提高焊接结构疲劳强度的措施

提高焊接结构疲劳强度的措施



1）降低应力集中疲劳裂纹源在焊接接头和结构上的应力集中点，消除或降低应力集中的一切手段，都可以提高结构的疲劳强度。



（1）采用合理的结构形式



①优先选用对接接头，尽量不用搭接接头；重要结构把T形接头或角接接头改成对接接头，让焊缝避开拐角部位；采用T形接头或角接接头时，希望采用全熔透的对接焊缝。

②尽量避免偏心受载的设计，使构件内力的传递流畅、分布均匀，不引起附加应力。

③减少断面突变，当板厚或板宽相差悬殊而需对接时，应设计平缓的过渡区；结构上的尖角或拐角处应做成圆弧状，其曲率半径越大越好。



④避免三向焊缝空间汇交，焊缝尽量不设置在应力集中区，尽量不在主要受拉构件上设置横向焊缝；不可避免时，一定要保证该焊缝的内外质量，减少焊趾处的应力集中。

⑤只能单面施焊的对接焊缝，在重要结构上不允许在背面放置永久性垫板；避免采用断续焊缝，因为每段焊缝的始末端有较高的应力集中。



（2）正确的焊缝形状和良好的焊缝内外质量



①对接接头焊缝的余高应尽可能小，焊后最好能刨（或磨）平而不留余高；



②T形接头最好采用带凹度表面的角焊缝，不用有凸度的角焊缝；



③焊缝与母材表面交界处的焊趾应平滑过渡，必要时对焊趾进行磨削或氩弧重熔，以降低该处的应力集中。



任何焊接缺陷都有不同程度的应力集中，尤其是片状焊接缺陷，如裂纹、未焊透、未熔合和咬边等对疲劳强度影响最大。因此，在结构设计上要保证每条焊缝易于施焊，以减少焊接缺陷，同时发现超标的缺陷必须清除。

2）调整残余应力



构件表面或应力集中处存在的残余压应力，就能提高焊接结构的疲劳强度。例如，通过调整施焊顺序、局部加热等都有可能获得有利于提高疲劳强度的残余应力场。此外，还可以采取表面形变强化，如滚压、锤压或喷丸等工艺使金属表面塑性变形而硬化，并在表层产生残余压应力，以达到提高疲劳强度的目的。



对有缺口的构件，采取一次性预超载拉伸，可以使缺口顶端得到残余压应力。因为在弹性卸载后，缺口残余应力的符号总是与（弹塑性）加载时缺口应力的符号相反。此方法不宜用弯曲超载或多次拉伸加载。它常与结构验收试验结合，如压力容器做水压试验时，能起到预超载拉伸作用。



3）改善材料的组织和性能



首先，提高母材金属和焊缝金属的疲劳强度还应从材料的内在质量考虑。应提高材料的冶金质量，减少其中的夹杂物。重要构件可采用真空熔炼、真空除气、甚至电渣重熔等冶炼工艺的材料，以保证纯度；在室温下细化晶粒钢可提高疲劳寿命；通过热处理可以获得最佳的组织状态，在提高强度的同时，也能提高其塑性和韧性；回火马氏体、低碳马氏体和下贝氏体等组织都具有较高的抗疲劳能力。其次，强度、塑性和韧性应合理配合。强度是材料抵抗断裂的能力，但高强度材料对缺口敏感。塑性的主要作用是通过塑性变形，可吸收变形功，削减应力峰值，使高应力重新分布，同时也使缺口和裂纹尖端得以钝化，裂纹的扩展得到缓和甚至停止。塑性能保证强度作用充分发挥。所以对于高强度钢和超高强度钢，设法提高一点塑性和韧性，将显著改善其抗疲劳能力。



4）特殊保护措施



大气介质侵蚀往往对材料的疲劳强度有影响，因此，采用一定的保护涂层是有利的。例如在应力集中处涂上含填料的塑料层是一种实用的改进方法。

5）严格控制焊接工艺和质量管理

焊接工艺和质量管理对提高焊接结构的疲劳强度至关重要。需要保证焊接过程中的预热温度、焊接参数和焊接速度等都符合规定要求，以确保焊缝的质量和强度。同时，要对焊接缺陷进行严格的检查和控制，如裂纹、未焊透、未熔合等缺陷必须清除，以防止疲劳强度的下降。

6）定期进行检测和维护

焊接结构应定期进行非破坏性检测和结构健康监测，及时发现并处理潜在的焊接缺陷。同时，定期进行维护和保养工作，修复或更换老化或受损的焊接部件，以保持结构的完整和稳定性，提高疲劳强度。

总之，通过合理的结构设计、优良的焊缝质量、调整残余应力、改善材料的组织和性能、特殊保护措施以及严格的焊接工艺和质量管理，可以有效提高焊接结构的疲劳强度。
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