提高焊接接頭疲勞性能的研究進(jìn)展和最新技術(shù)-文庫(kù)吧資料
2025-06-26 06:12本頁(yè)面
【正文】 對(duì)接接頭的疲勞強(qiáng)度也相應(yīng)提高，當(dāng)焊縫不存在缺陷時(shí)，接頭的疲勞強(qiáng)度可高于基本金屬的疲勞強(qiáng)度。重要的是重熔中發(fā)生熄弧時(shí)，如何處理重新起弧的方法，因?yàn)檫@勢(shì)必影響重熔焊道的質(zhì)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(guó)際焊接學(xué)會(huì)組織歐洲一些國(guó)家和日本的一些焊接研究所，采用統(tǒng)一由英國(guó)焊接研究所制備的試樣進(jìn)行了—些改善接頭疲勞強(qiáng)度方法有效性的統(tǒng)一性研究，證實(shí)經(jīng)該方法處理后該接頭的2106循環(huán)下的標(biāo)稱(chēng)疲勞強(qiáng)度提高58%，如果將得到的211MPa的疲勞強(qiáng)度標(biāo)稱(chēng)值換算成相應(yīng)的特征值(K指標(biāo)) 為144MPa。減少了應(yīng)力集中，同時(shí)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(qiáng)度提高。表1 焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的改善方法焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的改善方法焊接過(guò)程優(yōu)化局部幾何形狀質(zhì)量控制焊接缺欠的控制1幾何形狀的改善2工藝過(guò)程焊接順序3殘余應(yīng)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(jī)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(yīng)力應(yīng)力釋放方法熱處理11力學(xué)處理12局部加熱13力學(xué)方法力學(xué)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(xì)論述改善焊接接頭疲勞強(qiáng)度的主要方法。焊接過(guò)程優(yōu)化方法不僅是針對(duì)提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度而考慮，同時(shí)對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)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(qiáng)度，① 減少或消滅焊接缺欠特別是開(kāi)口缺陷；②改善焊趾部位的幾何形狀降低應(yīng)力集中系數(shù)；③調(diào)節(jié)焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)，產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力場(chǎng)。這一點(diǎn)在研究焊接接頭疲勞強(qiáng)度時(shí)是非常重要的，它導(dǎo)致了一些設(shè)計(jì)規(guī)范以應(yīng)力范圍代替了循環(huán)特征r。例如標(biāo)稱(chēng)應(yīng)力循環(huán)為+S1到S2，則其應(yīng)力范圍應(yīng)為S1+S2。即在循環(huán)特性值較低時(shí)，影響比較大。這一試驗(yàn)比較好地說(shuō)明了殘余應(yīng)力和焊接熱循環(huán)所引起材質(zhì)變化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的主要原因是：在r值較高時(shí)，例如在脈動(dòng)載荷下(r=0)，疲勞強(qiáng)度較高，在較高的拉應(yīng)力作用下，殘余應(yīng)力較快地得到釋放，因此殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響就減弱；，殘余應(yīng)力在載荷作用下，進(jìn)一步降低，實(shí)際上對(duì)疲勞強(qiáng)度已不起作用。 在交變載荷下(r=1)，消除殘余應(yīng)力試樣的疲勞強(qiáng)度接近130MPa，而未經(jīng)消除殘余應(yīng)力的僅為75MPa，在脈動(dòng)載荷下(r=0)，兩組試樣的疲勞強(qiáng)度相同，均為185MPa。一組試樣焊后進(jìn)行了消除殘余應(yīng)力的熱處理，另一組未經(jīng)熱處理。其中最值得提出的是Trufyakov對(duì)在不同應(yīng)力循環(huán)特征下焊接殘余應(yīng)力對(duì)接頭疲勞強(qiáng)度影響的研究。對(duì)表面打磨的對(duì)接接頭試樣試驗(yàn)結(jié)果也是如此，即有的試驗(yàn)認(rèn)為，熱處理后可提高疲勞強(qiáng)度17%，但也有的試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，熱處理后疲勞強(qiáng)度沒(méi)有提高等。 試舉早期和近期一些人所進(jìn)行的研究工作為例，可清楚地說(shuō)明這一問(wèn)題，對(duì)具有余高的對(duì)接接頭進(jìn)行的2106次循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果，不同研究者得出了不同結(jié)論。試驗(yàn)往往采用有焊接殘余應(yīng)力的試樣與經(jīng)過(guò)熱處理消除殘余應(yīng)力后的試樣，進(jìn)行疲勞試驗(yàn)作對(duì)比。 通過(guò)上述介紹可見(jiàn)焊接缺陷對(duì)接頭疲勞強(qiáng)度的影響，不但與缺陷尺寸有關(guān)，而旦還決定于許多其他因素，如表面缺陷比內(nèi)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(yīng)力區(qū)內(nèi)的缺陷的影響比在殘余壓應(yīng)力區(qū)的大；位于應(yīng)力集中區(qū)的缺陷(如焊縫趾部裂紋)比在均勻應(yīng)力場(chǎng)中同 樣缺陷影響大。這說(shuō)明氣孔的位置比其尺寸對(duì)接頭疲勞強(qiáng)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(duì)前人的有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié)， 疲勞強(qiáng)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(guān)系。 4) 咬邊 表征咬邊的主要參量有咬邊長(zhǎng)度L、咬邊深度h、咬邊寬度W。以削弱面積10%時(shí)的疲勞壽命與未含有該類(lèi)缺陷的試驗(yàn)結(jié)果相比，其疲勞強(qiáng)度降低了25%，這意味著其影響不如裂紋嚴(yán)重。 2) 未焊透 應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，不一定把未焊透均認(rèn)為是缺陷，因?yàn)橛袝r(shí)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(shè)計(jì)。 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(jié)構(gòu)外，是嚴(yán)重的應(yīng)力集中源，它可大幅度降低結(jié)構(gòu)或接頭的疲勞強(qiáng)度。 焊接缺陷的影響焊趾部位存在有大量不同類(lèi)型的缺陷，這些不同類(lèi)型的缺陷導(dǎo)致疲勞裂紋早期開(kāi)裂和使母材的疲勞強(qiáng)度急劇下降（下降到80%）。據(jù)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(yàn)發(fā)現(xiàn)，焊縫的焊腳為13mm時(shí)，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(duì)提高疲勞強(qiáng)度僅僅在一定范圍內(nèi)有效。角焊縫的形狀對(duì)于接頭的疲勞強(qiáng)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(xiàn)h增加，接頭疲勞強(qiáng)度降低，這顯然是外夾角降低的結(jié)果。試驗(yàn)中W(焊縫寬度)和h(高度)變化，但h/W比值保持不變。對(duì)接焊縫的形狀對(duì)于接頭的疲勞強(qiáng)度影響最大。 焊縫形狀的影響無(wú)論是何種接頭形式，它們都是由兩種焊縫連接的，對(duì)接焊縫和角焊縫。采用所謂“加強(qiáng)”蓋板的對(duì)接接頭是極不合理的，由于加大了應(yīng)力集中影響，采用蓋板后，原來(lái)疲勞強(qiáng)度較高的對(duì)接接頭被大大地削弱了。提高T形或十字接頭疲勞強(qiáng)度的根本措施是開(kāi)坡口焊接，并加工焊縫過(guò)渡處使之圓滑過(guò)渡，通過(guò)這種改進(jìn)措施，疲勞強(qiáng)度可有較大幅度的提高。對(duì)于開(kāi)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(guò)渡處具有明顯的截面變化，其應(yīng)力集中系數(shù)要比對(duì)接接頭的應(yīng)力集中系數(shù)高，因此十字或T形接頭的疲勞強(qiáng)度要低于對(duì)接接頭。這種接頭的疲勞裂紋均從焊縫和墊板的接合處產(chǎn)生，而并不是在焊趾處產(chǎn)生，其疲勞強(qiáng)度—般與不帶墊板的最
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