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焊接強(qiáng)度拉力試驗(yàn)機(jī)簡(jiǎn)析影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素清單
1、焊接結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂:
● 疲勞斷裂是指機(jī)件在變動(dòng)載荷下經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)生的失效現(xiàn)象
● 疲勞斷裂呈低應(yīng)力脆性斷裂性質(zhì)
① 斷裂發(fā)生在較低的應(yīng)力下,其大循環(huán)應(yīng)力低于抗拉強(qiáng)度,甚至低于屈服強(qiáng)度;
② 斷裂部位無(wú)宏觀塑性變形;
③ 斷裂呈突發(fā)性,沒(méi)有預(yù)先征兆;
④ 疲勞斷裂在交變應(yīng)力作用下經(jīng)過(guò)數(shù)百次,甚至幾百萬(wàn)次循環(huán)才發(fā)生。
● 疲勞斷裂呈損傷積累過(guò)程
① 金屬材料內(nèi)部組織首先在局部區(qū)域發(fā)生變化并受到損傷;
② 損傷逐漸積累,并到一定程度后發(fā)生疲勞斷裂;
③ 疲勞斷裂三個(gè)階段:疲勞裂紋的形成、擴(kuò)展、斷裂。
● 疲勞斷裂是焊接鋼結(jié)構(gòu)失效的一種主要形式,在焊接結(jié)構(gòu)斷裂事故中,疲勞失效約占90%。如:船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)、鐵路及公路鋼橋以及高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架等。
2、焊接缺陷引起的應(yīng)力集中:
● 焊接缺陷——應(yīng)力集中源,對(duì)接頭疲勞強(qiáng)度的影響程度取決于缺陷的種類(lèi)、方向和位置。
● 缺陷種類(lèi):平面狀缺陷(如裂紋、未熔合等)體積型缺陷(如氣孔、夾渣等)
⑴ 裂紋:如熱裂紋、冷裂紋,是嚴(yán)重的應(yīng)力集中源,大幅度降低結(jié)構(gòu)及接頭的疲勞強(qiáng)度。如裂紋面積約為試件橫截面積的10%時(shí),在交變載荷作用下,接頭2×106循環(huán)壽命的疲勞強(qiáng)度下降了55%~65%。
⑵ 未焊透:
◎ 未焊透并非都是缺陷,有些結(jié)構(gòu)要求接頭局部焊透;
◎ 未焊透缺陷:①表面缺陷(單面焊縫);②內(nèi)部缺陷(雙面焊縫);
◎ 未焊透缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響不如裂紋嚴(yán)重。
3、焊接缺陷其它因素對(duì)接頭疲勞強(qiáng)度的影響:
● 表面缺陷比內(nèi)部缺陷的影響大;
● 與作用力方向垂直的平面缺陷比其它方向的影響大;
● 位于殘余拉應(yīng)力區(qū)的缺陷比在殘余壓應(yīng)力區(qū)的影響大;
● 位于應(yīng)力集中區(qū)的缺陷(如悍趾裂紋)比在均勻應(yīng)力場(chǎng)中同樣缺陷的影響大。
4、材料強(qiáng)度對(duì)接頭疲勞強(qiáng)度的影響:
● 材料的疲勞強(qiáng)度隨著材料本身抗拉強(qiáng)度的增加約以50%的比率增加;
● 接接頭(對(duì)接、角接)的疲勞強(qiáng)度與材料本身的抗拉強(qiáng)度無(wú)關(guān);
● 當(dāng)接頭疲勞壽命較短時(shí),高強(qiáng)鋼接頭的疲勞強(qiáng)度高于低強(qiáng)鋼接頭的疲勞強(qiáng)度。
5、按疲勞破壞的原因分為:腐蝕疲勞;熱疲勞;機(jī)械疲勞按應(yīng)力大小和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分為
● 低周高應(yīng)變疲勞:作用的應(yīng)力超過(guò)彈性范圍,疲勞循環(huán)次數(shù)小于104~105
● 周低應(yīng)力疲勞:公稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力小于材料的屈服極限,疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)大于104~105
6、疲勞破壞及影響因素(疲勞裂紋形成過(guò)程):
● 疲勞形核:疲勞裂紋首先在應(yīng)力高、強(qiáng)度弱的基體上形成。
● 擴(kuò)展階段;初始裂紋在交變載荷作用下,當(dāng)裂紋處在拉伸應(yīng)力場(chǎng)時(shí),由于裂紋極大的應(yīng)力集中,使該處晶粒發(fā)生滑移,裂紋張開(kāi),向前延伸
● 瞬時(shí)斷裂階段:當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到材料的強(qiáng)度極*,疲勞裂紋達(dá)到臨界裂紋尺寸而產(chǎn)生瞬時(shí)斷裂。
7、疲勞斷口可分成三個(gè)區(qū)域:
● 疲勞裂紋源:肉眼可見(jiàn)晶粒的粗滑移。
● 勞裂紋擴(kuò)展區(qū):宏觀有條帶和貝殼狀花紋,每一條輝紋代表一次應(yīng)力(應(yīng)變)循環(huán)及裂紋逐次向前推進(jìn)的位置。對(duì)于高強(qiáng)鋼來(lái)說(shuō),很難辨認(rèn)明顯的疲勞條紋
● 瞬時(shí)斷裂區(qū):一般呈粗晶狀斷口或出現(xiàn)放射棱線(xiàn),外觀與脆性失穩(wěn)斷裂相似。
8、焊接接頭疲勞強(qiáng)度計(jì)算(疲勞設(shè)計(jì)方法分類(lèi)):
● 許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法:把各種構(gòu)件和接頭試驗(yàn)疲勞強(qiáng)度除以特殊安全系數(shù)作為許用應(yīng)力(疲勞極限、非破壞概率95%的2×106次疲勞強(qiáng)度等),使設(shè)計(jì)載荷引起應(yīng)力大值不超過(guò)其許用應(yīng)力,從而確定構(gòu)件斷面尺寸設(shè)計(jì)方法。
● 安全壽命設(shè)計(jì):傳統(tǒng)疲勞設(shè)計(jì)方法都是安全壽命設(shè)計(jì)。所謂安全壽命指在某一環(huán)境下,在已知小于疲勞破壞許用應(yīng)力的大負(fù)載概率時(shí)工作的循環(huán)次數(shù)。由σ-N曲線(xiàn)獲得σr,并利用σmax-σmin疲勞圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。