影響鉆桿焊接接頭疲勞強度的四大主要因素分析

發(fā)布時間：

2021-10-18

影響基本金屬疲勞強度的因素(例如應力集中、截面尺寸、表面狀態(tài)、加載情況、介質(zhì)等)同樣對焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強度有影響。除此以外焊接結(jié)構(gòu)本身的一些特點，例如接頭部位近縫區(qū)性能的改變，焊接殘余應力等也可能對焊接結(jié)構(gòu)疲勞強度發(fā)生影響。弄清這些因素的具體影響，對提高焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強度是有益的。下面分別探討這些因素的影響情況。

1、應力集中的影響

焊接結(jié)構(gòu)中，在接頭部位由于具有不同的應力集中，它們對接頭的疲勞強度發(fā)生程度不同的不利影響。

① 對接焊縫：應力集中比其它形式接頭要小，但余高和θ↑——應力集中↑——接頭的疲勞強度↓。若對焊縫表面進行機械加工，應力集中程度將大大減小，對接接頭的疲勞強度也相應提高。

② 丁字和十字接頭：應力集中系數(shù)＞對接接頭的應力集中系數(shù)。因此丁字和十字接頭的疲勞強度遠低于對接接頭。

提高丁字和十字接頭疲勞強度的根本措施是開坡口焊接和加工焊縫過渡區(qū)使之圓滑過渡；
丁字形接頭和經(jīng)過機械加工的接頭具有較高的疲勞強度：而十字接頭和未經(jīng)加工的接頭的疲勞強度較低。這是因為不對稱的丁字接頭上有一個偏心力矩降低了過渡區(qū)的應力，它的應力集中比對稱的十字接頭低。

③ 僅有側(cè)面焊縫的搭接接頭，其疲勞強度最低（只達到基本金屬的34％）。

④ 采用所謂“加強”蓋板的對接接頭是極不合理的：試驗結(jié)果表明，在這種情況下，疲勞強度較高的對接接頭被大大地削弱了。

2、近縫區(qū)金屬性能變化的影響

① 低碳鋼和低合金鋼的近縫區(qū)金屬機械性能的變化對接頭的疲勞強度影響較小。

② 高強鋼焊接時，近縫區(qū)金屬性能變化的影響取決于接頭的匹配性：

對于高組配即軟夾硬的焊接接頭，力學性能不均勻性對于接頭的疲勞強度基本上沒有影響，此時接頭的疲勞強度取決于較軟的基本金屬。
對于高組配硬夾軟接頭中的軟夾層中有嚴重的應力集中因素時，此時接頭的疲勞強度大大降低，其數(shù)值取決于這個軟區(qū)本身的力學性能。

3、殘余應力的影響

焊接殘余應力對于結(jié)構(gòu)疲勞強度的影響是人們廣泛關心的問題。對于這個問題人們進行了大量試驗研究工作。試驗往往采用有焊接應力的試樣與經(jīng)過熱處理消除內(nèi)應力后的試樣進行疲勞試驗作對比。由于焊接殘余應力的產(chǎn)生往往伴隨著焊接熱循環(huán)引起的材料性能的變化，而熱處理在消除內(nèi)應力的同時也恢復或部分恢復了材料的性能。因此，對于試驗的結(jié)果就產(chǎn)生了不同的解釋；對內(nèi)應力的影響也有了不同的評價。

消除內(nèi)應力后的試樣疲勞強度均高于末熱處理的，內(nèi)應力的影響在應力集中較高對更大。

4、缺陷的影響

焊接缺陷對疲勞強度的影響大小與缺陷的種類、尺寸、方向和位臵有關。

片狀缺陷(如裂紋、未熔合、末焊透)的影響＞帶圓角的缺陷(如氣孔等)影響；
表面缺陷的影響＞內(nèi)部缺陷；
與作用力方向垂直的片狀缺陷的影響＞其它方向的影響；
位于殘余拉應力場內(nèi)的缺陷的影響＞殘余壓應力區(qū)內(nèi)的缺陷的影響；
位于應力集中區(qū)的缺陷(如焊縫趾部裂紋)的影響＞在均勻應力場中同樣缺陷影響。
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