【正文】 不佳外形的對(duì)接接頭的疲勞強(qiáng)度相等。如試樣的尺寸、坡口形式、焊接方法、焊條類型、焊接位置、焊縫形狀、焊后的焊縫加工、焊后的熱處理等均會(huì)對(duì)其發(fā)生影響。 對(duì)接接頭的力線干擾較小，因而應(yīng)力集中系數(shù)較小，其疲勞強(qiáng)度也將高于其他接頭形式。這些缺陷的出現(xiàn)使得所有鋼材的相同類型焊接接頭具有同樣的疲勞強(qiáng)度，而與母材及焊接材料的靜強(qiáng)度關(guān)系不大。造成上述結(jié)果的原因是由于在接頭焊趾部位沿溶合線存在有類似咬邊的熔渣楔塊缺陷。在設(shè)計(jì)承受交變載荷的焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，試圖通過選用較高強(qiáng)度的鋼種來滿足工程需要是沒有意義的。但是對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)來說，情況就不一樣了，因?yàn)楹附咏宇^的疲勞強(qiáng)度與母材靜強(qiáng)度、焊縫金屬靜強(qiáng)度、熱影響區(qū)的組織性能以及焊縫金屬?gòu)?qiáng)度匹配沒有多大的關(guān)系，也就是說只要焊接接頭的細(xì)節(jié)一樣，高強(qiáng)鋼和低碳鋼的疲勞強(qiáng)度是一樣的，具有同樣的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型式。2 影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的主要因素 靜載強(qiáng)度對(duì)焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響在鋼鐵材料的研究中，人們總是希望材料具有較高的比強(qiáng)度，即以較輕的自身重量去承擔(dān)較大的負(fù)載重量，因?yàn)橄嗤亓康慕Y(jié)構(gòu)可以具有極大的承載能力；或是同樣的承載能力可以減輕自身的重量。一方面，增加對(duì)焊接結(jié)構(gòu)抗疲勞性能的了解，精心設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式及接頭形式，使所設(shè)計(jì)的焊接結(jié)構(gòu)更合理，具有更高的疲勞強(qiáng)度；同時(shí)提高和嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，防止和減少焊接缺陷的產(chǎn)生；另一方面，直接面對(duì)焊接接頭疲勞性能較差的弱點(diǎn)，在焊接結(jié)構(gòu)制造過程中、完成后以及使用過程中采取有效的工藝措施，提高接頭的疲勞強(qiáng)度，增加其承受動(dòng)載的能力、延長(zhǎng)其使用壽命。即使如此，在接頭處局部應(yīng)力集中作用下，仍然會(huì)發(fā)生整體結(jié)構(gòu)的過早疲勞失效。所以焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度取決于接頭的疲勞性能，即焊接接頭的抗疲勞性能，關(guān)系著焊接結(jié)構(gòu)能否安全使用。世界各主要造船及海洋資源開發(fā)國(guó)家，都在船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建造和檢驗(yàn)入級(jí)規(guī)范中對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度作出了規(guī)定和要求。 提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能方法的研究意義疲勞事故的頻繁發(fā)生在一定程度上制約了焊接結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用，使一些場(chǎng)合不得不放棄使用焊接結(jié)構(gòu)，甚至懷疑焊接結(jié)構(gòu)能否適用于承受動(dòng)載的工程實(shí)際，故而焊接結(jié)構(gòu)的抗疲勞問題引起國(guó)內(nèi)外有關(guān)專家和工程技術(shù)人員，尤其是國(guó)際焊接學(xué)會(huì)疲勞專業(yè)委員會(huì)的普遍關(guān)注。 焊接結(jié)構(gòu)疲勞失效的原因焊接結(jié)構(gòu)疲勞失效的原因主要有以下幾個(gè)方面：① 客觀上講，焊接接頭的靜載承受能力一般并不低于母材；而承受交變動(dòng)載荷時(shí)，其承受能力卻遠(yuǎn)低于母材，而且與焊接接頭類型和焊接結(jié)構(gòu)形式有密切的關(guān)系。在五六十年代，歐洲公路網(wǎng)得到高速發(fā)展，當(dāng)時(shí)大多采用焊接技術(shù)建造鋼橋，由于那時(shí)對(duì)公路橋梁疲勞認(rèn)識(shí)不足，在規(guī)范中沒有規(guī)定進(jìn)行抗疲勞設(shè)計(jì)，出現(xiàn)了許多設(shè)計(jì)不合理的焊接接頭，在今天日益繁忙和加重的交通運(yùn)輸載荷下，加快了疲勞損傷過程，許多焊接鋼橋出現(xiàn)了疲勞裂紋。歷史上海洋平臺(tái)的幾次重大事故，如1965年日本為美國(guó)建造的Sedco型半潛式平臺(tái)在交貨途中破損沉沒，造成13人死亡；1980年Alexan—derKeyland號(hào)半潛式平臺(tái)在北海翻沉，使一百余人葬身海底，調(diào)查分析的結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)的疲勞是造成事故的重要原因之一。疲勞破壞一直被認(rèn)為是船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)的一種主要的破壞形式，自鋼質(zhì)海船誕生至今，因結(jié)構(gòu)中疲勞裂紋的生成、擴(kuò)展，最后導(dǎo)致船舶破壞的事例屢有報(bào)道。毋庸置疑，目前在工程生產(chǎn)上，焊接是最主要的連接方法，焊接結(jié)構(gòu)的重量已占鋼鐵總產(chǎn)量的50%以上，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的這一比例已經(jīng)接近70%。提高焊接接頭疲勞性能的研究進(jìn)展和最新技術(shù)1 焊接結(jié)構(gòu)的疲勞問題以及研究意義 焊接結(jié)構(gòu)的疲勞問題 自從20世紀(jì)初涂藥焊條發(fā)明至今一百年來，焊接已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的工藝方法，很難找出另一種發(fā)展如此之快，并在應(yīng)用規(guī)模和多樣化方面能與焊接相比的工藝，以至于當(dāng)代許多最重要的技術(shù)問題必須采用焊接才能解決，例如：造船、鐵路、汽車、航空、航天、橋梁、鍋爐、大型廠房和高層建筑等都離不開焊接技術(shù)的支持。如果焊接沒有發(fā)明的話，許多結(jié)構(gòu)甚至坦率的說整個(gè)工業(yè)是不會(huì)產(chǎn)生的。然而焊接結(jié)構(gòu)經(jīng)常不斷發(fā)生斷裂事故，其中90%為疲勞失效。美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)船舶結(jié)構(gòu)委員會(huì)(Ship Structure Committee, Guard)曾組織力量對(duì)六種不同類型的77艘民用船舶及9艘軍艦中六十多萬(wàn)個(gè)結(jié)構(gòu)細(xì)部進(jìn)行了調(diào)查研究和統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，有約九分之一的破壞與疲勞有關(guān)。同樣，疲勞失效也頻繁發(fā)生在鐵路公路橋梁和發(fā)電站的管道上。在我國(guó)焊接結(jié)構(gòu)因疲勞問題而失效的工程事例也不斷出現(xiàn)，例如，九十年代末，高速客車轉(zhuǎn)向架中焊接接頭的疲勞斷裂，以及水輪機(jī)葉片根部的疲勞斷裂等，都給國(guó)家和企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這是引起一些結(jié)構(gòu)因焊接接頭的疲勞而過早失效的一個(gè)主要的因素；② 早期的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以靜載強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主，沒有考慮抗疲勞設(shè)計(jì)，或者是焊接結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范并不完善，以至于出現(xiàn)了許多現(xiàn)在看來設(shè)計(jì)不合理的焊接接頭；③ 工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員對(duì)焊接結(jié)構(gòu)抗疲勞性能的特點(diǎn)了解不夠，所設(shè)計(jì)的焊接結(jié)構(gòu)往往照搬其它金屬結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與結(jié)構(gòu)形式；④ 焊接結(jié)構(gòu)日益廣泛，而在設(shè)計(jì)和制造過程中人為盲目追求結(jié)構(gòu)的低成本、輕量化，導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)載荷越來越大； ⑤ 焊接結(jié)構(gòu)有往高速重載方向發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)承受動(dòng)載能力的要求越來越高，而對(duì)焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度方面的科研水平相對(duì)滯后。在大量疲勞試驗(yàn)與工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，焊接結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范不斷出臺(tái)，如英國(guó)橋梁疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范BS5400、歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)的疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范、日本的鋼橋設(shè)計(jì)規(guī)范、美國(guó)鐵路橋梁以及高速公路設(shè)計(jì)規(guī)范、。 由于焊接接頭焊趾處的焊接缺陷、應(yīng)力集中和殘余拉伸應(yīng)力的作用，其疲勞強(qiáng)度大幅度地低于基本金屬的疲勞強(qiáng)度。因此為了保證焊接結(jié)構(gòu)可靠性，在設(shè)計(jì)承受交變動(dòng)載荷的焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定以焊接接頭的疲勞強(qiáng)度作為整體結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，而不采用基本金屬的疲勞強(qiáng)度，顯然這造成極大浪費(fèi)。為了使焊接結(jié)構(gòu)很好地滿足工程上對(duì)其提出的承受動(dòng)載的要求，能夠采取的措施主要有兩點(diǎn)。因此提高和改善焊接接頭疲勞強(qiáng)度具有極大的潛在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，長(zhǎng)期來，它是國(guó)內(nèi)外有關(guān)專家研究的熱點(diǎn)課題