焊接強度拉力試驗機簡析影響焊接結構疲勞強度的因素清單
1、焊接結構的疲勞斷裂:
● 疲勞斷裂是指機件在變動載荷下經過較長時間運行發生的失效現象
● 疲勞斷裂呈低應力脆性斷裂性質
① 斷裂發生在較低的應力下,其大循環應力低于抗拉強度,甚至低于屈服強度;
?、?nbsp; 斷裂部位無宏觀塑性變形;
③ 斷裂呈突發性,沒有預先征兆;
④ 疲勞斷裂在交變應力作用下經過數百次,甚至幾百萬次循環才發生。
● 疲勞斷裂呈損傷積累過程
① 金屬材料內部組織首先在局部區域發生變化并受到損傷;
?、?nbsp; 損傷逐漸積累,并到一定程度后發生疲勞斷裂;
?、?nbsp; 疲勞斷裂三個階段:疲勞裂紋的形成、擴展、斷裂。
● 疲勞斷裂是焊接鋼結構失效的一種主要形式,在焊接結構斷裂事故中,疲勞失效約占90%。如:船舶及海洋工程結構、鐵路及公路鋼橋以及高速客車轉向架等。
2、焊接缺陷引起的應力集中:
● 焊接缺陷——應力集中源,對接頭疲勞強度的影響程度取決于缺陷的種類、方向和位置。
● 缺陷種類:平面狀缺陷(如裂紋、未熔合等)體積型缺陷(如氣孔、夾渣等)
?、?裂紋:如熱裂紋、冷裂紋,是嚴重的應力集中源,大幅度降低結構及接頭的疲勞強度。如裂紋面積約為試件橫截面積的10%時,在交變載荷作用下,接頭2×106循環壽命的疲勞強度下降了55%~65%。
?、?未焊透:
◎ 未焊透并非都是缺陷,有些結構要求接頭局部焊透;
◎ 未焊透缺陷:①表面缺陷(單面焊縫);②內部缺陷(雙面焊縫);
◎ 未焊透缺陷對疲勞強度的影響不如裂紋嚴重。
3、焊接缺陷其它因素對接頭疲勞強度的影響:
● 表面缺陷比內部缺陷的影響大;
● 與作用力方向垂直的平面缺陷比其它方向的影響大;
● 位于殘余拉應力區的缺陷比在殘余壓應力區的影響大;
● 位于應力集中區的缺陷(如悍趾裂紋)比在均勻應力場中同樣缺陷的影響大。
4、材料強度對接頭疲勞強度的影響:
● 材料的疲勞強度隨著材料本身抗拉強度的增加約以50%的比率增加;
● 接接頭(對接、角接)的疲勞強度與材料本身的抗拉強度無關;
● 當接頭疲勞壽命較短時,高強鋼接頭的疲勞強度高于低強鋼接頭的疲勞強度。
5、按疲勞破壞的原因分為:腐蝕疲勞;熱疲勞;機械疲勞按應力大小和應力循環次數分為
● 低周高應變疲勞:作用的應力超過彈性范圍,疲勞循環次數小于104~105
● 周低應力疲勞:公稱循環應力小于材料的屈服極限,疲勞破壞的應力循環次數大于104~105
6、疲勞破壞及影響因素(疲勞裂紋形成過程):
● 疲勞形核:疲勞裂紋首先在應力高、強度弱的基體上形成。
● 擴展階段;初始裂紋在交變載荷作用下,當裂紋處在拉伸應力場時,由于裂紋極大的應力集中,使該處晶粒發生滑移,裂紋張開,向前延伸
● 瞬時斷裂階段:當疲勞裂紋擴展到材料的強度極*,疲勞裂紋達到臨界裂紋尺寸而產生瞬時斷裂。
7、疲勞斷口可分成三個區域:
● 疲勞裂紋源:肉眼可見晶粒的粗滑移。
● 勞裂紋擴展區:宏觀有條帶和貝殼狀花紋,每一條輝紋代表一次應力(應變)循環及裂紋逐次向前推進的位置。對于高強鋼來說,很難辨認明顯的疲勞條紋
● 瞬時斷裂區:一般呈粗晶狀斷口或出現放射棱線,外觀與脆性失穩斷裂相似。
8、焊接接頭疲勞強度計算(疲勞設計方法分類):
● 許用應力設計法:把各種構件和接頭試驗疲勞強度除以特殊安全系數作為許用應力(疲勞極限、非破壞概率95%的2×106次疲勞強度等),使設計載荷引起應力大值不超過其許用應力,從而確定構件斷面尺寸設計方法。
● 安全壽命設計:傳統疲勞設計方法都是安全壽命設計。所謂安全壽命指在某一環境下,在已知小于疲勞破壞許用應力的大負載概率時工作的循環次數。由σ-N曲線獲得σr,并利用σmax-σmin疲勞圖進行設計。