸加载。它常与结构验收试验结合，如压力容器做水压试验时，能起到预超载拉伸作用。4、改善材料的组织和性能 首先，提高母材金属和焊缝金属的疲劳强度还应从材料的内在质量考虑。应提高材料的冶金质量，减少其中的夹杂物。重要构件可采用真空熔炼、真空

9、除气、甚至电渣重熔等冶炼工艺的材料，以保证纯度； 在室温下细化晶粒钢可提高疲劳寿命；通过热处理可以获得最佳的组织状态，在提高强度的同时，也能提高其塑性和韧性；回火马氏体、低碳马氏体和下贝氏体等组织都具有较高的抗疲劳能力。 其次，强度、塑性和韧性应合理配合。强度是材料抵抗断裂的能力，但高强度材料对缺口敏感。 塑性的主要作用是通过塑性变形，可吸收变形功，削减应力峰值，使高应力重新分布，同时也使缺口和裂纹尖端得以钝化，裂纹的扩展得到缓和甚至停止。 塑性能保证强度作用充分发挥。所以对于高强度钢和超高强度钢，设法提高一点塑性和韧性，将显著改善其抗疲劳能力。5、特殊保护措施 大气介质侵蚀往往对材料的疲劳强度有影响，因此，采用一定的保护涂层是有利的。例如在应力集中处涂上含填料的塑料层是一种实用的改进方法