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          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。


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          (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(jìn)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(dá)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(xì)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(hù)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(hù)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(jìn)方法。


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