影響鉆桿焊接接頭疲勞強(qiáng)度的四大主要因素分析

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2021-10-18

影響基本金屬疲勞強(qiáng)度的因素(例如應(yīng)力集中、截面尺寸、表面狀態(tài)、加載情況、介質(zhì)等)同樣對焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有影響。除此以外焊接結(jié)構(gòu)本身的一些特點(diǎn)，例如接頭部位近縫區(qū)性能的改變，焊接殘余應(yīng)力等也可能對焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度發(fā)生影響。弄清這些因素的具體影響，對提高焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度是有益的。下面分別探討這些因素的影響情況。

1、應(yīng)力集中的影響

焊接結(jié)構(gòu)中，在接頭部位由于具有不同的應(yīng)力集中，它們對接頭的疲勞強(qiáng)度發(fā)生程度不同的不利影響。

① 對接焊縫：應(yīng)力集中比其它形式接頭要小，但余高和θ↑——應(yīng)力集中↑——接頭的疲勞強(qiáng)度↓。若對焊縫表面進(jìn)行機(jī)械加工，應(yīng)力集中程度將大大減小，對接接頭的疲勞強(qiáng)度也相應(yīng)提高。

② 丁字和十字接頭：應(yīng)力集中系數(shù)＞對接接頭的應(yīng)力集中系數(shù)。因此丁字和十字接頭的疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)低于對接接頭。

提高丁字和十字接頭疲勞強(qiáng)度的根本措施是開坡口焊接和加工焊縫過渡區(qū)使之圓滑過渡；
丁字形接頭和經(jīng)過機(jī)械加工的接頭具有較高的疲勞強(qiáng)度：而十字接頭和未經(jīng)加工的接頭的疲勞強(qiáng)度較低。這是因?yàn)椴粚ΨQ的丁字接頭上有一個(gè)偏心力矩降低了過渡區(qū)的應(yīng)力，它的應(yīng)力集中比對稱的十字接頭低。

③ 僅有側(cè)面焊縫的搭接接頭，其疲勞強(qiáng)度最低（只達(dá)到基本金屬的34％）。

④ 采用所謂“加強(qiáng)”蓋板的對接接頭是極不合理的：試驗(yàn)結(jié)果表明，在這種情況下，疲勞強(qiáng)度較高的對接接頭被大大地削弱了。

2、近縫區(qū)金屬性能變化的影響

① 低碳鋼和低合金鋼的近縫區(qū)金屬機(jī)械性能的變化對接頭的疲勞強(qiáng)度影響較小。

② 高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，近縫區(qū)金屬性能變化的影響取決于接頭的匹配性：

對于高組配即軟夾硬的焊接接頭，力學(xué)性能不均勻性對于接頭的疲勞強(qiáng)度基本上沒有影響，此時(shí)接頭的疲勞強(qiáng)度取決于較軟的基本金屬。
對于高組配硬夾軟接頭中的軟夾層中有嚴(yán)重的應(yīng)力集中因素時(shí)，此時(shí)接頭的疲勞強(qiáng)度大大降低，其數(shù)值取決于這個(gè)軟區(qū)本身的力學(xué)性能。

3、殘余應(yīng)力的影響

焊接殘余應(yīng)力對于結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響是人們廣泛關(guān)心的問題。對于這個(gè)問題人們進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究工作。試驗(yàn)往往采用有焊接應(yīng)力的試樣與經(jīng)過熱處理消除內(nèi)應(yīng)力后的試樣進(jìn)行疲勞試驗(yàn)作對比。由于焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生往往伴隨著焊接熱循環(huán)引起的材料性能的變化，而熱處理在消除內(nèi)應(yīng)力的同時(shí)也恢復(fù)或部分恢復(fù)了材料的性能。因此，對于試驗(yàn)的結(jié)果就產(chǎn)生了不同的解釋；對內(nèi)應(yīng)力的影響也有了不同的評價(jià)。

消除內(nèi)應(yīng)力后的試樣疲勞強(qiáng)度均高于末熱處理的，內(nèi)應(yīng)力的影響在應(yīng)力集中較高對更大。

4、缺陷的影響

焊接缺陷對疲勞強(qiáng)度的影響大小與缺陷的種類、尺寸、方向和位臵有關(guān)。

片狀缺陷(如裂紋、未熔合、末焊透)的影響＞帶圓角的缺陷(如氣孔等)影響；
表面缺陷的影響＞內(nèi)部缺陷；
與作用力方向垂直的片狀缺陷的影響＞其它方向的影響；
位于殘余拉應(yīng)力場內(nèi)的缺陷的影響＞殘余壓應(yīng)力區(qū)內(nèi)的缺陷的影響；
位于應(yīng)力集中區(qū)的缺陷(如焊縫趾部裂紋)的影響＞在均勻應(yīng)力場中同樣缺陷影響。
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