河南電焊學校如何學電焊知識？—焊接結構疲勞
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焊接結構疲勞
焊接結構在使用中除了結構強度不夠時會產生失效外，疲勞斷裂也是一種主要的失效形式。大量統計資料表明，工程結構失效約80%以上是由疲勞引起的，對于承受循環載荷的焊接構件，有90%以上的失效歸答于疲勞破壞。本節主要介紹焊接結構的疲勞破壞以及提高疲勞強度的主要措施。
一、疲勞的概念
金屬材料在循環應力和應變作用下，在一處或幾處產生局部永久性累積損傷，經一定循環次數后產生裂紋或突然發生完全斷裂的過程稱為疲勞。在承受重復載荷結構的應力集中部位，當構件所受的標稱應力低于彈性極限時就有可能產生疲勞裂紋。由于疲勞裂紋發展的最后階段——失穩擴展（斷裂）是突然發生的，沒有預兆，也沒有明顯的塑性變形，難以檢測和預防，所以疲勞裂紋對結構的安全性具有嚴重的威脅。
疲勞強度是指材料經受無數次的應力循環（循環基數一般取102或更高一些）仍不斷裂的最大應力，用來表示材料抵抗疲勞斷裂的能力。結構由錦接連接發展到焊接連接后，對疲勞的敏感性和產生裂紋的危險性更大。焊接結構的疲勞往往是從焊接接頭處產生的，因疲勞斷裂而釀成災難性事故時有發生，如1954年英國慧星噴氣客機由于壓力艙構件疲勞失效引起飛行失事，因此疲勞斷裂現象引起了人們的廣泛關注，并使疲勞研究上升到新的高度。
二、影響焊接結構疲勞強度的因素
影響母材疲勞強度的因素（如應力集中、表面狀態、截面尺寸、加載情況等）同樣對焊接結構的疲勞強度有影響，特別是應力集中的影響，不合理的接頭形式和焊接缺陷（如未焊透、咬邊等）是產生應力集中的主要原因。除此之外，焊接結構本身的一些特點，如接頭性能的不均勻性、焊接殘余應力等也可能對焊接結構的疲勞強度產生影響。
(一）應力集中的影響
焊接結構中，不同的接頭形式有不同的應力集中，將對接頭的疲勞強度產生不同程度的影響。
1.焊縫表面機加工的影響
未經機加工的焊縫應力集中較大，對焊縫表面進行機加工以后，應力集中程度將大大降低，從而使對接接頭的疲勞強度也相應提高。但有時機加工成本較高，因此只有真正有益和確實能加工到的地方，才適宜采用這種加工，而在一般情況下沒有必要采用。另外，對焊縫表面進行機加工或打磨，可以降低表面粗糙度，從而提高疲勞強度，因為表面粗糙相當于存在很多微缺口，這些缺口的應力集中將導致疲勞強度下降。
2.接頭形式的影響
(1)對接接頭 對接接頭與其他形式的接頭相比，其疲勞強度最高，其原因是由于焊縫形狀變化不大，應力集中系數最低。對接接頭的疲勞強度主要取決于焊縫向基本金屬過渡的形狀。過大的余高和過大的基本金屬與焊縫金屬間的過渡角都會使接頭的疲勞極限下降。
(2)T形和十字接頭由于在焊縫向基本金屬過渡處有明顯的截面變化，T形和十字接頭的應力集中系數要比對接接頭高，因此疲勞強度也低于對接接頭。由T形和十字接頭的疲勞極限的試驗結果表明：提高T形和十字接頭的疲勞強度的根本措施是開坡口焊接和加工焊縫過渡區呈圓滑過渡。
(3)搭接接頭 僅有側面焊縫的搭接
接頭的疲勞強度最低，只達到母材的34%。焊腳尺寸為1:1的正面焊縫的搭接接頭,其疲勞強度雖然比只有側面焊縫的接頭稍高一些，但仍然很低。
面焊縫焊腳尺寸為1:2的搭接接頭，應力集中稍有降低，因而其疲勞強度有所提高，但效果不大。即使在焊縫向母材過渡區進行表面機械加工,也不能顯著提高接頭的疲勞強疲勞極限下降率（%)度。只有當蓋板的厚度比按強度條件所要求的增加1倍，焊腳尺寸比例為1:3.8,并采用機械加工使焊縫向母材平滑地過渡,才可達到與母材一樣的疲勞強度，但這樣的接頭已經喪失了搭接接頭簡單易行的特點，成本太高，不宜采用。
值得提出的是，采用所謂“加強”蓋板的對接接頭是極不合理的，這是因為這種接頭把原來疲勞強度較高的對接接頭大大地削弱了。
(二）焊接缺陷的影響
在焊接過程中，各種缺陷對接頭疲勞強度影響的程度是不一樣的。其影響與缺陷的種類、尺寸、方向和位置等有關。平面形狀缺陷（如裂紋、未熔合、未焊透）比立體形狀缺陷（如氣孔、夾渣等）影響大；表面缺陷比內部缺陷影響大；與作用力方向垂直的平面狀缺陷的影響比不垂直加工方向的大；位于殘余拉應力場內的缺陷比在殘余壓應力場內的缺陷影響大；位于應力集中區的缺陷（如焊趾裂紋和根部裂紋）比在均勻應力場中同樣缺陷的影響大。
(三） 焊接殘余應力的影響
焊接殘余應力對于結構疲勞強度的影響是人們廣泛關心的問題，對于這個問題人們進行了大量的試驗研究工作。焊接殘余應力的存在，改變了平均應力的大小，而應力幅卻不變。在殘余拉應力區使平均應力增大，其工作應力有可能達到或超過疲勞極限而破壞，故對疲勞強度有不利影響。反之，殘余壓應力對提高疲勞強度是有利的。對于塑性材料，有可能使材料先屈服后才疲勞破壞，這時殘余應力已不發生影響。
