影响焊接结构疲劳强度的因素清单.docx
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1、影响焊接结构疲劳强度的因素清单目录1 .焊接结构的疲劳断裂:12 .焊接缺陷引起的应力集中:23 .按疲劳破坏的原因分为:23.1.疲劳破坏的原因划分23.2.材料强度对接头疲劳强度的影响:23.3.焊接缺陷其它因素对接头疲劳强度的影响:33.4.疲劳破坏及影响因素(疲劳裂纹形成过程):33.5.疲劳断口可分成三个区域:33.6.焊接接头疲劳强度计算(疲劳设计方法分类):33.7.静载强度对焊接结构疲劳强度的影响34.应力集中对疲劳强度的影响44.1.接头类型的影响44.2.焊缝形状的影响54.3.焊接缺陷的影响65.焊接残余应力对疲劳强度的影响71 .焊接结构的疲劳断裂:疲劳断裂是指机件在变
2、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;断裂部位无宏观塑性变形;断裂呈突发性,没有预先征兆;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金属材料内部组织首先在局部区域发生变化并受到损伤;损伤逐渐积累,并到一定程度后发生疲劳断裂;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:焊接缺陷一一应力集中
3、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)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2X106循环寿命的疲劳强度下降了55%65%.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:表面缺陷(单面焊缝);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.按疲劳破坏的原因分为:3.1. 疲劳破坏的原因划分腐蚀疲劳;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
4、超过弹性范围,疲劳循环次数小于IO4-IO5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IO4-IO53. 2.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。3. 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
5、影响大。3. 4.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。3. 5.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
6、失稳断裂相似。3. 6.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2X105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。-N曲线获得。r,并利用。maxomin疲劳图进行设计。3. 7.静载强度对焊接结构疲劳强度的影响在钢铁材料的研究中,人们总是希望材料具有较高的比强度,即以较轻的自身重量去承担较大的负载重量,因为
7、相同重量的结构可以具有极大的承载能力;或是同样的承载能力可以减轻自身的重量。所以高强钢应运而生,也具有较高的疲劳强度,基本金属的疲劳强度总是随着静载强度的增加而提高。但是对于焊接结构来说,情况就不一样了,因为焊接接头的疲劳强度与母材静强度、焊缝金属静强度、热影响区的组织性能以及焊缝金属强度匹配没有多大的关系,也就是说只要焊接接头的细节一样,高强钢和低碳钢的疲劳强度是一样的,具有同样的S-N曲线,这个规律适合对接接头、角接接头和焊接梁等各种接头型式。Maddox研究了屈服点在386636MPa的碳铺钢和用6种焊条施焊的焊缝金属和热影响区的疲劳裂纹扩展情况,结果表明:材料的力学性能对裂纹扩展速率有
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