UWE动载焊接结构的强度及其设计工程师-2.ppt
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1、三、三、影响焊接接头疲劳强度的因素影响焊接接头疲劳强度的因素影影响响基基本本金金属属疲疲劳劳强强度度的的因因素素(如如应应力力集集中中、截截面面尺尺寸寸、表表面面状状态态、加加载载情情况况、介介质质等等因因素素),同样对焊接结构的疲劳强度有影响。,同样对焊接结构的疲劳强度有影响。除除此此之之外外焊焊接接结结构构本本身身的的一一些些特特点点,例例如如焊焊接接结结构构的的应应力力集集中中,接接头头部部位位近近缝缝区区性性能能的的改改变变,焊焊接接残残余余应应力力等等也也可可能能对对焊焊接接结结构构疲疲劳劳强强度发生影响,下面探讨这些因素的影响。度发生影响,下面探讨这些因素的影响。(一)应力集中的影
2、响一)应力集中的影响焊焊接接结结构构中中,不不同同的的焊焊接接接接头头形形式式和和形形状状,由由于于在在接接头头部部位位具具有有不不同同的的应应力力集集中中,对对接接头头的的疲疲劳劳强强度度发发生程度不同的不利影响。生程度不同的不利影响。1、对对接接接接头头由由于于形形状状变变化化不不大大,因因此此其其应应力力集集中中比比其其他他形形式式接接头头要要小小,只只是是焊焊缝缝加加强强高高和和过过渡渡角角处处会会使使接头疲劳强度下降。接头疲劳强度下降。2、丁丁字字和和十十字字接接头头,由由于于在在焊焊缝缝向向基基本本金金属属过过渡渡处处有有明明显显的的截截面面变变化化,其其应应力力集集中中系系数数比
3、比对对接接接接头头的的高高,因因此此其其疲疲劳劳强强度度远远低低于于对对接接接接头头,未未开开坡坡口口的的角角焊焊缝缝的的十十字字接接头头,当当焊焊缝缝传传递递工工作作应应力力时时,其其疲疲劳劳断断裂裂发发生母材与焊缝趾端交界处和焊缝上的薄弱环节上。生母材与焊缝趾端交界处和焊缝上的薄弱环节上。图图13为为两两种种钢钢材材十十字字接接头头疲疲劳劳强强度度图图,实实线线代表疲劳强度是按断裂在母材计算的,虚线是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。按断裂在焊缝计算的。由图可看出合金钢对应由图可看出合金钢对应力集中比较敏感,在这力集中比较敏感,在这种情况下,采用低合金种情况下,采
4、用低合金钢对疲劳强度并没有优钢对疲劳强度并没有优越性,此外增加焊缝尺越性,此外增加焊缝尺寸对提高疲劳强度仅仅寸对提高疲劳强度仅仅在一定范围内才有效。在一定范围内才有效。图图14为为开开坡坡口口焊焊缝缝的的低低碳碳钢钢十十字字接接头头疲疲劳劳强强度图,其疲劳强度有较大提高。度图,其疲劳强度有较大提高。图图15为为焊焊缝缝不不承承受受工工作作应应力力的的低低碳碳钢钢丁丁字字和和十字接头的疲劳强度。十字接头的疲劳强度。丁字接头和经过机丁字接头和经过机械加工的接头具有械加工的接头具有较高的疲劳强度。较高的疲劳强度。3、搭接接头的疲劳强度是很低的搭接接头的疲劳强度是很低的仅仅有有侧侧面面焊焊缝缝的的搭搭
5、接接接接头头(a),其其疲疲劳劳强强度度最最低低,只只达达到到基基本本金金属属的的34%。正正面面焊焊缝缝的的搭搭接接接接头头的的焊焊脚脚从从1:1、1:2、1:3.8其其疲疲劳劳强强度度从从40%(b),49%(c),51%(d表表面面加加工工)和和100%(e表面加工)。表面加工)。采采用用所所谓谓加加强强盖盖板板的的对对接接接接头头是是极极不不合合理理的的。由由图图16(f)试试验验结结果果表表明明,原原来来疲疲劳劳强强度度较较高的对接接头被大大削弱了,只有其一半。高的对接接头被大大削弱了,只有其一半。(二)近缝区金属性能变化的影响二)近缝区金属性能变化的影响试试验验研研究究表表明明,在
6、在常常用用的的线线能能量量下下,低低碳碳钢钢焊焊缝缝、热热影影响响区区和和基基本本金金属属的的疲疲劳劳强强度度相相当当接接近近,其其近近缝缝区区金金属属机机械械性性能能变变化化对对对对接接接接头头的的疲疲劳劳强强度影响较小。度影响较小。低低合合金金钢钢的的情情况况比比较较复复杂杂的的,在在热热循循环环作作用用下下,热热影影响响区区的的机机械械性性能能变变化化比比低低碳碳钢钢大大,但但在在有有应应力力集集中中或或无无应应力力集集中中时时都都对对疲疲劳劳强强度度影影响响不不大大,试试验验还还表表明明,材材料料的的性性能能对对疲疲劳劳裂裂纹纹扩扩展展速速率率有有一定的影响,但不太大。一定的影响,但不
7、太大。在在实实际际焊焊接接结结构构中中,如如果果热热影影响响区区的的尺尺寸寸不不大大,就不会降低焊接接头的疲劳强度。就不会降低焊接接头的疲劳强度。(三)残余应力的影响三)残余应力的影响内内应应力力对对疲疲劳劳强强度度的的影影响响,从从理理论论上上可可以以看看出出,当当有有内内应应力力时时,当当应应力力盾盾环环中中最最大大应应力力max到到达达s时时,内内应应力力将将因因应应力力全全面面达达到到屈屈服服而而消消除除,所所以以当当m达达到到一一定定数数值值时时(即即m+a=s),内内应应力力对对疲疲劳劳强强度度将将没没有有影影响响,当当m小小于于此此值值时时,则则m越越小,内应力的影响愈显著。小,
8、内应力的影响愈显著。从从焊焊接接接接头头的的疲疲劳劳强强度度结结果果表表明明焊焊接接应应力力对对疲疲劳劳强强度度的的影影响响与与应应力力盾盾环环特特征征系系数数有有关关,越越小小(负负数数),使使疲疲劳劳强强度度降降低低,影影响响疲疲劳劳强强度度越越严严重重,此此外外应应力力集集中中越越严严重重处处其其内内应应力力的的影影响响也也更更为突出。为突出。(四)缺陷的影响四)缺陷的影响焊焊接接缺缺陷陷对对疲疲劳劳强强度度的的影影响响大大小小与与缺缺陷陷的的种种类类、尺寸、方向和位置有关。尺寸、方向和位置有关。1、缺缺陷陷形形状状:片片状状缺缺陷陷(如如裂裂缝缝、未未熔熔合合、未未焊透)比带圆角的缺陷
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