材料力學(xué)性能ppt課件(2)(編輯修改稿)
2025-05-28 00:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 6 交叉桿端部環(huán)焊縫焊根部未焊透 ， 見圖 515（ a） 、（ b） 。（ a） 圖為未焊透分布于整個(gè)環(huán)形斷口內(nèi)表面的邊緣；（ b） 圖為未焊透分布于環(huán)形斷口半環(huán) 。 疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明：疲勞裂紋 88%斷在交叉桿端部環(huán)焊縫處 （ 14根試樣 ） ， 只有兩根斷在交叉桿壓窩部位 。 圖 515 2．咬邊（咬肉） 咬邊使焊縫與母材連接處產(chǎn)生凹槽，引起應(yīng)力集中，降低疲勞強(qiáng)度。如圖 516中。 在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，咬肉深度不得超過 1mm。 接頭疲勞強(qiáng)度 σ0（ MPa） 90~100 160~180 焊縫 焊縫 圖 516 咬肉對(duì)接頭疲勞強(qiáng)度的影響 3．裂紋 焊接冷裂紋和熱裂紋是危害最大的缺陷，裂紋尖端的曲率半徑接近于零，是嚴(yán)重的應(yīng)力集中源。能夠被檢測(cè)出來的裂紋，在大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中都是被禁止的。 裝配焊接過程中，經(jīng)常采用點(diǎn)固焊定位，由于不能保證焊縫連續(xù)，疲勞裂紋會(huì)在點(diǎn)固焊兩側(cè)產(chǎn)生。圖 517中為立板內(nèi)側(cè)點(diǎn)固焊處有未很好清根留下的焊渣，成為疲勞源，所以焊接操作時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎進(jìn)行點(diǎn)固焊定位。 圖 517 ?母體金屬材料性能的影響 ? 母材金屬的疲勞強(qiáng)度總是隨其靜強(qiáng)度的增加而提高 。 但對(duì)焊接結(jié)構(gòu)來說 ， 只要焊接接頭的類型一樣 ， 高強(qiáng)鋼和中低強(qiáng)度鋼的疲勞強(qiáng)度基本一致 ， 也具有相同的 SN曲線 ， 這個(gè)規(guī)律適合對(duì)接接頭 、 角接接頭和焊接梁等各種接頭形式 ，見圖 518。 圖 518 表面狀況及環(huán)境因素與疲勞極限 和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系 ?母體金屬材料性能的影響 ?另外研究了屈服極限為 386MPa～ 636MPa之間的碳錳鋼 ，采用 6種焊條施焊的焊縫金屬和熱影響區(qū)的疲勞裂紋擴(kuò)展情況 ， 結(jié)果表明：材料的力學(xué)性能對(duì)裂紋擴(kuò)展速率有一定影響 ， 但影響也不大 。 所以 ， 焊接結(jié)構(gòu)選用較高強(qiáng)度的鋼種是沒有意義的 。 只有靜強(qiáng)度條件起主要作用時(shí) ， 焊接接頭母材才應(yīng)采用高強(qiáng)度鋼 。 這是因?yàn)樵诮宇^焊趾部沿熔合線存在有微觀缺口效應(yīng) — 咬邊及熔渣楔塊缺陷 ， 它是疲勞裂紋萌生的地方 ，因而焊接接頭在一定應(yīng)力幅值下的疲勞壽命主要由擴(kuò)展壽命決定 。 所以不同強(qiáng)度鋼材的焊接接頭 ， 其疲勞強(qiáng)度與母材及焊接材料的靜強(qiáng)度關(guān)系不大 。 合理地設(shè)計(jì)焊縫、焊接接頭形式 焊縫 、 焊接接頭形式合理設(shè)計(jì)的原則是盡量降低各種形式的應(yīng)力集中 。 例如： l （ 1） 盡可能采用低加強(qiáng)高的對(duì)接接頭 ， 重要焊縫甚至要用機(jī)加工手段去掉加強(qiáng)高 。 l （ 2） 承受疲勞載荷的十字接頭應(yīng)開坡口以增大熔深 、 保證焊透 ， 并使角焊縫圓滑凹入 、 過渡至連接件母材上 。 l （ 3） 需要采用不開坡口的 T形接頭和搭接接頭時(shí) ， 由于它們的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重 ， 可用調(diào)整焊腳尺寸并加工焊趾過渡區(qū)來降低應(yīng)力集中 。 一般 ，T形接頭采用雙面焊比單面焊好 。 合理地設(shè)計(jì)焊縫、焊接接頭形式 （ 4） 設(shè)計(jì)蓋板接頭 、 附連板和筋板時(shí) ， 盡量采用圓滑過渡的結(jié)構(gòu)形式 ， 見下圖 。 l 改進(jìn)前 改進(jìn)后 合理地設(shè)計(jì)焊縫、焊接接頭形式 （ 5） 應(yīng)避免雙條焊縫交叉或匯聚于一點(diǎn) 。 （ 6） 盡量避免在結(jié)構(gòu)的大應(yīng)力區(qū)布置焊縫 連接部位的剛度也不能過大 。 影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素 對(duì)于整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)，影響其疲勞強(qiáng)度的主要因素有三個(gè)：應(yīng)力幅值、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)（稱為細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)）。 下面以焊接鋼梁為例介紹各種細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響。 ? 焊接鋼梁結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度 工字梁結(jié)構(gòu)的腹板與翼緣連接角焊縫，大部分應(yīng)力集中發(fā)生在焊縫起弧 — 熄弧位置上。有兩種幾何上的缺口，一是弧坑使焊縫在縱向斷面上產(chǎn)生一個(gè)顯著的變化，見圖 518；另一種是在熄弧與起弧焊道之間焊根處未完全熔化、由包住的夾渣造成的缺口。試驗(yàn)結(jié)果得出，在 2 106次循環(huán)下，手工焊組拼梁的疲勞強(qiáng)度在133MPa～ 165MPa范圍內(nèi)。 圖 518 換焊條的弧坑裂紋 為了改善疲勞強(qiáng)度，有兩種辦法：第一種辦法是開坡口、使焊縫熔透整個(gè)腹板，試驗(yàn)結(jié)果表明，在2 106次循環(huán)時(shí)，其疲勞強(qiáng)度可提高 147MPa～200MPa。第二種辦法是采用自動(dòng)焊工藝，可以避免起弧 — 熄弧位置出現(xiàn)缺陷，試驗(yàn)結(jié)果為 2 106次循環(huán)時(shí)其疲勞強(qiáng)度達(dá)到 150MPa～ 185MPa。 610? 腹板加強(qiáng)筋細(xì)節(jié)的影響 圖 519中示出了腹板加強(qiáng)筋不同的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。其中， B型細(xì)節(jié)把加強(qiáng)筋焊到受拉翼緣（下翼板）上，此時(shí)疲勞破壞發(fā)生在翼緣上。試驗(yàn)結(jié)果表明，在 2 106次循環(huán)時(shí)，疲勞強(qiáng)度為 100MPa。 圖 519 腹板加強(qiáng)筋細(xì)節(jié) 圖 519中其它六種細(xì)節(jié)是把加強(qiáng)筋焊到腹板上，或是焊到腹板和受壓翼緣上。這些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的試件都在腹板中破壞，裂紋從一條或多條加強(qiáng)筋與腹板間的焊縫端部開始，所有細(xì)節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果都落在相同的分散帶內(nèi)，在 2 106次循環(huán)時(shí)，加強(qiáng)筋板倒角的疲勞強(qiáng)度約為 116MPa，不倒角的都為100MPa。 ?拼接接頭細(xì)節(jié)的影響 圖 520中列出了幾種拼接接頭細(xì)節(jié) 圖 520 幾種拼接接頭細(xì)節(jié) 2 106次 A B C 120 145 178 型式 拼接接頭 疲勞強(qiáng)度 （ MPa） 型式 拼接接頭 疲勞強(qiáng)度 （ MPa） 2 106次 134 159 159 D E F 一般，沒有邊孔的拼接接頭，大部分破壞發(fā)生在焊趾上，或者在焊縫缺陷處，當(dāng)有邊
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