学习情境1.5 焊接结构的疲劳破坏.ppt

* * * * * * * * 学习情境一 焊接结构件制造基础知识 一、疲劳的概念 二、影响焊接结构疲劳性能的因素 三、提高焊接结构疲劳强度的措施 焊接结构的疲劳破坏 学习情境1.5 疲劳的概念 是材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。 影响焊接结构疲劳性能的因素 ★应力集中和表面状态的影响 ★焊接残余应力的影响 ★焊接缺陷的影响 应力集中和表面状态的影响 构件上缺口越尖锐，应力集中越严重，疲劳强度降低也越大。焊接接头中，承载焊缝的缺口效应比非承载焊缝强烈。 应力集中的影响： 表面状态对疲劳强度的影响： 表面状态粗糙相当于存在很多微缺口，这些缺口的应力集中导致疲劳强度下降，表面越粗糙，疲劳强度降低的越严重。 图1 低、中、高强度结构钢焊接接头疲劳极限与应力比的关系 图2 低碳钢搭接接头疲劳极限对比 焊接残余应力的影响： 在残余拉应力区使平均应力增大，其工作应力有可能达到或超出疲劳极限而破坏，故对疲劳强度不利。 残余压应力对提高疲劳强度是有利的。 对于塑性材料，当循环特征应力比γ＜1时， 材料是先屈服后才疲劳破坏，这时残余应力 已不发生影响。 焊接缺陷的影响： 片状缺陷比带圆角的缺陷影响大； 表面缺陷比内部缺陷影响大； 与作用力方向垂直的片状缺陷的影响比其他方向的大； 位于残余拉应力场内的缺陷其影响比在残余压应力场内的大； 同样的缺陷，位于应力集中场内（如焊趾裂纹和根部裂纹）的影响比在均匀应力场中的影响大。 提高焊接结构疲劳强度的措施 ★降低应力集中 ★调整残余应力 ★改善材料的组织和性能 ★特殊保护措施 降低应力集中： （1）采用合理的结构形式 1)优先选用对接接头，尽量不用搭接接头。 2)尽量避免偏心受载的设计，使构件内力的传递流畅，分布均匀，不引起附加应力。 3)减小断面突变。 4)避免三向焊缝空间汇交，焊缝尽量不设置在应力集中区。 5)只能单面施焊的对接焊缝，在重要结构上不允许在背面放置永久性垫板，避免采用断续焊缝。 图3 典型结构设计比较 图4 典型结构设计比较 图5 典型结构设计比较 图6 典型结构设计比较 降低应力集中： （2）正确的焊缝形状和良好的焊缝内外质量 ◆对接接头焊缝的余高应尽可能小，焊后最好能刨（或磨）平而不留余高。 ◆T形接头最好采用带凹度表面的角焊缝，不用有凸度的角焊缝。 ◆焊缝与母材表面交界处的焊趾应平滑过渡，必要时对焊趾进行磨削或氩弧重熔，以降低该处的应力集中。 ◆在结构设计上要保证每条焊缝易于施焊，以减少焊接缺陷，同时发现超标的缺陷必须清除。 调整残余应力： 残余压应力可以提高焊接结构的疲劳强度，而拉应力降低疲劳强度。因此，若能调整焊接构件表面或应力集中处存在的残余压应力，就能提高焊接结构的疲劳强度。 通过调整施焊顺序、局部加热等都有可能获得有利于提高疲劳强度的残余应力场。 图7 工字梁对接焊的顺序 图8 节点板局部加热的残余应力 * * * *