影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的工藝因素

1、影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的焊接工藝因素綜述的焊接工藝因素綜述長春君成科技長春君成科技 焊接結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂焊接結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂 疲勞斷裂是指機(jī)件在變動載荷下經(jīng)過較長時間運行發(fā)生的失效現(xiàn)象疲勞斷裂是指機(jī)件在變動載荷下經(jīng)過較長時間運行發(fā)生的失效現(xiàn)象 疲勞斷裂呈低應(yīng)力脆性斷裂性質(zhì)疲勞斷裂呈低應(yīng)力脆性斷裂性質(zhì) 斷裂發(fā)生在較低的應(yīng)力下，其最大循環(huán)應(yīng)力低于抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度；斷裂發(fā)生在較低的應(yīng)力下，其最大循環(huán)應(yīng)力低于抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度； 斷裂部位無宏觀塑性變形；斷裂部位無宏觀塑性變形； 斷裂呈突發(fā)性，沒有預(yù)先征兆；斷裂呈突發(fā)性，沒有預(yù)先征兆； 疲勞斷裂在交變應(yīng)力作用下經(jīng)過數(shù)百次

2、，甚至幾百萬次循環(huán)才發(fā)生。疲勞斷裂在交變應(yīng)力作用下經(jīng)過數(shù)百次，甚至幾百萬次循環(huán)才發(fā)生。 疲勞斷裂呈損傷積累過程疲勞斷裂呈損傷積累過程 金屬材料內(nèi)部組織首先在局部區(qū)域發(fā)生變化并受到損傷；金屬材料內(nèi)部組織首先在局部區(qū)域發(fā)生變化并受到損傷； 損傷逐漸積累，并到一定程度后發(fā)生疲勞斷裂；損傷逐漸積累，并到一定程度后發(fā)生疲勞斷裂； 疲勞斷裂三個階段：疲勞裂紋的形成、擴(kuò)展、斷裂。疲勞斷裂三個階段：疲勞裂紋的形成、擴(kuò)展、斷裂。 疲勞斷裂是焊接鋼結(jié)構(gòu)失效的一種主要形式，在焊接結(jié)構(gòu)斷裂事故疲勞斷裂是焊接鋼結(jié)構(gòu)失效的一種主要形式，在焊接結(jié)構(gòu)斷裂事故中，疲勞失效約占中，疲勞失效約占90%90%。如：船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)

3、、鐵路及公路鋼。如：船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)、鐵路及公路鋼橋以及高速客車轉(zhuǎn)向架等。橋以及高速客車轉(zhuǎn)向架等。 影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的主要因素影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的主要因素應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)設(shè)計接頭類型對接接頭，T型接頭及十字接頭，搭接接頭焊縫形狀對接焊縫，角焊縫焊接缺陷裂紋，未焊透，未熔合，咬邊，氣孔，夾渣等應(yīng)力狀態(tài)焊接殘余應(yīng)力應(yīng)力循環(huán)特性結(jié)構(gòu)材質(zhì)母材靜載強(qiáng)度焊縫及熱影響區(qū)焊縫強(qiáng)度匹配其它工藝因素焊接材料、焊接設(shè)備、焊接參數(shù)、焊后熱處理工藝等目目 錄錄1. 1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計引起的應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)設(shè)計引起的應(yīng)力集中2. 2. 接頭形狀及類型引起的應(yīng)力集中（對接、角接、搭接）接頭形狀及類型引起的應(yīng)力集中（對接、角接、

4、搭接）3. 3. 焊接缺陷引起的應(yīng)力集中焊接缺陷引起的應(yīng)力集中4. 4. 焊接殘余應(yīng)力對接頭疲勞強(qiáng)度的影響焊接殘余應(yīng)力對接頭疲勞強(qiáng)度的影響5. 5. 材料強(qiáng)度對焊接接頭疲勞強(qiáng)度的影響材料強(qiáng)度對焊接接頭疲勞強(qiáng)度的影響6. 6. 焊縫及熱影響區(qū)對接頭疲勞強(qiáng)度的影響焊縫及熱影響區(qū)對接頭疲勞強(qiáng)度的影響7. 7. 其它工藝因素對接頭疲勞強(qiáng)度的影響其它工藝因素對接頭疲勞強(qiáng)度的影響1.1.結(jié)構(gòu)設(shè)計引起的應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)設(shè)計引起的應(yīng)力集中 表表1 壓力容器接管結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式壓力容器接管結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式 類型類型1、2：接管直接插入殼體；類型：接管直接插入殼體；類型3、4、5：增設(shè)加強(qiáng)環(huán)：增設(shè)加強(qiáng)環(huán)表表2 2 梁的拼

5、接結(jié)構(gòu)形式梁的拼接結(jié)構(gòu)形式 腹板與翼緣上的焊縫排列：平面內(nèi)排列；錯開排列；有無邊孔腹板與翼緣上的焊縫排列：平面內(nèi)排列；錯開排列；有無邊孔圖圖1 三角邊孔在腹板內(nèi)孔的頂點產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中三角邊孔在腹板內(nèi)孔的頂點產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中2.2.接頭形狀及類型引起的應(yīng)力集中接頭形狀及類型引起的應(yīng)力集中 圖圖2 接頭類型對應(yīng)力流線的影響接頭類型對應(yīng)力流線的影響對接接頭對接接頭應(yīng)力流線的干擾最小、應(yīng)力集中程度低，其疲勞強(qiáng)度高于其它接頭類型。應(yīng)力流線的干擾最小、應(yīng)力集中程度低，其疲勞強(qiáng)度高于其它接頭類型。 對接接頭對接接頭接頭疲勞斷裂部位：接頭疲勞斷裂部位： 正面焊趾處啟裂，向熱影響區(qū)及母材擴(kuò)展；正面焊趾處啟

6、裂，向熱影響區(qū)及母材擴(kuò)展； 背面焊趾處啟裂，向焊縫金屬擴(kuò)展；背面焊趾處啟裂，向焊縫金屬擴(kuò)展； 焊縫與墊板接合處啟裂，向焊縫金屬擴(kuò)展。焊縫與墊板接合處啟裂，向焊縫金屬擴(kuò)展。 焊趾角焊趾角及半徑及半徑R R的影響的影響 圖圖3 幾何參數(shù)幾何參數(shù)、R對接頭疲勞強(qiáng)度的影響對接頭疲勞強(qiáng)度的影響保持不變，隨著保持不變，隨著R減小，減小， 疲勞強(qiáng)度降低。疲勞強(qiáng)度降低。 R 保持不變，隨著保持不變，隨著 增大，增大， 疲勞強(qiáng)度降低。疲勞強(qiáng)度降低。 永久性墊板的影響永久性墊板的影響 焊縫與墊板的接合處形成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，降低接頭的疲勞強(qiáng)度。焊縫與墊板的接合處形成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，降低接頭的疲勞強(qiáng)度。 機(jī)械加工的影

7、響機(jī)械加工的影響 11低合金錳鋼接頭低合金錳鋼接頭 22低碳鋼接頭低碳鋼接頭 33低合金錳鋼母材低合金錳鋼母材 44低碳鋼母材低碳鋼母材a a）未經(jīng)機(jī)加工對接接頭）未經(jīng)機(jī)加工對接接頭 b b）機(jī)械加工后對接接頭）機(jī)械加工后對接接頭圖圖4 機(jī)加工和未加工對接頭疲勞強(qiáng)度的影響機(jī)加工和未加工對接頭疲勞強(qiáng)度的影響不等厚度和錯邊的影響不等厚度和錯邊的影響 圖圖5 不等厚度和錯邊的對接接頭不等厚度和錯邊的對接接頭a a）不同厚度鋼板直接形成接頭）不同厚度鋼板直接形成接頭 b b）較厚鋼板呈斜坡的軸向同心接頭）較厚鋼板呈斜坡的軸向同心接頭 c c）較厚鋼板呈斜坡的不同心接頭）較厚鋼板呈斜坡的不同心接頭d d

8、）軸向錯位的接頭軸向錯位的接頭 e e）角度錯位的接頭）角度錯位的接頭斜率為斜率為1 1：2.5 2.5 或或 1 1：4 4圖圖6 軸向錯位對疲勞強(qiáng)度的影響軸向錯位對疲勞強(qiáng)度的影響圖圖7 軸向載荷下錯位試件理想的變形軸向載荷下錯位試件理想的變形 十字接頭或十字接頭或T T型接頭型接頭 十字接頭或十字接頭或T T形接頭，在焊縫與母材過渡處具有明顯的截面變形接頭，在焊縫與母材過渡處具有明顯的截面變化，其應(yīng)力集中系數(shù)比對接接頭高，故疲勞強(qiáng)度低于對接接頭?；?，其應(yīng)力集中系數(shù)比對接接頭高，故疲勞強(qiáng)度低于對接接頭。 未開坡口角焊縫接頭：焊縫或焊趾未開坡口角焊縫接頭：焊縫或焊趾 開坡口局部熔透角焊縫接頭：

9、焊縫或焊趾開坡口局部熔透角焊縫接頭：焊縫或焊趾 開坡口全部熔透角焊縫接頭：焊趾開坡口全部熔透角焊縫接頭：焊趾軸向拉伸軸向拉伸四點彎曲四點彎曲圖圖8 承載橫向角焊縫接頭的疲勞強(qiáng)度承載橫向角焊縫接頭的疲勞強(qiáng)度不開坡口拉伸十字接頭不開坡口拉伸十字接頭開坡口拉伸十字接頭開坡口拉伸十字接頭不開坡口彎曲十字接頭不開坡口彎曲十字接頭開坡口彎曲十字接頭開坡口彎曲十字接頭c,K=8c,K=20c,K=15e,K=15dba,K=15a,K=8表表3.3.角焊縫應(yīng)力集中（最大與最?。┙呛缚p應(yīng)力集中（最大與最?。?表表4.4.十字接頭焊趾與焊根應(yīng)力集中（最大與最?。┦纸宇^焊趾與焊根應(yīng)力集中（最大與最?。?圖圖9

10、十字接頭焊趾角度十字接頭焊趾角度對應(yīng)力集中的影響對應(yīng)力集中的影響圖圖10 十字接頭焊角尺寸對應(yīng)力集中的影響十字接頭焊角尺寸對應(yīng)力集中的影響 疲勞強(qiáng)度取決于焊縫與承力板交界處的應(yīng)力集中。疲勞強(qiáng)度取決于焊縫與承力板交界處的應(yīng)力集中。T 字接頭字接頭十字接頭十字接頭圖圖11 焊縫不承受工作應(yīng)力的焊縫不承受工作應(yīng)力的T T字和十字接頭字和十字接頭臨界焊角尺寸臨界焊角尺寸 非傳力角焊縫（聯(lián)系焊縫），疲勞裂紋產(chǎn)生在應(yīng)力集中的焊趾處；非傳力角焊縫（聯(lián)系焊縫），疲勞裂紋產(chǎn)生在應(yīng)力集中的焊趾處； 傳力角焊縫（工作焊縫），疲勞裂紋產(chǎn)生在焊趾或焊根處，中間存?zhèn)髁呛缚p（工作焊縫），疲勞裂紋產(chǎn)生在焊趾或焊根處，中間存

11、在一個臨界焊角尺寸（在一個臨界焊角尺寸（ac）：）： 當(dāng)當(dāng)a ac時，裂紋產(chǎn)生在焊根應(yīng)力集中處；時，裂紋產(chǎn)生在焊根應(yīng)力集中處； 當(dāng)當(dāng) a ac時，裂紋產(chǎn)生在焊趾處。時，裂紋產(chǎn)生在焊趾處。圖圖12 12 確定角焊縫的臨界尺寸確定角焊縫的臨界尺寸圖圖13 承載橫向角焊縫的臨界尺寸承載橫向角焊縫的臨界尺寸未熔透尺寸對十字接頭疲勞性能的影響未熔透尺寸對十字接頭疲勞性能的影響 材料：材料：A3A3鋼（鋼（10mm10mm） 方法：方法：COCO2 2焊焊 焊絲：焊絲：1.2mm H08Mn2Si1.2mm H08Mn2Si 疲勞試驗：恒幅正弦波軸向加載，應(yīng)力比疲勞試驗：恒幅正弦波軸向加載，應(yīng)力比R=0.

12、1,R=0.1,加載頻率加載頻率f=20Hzf=20Hz圖圖14 P-S-N曲線（曲線（P=90%） 2a/T 2a/T0.50.5范圍時，各組范圍時，各組S-NS-N曲線基本重合，說明疲勞壽命沒有很大變化；曲線基本重合，說明疲勞壽命沒有很大變化； 2a/T 2a/T0.50.5時，各組時，各組S-NS-N曲線分散，其疲勞壽命明顯削弱。曲線分散，其疲勞壽命明顯削弱。圖圖15 焊縫未焊透尺寸（焊縫未焊透尺寸（2a/T）與疲勞強(qiáng)度的關(guān)系）與疲勞強(qiáng)度的關(guān)系 2a/T 2a/T0.50.5時，疲勞強(qiáng)時，疲勞強(qiáng)度非常接近，說明焊縫未度非常接近，說明焊縫未熔透尺寸對接頭疲勞強(qiáng)度熔透尺寸對接頭疲勞強(qiáng)度影響不

13、大；影響不大； 2a/T 2a/T0.50.5時，疲勞強(qiáng)時，疲勞強(qiáng)度迅速減小，說明焊縫未度迅速減小，說明焊縫未熔透尺寸對接頭疲勞強(qiáng)度熔透尺寸對接頭疲勞強(qiáng)度影響顯著。影響顯著。部分熔透十字接頭焊根和焊趾處的應(yīng)力集中系數(shù)部分熔透十字接頭焊根和焊趾處的應(yīng)力集中系數(shù) 隨著焊縫未焊透尺寸的增大，焊根和焊趾處的應(yīng)力集中系數(shù)都在增大；隨著焊縫未焊透尺寸的增大，焊根和焊趾處的應(yīng)力集中系數(shù)都在增大； 2a/T2a/T0.50.5范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，應(yīng)力集中系數(shù)緩慢增大；應(yīng)力集中系數(shù)緩慢增大； 2a/T2a/T0.50.5范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，應(yīng)力集中系數(shù)迅速增大；應(yīng)力集中系數(shù)迅速增大； 2a/T=0.52a/T=0.5時

14、，時，焊根和焊趾處的應(yīng)力集中系數(shù)大致相等，表明焊根和焊趾等強(qiáng)。焊根和焊趾處的應(yīng)力集中系數(shù)大致相等，表明焊根和焊趾等強(qiáng)。圖圖16 焊根和焊趾處應(yīng)力集中系數(shù)計算結(jié)果焊根和焊趾處應(yīng)力集中系數(shù)計算結(jié)果有限元計算模型及網(wǎng)格劃分有限元計算模型及網(wǎng)格劃分部分熔透焊縫的十字接頭疲勞破壞形式部分熔透焊縫的十字接頭疲勞破壞形式 2a/T 2a/T0.50.5范圍內(nèi)，從范圍內(nèi)，從焊趾焊趾處開裂、擴(kuò)展直至最終斷裂；處開裂、擴(kuò)展直至最終斷裂； 2a/T2a/T0.50.5范圍內(nèi)，從范圍內(nèi)，從焊根焊根處開裂、擴(kuò)展直至最終斷裂；處開裂、擴(kuò)展直至最終斷裂； 2a/T=0.52a/T=0.5時，基本上同時從時，基本上同時從焊根

15、和焊趾焊根和焊趾處開裂、擴(kuò)展直至最終斷裂。處開裂、擴(kuò)展直至最終斷裂。 在軸向脈動拉伸作用下，焊材與母材等強(qiáng)度的十字形部分熔透的焊接接在軸向脈動拉伸作用下，焊材與母材等強(qiáng)度的十字形部分熔透的焊接接頭：頭：焊縫未熔透尺寸焊縫未熔透尺寸2a/T2a/T0.50.5范圍內(nèi)，接頭疲勞強(qiáng)度無明顯變化，疲勞破范圍內(nèi)，接頭疲勞強(qiáng)度無明顯變化，疲勞破壞發(fā)生在焊趾處；壞發(fā)生在焊趾處；焊縫未熔透尺寸焊縫未熔透尺寸2a/T2a/T0.50.5范圍內(nèi)，接頭疲勞強(qiáng)度明顯削弱，疲勞破壞范圍內(nèi)，接頭疲勞強(qiáng)度明顯削弱，疲勞破壞發(fā)生在焊根處；發(fā)生在焊根處；未熔透尺寸存在一臨界值，即未熔透尺寸存在一臨界值，即2a/T=0.52a/

16、T=0.5時，焊根與焊趾等強(qiáng)。時，焊根與焊趾等強(qiáng)。因此，焊因此，焊縫未熔透尺寸應(yīng)限制在縫未熔透尺寸應(yīng)限制在2a/T2a/T0.50.5范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。開坡口熔透的十字接頭，斷裂一般只發(fā)生在焊趾處，所以提高開坡口熔透的十字接頭，斷裂一般只發(fā)生在焊趾處，所以提高T字和十字和十字接頭疲勞強(qiáng)度的根本措施是字接頭疲勞強(qiáng)度的根本措施是開坡口焊接開坡口焊接，且加工或打磨焊縫過渡處使之圓，且加工或打磨焊縫過渡處使之圓滑過渡，以減小應(yīng)力集中系數(shù)?；^渡，以減小應(yīng)力集中系數(shù)。 搭接接頭搭接接頭a）側(cè)面角焊縫）側(cè)面角焊縫 b）正面角焊縫（焊角）正面角焊縫（焊角1:1） c）正面角焊縫（焊角）正面角焊縫（焊角1:2）

17、；）；d ）正面角焊縫（焊角）正面角焊縫（焊角1:2+表面機(jī)加工）表面機(jī)加工） e ）正面角焊縫（焊角）正面角焊縫（焊角1:3.8+表面機(jī)加工）表面機(jī)加工） f ）對接接頭兩側(cè)）對接接頭兩側(cè)“加強(qiáng)加強(qiáng)”蓋板蓋板圖圖17 低碳鋼搭接接頭的疲勞強(qiáng)度對比低碳鋼搭接接頭的疲勞強(qiáng)度對比 圖圖18 加蓋板的焊接板梁疲勞強(qiáng)度加蓋板的焊接板梁疲勞強(qiáng)度結(jié)論結(jié)論：美國：美國Illinois大學(xué)對不同蓋板形狀搭接接頭的疲勞試驗表明，改變蓋板形大學(xué)對不同蓋板形狀搭接接頭的疲勞試驗表明，改變蓋板形狀對接頭疲勞強(qiáng)度影響不大，因此看來采用方形蓋板形狀是經(jīng)濟(jì)、合理的。狀對接頭疲勞強(qiáng)度影響不大，因此看來采用方形蓋板形狀是經(jīng)濟(jì)、

18、合理的。表表5 焊接蓋板端部形狀對疲勞強(qiáng)度的影響焊接蓋板端部形狀對疲勞強(qiáng)度的影響 3.3.焊接缺陷引起的應(yīng)力集中焊接缺陷引起的應(yīng)力集中 焊接缺陷焊接缺陷應(yīng)力集中源，對接頭疲勞強(qiáng)度的影響程度取決于應(yīng)力集中源，對接頭疲勞強(qiáng)度的影響程度取決于缺陷的種類、方向和位置。缺陷的種類、方向和位置。 缺陷種類：平面狀缺陷（如裂紋、未熔合等）缺陷種類：平面狀缺陷（如裂紋、未熔合等） 體積型缺陷（如氣孔、夾渣等）體積型缺陷（如氣孔、夾渣等） 裂紋裂紋：如熱裂紋、冷裂紋，是嚴(yán)重的應(yīng)力集中源，大幅度降低結(jié)構(gòu)及：如熱裂紋、冷裂紋，是嚴(yán)重的應(yīng)力集中源，大幅度降低結(jié)構(gòu)及接頭的疲勞強(qiáng)度。如裂紋面積約為試件橫截面積的接頭的疲勞

19、強(qiáng)度。如裂紋面積約為試件橫截面積的10%10%時，在交變載荷作時，在交變載荷作用下，接頭用下，接頭2 210106 6循環(huán)壽命的疲勞強(qiáng)度下降了循環(huán)壽命的疲勞強(qiáng)度下降了55%55%65%65%。 未焊透未焊透： 未焊透并非都是缺陷，有些結(jié)構(gòu)要求接頭局部焊透；未焊透并非都是缺陷，有些結(jié)構(gòu)要求接頭局部焊透； 未焊透缺陷：未焊透缺陷：表面缺陷（單面焊縫）；表面缺陷（單面焊縫）；內(nèi)部缺陷（雙面焊縫）；內(nèi)部缺陷（雙面焊縫）； 未焊透缺陷對疲勞強(qiáng)度的影響不如裂紋嚴(yán)重。未焊透缺陷對疲勞強(qiáng)度的影響不如裂紋嚴(yán)重。 圖圖19 未焊透對低碳鋼對接接頭疲勞強(qiáng)度的影響未焊透對低碳鋼對接接頭疲勞強(qiáng)度的影響試件截面積減小試件

20、截面積減小10%，其，其2106循環(huán)次數(shù)的疲勞強(qiáng)循環(huán)次數(shù)的疲勞強(qiáng)度降低度降低25%。表表6 含未焊透缺陷試樣的疲勞強(qiáng)度含未焊透缺陷試樣的疲勞強(qiáng)度結(jié)論結(jié)論：對含有未焊透的接頭進(jìn)行：對含有未焊透的接頭進(jìn)行表面機(jī)加工反而降低疲勞強(qiáng)度。表面機(jī)加工反而降低疲勞強(qiáng)度。圖圖20 未焊透在不同方向的載荷作用下對疲勞強(qiáng)度的影響未焊透在不同方向的載荷作用下對疲勞強(qiáng)度的影響（A組影響大；組影響大；B組影響?。┙M影響?。?未熔合未熔合：未熔合屬于平面缺陷，不容忽視。一般與未焊透同等對待。：未熔合屬于平面缺陷，不容忽視。一般與未焊透同等對待。 咬邊咬邊： 咬邊種類：根據(jù)咬邊種類：根據(jù)IIWIIW修正報告，咬邊分為修正報

21、告，咬邊分為3 3種類型種類型 咬邊參量：咬邊參量： 咬邊參量由咬邊參量由6 6個參量決定（如圖），其中影響接頭疲勞強(qiáng)度的主要參個參量決定（如圖），其中影響接頭疲勞強(qiáng)度的主要參量是咬邊深度，一般用深度量是咬邊深度，一般用深度h h或深度或深度/ /厚度比值厚度比值h/Bh/B來評定接頭疲勞強(qiáng)度。來評定接頭疲勞強(qiáng)度。圖圖21 咬邊缺陷的參量咬邊缺陷的參量圖圖22 對接接頭咬邊深度對接接頭咬邊深度h對疲勞強(qiáng)度的影響對疲勞強(qiáng)度的影響圖圖23 對接接頭咬邊深度對接接頭咬邊深度/厚度比（厚度比（h/B）對疲勞強(qiáng)度的影響）對疲勞強(qiáng)度的影響圖圖24 咬邊在不同方向的載荷作用下對疲勞強(qiáng)度的影響咬邊在不同方向的

22、載荷作用下對疲勞強(qiáng)度的影響（A組影響大；組影響大；B組影響?。┙M影響?。?氣孔氣孔：氣孔為體積缺陷，其在焊縫中的位置比其尺寸對接頭疲勞強(qiáng)度影：氣孔為體積缺陷，其在焊縫中的位置比其尺寸對接頭疲勞強(qiáng)度影響更大，表面或表層下氣孔具有最不利的影響。響更大，表面或表層下氣孔具有最不利的影響。表表7 密集氣孔對接頭疲勞強(qiáng)度的影響密集氣孔對接頭疲勞強(qiáng)度的影響圖圖25 對接焊縫中密集氣孔對疲勞強(qiáng)度的影響對接焊縫中密集氣孔對疲勞強(qiáng)度的影響圖圖26 含有密集氣孔的對接焊縫在含有密集氣孔的對接焊縫在145MPa平均拉伸應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度平均拉伸應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度圖圖27 含有密集氣孔的低碳鋼對接焊縫的疲勞強(qiáng)度含有密集氣孔的

23、低碳鋼對接焊縫的疲勞強(qiáng)度 夾渣夾渣：夾渣為體積缺陷，它比氣孔對接頭疲勞強(qiáng)度的影響要大。：夾渣為體積缺陷，它比氣孔對接頭疲勞強(qiáng)度的影響要大。表表8 不同尺寸夾渣對疲勞強(qiáng)度下限的影響不同尺寸夾渣對疲勞強(qiáng)度下限的影響圖圖28 含有夾渣的對接焊縫在脈動拉伸載荷作用下經(jīng)含有夾渣的對接焊縫在脈動拉伸載荷作用下經(jīng)2106次循環(huán)時，缺陷長度對疲勞強(qiáng)度的影響次循環(huán)時，缺陷長度對疲勞強(qiáng)度的影響焊接缺陷其它因素對接頭疲勞強(qiáng)度的影響焊接缺陷其它因素對接頭疲勞強(qiáng)度的影響 表面缺陷比內(nèi)部缺陷的影響大；表面缺陷比內(nèi)部缺陷的影響大； 與作用力方向垂直的平面缺陷比其它方向的影響大；與作用力方向垂直的平面缺陷比其它方向的影響大；

24、 位于殘余拉應(yīng)力區(qū)的缺陷比在殘余壓應(yīng)力區(qū)的影響大；位于殘余拉應(yīng)力區(qū)的缺陷比在殘余壓應(yīng)力區(qū)的影響大； 位于應(yīng)力集中區(qū)的缺陷（如悍趾裂紋）比在均勻應(yīng)力場中同樣缺陷位于應(yīng)力集中區(qū)的缺陷（如悍趾裂紋）比在均勻應(yīng)力場中同樣缺陷的影響大。的影響大。4.4.殘余應(yīng)力對接頭疲勞強(qiáng)度的影響殘余應(yīng)力對接頭疲勞強(qiáng)度的影響 圖圖30 焊接接頭中標(biāo)稱和實際應(yīng)力循環(huán)范圍的關(guān)系焊接接頭中標(biāo)稱和實際應(yīng)力循環(huán)范圍的關(guān)系 標(biāo)稱應(yīng)力循環(huán)范圍：標(biāo)稱應(yīng)力循環(huán)范圍：S1+S2 實際應(yīng)力循環(huán)范圍：實際應(yīng)力循環(huán)范圍：Sy-（S1+S2） 假定假定r= s=300MPa，則當(dāng)，則當(dāng) R=0時，實際應(yīng)力范圍的上限值：時，實際應(yīng)力范圍的上限值：3

25、00MPa 下限值：下限值：300（100+0）=200MPa R= -1時，實際應(yīng)力范圍的上限值：時，實際應(yīng)力范圍的上限值：300MPa 下限值：下限值：300（50+50）=200MPa 結(jié)論：含有殘余應(yīng)力的焊接接頭，其疲勞結(jié)論：含有殘余應(yīng)力的焊接接頭，其疲勞 強(qiáng)度只與施加應(yīng)力范圍有關(guān)，而與最大應(yīng)力強(qiáng)度只與施加應(yīng)力范圍有關(guān)，而與最大應(yīng)力、最小應(yīng)力和應(yīng)力循環(huán)特性無關(guān)。因此焊接、最小應(yīng)力和應(yīng)力循環(huán)特性無關(guān)。因此焊接接頭疲勞強(qiáng)度用應(yīng)力范圍接頭疲勞強(qiáng)度用應(yīng)力范圍表征。表征。= max min = 2 a R=0R=0（脈動載荷）時，在較大（脈動載荷）時，在較大SmaxSmax拉應(yīng)力作用下，殘余應(yīng)力

26、很快釋放，對疲勞強(qiáng)度影響減弱；拉應(yīng)力作用下，殘余應(yīng)力很快釋放，對疲勞強(qiáng)度影響減弱； R=0.3 R=0.3 時，在更大的時，在更大的SmaxSmax拉應(yīng)力作用下，殘余應(yīng)力進(jìn)一步釋放而對疲勞強(qiáng)度不起作用，熱處理拉應(yīng)力作用下，殘余應(yīng)力進(jìn)一步釋放而對疲勞強(qiáng)度不起作用，熱處理 在消應(yīng)的同時軟化材質(zhì)反而使疲勞強(qiáng)度降低。在消應(yīng)的同時軟化材質(zhì)反而使疲勞強(qiáng)度降低。 R=-1R=-1（交變載荷）時，殘余應(yīng)力明顯降低接頭的疲勞強(qiáng)度。（交變載荷）時，殘余應(yīng)力明顯降低接頭的疲勞強(qiáng)度。表表9 焊接殘余應(yīng)力在不同循環(huán)特焊接殘余應(yīng)力在不同循環(huán)特征時接頭的疲勞強(qiáng)度（征時接頭的疲勞強(qiáng)度（MPa） 對對S-N曲線位置的影響曲線位

27、置的影響圖圖29 焊接殘余應(yīng)力不同循環(huán)特性的影焊接殘余應(yīng)力不同循環(huán)特性的影響響圖圖31 不同不同R值時殘余應(yīng)力對焊有縱向加筋板的焊接結(jié)構(gòu)值時殘余應(yīng)力對焊有縱向加筋板的焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響疲勞強(qiáng)度的影響焊態(tài)時，焊態(tài)時，R=0和和-1的疲勞強(qiáng)度相差的疲勞強(qiáng)度相差不大；不大；R=0時，焊態(tài)與時，焊態(tài)與消應(yīng)處理試件的消應(yīng)處理試件的疲勞強(qiáng)度相差很疲勞強(qiáng)度相差很??；??；R=-1時，消應(yīng)處時，消應(yīng)處理試件比焊態(tài)的理試件比焊態(tài)的疲勞強(qiáng)度高。疲勞強(qiáng)度高。消應(yīng)熱處消應(yīng)熱處理態(tài)理態(tài)焊態(tài)焊態(tài)圖圖32 不同不同R值時殘余應(yīng)力對焊態(tài)和熱處理態(tài)接頭值時殘余應(yīng)力對焊態(tài)和熱處理態(tài)接頭疲勞強(qiáng)度的影響疲勞強(qiáng)度的影響表表10 Q2

28、35鋼非承載縱向角焊接頭疲勞強(qiáng)度（鋼非承載縱向角焊接頭疲勞強(qiáng)度（2106次）次）/ M Pa圖圖33 縱向角焊縫的疲勞強(qiáng)度縱向角焊縫的疲勞強(qiáng)度 對對da/dN疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響mKCdNda/SrmKKKCdNda1/ 無焊接殘余應(yīng)力存在時，無焊接殘余應(yīng)力存在時，da/dN由由Paris公式表征：公式表征： 有焊接殘余應(yīng)力存在時，有焊接殘余應(yīng)力存在時，da/dN由由Maknenko對對Paris公式的修正式表征：公式的修正式表征：式中，式中，Kr為由殘余應(yīng)力引起的應(yīng)力強(qiáng)度因子。為由殘余應(yīng)力引起的應(yīng)力強(qiáng)度因子。圖圖34 殘余應(yīng)力對裂紋擴(kuò)展速率的影響殘余應(yīng)力對裂紋擴(kuò)展速率

29、的影響試件試件 無殘余應(yīng)力無殘余應(yīng)力試件試件 裂尖在殘余拉應(yīng)力區(qū)裂尖在殘余拉應(yīng)力區(qū)試件試件 裂尖在殘余壓應(yīng)力區(qū)裂尖在殘余壓應(yīng)力區(qū)5.5.材料強(qiáng)度對接頭疲勞強(qiáng)度的影響材料強(qiáng)度對接頭疲勞強(qiáng)度的影響 材料的疲勞強(qiáng)度隨著材料本身抗拉強(qiáng)度的增加約以材料的疲勞強(qiáng)度隨著材料本身抗拉強(qiáng)度的增加約以50%50%的比率增加；的比率增加； 焊接接頭（對接、角接）的疲勞強(qiáng)度與材料本身的抗拉強(qiáng)度無關(guān)；焊接接頭（對接、角接）的疲勞強(qiáng)度與材料本身的抗拉強(qiáng)度無關(guān)； 當(dāng)接頭疲勞壽命較短時，高強(qiáng)鋼接頭的疲勞強(qiáng)度高于低強(qiáng)鋼接頭的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)接頭疲勞壽命較短時，高強(qiáng)鋼接頭的疲勞強(qiáng)度高于低強(qiáng)鋼接頭的疲勞強(qiáng)度。圖圖35 承受脈動載荷非承載角焊縫承受脈動載荷非承載角焊縫接頭的疲勞強(qiáng)度接頭的疲勞強(qiáng)度圖圖3