提高焊接結構疲勞強度的措施

2021-01-17 焊接技術

提高焊接結構疲勞強度的措施


1）降低應力集中疲勞裂紋源在焊接接頭和結構上的應力集中點，消除或降低應力集中的一切手段，都可以提高結構的疲勞強度。


（1）採用合理的結構形式


①優先選用對接接頭，儘量不用搭接接頭；重要結構把T形接頭或角接接頭改成對接接頭，讓焊縫避開拐角部位；採用T形接頭或角接接頭時，希望採用全熔透的對接焊縫。

②儘量避免偏心受載的設計，使構件內力的傳遞流暢、分布均勻，不引起附加應力。

③減少斷面突變，當板厚或板寬相差懸殊而需對接時，應設計平緩的過渡區；結構上的尖角或拐角處應做成圓弧狀，其曲率半徑越大越好。


④避免三向焊縫空間匯交，焊縫儘量不設置在應力集中區，儘量不在主要受拉構件上設置橫向焊縫；不可避免時，一定要保證該焊縫的內外質量，減少焊趾處的應力集中。

⑤只能單面施焊的對接焊縫，在重要結構上不允許在背面放置永久性墊板；避免採用斷續焊縫，因為每段焊縫的始末端有較高的應力集中。


（2）正確的焊縫形狀和良好的焊縫內外質量


①對接接頭焊縫的餘高應儘可能小，焊後最好能刨（或磨）平而不留餘高；


②T形接頭最好採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，以降低該處的應力集中。


任何焊接缺陷都有不同程度的應力集中，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，在結構設計上要保證每條焊縫易於施焊，以減少焊接缺陷，同時發現超標的缺陷必須清除。


2）調整殘餘應力


構件表面或應力集中處存在的殘餘壓應力，就能提高焊接結構的疲勞強度。例如，通過調整施焊順序、局部加熱等都有可能獲得有利於提高疲勞強度的殘餘應力場。此外，還可以採取表面形變強化，如滾壓、錘壓或噴丸等工藝使金屬表麵塑性變形而硬化，並在表層產生殘餘壓應力，以達到提高疲勞強度的目的。


對有缺口的構件，採取一次性預超載拉伸，可以使缺口頂端得到殘餘壓應力。因為在彈性卸載後，缺口殘餘應力的符號總是與（彈塑性）加載時缺口應力的符號相反。此方法不宜用彎曲超載或多次拉伸加載。它常與結構驗收試驗結合，如壓力容器做水壓試驗時，能起到預超載拉伸作用。


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從材料的內在質量考慮。應提高材料的冶金質量，減少其中的夾雜物。重要構件可採用真空熔煉、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，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，削減應力峰值，使高應力重新分布，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揮。所以對於高強度鋼和超高強度鋼，設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


大氣介質侵蝕往往對材料的疲勞強度有影響，因此，採用一定的保護塗層是有利的。例如在應力集中處塗上含填料的塑料層是一種實用的改進方法。


主營：檢驗，檢測，認證，培訓，技術服務

✴ASME BPVC IX焊接工藝評定及焊工資質認定

✴功能安全SIL認證

✴AWS/ISO/ASME/EN焊接標準培訓

✴材料理化試驗、腐蝕試驗（HIC、SSC）材料失效分析、裂紋尖端張開位移（CTOD）

✴AIAG-CQI-9持續質量改進（熱處理系統評估）、CQI-15（焊接系統評估）

✴ISO 3834焊接體系認證（ISO 3834-1/-2/-3/-4/-5）、EN 1090 鋼結構和鋁結構的施      工、EN 15085軌道車輛和車輛部件的焊接體系認證

✴ISO 15614焊接工藝評定/ISO 9606歐標焊工資質認定/ISO 14732焊接操作工技能評        定/ISO 14555金屬材料電弧螺柱焊工藝評定及焊工資質認定

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