焊接知識課堂：提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞強度的措施
作者：小編 時間：2025/4/7 9:17:56
提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞強度的措施
1）降低應(yīng)力集中疲勞裂紋源在焊接接頭和結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力集中點，消除或降低應(yīng)力集中的一切手段，都可以提高結(jié)構(gòu)的疲勞強度。
（1）采用合理的結(jié)構(gòu)形式
①優(yōu)先選用對接接頭，盡量不用搭接接頭；重要結(jié)構(gòu)把T形接頭或角接接頭改成對接接頭，讓焊縫避開拐角部位；采用T形接頭或角接接頭時，希望采用全熔透的對接焊縫。
②盡量避免偏心受載的設(shè)計，使構(gòu)件內(nèi)力的傳遞流暢、分布均勻，不引起附加應(yīng)力。
③減少斷面突變，當(dāng)板厚或板寬相差懸殊而需對接時，應(yīng)設(shè)計平緩的過渡區(qū)；結(jié)構(gòu)上的尖角或拐角處應(yīng)做成圓弧狀，其曲率半徑越大越好。
④避免三向焊縫空間匯交，焊縫盡量不設(shè)置在應(yīng)力集中區(qū)，盡量不在主要受拉構(gòu)件上設(shè)置橫向焊縫；不可避免時，一定要保證該焊縫的內(nèi)外質(zhì)量，減少焊趾處的應(yīng)力集中。
⑤只能單面施焊的對接焊縫，在重要結(jié)構(gòu)上不允許在背面放置永久性墊板；避免采用斷續(xù)焊縫，因為每段焊縫的始末端有較高的應(yīng)力集中。
（2）正確的焊縫形狀和良好的焊縫內(nèi)外質(zhì)量
①對接接頭焊縫的余高應(yīng)盡可能小，焊后最好能刨（或磨）平而不留余高；
②T形接頭最好采用帶凹度表面的角焊縫，不用有凸度的角焊縫；
③焊縫與母材表面交界處的焊趾應(yīng)平滑過渡，必要時對焊趾進行磨削或氬弧重熔，以降低該處的應(yīng)力集中。
任何焊接缺陷都有不同程度的應(yīng)力集中，尤其是片狀焊接缺陷，如裂紋、未焊透、未熔合和咬邊等對疲勞強度影響最大。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上要保證每條焊縫易于施焊，以減少焊接缺陷，同時發(fā)現(xiàn)超標(biāo)的缺陷必須清除。
2）調(diào)整殘余應(yīng)力
構(gòu)件表面或應(yīng)力集中處存在的殘余壓應(yīng)力，就能提高焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強度。例如，通過調(diào)整施焊順序、局部加熱等都有可能獲得有利于提高疲勞強度的殘余應(yīng)力場。此外，還可以采取表面形變強化，如滾壓、錘壓或噴丸等工藝使金屬表面塑性變形而硬化，并在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以達到提高疲勞強度的目的。
對有缺口的構(gòu)件，采取一次性預(yù)超載拉伸，可以使缺口頂端得到殘余壓應(yīng)力。因為在彈性卸載后，缺口殘余應(yīng)力的符號總是與（彈塑性）加載時缺口應(yīng)力的符號相反。此方法不宜用彎曲超載或多次拉伸加載。它常與結(jié)構(gòu)驗收試驗結(jié)合，如壓力容器做水壓試驗時，能起到預(yù)超載拉伸作用。
3）改善材料的組織和性能
首先，提高母材金屬和焊縫金屬的疲勞強度還應(yīng)從材料的內(nèi)在質(zhì)量考慮。應(yīng)提高材料的冶金質(zhì)量，減少其中的夾雜物。重要構(gòu)件可采用真空熔煉、真空除氣、甚至電渣重熔等冶煉工藝的材料，以保證純度；在室溫下細化晶粒鋼可提高疲勞壽命；通過熱處理可以獲得最佳的組織狀態(tài)，在提高強度的同時，也能提高其塑性和韌性；回火馬氏體、低碳馬氏體和下貝氏體等組織都具有較高的抗疲勞能力。其次，強度、塑性和韌性應(yīng)合理配合。強度是材料抵抗斷裂的能力，但高強度材料對缺口敏感。塑性的主要作用是通過塑性變形，可吸收變形功，削減應(yīng)力峰值，使高應(yīng)力重新分布，同時也使缺口和裂紋尖端得以鈍化，裂紋的擴展得到緩和甚至停止。塑性能保證強度作用充分發(fā)揮。所以對于高強度鋼和超高強度鋼，設(shè)法提高一點塑性和韌性，將顯著改善其抗疲勞能力。
4）特殊保護措施
大氣介質(zhì)侵蝕往往對材料的疲勞強度有影響，因此，采用一定的保護涂層是有利的。例如在應(yīng)力集中處涂上含填料的塑料層是一種實用的改進方法。
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