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焊接強度拉力試驗機簡析影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強度的因素清單

時間:2018-8-27 閱讀:1917
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  焊接強度拉力試驗機簡析影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強度的因素清單
  1、焊接結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂:
  ●  疲勞斷裂是指機件在變動載荷下經(jīng)過較長時間運行發(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)力低于抗拉強度,甚至低于屈服強度;
  ②  斷裂部位無宏觀塑性變形;
  ③  斷裂呈突發(fā)性,沒有預(yù)先征兆;
  ④  疲勞斷裂在交變應(yīng)力作用下經(jīng)過數(shù)百次,甚至幾百萬次循環(huán)才發(fā)生。
  ●  疲勞斷裂呈損傷積累過程
  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  疲勞斷裂三個階段:疲勞裂紋的形成、擴展、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)
  ⑴ 裂紋:如熱裂紋、冷裂紋,是嚴重的應(yīng)力集中源,大幅度降低結(jié)構(gòu)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(huán)壽命的疲勞強度下降了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(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(guān);
  ●  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(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(疲勞裂紋形成過程):
  ●  疲勞形核:疲勞裂紋首先在應(yīng)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(yīng)力場時,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,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(chǎn)生瞬時斷裂。
  7、疲勞斷口可分成三個區(qū)域:
  ●  疲勞裂紋源:肉眼可見晶粒的粗滑移。
  ●  勞裂紋擴展區(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(qū):一般呈粗晶狀斷口或出現(xiàn)放射棱線,外觀與脆性失穩(wěn)斷裂相似。
  8、焊接接頭疲勞強度計算(疲勞設(shè)計方法分類):
  ●  許用應(yīng)力設(shè)計法:把各種構(gòu)件和接頭試驗疲勞強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次疲勞強度等),使設(shè)計載荷引起應(yīng)力大值不超過其許用應(yīng)力,從而確定構(gòu)件斷面尺寸設(shè)計方法。
  ●  安全壽命設(shè)計:傳統(tǒng)疲勞設(shè)計方法都是安全壽命設(shè)計。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)力的大負載概率時工作的循環(huán)次數(shù)。由σ-N曲線獲得σr,并利用σmax-σmin疲勞圖進行設(shè)計。

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