材料力學(xué)性能ppt課件(2)-在線瀏覽
2025-06-18 00:02本頁(yè)面
【正文】 分布 未開坡口的 T形接頭，當(dāng)焊縫傳遞工作應(yīng)力時(shí)，其薄弱環(huán)節(jié)有兩個(gè)：一是焊縫，另一個(gè)是焊趾。如果 a/t＞ ,一般斷于焊趾，這時(shí)再增大焊縫厚度也不能使其疲勞強(qiáng)度進(jìn)一步提高，最根本的措施是開坡口焊透和加工焊縫、使焊趾向基本金屬光滑過渡。 板厚 12 S=5 a=8 a） b） c） 圖 510 三種十字接頭型式 rk? r??k焊接接頭的 疲勞極限 母材金屬的 疲勞極限 正應(yīng)力下的 疲勞缺口系數(shù) 母材金屬 應(yīng)力比 （ MPa） （ MPa） 備注 St37 0 236177。 162 St52 0 191 326 139 201 St37 0 103177。 162 St52 78 201 St37 0 88 260 圖中 c） 39 162 表 54 十字接頭的疲勞極限 a） b） c） ? 焊趾處的微小缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響 大量試驗(yàn)表明，除各種焊接接頭的幾何尺寸因素造成應(yīng)力集中（應(yīng)力分布不均勻）外，焊趾處還存在著微小的氣孔、未焊透、細(xì)小的尖銳熔渣楔塊以及沿熔合線的輕微咬邊（見圖 311）。 圖 511 焊趾微觀缺口效應(yīng) 圖 5－ 12 a) CW－ 2C構(gòu)架側(cè)梁斷裂照片 圖 512為 CW2C轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁斷裂照片。 a圖為定位座補(bǔ)強(qiáng)板焊縫沿焊趾開裂的實(shí)物照片； 圖 5－ 12 b) CW－ 2C構(gòu)架側(cè)梁斷口照片 b圖為裂紋斷口照片 。 CW2C（ B） 轉(zhuǎn)向架定位座補(bǔ)強(qiáng)后嚴(yán)重裂損的原因，主要是補(bǔ)強(qiáng)板只采用了角焊縫，沒有按照 “ 焊滿磨平 ” 的工藝要求去實(shí)施，從而在焊縫處產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中；同時(shí)，焊縫質(zhì)量較差，特別是在焊趾處存在許多微小缺陷，大大削弱了該焊接接頭的疲勞強(qiáng)度。 焊接殘余應(yīng)力如何影響焊接接頭的疲勞強(qiáng)度問題，至今仍存在爭(zhēng)議。理由是：①焊接接頭的疲勞強(qiáng)度主要與焊縫幾何尺寸和焊趾部存在的應(yīng)力集中等因素的影響有關(guān)，殘余應(yīng)力的影響是第二位的；②拉伸殘余應(yīng)力使疲勞極限降低，壓縮殘余應(yīng)力使疲勞極限增加。 ? 另一類觀點(diǎn)是：在一定條件下，殘余應(yīng)力可影響焊接接頭的疲勞強(qiáng)度。 （一）消除焊接殘余應(yīng)力工藝對(duì)接頭疲勞強(qiáng) 度的影響 由殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果可以看出，退火處理和除銹噴丸處理都能明顯地消除和改變焊接構(gòu)架表面的殘余應(yīng)力狀態(tài)。這對(duì)疲勞極限有雙重影響：消除殘余應(yīng)力能使疲勞強(qiáng)度提高，但同時(shí)又使金屬軟化、降低疲勞強(qiáng)度。 母材強(qiáng)度（ MPa） 試樣 狀態(tài) σ 1（ MPa） 310 母材 210 V形接頭 焊接狀態(tài) 退火或回火 480 母材 235 V形接頭 焊接狀態(tài) 118 退火或回火 122 520 母材 307 V形接頭 焊接狀態(tài) 126 退火或回火 134 表 55 退火處理后對(duì)接接頭的疲勞強(qiáng)度 2．冷作強(qiáng)化處理（噴丸、滾壓、捶擊等），使焊接結(jié)構(gòu)表面（或接頭表面）造成壓縮殘余應(yīng)力，能大大提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度。 （二）交變載荷作用下焊接構(gòu)架上殘余應(yīng)力的變化 殘余應(yīng)力是一個(gè)不穩(wěn)定的力學(xué)量，在交變載荷作用下會(huì)引起殘余應(yīng)力的變化（釋放）。動(dòng)應(yīng)力幅值愈大，殘余應(yīng)力下降的愈多愈快。 圖 515中示出了焊接構(gòu)架在室內(nèi)疲勞試驗(yàn)中，某一測(cè)點(diǎn)的殘余應(yīng)力隨循環(huán)周次的變化規(guī)律。影響程度與缺陷的種類、位置和方向有關(guān)。面狀缺陷引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響比體積型缺陷要大。 3．與作用力方向垂直的缺陷比其它方向的缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響大。（ 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) 。 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。 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。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。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。 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。 所以 ， 焊接結(jié)構(gòu)選用較高強(qiáng)度的鋼種是沒有意義的 。 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 。 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 。 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 。 一般 ，T形接頭采用雙面焊比單面焊好 。 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) 。 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)）。 ? 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。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)。
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