提高焊接接頭疲勞性能的研究進展和最新技術-文庫吧資料
2025-06-26 06:12本頁面
【正文】 對接接頭的疲勞強度也相應提高，當焊縫不存在缺陷時，接頭的疲勞強度可高于基本金屬的疲勞強度。重要的是重熔中發(fā)生熄弧時，如何處理重新起弧的方法，因為這勢必影響重熔焊道的質量，一般推薦重新起弧的最好位置是在焊道弧坑之前面6mm處，最近國際焊接學會組織歐洲一些國家和日本的一些焊接研究所，采用統(tǒng)一由英國焊接研究所制備的試樣進行了—些改善接頭疲勞強度方法有效性的統(tǒng)一性研究，證實經該方法處理后該接頭的2106循環(huán)下的標稱疲勞強度提高58%，如果將得到的211MPa的疲勞強度標稱值換算成相應的特征值(K指標) 為144MPa。減少了應力集中，同時也減少了該部位的微小非金屬夾渣物，因而使接頭部位的疲勞強度提高。表1 焊接結構疲勞強度的改善方法焊接結構疲勞強度的改善方法焊接過程優(yōu)化局部幾何形狀質量控制焊接缺欠的控制1幾何形狀的改善2工藝過程焊接順序3殘余應力（＜0）焊趾冶金處理4焊道造型焊趾幾何形狀5冶金和金屬狀態(tài)6焊縫的改善局部幾何形狀機械加工焊趾研磨7水沖擊8局部重熔TIG熔修9等離子熔修10殘余應力應力釋放方法熱處理11力學處理12局部加熱13力學方法力學接觸噴丸14錘擊15超聲沖擊16焊接沖壓17局部壓縮18 下面從工藝方法角度考慮分三部分詳細論述改善焊接接頭疲勞強度的主要方法。焊接過程優(yōu)化方法不僅是針對提高焊接結構疲勞強度而考慮，同時對焊接結構的靜載強度、焊接接頭的冶金性能等各方面都有極大的益處，這方面的資料很多在此不多贅述。許多方法可以用于提高焊接接頭的疲勞強度，① 減少或消滅焊接缺欠特別是開口缺陷；②改善焊趾部位的幾何形狀降低應力集中系數；③調節(jié)焊接殘余應力場，產生殘余壓縮應力場。這一點在研究焊接接頭疲勞強度時是非常重要的，它導致了一些設計規(guī)范以應力范圍代替了循環(huán)特征r。例如標稱應力循環(huán)為+S1到S2，則其應力范圍應為S1+S2。即在循環(huán)特性值較低時，影響比較大。這一試驗比較好地說明了殘余應力和焊接熱循環(huán)所引起材質變化對疲勞強度的影響。產生這個現象的主要原因是：在r值較高時，例如在脈動載荷下(r=0)，疲勞強度較高，在較高的拉應力作用下，殘余應力較快地得到釋放，因此殘余應力對疲勞強度的影響就減弱；，殘余應力在載荷作用下，進一步降低，實際上對疲勞強度已不起作用。 在交變載荷下(r=1)，消除殘余應力試樣的疲勞強度接近130MPa，而未經消除殘余應力的僅為75MPa，在脈動載荷下(r=0)，兩組試樣的疲勞強度相同，均為185MPa。一組試樣焊后進行了消除殘余應力的熱處理，另一組未經熱處理。其中最值得提出的是Trufyakov對在不同應力循環(huán)特征下焊接殘余應力對接頭疲勞強度影響的研究。對表面打磨的對接接頭試樣試驗結果也是如此，即有的試驗認為，熱處理后可提高疲勞強度17%，但也有的試驗結果說明，熱處理后疲勞強度沒有提高等。 試舉早期和近期一些人所進行的研究工作為例，可清楚地說明這一問題，對具有余高的對接接頭進行的2106次循環(huán)試驗結果，不同研究者得出了不同結論。試驗往往采用有焊接殘余應力的試樣與經過熱處理消除殘余應力后的試樣，進行疲勞試驗作對比。 通過上述介紹可見焊接缺陷對接頭疲勞強度的影響，不但與缺陷尺寸有關，而旦還決定于許多其他因素，如表面缺陷比內部缺陷影響大，與作用力方向垂直的面狀缺陷的影響比其它方向的大；位于殘余拉應力區(qū)內的缺陷的影響比在殘余壓應力區(qū)的大；位于應力集中區(qū)的缺陷(如焊縫趾部裂紋)比在均勻應力場中同 樣缺陷影響大。這說明氣孔的位置比其尺寸對接頭疲勞強度影響更大，表面或表層下氣孔具有最不利影響。5) 氣孔 為體積缺陷，Harrison對前人的有關試驗結果進行了分析總結， 疲勞強度下降主要是由于氣孔減少了截面積尺寸造成，它們之間有一定的線性關系。 4) 咬邊 表征咬邊的主要參量有咬邊長度L、咬邊深度h、咬邊寬度W。以削弱面積10%時的疲勞壽命與未含有該類缺陷的試驗結果相比，其疲勞強度降低了25%，這意味著其影響不如裂紋嚴重。 2) 未焊透 應當說明，不一定把未焊透均認為是缺陷，因為有時人為地要求某些接頭為周部焊透，典型的例子是某些壓力容器接管的設計。 1) 裂紋 焊接中的裂紋，如冷、熱裂紋，除伴有具有脆性的組織結構外，是嚴重的應力集中源，它可大幅度降低結構或接頭的疲勞強度。 焊接缺陷的影響焊趾部位存在有大量不同類型的缺陷，這些不同類型的缺陷導致疲勞裂紋早期開裂和使母材的疲勞強度急劇下降（下降到80%）。據此他們提出極限焊腳尺寸：S= 式中S為焊腳尺寸，B為板厚。Soete，Van Crombrugge采用15mm厚板用不同的角焊縫施焊，在軸向疲勞載荷下的試驗發(fā)現，焊縫的焊腳為13mm時，斷裂發(fā)生在焊趾處基本金屬或焊縫中。但是增加焊縫尺寸對提高疲勞強度僅僅在一定范圍內有效。角焊縫的形狀對于接頭的疲勞強度也有較大的影響。但如果W保持不變，變化參量h，則發(fā)現h增加，接頭疲勞強度降低，這顯然是外夾角降低的結果。試驗中W(焊縫寬度)和h(高度)變化，但h/W比值保持不變。對接焊縫的形狀對于接頭的疲勞強度影響最大。 焊縫形狀的影響無論是何種接頭形式，它們都是由兩種焊縫連接的，對接焊縫和角焊縫。采用所謂“加強”蓋板的對接接頭是極不合理的，由于加大了應力集中影響，采用蓋板后，原來疲勞強度較高的對接接頭被大大地削弱了。提高T形或十字接頭疲勞強度的根本措施是開坡口焊接，并加工焊縫過渡處使之圓滑過渡，通過這種改進措施，疲勞強度可有較大幅度的提高。對于開坡口焊透的的十字接頭，斷裂一般只發(fā)生在焊趾處，而不是在焊縫處。在這種承力接頭中，由于在焊縫向基本金屬過渡處具有明顯的截面變化，其應力集中系數要比對接接頭的應力集中系數高，因此十字或T形接頭的疲勞強度要低于對接接頭。這種接頭的疲勞裂紋均從焊縫和墊板的接合處產生，而并不是在焊趾處產生，其疲勞強度—般與不帶墊板的最
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