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影響焊接結構疲勞強度的因素

影響母材疲勞強度的因素(如應力集中、表面狀態、截面尺寸、加載情況等)同樣對焊接結構的疲勞強度有影響,特別是應力集中的影響,不合理的接頭形式和焊接缺陷(如未焊透、咬邊等)是產生應力集中的主要原因。除此之外,焊接結構本身的一些特點,如接頭性能的不均勻性、焊接殘余應力等也可能對焊接結構的疲勞強度產生影響。

(一)應力集中的影響

焊接結構中,不同的接頭形式有不同的應力集中,將對接頭的疲勞強度產生不同程度的影響。

1.焊縫表面機加工的影響

未經機加工的焊縫應力集中較大,對焊縫表面進行機加工以后,應力集中程度將大大降低,從而使對接接頭的疲勞強度也相應提高。但有時機加工成本較高,因此只有真正有益和確實能加工到的地方,才適宜采用這種加工,而在一般情況下沒有必要采用。另外,對焊縫表面進行機加工或打磨,可以降低表面粗糙度,從而提高疲勞強度,因為表面粗糙相當于存在很多微缺口,這些缺口的應力集中將導致疲勞強度下降。

2.接頭形式的影響

(1)對接接頭 對接接頭與其他形式的接頭相比,其疲勞強度最高,其原因是由于焊縫形狀變化不大,應力集中系數最低。對接接頭的疲勞強度主要取決于焊縫向基本金屬過渡的形狀。過大的余高和過大的基本金屬與焊縫金屬間的過渡角都會使接頭的疲勞極限下降。

(2)T形和十字接頭由于在焊縫向基本金屬過渡處有明顯的截面變化,T形和十字接頭的應力集中系數要比對接接頭高,因此疲勞強度也低于對接接頭。由T形和十字接頭的疲勞極限的試驗結果表明:提高T形和十字接頭的疲勞強度的根本措施是開坡口焊接和加工焊縫過渡區呈圓滑過渡。

(3)搭接接頭 僅有側面焊縫的搭接

接頭的疲勞強度最低,只達到母材的34%。焊腳尺寸為1:1的正面焊縫的搭接接頭,其疲勞強度雖然比只有側面焊縫的接頭稍高一些,但仍然很低。

面焊縫焊腳尺寸為1:2的搭接接頭,應力集中稍有降低,因而其疲勞強度有所提高,但效果不大。即使在焊縫向母材過渡區進行表面機械加工,也不能顯著提高接頭的疲勞強疲勞極限下降率(%)度。只有當蓋板的厚度比按強度條件所要求的增加1倍,焊腳尺寸比例為1:3.8,并采用機械加工使焊縫向母材平滑地過渡,才可達到與母材一樣的疲勞強度,但這樣的接頭已經喪失了搭接接頭簡單易行的特點,成本太高,不宜采用。

值得提出的是,采用所謂“加強”蓋板的對接接頭是極不合理的,這是因為這種接頭把原來疲勞強度較高的對接接頭大大地削弱了。


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