焊接工程学(第九章)

1、四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第九章四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第一节 疲劳断裂的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第一节 疲劳断裂的基本概念 疲劳疲劳构件在交变应力的作用下，经过足够的应力构件在交变应力的作用下，经过足够的应力循环后

2、形成裂纹或完全断裂时，材料中所发循环后形成裂纹或完全断裂时，材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程生的局部永久结构变化的发展过程u 疲劳是一个随时间变化的发展过程，也是在疲劳是一个随时间变化的发展过程，也是在交变应力的作用下损伤不断形成和积累的过程。交变应力的作用下损伤不断形成和积累的过程。当裂纹扩展至临界尺寸时，就会很快导致断裂当裂纹扩展至临界尺寸时，就会很快导致断裂四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 一般而言，裂纹起源于构件表面的缺陷处和高应力区。在循一般而言，裂纹起源于构

3、件表面的缺陷处和高应力区。在循环载荷的作用下，裂纹上下表面不断地开闭，相互摩擦并由环载荷的作用下，裂纹上下表面不断地开闭，相互摩擦并由于交变载荷或腐蚀环境的作用，裂纹将以不同的速率扩展并于交变载荷或腐蚀环境的作用，裂纹将以不同的速率扩展并发生形状的改变，从而在断口上形成疲劳裂纹扩展区的发生形状的改变，从而在断口上形成疲劳裂纹扩展区的“海海滩条带滩条带”。当裂纹扩展至临界尺寸以上时，就会产生断裂，。当裂纹扩展至临界尺寸以上时，就会产生断裂，并在断口上形成较为粗糙的断裂破坏区并在断口上形成较为粗糙的断裂破坏区光滑的疲劳光滑的疲劳裂纹扩展区裂纹扩展区粗糙的断粗糙的断裂破坏区裂破坏区构件在发生疲劳破坏

4、时，其断口有两个明显的特征区域：构件在发生疲劳破坏时，其断口有两个明显的特征区域：第一节 疲劳断裂的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第二节 疲劳破坏机理四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第二节 疲劳破坏机理1. 疲劳裂纹萌生机理疲劳裂纹成核或萌生有两种可能来源：疲劳裂纹成核或萌生有两种可能来源：12当材料内部有当材料内部有缺陷、夹杂或缺陷、夹杂或其它应力集

5、中其它应力集中源时，裂纹可源时，裂纹可能在此处形核能在此处形核构件表面的应力构件表面的应力一般较高，且易一般较高，且易出现加工痕迹等出现加工痕迹等缺陷，也容易成缺陷，也容易成为裂纹萌生的来为裂纹萌生的来源源四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛金属中的粗滑移和细滑移 绝大多数材料均为多晶体，其晶粒中的原子按一定的有序绝大多数材料均为多晶体，其晶粒中的原子按一定的有序形式排列。其中，某些晶粒的方位可能正好使晶粒内容易形式排列。其中，某些晶粒的方位可能正好使晶粒内容易发生滑移的平面与外部

6、施加的剪应力方向一致，此时在晶发生滑移的平面与外部施加的剪应力方向一致，此时在晶粒内就会出现一个或多个平面发生滑移的情况，既可能出粒内就会出现一个或多个平面发生滑移的情况，既可能出现在高应力循环载荷下的粗滑移，又可能出现在低应力循现在高应力循环载荷下的粗滑移，又可能出现在低应力循环载荷下的细滑移环载荷下的细滑移第二节 疲劳破坏机理四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛滑移后在材料中形成的裂纹 材料中的滑移主要由材料中的滑移主要由切应力控制。在循环切应力控制。在循环载荷的作用下，切应载

7、荷的作用下，切应力越大，循环次数越力越大，循环次数越多，滑移就越严重。多，滑移就越严重。滑移后，在材料表面滑移后，在材料表面将形成滑移的挤出带将形成滑移的挤出带和凹入带。在凹入处和凹入带。在凹入处将形成应力集中，成将形成应力集中，成为为裂纹萌生的起源裂纹萌生的起源第二节 疲劳破坏机理四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛2. 疲劳裂纹扩展机理疲劳裂纹扩展阶段疲劳裂纹在表面处形核，由最大切疲劳裂纹在表面处形核，由最大切应力控制，并在与外力成应力控制，并在与外力成45角的角的切应力方向上

8、形成微裂纹。在循环切应力方向上形成微裂纹。在循环载荷的作用下，这些微裂纹将扩展载荷的作用下，这些微裂纹将扩展并连接，当其长度达到几十微米后，并连接，当其长度达到几十微米后，其方向将逐渐偏离到与外力垂直的其方向将逐渐偏离到与外力垂直的平面内，使裂纹从第一阶段扩展向平面内，使裂纹从第一阶段扩展向第二阶段扩展转变第二阶段扩展转变第二节 疲劳破坏机理四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 在疲劳裂纹扩展的第一阶段，一般只有一个裂纹在疲劳裂纹扩展的第一阶段，一般只有一个裂纹会继续扩展；在第一阶

9、段向第二阶段转变时，其会继续扩展；在第一阶段向第二阶段转变时，其裂纹长度通常只有几个晶粒的大小裂纹长度通常只有几个晶粒的大小 第二阶段是裂纹由几个晶粒大小扩展到临界裂纹第二阶段是裂纹由几个晶粒大小扩展到临界裂纹尺寸（尺寸（af），该阶段的裂纹扩展称为疲劳裂纹的亚），该阶段的裂纹扩展称为疲劳裂纹的亚临界扩展或稳定扩展临界扩展或稳定扩展第二节 疲劳破坏机理四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 塑性钝化模型 Laird关于疲劳裂纹扩展的关于疲劳裂纹扩展的“塑性钝化模型塑性钝化模型”： 每

10、一循环开始时，应力为零，每一循环开始时，应力为零，裂纹处于闭合状态，如裂纹处于闭合状态，如图图a; 当拉应力增大时，裂纹张开，当拉应力增大时，裂纹张开，在裂纹尖端沿最大切应力方向在裂纹尖端沿最大切应力方向将产生滑移，如将产生滑移，如图图b； 拉应力增大到最大值时，裂纹拉应力增大到最大值时，裂纹进一步张开，滑移进一步加大进一步张开，滑移进一步加大就会使裂纹尖端产生塑形变形就会使裂纹尖端产生塑形变形，塑性变形的结果使裂纹尖端，塑性变形的结果使裂纹尖端产生钝化，如产生钝化，如图图c；第二节 疲劳破坏机理四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and

11、Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛塑性钝化模型 裂纹尖端钝化后，应力集裂纹尖端钝化后，应力集中减小，裂纹停止扩展。中减小，裂纹停止扩展。卸载时，拉应力减小，裂卸载时，拉应力减小，裂纹逐渐闭合，裂纹尖端滑纹逐渐闭合，裂纹尖端滑移方向改变，如移方向改变，如图图d； 当应力变为压应力时，裂当应力变为压应力时，裂纹闭合，裂纹尖端锐化，纹闭合，裂纹尖端锐化，又回复到以前的状态，又回复到以前的状态， 但但长度已经增加了长度已经增加了，如，如图图e，并在断口上留下了，并在断口上留下了一条疲劳条纹。一条疲劳条纹。第二节 疲劳破坏机理四川大学制造科学与工程学院School of Manufac

12、turing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 铝合金中的疲劳条纹 疲劳条纹数与应力循疲劳条纹数与应力循环一一对应，每一个环一一对应，每一个疲劳条纹都是在一个疲劳条纹都是在一个应力循环内形成的，应力循环内形成的，但不是每一次应力循但不是每一次应力循环都一定形成一条疲环都一定形成一条疲劳条纹，有的循环并劳条纹，有的循环并不引起裂纹扩展不引起裂纹扩展第二节 疲劳破坏机理四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 疲劳条纹与海滩条带的区别：疲劳条纹与

13、海滩条带的区别：疲劳条纹是一种尺疲劳条纹是一种尺寸较小的微观裂纹，必须借助于高倍显微镜才能寸较小的微观裂纹，必须借助于高倍显微镜才能观察；海滩条带则为尺寸较大的宏观裂纹，用低观察；海滩条带则为尺寸较大的宏观裂纹，用低倍显微镜甚至肉眼就可观察到倍显微镜甚至肉眼就可观察到 对于高强度材料或脆性材料，微裂纹常直接在夹对于高强度材料或脆性材料，微裂纹常直接在夹杂或空洞处出现，然后在最大拉应力面内扩展。杂或空洞处出现，然后在最大拉应力面内扩展。 当裂纹扩展到某临界长度时，将发生不稳定扩展当裂纹扩展到某临界长度时，将发生不稳定扩展而迅速导致断裂，该阶段为失稳扩展或瞬断阶段而迅速导致断裂，该阶段为失稳扩展或

14、瞬断阶段第二节 疲劳破坏机理四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第三节 疲劳断裂力学的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第三节 疲劳断裂力学的基本概念亚临界裂纹扩展与临界裂纹尺寸1. 裂纹的亚临界扩展对于一个含有初始裂纹对于一个含有初始裂纹a0的构件，当承受静载的构件，当承受静载荷时，只有当其应力达荷时，只有当其应力达到临界应力到临界应力c，即当裂，即当裂纹尖

15、端的应力强度因子纹尖端的应力强度因子达到临界值达到临界值K1c时，才时，才会发生失稳破坏会发生失稳破坏四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛亚临界裂纹扩展与临界裂纹尺寸 假设构件承受一个低于假设构件承受一个低于c但又足够大的循环应但又足够大的循环应力，则该初始裂纹力，则该初始裂纹a0便便会发生缓慢扩展，当达会发生缓慢扩展，当达到临界裂纹尺寸时，就到临界裂纹尺寸时，就会使构件发生破坏会使构件发生破坏 裂纹在循环应力的作用裂纹在循环应力的作用下，由初始裂纹下，由初始裂纹a0扩展扩展到临界

16、值到临界值ac时的过程，时的过程，即为疲劳裂纹的亚临界即为疲劳裂纹的亚临界扩展阶段扩展阶段第三节 疲劳断裂力学的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 一般情况下，裂纹扩展速率可由下式表示：一般情况下，裂纹扩展速率可由下式表示： da / dN= f (、a、c) 式中，式中，N-循环应力；循环应力；-应力；应力； a-裂纹长度；裂纹长度； c-与材料与材料有关的常数有关的常数 帕瑞斯指出，应力强度因子帕瑞斯指出，应力强度因子K是控制裂纹扩展速率的重要是控制裂纹扩展速率的重要

17、参量，并提出裂纹扩展的经验公式为：参量，并提出裂纹扩展的经验公式为： da / dN= C(K) n 式中，式中，K为应力强度因子幅度为应力强度因子幅度Kmax-Kmin；C和和n是由是由材料决定的常数材料决定的常数第三节 疲劳断裂力学的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 帕瑞斯公式存在两个明显的缺点：帕瑞斯公式存在两个明显的缺点：首先首先，未考虑平均应力，未考虑平均应力对对da / dN的影响；的影响；其次其次，未考虑当裂纹尖端的应力强度因，未考虑当裂纹尖端的应力强度因

18、子趋于临界值子趋于临界值K1c时，裂纹的加速扩展效应时，裂纹的加速扩展效应 为此，福曼提出了如下的修正公式：为此，福曼提出了如下的修正公式： da/dN= C(K) n /（1-r）K1c -K 式中，式中，r表示平均作用应力的循环特性表示平均作用应力的循环特性第三节 疲劳断裂力学的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛铝合金的da / dN K 关系曲线 左图为铝合金在不同的循环左图为铝合金在不同的循环特性特性r的条件下，的条件下， da / dN K 的关系。可见，在同一

19、的关系。可见，在同一K值时，平均应力值时，平均应力r值越值越高，裂纹扩展速率也越高高，裂纹扩展速率也越高第三节 疲劳断裂力学的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 福曼公式中，由于高韧性材料的临界应力强度因子福曼公式中，由于高韧性材料的临界应力强度因子K1c很难很难测出，故福曼公式难以描述高韧性材料的裂纹扩展规律。测出，故福曼公式难以描述高韧性材料的裂纹扩展规律。为此，华格提出了如下的裂纹扩展公式：为此，华格提出了如下的裂纹扩展公式： da / dN= CKmax(1-r)

20、mn m、n、c为与材料和介质有关的常数。为与材料和介质有关的常数。Kmax(1-r)m为有为有效应力强度因子。效应力强度因子。m=1时，该公式与帕瑞斯公式完全一致时，该公式与帕瑞斯公式完全一致第三节 疲劳断裂力学的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 分别用福曼公式和华格公式处理的铝合金的da / dN -K 关系曲线第三节 疲劳断裂力学的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工

21、程学焊接工程学楊楊 剛剛2. 疲劳裂纹的扩展特性试验表明，绝大多数材料的指数试验表明，绝大多数材料的指数m=2-4，n=2-7。金。金属材料的属材料的da / dN K关系在双对数坐标上表现为关系在双对数坐标上表现为并非一条直线，而是由四条不同斜率的线段组成：并非一条直线，而是由四条不同斜率的线段组成：第一条线段：第一条线段：当应力强度因子幅度小于某一界限值当应力强度因子幅度小于某一界限值K th时，裂纹不发生扩展；当外加应力强度因子幅时，裂纹不发生扩展；当外加应力强度因子幅度达到度达到K th后，裂纹扩展速率急速上升，几乎与纵后，裂纹扩展速率急速上升，几乎与纵坐标平行。将坐标平行。将K th

22、定义为定义为应力强度因子的门槛值应力强度因子的门槛值第三节 疲劳断裂力学的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛金属材料的da / dN K在双对数坐标上的关系 第二条线段：第二条线段：稍微增加稍微增加K 值，值， da / dN K 关系呈指关系呈指数数n1变化，在断口上表现为变化，在断口上表现为此扩展阶段为平断口，与外此扩展阶段为平断口，与外力成力成90，为穿晶断裂，有，为穿晶断裂，有典型的疲劳辉纹典型的疲劳辉纹 第三条线段：第三条线段：继续增加继续增加K时，出现斜率转折

23、点，测得时，出现斜率转折点，测得该点的裂纹扩展速率为该点的裂纹扩展速率为10-3 10-4 mm/次，线段的斜率降次，线段的斜率降为为n2 ，该阶段的断口为与外，该阶段的断口为与外力成力成45的切变斜断口，为的切变斜断口，为解理断裂与疲劳断裂的混合解理断裂与疲劳断裂的混合第三节 疲劳断裂力学的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛金属材料的da / dN K在双对数坐标上的关系 继续增加继续增加K，当，当Kmax逐渐达逐渐达到材料的到材料的K1c时，将出现裂纹扩时，将出现裂纹

24、扩展速度加速的第二转折点，此展速度加速的第二转折点，此后斜率将大增，在此阶段宏观后斜率将大增，在此阶段宏观断口为全切变断口断口为全切变断口 研究表明，各种材料的疲劳裂研究表明，各种材料的疲劳裂纹扩展速度加速转变点，几乎纹扩展速度加速转变点，几乎均在一恒定的裂纹张开位移幅均在一恒定的裂纹张开位移幅度下发生，即第二转折点的度下发生，即第二转折点的t=3.9610-2mm第三节 疲劳断裂力学的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 对于发生在高应力、低循环、高扩展速率的高对于发生在

25、高应力、低循环、高扩展速率的高应变循环疲劳（即低循环疲劳或塑性疲劳），应变循环疲劳（即低循环疲劳或塑性疲劳），此时应控制材料的应变幅值，而非应力此时应控制材料的应变幅值，而非应力 如果用裂纹尖端的张开位移来描述此时的裂纹如果用裂纹尖端的张开位移来描述此时的裂纹扩展规律，则可表示为：扩展规律，则可表示为： da / dN= C(t)m 可见，裂纹尖端的张开位移幅度可见，裂纹尖端的张开位移幅度t是影响裂纹是影响裂纹扩展速度的主要参量扩展速度的主要参量第三节 疲劳断裂力学的基本概念四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering

26、焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第四节 1. 应力集中的影响焊接构件由于焊接构件由于几何不连续、几何不连续、材料成分不均材料成分不均匀或加工形成匀或加工形成的缺陷等原因的缺陷等原因使构件内使构件内出现应力出现应力集中集中降低了构降低了构件的疲劳件的疲劳强度强度 应力集中程度用应力集中系数应力集中程度用应力集中系数KT表示表示四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineerin

27、g焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛对接焊缝的断裂部位1接头形式引起应力集中接头形式引起应力集中的影响的影响 在对接接头中，对于质量良好的具在对接接头中，对于质量良好的具有一定量余高的焊缝，主要应力集有一定量余高的焊缝，主要应力集中点发生在焊趾处。裂纹可在焊缝中点发生在焊趾处。裂纹可在焊缝或热影响区内形成，然后向基体金或热影响区内形成，然后向基体金属或焊缝金属内扩展属或焊缝金属内扩展 由于应力集中系数的不同，对接焊由于应力集中系数的不同，对接焊缝的形状对于接头的疲劳强度影响缝的形状对于接头的疲劳强度影响最大最大 第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Sc

28、ience and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛焊缝余高对疲劳强度的影响 a、过渡角的影响、过渡角的影响 左图为材料的疲劳强度与焊左图为材料的疲劳强度与焊缝金属过渡角的关系。若焊缝金属过渡角的关系。若焊缝宽度缝宽度W和高度和高度h变化，但变化，但h/W比值保持不变，即过渡比值保持不变，即过渡角保持不变，此时疲劳强度角保持不变，此时疲劳强度保持不变；若保持不变；若W不变，不变，h变变化，则化，则h增加，疲劳强度降增加，疲劳强度降低，原因是过渡角增加低，原因是过渡角增加第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and

29、Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛焊缝过渡半径、过渡角对疲劳强度的影响 b、焊缝金属过渡半径的、焊缝金属过渡半径的影响影响 随着焊缝金属过渡半径随着焊缝金属过渡半径R的增加，接头的疲劳强度的增加，接头的疲劳强度增加；过渡角增加；过渡角越大，疲劳越大，疲劳强度下降越大强度下降越大第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 c、机加工的影响、机加工的影响 若对焊缝表面进行机械加工，焊缝的应力若对焊缝表面进行机械加工，焊缝的应力集中程度将大大减小，对接接头的疲劳强集中

30、程度将大大减小，对接接头的疲劳强度将相应提高度将相应提高 由于机械加工使成本提高，故只有确实需由于机械加工使成本提高，故只有确实需要时，才宜采用机加工。当焊缝有严重缺要时，才宜采用机加工。当焊缝有严重缺陷时，由于有高度的应力集中，此时采用陷时，由于有高度的应力集中，此时采用机加工则毫无意义机加工则毫无意义 第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛角焊缝和极限尺寸 对于十字接头或对于十字接头或T形接头，由于形接头，由于在焊缝向基体金属过渡处具有在焊缝向基体金属过渡处具有明显的截面

31、变化，故其应力集明显的截面变化，故其应力集中系数较高。对于未开坡口或中系数较高。对于未开坡口或未焊透的接头，其疲劳断裂易未焊透的接头，其疲劳断裂易出现在两个薄弱环节：基体金出现在两个薄弱环节：基体金属与焊缝趾端的交界处或焊缝属与焊缝趾端的交界处或焊缝上。当焊缝的厚度上。当焊缝的厚度a与板厚与板厚B之之比比a/B0.60.7时，一般断于焊时，一般断于焊缝处；当缝处；当a/B0.7时，一般断于时，一般断于焊趾处焊趾处第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛不承受载荷的十字接头和T形

32、接头的疲劳强度对于开坡口并焊透的十字接头或对于开坡口并焊透的十字接头或T形接头，断裂一般只发生在焊形接头，断裂一般只发生在焊趾处，而非焊缝处趾处，而非焊缝处提高十字接头或提高十字接头或T形接头疲劳强形接头疲劳强度的根本措施是开坡口焊接，并度的根本措施是开坡口焊接，并加工焊缝过渡处使之圆滑过渡，加工焊缝过渡处使之圆滑过渡，就可大幅度提高接头的疲劳强度就可大幅度提高接头的疲劳强度当不承受工作应力时，当不承受工作应力时， T形接头形接头的疲劳强度一般高于十字接头的疲劳强度一般高于十字接头第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engi

33、neering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛未焊透对接头疲劳强度的影响 构件未焊透时构件未焊透时将削弱截面积将削弱截面积和引起应力集和引起应力集中，是疲劳裂中，是疲劳裂纹主要的萌生纹主要的萌生来源来源2缺陷引起应力集中的影响缺陷引起应力集中的影响a a 裂纹裂纹 焊缝中的冷、焊缝中的冷、热裂纹是严重热裂纹是严重的应力集中源的应力集中源，会大幅度降，会大幅度降低结构或接头低结构或接头的疲劳强度的疲劳强度b b 未焊透未焊透第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 c c 气孔气孔

34、 由于气孔减少了截面尺寸，故焊接接头中随气孔由于气孔减少了截面尺寸，故焊接接头中随气孔的增加，接头的疲劳强度下降。同时，气孔是应的增加，接头的疲劳强度下降。同时，气孔是应力集中源，易成为疲劳裂纹的起裂点力集中源，易成为疲劳裂纹的起裂点 研究表明，气孔的位置对接头疲劳强度的影响比研究表明，气孔的位置对接头疲劳强度的影响比其尺寸影响更大。当气孔处于构件表面或表层下其尺寸影响更大。当气孔处于构件表面或表层下时，其不利影响最大时，其不利影响最大第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛

35、一般而言，构件中的表面缺陷比内部缺陷影响一般而言，构件中的表面缺陷比内部缺陷影响大；与作用力方向垂直的面状缺陷比其它方向大；与作用力方向垂直的面状缺陷比其它方向缺陷的影响大；位于残余拉应力区内的缺陷比缺陷的影响大；位于残余拉应力区内的缺陷比残余压应力区缺陷的影响大；位于应力集中区残余压应力区缺陷的影响大；位于应力集中区内的缺陷比均匀应力场中同样的缺陷影响大内的缺陷比均匀应力场中同样的缺陷影响大第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛2. 残余应力的影响疲劳强度与m、a的关系右图

36、为构件在不同的平均右图为构件在不同的平均应力应力m时的极限应力振幅时的极限应力振幅值值a的疲劳图。当构件中的疲劳图。当构件中的应力振幅值大于极限幅的应力振幅值大于极限幅值时，构件将发生疲劳破值时，构件将发生疲劳破坏。随着坏。随着m的增加，极限的增加，极限应力幅值降低应力幅值降低第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛不同焊接次序对疲劳强度的影响 试验表明，焊接次序不同，试验表明，焊接次序不同，构件的焊接应力也不同。如构件的焊接应力也不同。如左图，第一组试样先纵向焊左图，第一组试

37、样先纵向焊接，后横向焊接；第二组试接，后横向焊接；第二组试样先横向焊接，后纵向焊接样先横向焊接，后纵向焊接。在焊缝交叉处，第一组试。在焊缝交叉处，第一组试样的拉伸焊接应力低于第二样的拉伸焊接应力低于第二组，即组，即第一组的疲劳强度高第一组的疲劳强度高于第二组于第二组第四节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛热处理对疲劳强度的影响1-焊态；2-焊后热处理 构件焊接后进行构件焊接后进行热处理可消除应热处理可消除应力，有利于疲劳力，有利于疲劳强度的提高强度的提高第四节 四川大学制造科学

38、与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第五节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第五节 1. 降低应力集中结构合理设计，结构合理设计，减少应力集中，减少应力集中，提高疲劳强度提高疲劳强度尽量选用应力集中尽量选用应力集中系数小的焊接接头，系数小的焊接接头，如采用对接接头等如采用对接接头等在对接焊缝中，应保证基体金属与焊缝之在对接焊缝中，应保证基体金属与焊缝之间平滑过渡，并对过渡区进行机械

39、打磨间平滑过渡，并对过渡区进行机械打磨AB四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛不合理的对接焊缝 对接焊缝中，当联接件的接头形状突然改变时，端对接焊缝中，当联接件的接头形状突然改变时，端部易存在严重的应力集中，从而部易存在严重的应力集中，从而产生疲劳裂纹产生疲劳裂纹第五节 四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 C 当采用角焊缝时，需采取综合措施来降低应力集当采用角焊缝时，需采取综合措施来降低应力集中并消除残余应力的不利影响，以提高接头的疲劳中并消除残余应力的不利影响，以提高接头的疲劳强度。如：对焊缝端部进行机械加工；合理选择角强度。如：对焊缝端部进行机械加工；合理选择角接板形状；保证焊缝根部熔透等接板形状；保证焊缝根部熔透等D 采用机械加工，消