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影响焊接结构疲劳强度的因素清单
时间:2019-02-27  点击:107次   来源:网络

1、焊接结构的疲劳断裂:

●  疲劳断裂是指机件在变动载荷下经过较长时间运行发生的失效现象
●  疲劳断裂呈低应力脆性断裂性质
①  断裂发生在较低的应力下,其最大循环应力低于抗拉强度,甚至低于屈服强度;
②  断裂部位无宏观塑性变形;
③  断裂呈突发性,没有预先征兆;
④  疲劳断裂在交变应力作用下经过数百次,甚至几百万次循环才发生。
●  疲劳断裂呈损伤积累过程
①  金属材料内部组织首先在局部区域发生变化并受到损伤;
②  损伤逐渐积累,并到一定程度后发生疲劳断裂;
③  疲劳断裂三个阶段:疲劳裂纹的形成、扩展、断裂。
●  疲劳断裂是焊接钢结构失效的一种主要形式,在焊接结构断裂事故中,疲劳失效约占90%。如:船舶及海洋工程结构、铁路及公路钢桥以及高速客车转向架等。
 
2、焊接缺陷引起的应力集中:
●  焊接缺陷——应力集中源,对接头疲劳强度的影响程度取决于缺陷的种类、方向和位置。
●  缺陷种类:平面状缺陷(如裂纹、未熔合等)体积型缺陷(如气孔、夹渣等)
⑴ 裂纹:如热裂纹、冷裂纹,是严重的应力集中源,大幅度降低结构及接头的疲劳强度。如裂纹面积约为试件横截面积的10%时,在交变载荷作用下,接头2×106循环寿命的疲劳强度下降了55%~65%。
⑵ 未焊透:
◎  未焊透并非都是缺陷,有些结构要求接头局部焊透;
◎  未焊透缺陷:①表面缺陷(单面焊缝);②内部缺陷(双面焊缝);
◎  未焊透缺陷对疲劳强度的影响不如裂纹严重。
 
3、焊接缺陷其它因素对接头疲劳强度的影响:
●  表面缺陷比内部缺陷的影响大;
●  与作用力方向垂直的平面缺陷比其它方向的影响大;
●  位于残余拉应力区的缺陷比在残余压应力区的影响大;
●  位于应力集中区的缺陷(如悍趾裂纹)比在均匀应力场中同样缺陷的影响大。
 
 
焊接应力大大削弱构件的安全性能,因此应加强螺旋焊管焊缝的无损检测力度,确保焊接质量,否则在重要的钢结构场合不宜使用螺旋埋弧焊管。
 
 
4、材料强度对接头疲劳强度的影响
●  材料的疲劳强度随着材料本身抗拉强度的增加约以50%的比率增加;
●  接接头(对接、角接)的疲劳强度与材料本身的抗拉强度无关;
●  当接头疲劳寿命较短时,高强钢接头的疲劳强度高于低强钢接头的疲劳强度。
 
5、按疲劳破坏的原因分为:腐蚀疲劳;热疲劳;机械疲劳按应力大小和应力循环次数分为
●  低周高应变疲劳:作用的应力超过弹性范围,疲劳循环次数小于104~105
●  周低应力疲劳:公称循环应力小于材料的屈服极限,疲劳破坏的应力循环次数大于104~105
 
6、疲劳破坏及影响因素(疲劳裂纹形成过程):
●  疲劳形核:疲劳裂纹首先在应力最高、强度最弱的基体上形成。
●  扩展阶段;初始裂纹在交变载荷作用下,当裂纹尖端处在拉伸应力场时,由于裂纹尖端极大的应力集中,使该处晶粒发生滑移,裂纹张开,尖端向前延伸
●  瞬时断裂阶段:当疲劳裂纹扩展到材料的强度极限时,疲劳裂纹达到临界裂纹尺寸而产生瞬时断裂。
 
7、疲劳断口可分成三个区域:
●  疲劳裂纹源:肉眼可见晶粒的粗滑移。
●  劳裂纹扩展区:宏观有条带和贝壳状花纹,每一条辉纹代表一次应力(应变)循环及裂纹逐次向前推进的位置。对于高强钢来说,很难辨认明显的疲劳条纹
●  瞬时断裂区:一般呈粗晶状断口或出现放射棱线,外观与脆性失稳断裂相似。
 
8、焊接接头疲劳强度计算(疲劳设计方法分类):
●  许用应力设计法:把各种构件和接头试验疲劳强度除以特殊安全系数作为许用应力(疲劳极限、非破坏概率95%的2×106次疲劳强度等),使设计载荷引起应力最大值不超过其许用应力,从而确定构件断面尺寸设计方法。
●  安全寿命设计:传统疲劳设计方法都是安全寿命设计。所谓安全寿命指在某一环境下,在已知小于疲劳破坏许用应力的最大负载概率时工作的循环次数。由σ-N曲线获得σr,并利用σmax-σmin疲劳图进行设计。
 
 
 
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