文档介绍：2 焊接接头和结构的疲劳强度
IWS-3/-5/18
三、影响焊接接头疲劳强度的因素
影响基本金属疲劳强度的因素(如应力集中、截面尺寸、表面状态、加载情况、介质等因素),同样对焊接结构的疲劳强度有影响。
除此之外焊接结构本身的一些特点,例如焊接结构的应力集中,接头部位近缝区性能的改变,焊接残余应力等也可能对焊接结构疲劳强度发生影响,下面探讨这些因素的影响。
2 焊接接头和结构的疲劳强度
(一)应力集中的影响
焊接结构中,不同的焊接接头形式和形状,由于在接头部位具有不同的应力集中,对接头的疲劳强度发生程度不同的不利影响。
1、对接接头由于形状变化不大,因此其应力集中比其他形式接头要小,只是焊缝加强高和过渡角处会使接头疲劳强度下降。
2、丁字和十字接头,由于在焊缝向基本金属过渡处有明显的截面变化,其应力集中系数比对接接头的高,因此其疲劳强度远低于对接接头,未开坡口的角焊缝的十字接头,当焊缝传递工作应力时,其疲劳断裂发生母材与焊缝趾端交界处和焊缝上的薄弱环节上。
IWS-3/-5/18
2 焊接接头和结构的疲劳强度
图13为两种钢材十字接头疲劳强度图,实线代表疲劳强度是按断裂在母材计算的,虚线是
按断裂在焊缝计算的。由图可看出合金钢对应力集中比较敏感,在这种情况下,采用低合金钢对疲劳强度并没有优越性,此外增加焊缝尺寸对提高疲劳强度仅仅在一定范围内才有效。
IWS-3/-5/18
3 焊接接头和结构的疲劳强度
图14为开坡口焊缝的低碳钢十字接头疲劳强度图,其疲劳强度有较大提高。
IWS-3/-5/18
2 焊接接头和结构的疲劳强度
图15为焊缝不承受工作应力的低碳钢丁字和十字接头的疲劳强度。
丁字接头和经过机
械加工的接头具有
较高的疲劳强度。
IWS-3/-5/18
2 焊接接头和结构的疲劳强度
3、搭接接头的疲劳强度是很低的
IWS-3/-6/18
2 焊接接头和结构的疲劳强度
仅有侧面焊缝的搭接接头(a),其疲劳强度最低,只达到基本金属的34%。正面焊缝的搭接接头的焊脚从1:1、1:2、1:%(b),49%(c), 51%(d表面加工)和100%(e表面加工)。
采用所谓加强盖板的对接接头是极不合理的。由图16(f)试验结果表明,原来疲劳强度较高的对接接头被大大削弱了,只有其一半。
IWS-3/-6/18
2 焊接接头和结构的疲劳强度
(二)近缝区金属性能变化的影响
试验研究表明,在常用的线能量下,低碳钢焊缝、热影响区和基本金属的疲劳强度相当接近,其近缝区金属机械性能变化对对接接头的疲劳强度影响较小。
低合金钢的情况比较复杂的,在热循环作用下,热影响区的机械性能变化比低碳钢大,但在有应力集中或无应力集中时都对疲劳强度影响不大,试验还表明,材料的性能对疲劳裂纹扩展速率有一定的影响,但不太大。
在实际焊接结构中,如果热影响区的尺寸不大,就不会降低焊接接头的疲劳强度。
IWS-3/-6/18
2 焊接接头和结构的疲劳强度
(三)残余应力的影响
内应力对疲劳强度的影响,从理论上可以看出,当有内应力时,当应力盾环中最大应力σmax 到达σs时,内应力将因应力全面达到屈服而消除,所以当σm达到一定数值时(即σm+σa=σs),内应力对疲劳强度将没有影响,当σm小于此值时,则σm越小,内应力的影响愈显著。
从焊接接头的疲劳强度结果表明焊接应力对疲劳强度的影响与应力盾环特征系数γ有关,γ越小(负数),使疲劳强度降低,影响疲劳强度越严重,此外应力集中越严重处其内应力的影响也更为突出。
IWS-3/-7/18
2 焊接接头和结构的疲劳强度
(四)缺陷的影响
焊接缺陷对疲劳强度的影响大小与缺陷的种类、尺寸、方向和位置有关。
1、缺陷形状:片状缺陷(如裂缝、未熔合、未焊透)比带圆角的缺陷(如气孔等)影响大。
2、缺陷位置:表面缺陷比内部缺陷影响大。
3、缺陷受力方向与作用力方向垂直的片状缺陷的影响比其它方向的大。
IWS-3/-7/18