河南电焊学校如何学电焊知识？—焊接结构疲劳

作者：洛阳吉力电焊学校  来源：洛阳吉力电焊学校  发布时间：2022-05-19 08:24

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焊接结构疲劳

焊接结构在使用中除了结构强度不够时会产生失效外，疲劳断裂也是一种主要的失效形式。大量统计资料表明，工程结构失效约80%以上是由疲劳引起的，对于承受循环载荷的焊接构件，有90%以上的失效归答于疲劳破坏。本节主要介绍焊接结构的疲劳破坏以及提高疲劳强度的主要措施。

一、疲劳的概念

金属材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为疲劳。在承受重复载荷结构的应力集中部位，当构件所受的标称应力低于弹性极限时就有可能产生疲劳裂纹。由于疲劳裂纹发展的最后阶段——失稳扩展（断裂）是突然发生的，没有预兆，也没有明显的塑性变形，难以检测和预防，所以疲劳裂纹对结构的安全性具有严重的威胁。

疲劳强度是指材料经受无数次的应力循环（循环基数一般取102或更高一些）仍不断裂的最大应力，用来表示材料抵抗疲劳断裂的能力。结构由锦接连接发展到焊接连接后，对疲劳的敏感性和产生裂纹的危险性更大。焊接结构的疲劳往往是从焊接接头处产生的，因疲劳断裂而酿成灾难性事故时有发生，如1954年英国慧星喷气客机由于压力舱构件疲劳失效引起飞行失事，因此疲劳断裂现象引起了人们的广泛关注，并使疲劳研究上升到新的高度。

二、影响焊接结构疲劳强度的因素

影响母材疲劳强度的因素（如应力集中、表面状态、截面尺寸、加载情况等）同样对焊接结构的疲劳强度有影响，特别是应力集中的影响，不合理的接头形式和焊接缺陷（如未焊透、咬边等）是产生应力集中的主要原因。除此之外，焊接结构本身的一些特点，如接头性能的不均匀性、焊接残余应力等也可能对焊接结构的疲劳强度产生影响。

(一）应力集中的影响

焊接结构中，不同的接头形式有不同的应力集中，将对接头的疲劳强度产生不同程度的影响。

1.焊缝表面机加工的影响

未经机加工的焊缝应力集中较大，对焊缝表面进行机加工以后，应力集中程度将大大降低，从而使对接接头的疲劳强度也相应提高。但有时机加工成本较高，因此只有真正有益和确实能加工到的地方，才适宜采用这种加工，而在一般情况下没有必要采用。另外，对焊缝表面进行机加工或打磨，可以降低表面粗糙度，从而提高疲劳强度，因为表面粗糙相当于存在很多微缺口，这些缺口的应力集中将导致疲劳强度下降。

2.接头形式的影响

(1)对接接头 对接接头与其他形式的接头相比，其疲劳强度最高，其原因是由于焊缝形状变化不大，应力集中系数最低。对接接头的疲劳强度主要取决于焊缝向基本金属过渡的形状。过大的余高和过大的基本金属与焊缝金属间的过渡角都会使接头的疲劳极限下降。

(2)T形和十字接头由于在焊缝向基本金属过渡处有明显的截面变化，T形和十字接头的应力集中系数要比对接接头高，因此疲劳强度也低于对接接头。由T形和十字接头的疲劳极限的试验结果表明：提高T形和十字接头的疲劳强度的根本措施是开坡口焊接和加工焊缝过渡区呈圆滑过渡。

(3)搭接接头 仅有侧面焊缝的搭接

接头的疲劳强度最低，只达到母材的34%。焊脚尺寸为1:1的正面焊缝的搭接接头,其疲劳强度虽然比只有侧面焊缝的接头稍高一些，但仍然很低。

面焊缝焊脚尺寸为1:2的搭接接头，应力集中稍有降低，因而其疲劳强度有所提高，但效果不大。即使在焊缝向母材过渡区进行表面机械加工,也不能显著提高接头的疲劳强疲劳极限下降率（%)度。只有当盖板的厚度比按强度条件所要求的增加1倍，焊脚尺寸比例为1:3.8,并采用机械加工使焊缝向母材平滑地过渡,才可达到与母材一样的疲劳强度，但这样的接头已经丧失了搭接接头简单易行的特点，成本太高，不宜采用。

值得提出的是，采用所谓“加强”盖板的对接接头是极不合理的，这是因为这种接头把原来疲劳强度较高的对接接头大大地削弱了。

(二）焊接缺陷的影响

在焊接过程中，各种缺陷对接头疲劳强度影响的程度是不一样的。其影响与缺陷的种类、尺寸、方向和位置等有关。平面形状缺陷（如裂纹、未熔合、未焊透）比立体形状缺陷（如气孔、夹渣等）影响大；表面缺陷比内部缺陷影响大；与作用力方向垂直的平面状缺陷的影响比不垂直加工方向的大；位于残余拉应力场内的缺陷比在残余压应力场内的缺陷影响大；位于应力集中区的缺陷（如焊趾裂纹和根部裂纹）比在均匀应力场中同样缺陷的影响大。

(三） 焊接残余应力的影响

焊接残余应力对于结构疲劳强度的影响是人们广泛关心的问题，对于这个问题人们进行了大量的试验研究工作。焊接残余应力的存在，改变了平均应力的大小，而应力幅却不变。在残余拉应力区使平均应力增大，其工作应力有可能达到或超过疲劳极限而破坏，故对疲劳强度有不利影响。反之，残余压应力对提高疲劳强度是有利的。对于塑性材料，有可能使材料先屈服后才疲劳破坏，这时残余应力已不发生影响。