焊点疲劳强度研讨
铝合金点焊接头疲劳性能研究及寿命分析
2021年第2期2021No.2汽车工艺与材料Automobile Technology &Material铝合金点焊接头疲劳性能研究及寿命分析寇宏滨王得天（泛亚汽车技术中心有限公司，上海201208）摘要：为了支持多环形纹路表面电极帽式铝合金点焊接头在车辆正向开发中的设计应用，设计并开展了一系列的铝合金点焊接头疲劳试验研究和疲劳寿命预测方法研究。
过程中获得了点焊接头的载荷-寿命对应关系，总结了铝合金点焊接头疲劳强度受载荷方向、母材强度及厚度等因素影响的普遍规律，分析了铝合金点焊接头的疲劳失效破坏模式，并提出了评价铝合金点焊接头疲劳寿命的S -N 曲线，可以有效指导铝合金点焊接头的抗疲劳设计开发工作。
关键词：铝合金点焊接头疲劳强度疲劳寿命预测中图分类号：TG405；U465.1文献标识码：BDOI:10.19710/ki.1003-8817.20200197Fatigue Performance Study &Life Analysis of Aluminum Alloy SpotWelded JointKou Hongbin,Wang Detian（Pan Asia Technical Automotive Center Co.,Ltd.，Shanghai 201208）Abstract ：A series of physical durability tests and fatigue life prediction method studies are carried out,tosupport the design application of aluminum alloy spot-welded joint featuring multi-annular surface electrode cap in vehicle forward development.the corresponding relationship between load and fatigue life of spot welded joint is studied and abtained,the general rules are summarized to show the effect of base metal strength,base metal thickness and load direction on the fatigue strength of aluminum alloy spot-welded joint,the fatigue failure mode is analyzed.The S/N curves for evaluating the fatigue life of spot-welded joints are proposed,which can effectively guide the anti-fatigue design development of aluminum alloy spot-welded joint.Key words:Aluminum alloy spot weld,Fatigue strength,Fatigue life prediction作者简介：寇宏滨（1980—），男，高级工程师，硕士学位，研究方向为车辆疲劳强度，轿车底盘、门盖外饰等子系统结构优化设计。
提高焊接接头疲劳性能的研究进展简介
提高焊接接头疲劳性能的研究进展简介技术中心李加良0引言在纪念中国机械工程学会焊接学会成立四十周年和中国焊接协会成立十五周年时，学会和协会秘书处编写了一本纪念文集反映我国焊接技术各个研究方向的发展轨迹及焊接技术在各个行业的应用现状，笔者感到天津大学材料学与工程学院霍立兴等人的论文：“提高焊接接头疲劳性能的研究进展和最新技术”一文对我厂这种主要从事焊接结构件的生产企业有一定指导意义，因此缩编了此文以飨我厂读者。
自从焊接结构得到广泛应用以来，发现主要承受动载荷的焊接结构，在远没有达到其设计寿命时就出现断裂破坏现象，其中90%为疲劳失效。
近年来，各国科技工作者在这方面的研究已经取得了较大的成绩，但是焊接结构疲劳断裂事故仍不断发生，且随着焊接结构的广泛应用有所增加。
例如，九十年代末，高速客车转向架中焊接接头的疲劳断裂，以及水轮机叶片根部的疲劳断裂等，都给国家和企业造成了较大的经济损失。
1焊接结构疲劳失效的原因焊接结构疲劳失效的原因主要有以下几个方面：①焊接接头的静载承受能力一般并不低于母材；而承受交变动载荷时，其承受能力却远低于母材，而且与焊接接头类型和焊接结构形式有密切的关系。
这是引起一些结构因焊接接头的疲劳而过早失效的一个主要的因素；②早期的焊接结构设计以静载强度设计为主，没有考虑抗疲劳设计，或者是焊接结构疲劳设计规范并不完善，以至于出现了许多现在看来设计不合理的焊接接头；③工程设计技术人员对焊接结构抗疲劳性能的特点了解不够，所设计的焊接结构往往照搬其它金属结构的疲劳设计准则与结构形式；④焊接结构日益广泛，而在设计和造过程中认为盲目追求结构的低成本、轻量化，导致焊接结构的设计载荷越来越大；⑤焊接结构有往高速重载方向的发展趋势，对焊接结构承受动载能力的要求越来越高，而对焊接结构疲劳强度方面的科研水平相对滞后。
2影响焊接结构疲劳强度的主要因素2.1静载强度对焊接结构疲劳强度的影响在钢铁材料的研究中，人们总是希望材料具有较高的比强度，即以较轻的自身重量去承当较大的负载重量。
提高焊接接头疲劳性能的研究进展和最新技术(精)
提高焊接接头疲劳性能的研究进展和最新技术1 焊接结构的疲劳问题以及研究意义1.1 焊接结构的疲劳问题自从20世纪初涂药焊条发明至今一百年来，焊接已经成为应用最为广泛的工艺方法，很难找出另一种发展如此之快，并在应用规模和多样化方面能与焊接相比的工艺，以至于当代许多最重要的技术问题必须采用焊接才能解决，例如：造船、铁路、汽车、航空、航天、桥梁、锅炉、大型厂房和高层建筑等都离不开焊接技术的支持。
如果焊接没有发明的话，许多结构甚至坦率的说整个工业是不会产生的。
毋庸置疑，目前在工程生产上，焊接是最主要的连接方法，焊接结构的重量已占钢铁总产量的50%以上，工业发达国家的这一比例已经接近70%。
然而焊接结构经常不断发生断裂事故，其中90%为疲劳失效。
疲劳破坏一直被认为是船舶及海洋工程结构的一种主要的破坏形式，自钢质海船诞生至今，因结构中疲劳裂纹的生成、扩展，最后导致船舶破坏的事例屡有报道。
美国海岸警卫队船舶结构委员会(Ship Structure Committee, U.S.Coast Guard)曾组织力量对六种不同类型的77艘民用船舶及9艘军舰中六十多万个结构细部进行了调查研究和统计分析，结果表明，有约九分之一的破坏与疲劳有关。
历史上海洋平台的几次重大事故，如1965年日本为美国建造的Sedco型半潜式平台在交货途中破损沉没，造成13人死亡；1980年Alexan—derKeyland号半潜式平台在北海翻沉，使一百余人葬身海底，调查分析的结果表明，结构的疲劳是造成事故的重要原因之一。
同样，疲劳失效也频繁发生在铁路公路桥梁和发电站的管道上。
在五六十年代，欧洲公路网得到高速发展，当时大多采用焊接技术建造钢桥，由于那时对公路桥梁疲劳认识不足，在规范中没有规定进行抗疲劳设计，出现了许多设计不合理的焊接接头，在今天日益繁忙和加重的交通运输载荷下，加快了疲劳损伤过程，许多焊接钢桥出现了疲劳裂纹。
在我国焊接结构因疲劳问题而失效的工程事例也不断出现，例如，九十年代末，高速客车转向架中焊接接头的疲劳断裂，以及水轮机叶片根部的疲劳断裂等，都给国家和企业造成了巨大的经济损失。
焊点疲劳分析范文
焊点疲劳分析范文
焊点疲劳分析是对焊接接头在受到循环载荷作用下，经历一定的冲击、塑性变形和应变应力集中的现象进行分析。
焊点疲劳分析主要是对焊接接
头进行寿命估算，以确定焊点的寿命和维修周期，以确保其在使用过程中
的安全性和可靠性。
焊点疲劳是由循环载荷引起的应力反复变化所致，其循环载荷可以是
机械载荷、热载荷、腐蚀、应力腐蚀等。
疲劳破坏是一种隐蔽的破坏形式，通常无法通过肉眼观察到，因此对于焊接接头的疲劳分析就显得尤为重要。
1.确定加载条件：首先需要确定焊接接头受到的加载条件，包括载荷
大小、载荷类型、载荷频率等。
这些加载条件对焊接接头的疲劳寿命有着
重要影响。
2.焊缝形状分析：对焊接接头的焊缝形状进行分析，包括焊缝的形状、尺寸、几何形态等。
焊缝的形状对焊接接头的疲劳寿命有着重要影响。
3.应力分析：通过有限元分析等方法，对焊接接头的应力分布进行分析。
焊接接头的应力分布对其疲劳寿命有着重要影响。
4.疲劳寿命估算：根据疲劳理论，结合焊接接头的加载条件、焊缝形
状分析和应力分析结果，对焊接接头的疲劳寿命进行估算。
5.结果分析和优化设计：根据疲劳寿命估算结果，对焊接接头的设计
进行优化，以提高焊接接头的疲劳寿命。
表面贴装结构焊点的热疲劳性能及机械疲劳性能研究的开题报告
表面贴装结构焊点的热疲劳性能及机械疲劳性能研究的开题报告一、研究背景表面贴装技术已被广泛应用于电子产品中，其中表面贴装结构焊点是电子产品的核心组成部分之一。
随着电子产品的不断发展，表面贴装结构焊点也面临着越来越严峻的工作环境和要求。
焊点作为组装和连接点，在长时间的工作中需要承受来自机械、热、化学等多种因素的作用，容易出现热疲劳和机械疲劳现象，导致焊点失效，影响整个电子产品的性能和可靠性。
因此，对表面贴装结构焊点的热疲劳性能及机械疲劳性能进行研究，可以提高电子产品的可靠性和稳定性，对推动电子行业的发展具有重要意义。
二、研究内容和研究目标本研究将针对表面贴装结构焊点，从材料力学角度出发，分别研究其热疲劳性能和机械疲劳性能。
具体内容包括：1.研究不同材料（铜、铝、镍等）的表面贴装结构焊点在热循环过程中的热疲劳性能，分析焊点在高温环境下的变形、破裂等现象，探究不同材料焊点的性能差异。
2.研究不同加载条件（温度、周期数、载荷等）下的表面贴装结构焊点的机械疲劳性能，分析载荷作用下的焊点受力、变形、破坏等情况，对焊点的机械疲劳性能进行评估。
通过以上研究，本项目旨在实现以下目标：1.掌握表面贴装结构焊点的热疲劳性能和机械疲劳性能的基本特性和规律。
2.评估不同材料和不同加载条件下表面贴装结构焊点的可靠性和稳定性，提出有效的改进和优化方案。
3.为电子产品的设计和制造提供科学依据，促进电子行业的可持续发展。
三、研究方法和技术路线本项目的研究方法主要包括实验研究和数值模拟两种。
实验研究将采用微焊接、载荷测试等方式对焊点材料的性能进行测量，得到数据后进行统计分析；数值模拟将采用有限元分析等方法，对焊点材料在不同状态下的变形、破坏等情况进行模拟和分析。
具体技术路线如下：1.焊点材料选取：选择常用的表面贴装焊接材料进行实验研究，如铜、铝、镍等。
2.热疲劳性能测试：采用热循环装置对焊点材料进行热疲劳测试，记录焊点在高温环境下的失效情况。
不锈钢石化管道焊接接头疲劳强度评定方法研究
范十分繁琐 ， 对复杂结构名义应力 的定义 比较 困难 。这 主要
是 因为“ 义应力 ” 数不是一个 具有普 遍意 义的疲 劳控制 名 参 参量 ， 它与具体 的结构细节 尺寸等 因素直接 相关 ， 因而所测 量 的 Ｓ Ｎ曲线只是一种具体结构细节 的疲劳性 能 ， － 而不具有 普遍适 用性 。为 了克服 上述局 限性 国际焊接学 会等 引入 了
缺 口应力评定 方法要 求除名 义应 力和结 构应力 之外 还 应确定焊趾和焊缝根部 （ 如可 能） 的缺 口应力集中。在确定缺
口应力集 中时 ． 可用应变 片对 焊趾 或其平 面光弹模 型进行测
量． 也可用有限元方法或边界元方 法进 行计 算。为简单起见 ，
计算 时主要 采用平面横截面模 型 ， 计算结 果经变换 之后可 以
之中。对 于不直接 承载的焊 接接头也应 给出母材 的名义应力 而不考虑 焊缝 或焊 点名 义应力 。
构（ 受外 载作用但 无缺 口效 应 ） 的（ 均匀 ） 中 非 结构应 力分 布
情况 。为此 ， 可按照工程结构 分析理论（ 如杆 、 、 梁 刚架 、 板壳
理论等 ， 多数情况下使用有 限元 近似计算 ） 进行计算 ， 可用 也 试验方 法进行 表面局部 应变测量 ，换算 为焊 趾处 的结构 应
【 摘
要】 焊接 结构 的疲劳强度主要 由以下两点决定 ： 萌生过程 ， 决于焊缝 的焊趾和焊根处的局部缺 口应力状态 ； 裂纹 它取
裂 纹扩 展 过 程 ， 取 决 于裂 纹 （ 它 包括 缺 口效 应 在 内 ） 局 部 应 力 强度 因 子 。 焊 趾 和 焊 根 的 缺 口 效 应 与 熔合 区 内材 料 的 不 均 匀性 的 共存 ， 材 料 由焊 接 材 料 与熔 化 及 未 熔 化 的 母 材 组 成 ， 该 焊后 该 区 内温 度 急 剧 下 降 ， 而可 能产 生微 小 的 气 孔 、 渣 、 焊透 及 咬 因 夹 未
(仅供参考)焊点疲劳强度研讨
焊点疲劳强度研讨一．疲劳强度电子元器件的焊点必须能经受长时间的微小振动和电路发散的热量。
随着电子产品元器件安装密度的增加，电路的发热量增加，经常会发生焊接处的电气特性劣化，机械强度下降或出现断裂等现象。
材料在变动载荷和应变长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。
疲劳是一种低应力破坏。
二．提高疲劳强度性能的方法2．1提高焊点的可靠性提高焊点可靠性的最好方法有三个：提高焊点合金的耐用性；减少元件与PCB之间热膨胀系数（CTE）的失配；尽可能按照实际的柔软性来生产元件，向焊点提供更大的应变；2．1．1提高焊点合金的耐用性2．1．1．1选择合适的焊膏2．1．1 润湿性能对于焊料来说，能否与基板形成较好的浸润，是能否顺利地完成焊接的关键。
如果一种合金不能浸润基板材料，则会因浸润不良而在界面上产生空隙，易使应力集中而在焊接处发生开裂。
焊料的润湿性主要的指标浸润角和铺展率。
从现象上看，任何物体都有减少其自身表面能的倾向。
因此液体尽量收缩成圆球状，固体则把其接触的液体铺展开来覆盖其表面。
如果液体滴在固体表面，则会形成图一所示的情况。
图二和图三分别表示浸润不良和良好的现象。
θ为浸润角，显然浸润角越小，液态焊料越容易铺展，表示焊料对基板的润湿性能越好。
a. 当θ<900，称为润湿，B角越小，润湿性越好，液体越容易在固体表面展开；b. 当θ>90时称为不润湿，B角越大，润湿性越不好，液体越不容易在固体表面上铺展开，越容易收缩成接近圆球的形状;c. 当θ=00或180“时，则分别称为完全润湿和完全不润湿。
通常电子工业焊接时要求焊料的润湿角θ<200。
影响焊料润湿性能主要有:焊料和基板的材料组分、焊接温度、金属表面氧化物、环境介质、基板表面状况等。
IPC－SPVC用润湿力天平来测量并用润湿时间以及最大润湿力来表示的方法评估了不同组成的 SAC 合金的润湿性，结果发现其中（零交时间与最大润湿力）并无差异，见图4。
焊接疲劳实验报告
焊接疲劳实验报告焊接疲劳实验报告引言焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于工业生产和建筑领域。
然而，焊接接头在长期使用过程中容易发生疲劳破坏，对结构的安全性和可靠性带来潜在威胁。
为了研究焊接接头的疲劳性能，本实验通过设计并进行一系列疲劳试验，以评估焊接接头的寿命和疲劳强度。
实验设备和方法本实验选取了常见的焊接材料和焊接方法，以保证实验结果的可靠性和适用性。
实验所用设备包括焊接机、焊接电极、金属试样等。
首先，将金属试样进行清洁处理，确保焊接接头的质量。
然后，采用电弧焊接方法进行焊接，通过调整焊接电流和电压等参数，控制焊接接头的质量和强度。
接下来，对焊接接头进行疲劳试验，通过施加不同的载荷和循环次数，模拟实际工况下的疲劳破坏过程。
最后，通过观察焊接接头的破坏形态和测量其寿命，得出焊接接头的疲劳强度和可靠性。
实验结果和分析在实验中，我们对不同焊接接头进行了疲劳试验，并记录了其破坏形态和寿命。
实验结果显示，焊接接头的疲劳寿命与载荷和循环次数呈正相关关系。
随着载荷的增加和循环次数的增多，焊接接头的寿命逐渐减小。
此外，我们还观察到焊接接头在疲劳破坏过程中出现了裂纹扩展和断裂现象。
这些裂纹往往从焊接接头的焊缝处开始，逐渐扩展至整个接头区域，最终导致接头的完全破坏。
通过对破坏形态的分析，可以得出焊接接头的疲劳强度和寿命。
讨论与改进焊接接头的疲劳破坏是由于长期受到循环载荷的作用，导致接头材料的微观结构发生变化，进而引发裂纹扩展和断裂。
为了提高焊接接头的疲劳强度和寿命，可以采取以下改进措施。
首先，选择合适的焊接材料和焊接方法，确保焊接接头的质量和强度。
其次，加强焊接接头的表面处理，提高其抗腐蚀和抗疲劳性能。
此外，可以通过增加焊接接头的厚度和强化焊接缝的设计，来提高焊接接头的疲劳强度。
最后，进行定期的检测和维护，及时发现和修复焊接接头的裂纹和缺陷，以延长其使用寿命。
结论通过本次焊接疲劳实验，我们得出了焊接接头的疲劳强度和寿命。
焊接构件疲劳强度评估的热点应力法研究进展
ａｍ一１．ｆｃｒ，（ｙ）ｄｙ
（３）
％鲁＋％詈＝ｆ咖）均＋万ｆ啪渺
（４）
ｙ
Ａ
Ｂ
Ｆｉｇ．８
图８板厚方向结构应力计算方法
Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｌａｔｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
Ｄｏｎｇ法的计算结果能够较好的吻合试验结果Ⅲ１，但是Ｄｏｅｒｋ［２２１等将该方法分别应用于二维和三 维有限元模型，通过比较发现该方法对于二维有限元模型是有效的，而对于三维模型，网格划分的 不敏感陛并不能得到保证。
热点应力法适用于板壳结构焊接接头处的疲劳寿命分析。在离开焊趾端部一定距离处，结构应 力呒沿着板厚方向的分布分为两个部分：膜应力Ｄ－ｍ和弯曲应力吒，如图１所示。图２表示焊趾处 切口引起的板厚方向非线性应力分布，局部切口应力ｑ。则包含了三个部分：Ｏ＂ｍ、瓯和切口效应导 致的非线性应力峰值Ｄ＿啦，这也是切口应力和热点应力的区别。
厚度线性化法（１Ｔ岍）通过将板厚方向应力分布线性化得到的表面应力作为热点应力。如图２
所示，在焊趾处板厚方向应力呈非线性分布，在保证合力与合力矩不变的情况下，可以通过对非线
性应力分布积分将其线性化处理，然后取焊趾处表面的应力作为由膜应力和弯曲应力叠加的热点应
力，如下式所示：
１膏
ａｍ＝：，Ｉｔ【ｑ（），）ｄｙ
１．３其它热点应力法
图７热点应力的获取
Ｆｉｇ．７ Ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｏｔ ｓｐｏｔ ｓｔｒｅｓｓ
除了表面应力外推法之外，计算热点应力的方法还有厚度线性化澍１６１（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｔ ｔｈｅ
ｗｅｌｄ Ｔｏｅ）、Ｄｏｎｇ法‘１７，１８１和ｌ ｎｕｎ法‘１９１等等，这些方法主要根据焊趾部位沿板厚方向应力分布的特点， 寻求一种更有效的热点应力计算方法。
焊点疲劳失效案例研究
焊点疲劳失效案例研究焊点的疲劳失效主要包括热疲劳和机械疲劳，其中热疲劳占主导因素。
热疲劳源于焊点在工作过程中所承受的热循环负载、功率循环过程等，包含由于热不匹配导致的等温机械疲劳。
研究表明，热疲劳和等温机械疲劳都是一种在疲劳和蠕变交互作用下的失效果过程。
一焊点疲劳失效机理大多数焊点的失效机理是一种蠕变与疲劳损伤的复合积累损伤。
宏观上表现为热疲劳损伤导致在远离焊点中心区的焊料与基板过度区（即高压力区）产生初始裂纹，然后逐渐沿焊料与基板界面扩展至整个焊点长度;微观上表现为热疲劳断口表面有疲劳条纹的特征、晶界微孔洞和蠕变沿晶界断裂的痕迹。
焊点疲劳损伤的过程可以用图1表示。
二引起疲劳的因素产品在装配完成后的运输、使用过程中，焊点是可靠性的薄弱环节，它承担着热学的、电气的、及机械连接等多种作用，并且普遍都会收到准确性的机械应力及蠕变应力，尤其是在航天、航空、航海及车载等产品中更为明显。
这是如果设计不当导致局部应力过大，或者焊料合金在焊接过程中熔融扩散不良（冷焊、偏析），就更加容易发生疲劳失效，从而降低焊点的寿命。
三焊点疲劳失效案例产品经过高温储存和高低温试验后，陆续出现功能失效，失效电容都在放大管的输出链路上，外观可见电容局部烧损，如图2失效电容焊点的焊料中间都可见疲劳裂纹的蔓延（见图3、图4）;不论是否是失效位置，其它的焊点亦都存在焊料晶粒粗大的现象。
失效样品焊点中靠近端还存在较多的空洞，且焊料晶粒粗大，使得其在老化试验过程中比正常焊点更快速地发生疲劳破坏而开裂;而当开裂导致电气连接处面积变小时，电阻变大产生大热量而发生烧损失效。
失效現象先发生在放大管的输出链路上，是因为此处的电流较大，在老化试验过程中受到的应力更大;而其余的焊点同样存在一定的失效风险。
焊点经模拟返工后，焊料晶粒状态有明显改善，显现细小均匀的形貌，说明提高焊热量能够改善晶粒粗大的潜在缺陷。
经查焊接回流曲线中，峰值温度约210℃，处于推荐值的下限，显示原来的焊接工艺温度低、时间长，说明焊接工艺曲线还有较大的优化空间，见图5四总结（1）如果工艺条件不良，焊料合金在焊接过程中熔融容易扩散不均匀，称为偏析。
焊接接头疲劳强度的研究及其技术工艺的改进.
文章编号:1003-0794(2005 03-0070-04焊接接头疲劳强度的研究及其技术工艺的改进张文博, 徐开国, 张汝春(佳木斯煤矿机械有限公司, 黑龙江佳木斯154002摘要:通过对焊接结构件接头疲劳失效原因的研究分析及影响焊接结构疲劳强度因素的分析, 提出改善焊接接头疲劳强度的新技术和新工艺, 提高焊接结构的强度和性能, 降低因疲劳断裂造成的事故和损失。
关键词:焊接接头; 疲劳强度; 研究; 改善; 技术工艺中图号:TG4051 前言焊接作为高效的连接组装工艺之一, 通常对一个产品的质量起着决定性的作用。
研究和实践表明:焊接结构经常不断发生断裂事故, 其中90%为疲劳失效, 焊接接头的疲劳破坏一般起裂于焊接接4 不重磨可转位机夹刀具特点不重磨可转位机夹刀具在液压缸体深孔加工中, 与焊接刀具相比有以下特点:(1 提高刀具耐用度不重磨可转位机夹刀片不经焊接、不需重磨, 完全避免了因焊接或重磨而产生的内应力、裂纹和高温氧化现象, 保持了刀片材料原有的切削性能, 在切削用量相同时, 可提高刀具耐用度5倍。
(2 提高切削加工效率不重磨可转位机夹刀具在切削过程中, 当刀刃损坏或用钝时, 转换一个刀刃或更换一个刀片, 就可以重新投入切削。
刀刃转位或刀片更换方便、迅速、准确, 且能够较好地保证定位精度。
对于粗加工, 转刃、换刀后不需对刀, 对于精加工只需对新刃对刀一次即可, 缩短辅助加工时间近2/3, 大大提高了切削加工效率。
(3 保证切削精度不重磨可转位机夹刀具有合理的结构和几何参数, 不受操作者刃磨经验的限制。
刀片表面有多层涂层材料, 具有良好的综合切削性能, 切削质量稳定、可靠。
保证了缸体内孔加工精度, 粗加工合格品文献标识码:A头的焊趾部位, 如果能改善焊趾处疲劳裂纹的起裂性能, 将有效地提高焊接结构的疲劳强度。
因此提高和改善焊接接头疲劳强度具有极大的潜在经济效益和社会效益。
近年来, 疲劳方面的研究虽已取得了很大的成绩, 但焊接结构疲劳断裂事故仍不断发生, 率接近100%, 精加工合格品率高于99. 5%。
高速货车转向架焊接部件疲劳强度研究
高速货车转向架焊接部件疲劳强度研究一、概述随着物流行业的快速发展，高速货车作为货物运输的主要工具，其安全性和可靠性问题日益受到人们的关注。
转向架作为高速货车的关键部件之一，其性能直接影响到货车的行驶安全和运输效率。
在转向架中，焊接部件作为连接各结构的关键环节，其疲劳强度直接关系到转向架的整体性能和寿命。
对高速货车转向架焊接部件的疲劳强度进行深入研究，对于提高货车安全性和可靠性具有重要意义。
焊接部件在高速货车转向架中承受着复杂多变的载荷作用，包括来自道路的振动冲击、转向时的扭矩和弯矩等。
这些载荷的长期作用会导致焊接部件产生疲劳裂纹，进而影响到转向架的稳定性和安全性。
对焊接部件的疲劳强度进行准确评估，是确保转向架性能稳定的关键。
关于高速货车转向架焊接部件疲劳强度的研究主要集中在材料选择、焊接工艺优化、疲劳试验方法以及疲劳寿命预测等方面。
通过选用高强度、高韧性的焊接材料，以及优化焊接工艺参数，可以有效提高焊接部件的疲劳强度。
通过合理的疲劳试验方法，可以模拟实际工况下的载荷作用，对焊接部件的疲劳性能进行准确评估。
基于现代计算机技术的疲劳寿命预测模型，可以为焊接部件的设计和制造提供重要依据。
高速货车转向架焊接部件的疲劳强度研究是一个复杂而重要的课题。
通过深入研究和不断优化，可以有效提高转向架的整体性能和寿命，为物流行业的快速发展提供有力保障。
1. 高速货车转向架的重要性及焊接部件在其中的关键作用高速货车转向架作为铁路货车的重要组成部分，其性能直接决定了货车运行的安全性、稳定性和舒适性。
转向架作为支撑和引导车辆行驶的关键部件，承受着来自轨道、车辆本身以及货物重量的多重作用力，因此必须具备足够的强度和耐久性。
在高速货车转向架中，焊接部件起着至关重要的作用。
这些部件通过焊接工艺连接在一起，共同构成转向架的主体结构，如车架、轮对轴箱等。
焊接部件的强度和稳定性直接影响着转向架的整体性能，若焊接质量不佳或存在缺陷，可能会导致部件在使用过程中发生断裂或变形，从而引发安全事故。
焊缝疲劳分析
Fe-safe Verity焊缝疲劳分析一. Verity焊缝疲劳分析的必要性焊接连接是工业领域上非常常见的结构连接方式，在结构设计中具有非常重要的地位，因此焊接的结构强度和疲劳强度都非常重要。
一般情况下，平板焊接钢结构焊缝的屈服强度和抗拉强度都不低于其母材，但是焊缝的疲劳强度却远远低于母材的疲劳强度，焊缝失效的主要形式为疲劳，所以焊缝疲劳强度分析十分必要。
焊缝的抗疲劳性能很大程度上取决于焊缝的宏观和微观几何形状，影响焊缝疲劳强度得因素很多，比如动态应力，平均应力，焊接残余应力等。
传统的焊接疲劳分析方法是通过有限元分析软件来计算焊缝处的应力，然后根据焊接结构的不同类型定义应力寿命S-N曲线来计算焊缝的疲劳寿命。
一般来说，有限元网格的大小直接影响仿真分析的结构应力结果，特别在应力集中位置（焊接位置通常有应力集中），其影响更大，因此传统焊接疲劳分析方法无法准确预测焊缝处的疲劳寿命。
模块，可以很好地解决上述问题。
2006年最新版本的Fe-safe引入了一个全新的“Verity”该模块的核心技术来源于美国著名的科技研发公司Battelle的JIP（Joint Industry Project）项目研究成果，该研究成果“Mesh-insensitive Structural Stress M ethod”是在通用有限元分析程序计算结果基础上，针对板壳、实体等结构连接形式，专门开发计算等效Structural Stress的程序，使得最后的应力计算结果不具有网格敏感性，即在不同网格尺寸下都能获得精确一致的疲劳仿真结果。
二. Verity焊缝分析介绍Verity的等效结构应力法是一种新型焊接结构疲劳寿命预测技术,可广泛应用于不同工业领域的各类形式焊接承载部件的焊趾疲劳分析,如压力容器、管道、海上平台、船舶、地面车辆等结构的管件及平板焊接接头。
该方法主要基于以下2项关键技术:1.考虑焊趾部位的结构应力集中效应,应用改进线性化法或节点力法分析其结构应力(即热点应力),确保计算结果对有限单元类型、网格形状及尺寸均不敏感,从而有效区分不同接头类型的焊趾结构应力集中情形。
改善焊接结构疲劳强度的工艺方法
改善焊接结构疲劳强度的工艺方法焊接结构是许多工程领域中常见的构造方式，但在实际使用过程中，焊接结构的疲劳强度往往是一个重要的问题。
下面将介绍一些改善焊接结构疲劳强度的工艺方法。
1. 合理的焊接接头设计：在焊接结构设计阶段，需要考虑到应力集中的问题。
合理的焊接接头设计可以减少应力集中的情况，并提高焊接结构的疲劳强度。
可以采用较大圆角和梯形焊缝等来减少应力集中。
2. 选择合适的焊接材料：为了提高焊接结构的疲劳强度，需要选择具有较高疲劳寿命的焊接材料。
一般来说，高强度低合金钢等材料具有较好的疲劳强度。
此外，还可以考虑采用具有良好韧性和抗应力腐蚀性能的不锈钢等材料来提高焊接结构的疲劳强度。
3. 控制焊接过程中的热输入：焊接过程中的热输入对于焊接接头的疲劳强度有着重要的影响。
过高的热输入会导致焊接接头的硬化和应力集中，从而降低焊接结构的疲劳强度。
因此，需要合理控制焊接过程中的焊接电流、焊接速度和预热温度等参数，以降低热输入，提高焊接结构的疲劳强度。
4. 适当的焊接后处理：焊接后处理可以进一步改善焊接结构的疲劳强度。
常用的焊接后处理方法包括时效处理、表面处理和应力消除等。
时效处理可以使焊接材料的晶体结构重新排列，提高焊接结构的组织稳定性和疲劳寿命。
表面处理可以消除焊接接头的表面缺陷，减少裂纹的产生。
应力消除可以通过热处理或冷却处理来消除焊接接头中的残余应力，减少应力集中，提高疲劳强度。
总之，通过合理的焊接接头设计、选择合适的焊接材料、控制焊接过程中的热输入和适当的焊接后处理，可以有效改善焊接结构的疲劳强度。
这些工艺方法的应用将提高焊接结构的使用寿命和安全性。
同时，需要根据具体的焊接结构和工艺要求，结合实际情况进行技术和经济的综合考虑，以实现最佳的改善效果。
当涉及到改善焊接结构的疲劳强度时，以下是一些额外的工艺方法和措施，可以进一步提高焊接接头的质量和耐久性。
5. 质量管理和监控：焊接过程中的质量管理和监控是确保焊接接头质量的重要环节。
焊接结构疲劳强度
焊接结构疲劳强度焊接是一种常见的金属连接方法，但焊接接头在使用过程中容易受到疲劳破坏。
焊接结构的疲劳强度是指焊接接头在受到交变载荷作用下能够承受的最大循环载荷次数。
疲劳强度的评估对于焊接结构的设计和使用至关重要。
本文将介绍焊接结构的疲劳破坏机制、影响疲劳强度的因素以及提高焊接接头疲劳强度的方法。
焊接结构的疲劳破坏机制主要包括以下几种：1.脆性断裂：焊接接头容易出现脆性断裂，主要是由于焊接过程中，焊缝和周边热影响区的组织发生变化，使其变得脆性，降低了焊接接头的疲劳强度。
2.裂纹扩展：焊接接头中存在的焊接缺陷（如气孔、夹杂等）是裂纹扩展的起始点。
在交替加载下，焊接接头中的裂纹会逐渐扩展，最终导致疲劳破坏。
影响焊接结构疲劳强度的因素主要包括以下几个方面：1.焊接材料选择：焊接材料的强度和塑性对焊接接头的疲劳强度有着重要影响。
通常情况下，焊接接头的强度应大于被焊接材料的强度，以保证焊接接头的疲劳寿命。
2.焊接工艺参数：焊接过程中的工艺参数（如焊接电流、焊接速度等）会对焊接接头的组织结构和性能产生影响，进而影响焊接接头的疲劳强度。
3.焊接接头形状和几何尺寸：焊接接头的形状和几何尺寸也会影响其疲劳强度。
一般来说，焊接接头的强度随着接头厚度的增加而增加，但是当厚度过大时，会导致应力集中，从而降低疲劳强度。
提高焊接接头疲劳强度的方法主要包括以下几个方面：1.选择合适的焊接方法：不同的焊接方法对焊接接头的疲劳强度有着重要影响。
例如，自动化焊接方法相对于手工焊接方法具有更高的焊接质量和疲劳强度。
2.进行焊接前的准备工作：在焊接前，需要对焊接接头进行彻底的清洁和表面处理，以减少焊接缺陷的产生。
3.优化焊接工艺参数：通过调整焊接的工艺参数，可以改善焊接接头的疲劳强度。
例如，适当增大焊接电流和焊接速度，可以减少焊缝内的局部熔化区，从而提高焊接接头的强度。
4.对焊接接头进行后处理：通过对焊接接头进行热处理或应力释放，可以改善焊接接头的组织结构和性能，提高其疲劳强度。
1提高焊接接头疲劳性能研究方案进展和技术
提高焊接接头疲劳性能地研究进展和最新技术天津大学材料科学与工程学院霍立兴王东坡王文先焊接结构地疲劳问题以及研究意义1 1.1 焊接结构地疲劳问题自从20世纪初涂药焊条发明至今一百年来,焊接已经成为应用最为广泛地工艺方法,很难找出另一种发展如此之快,并在应用规模和多样化方面能与焊接相比地工艺,以至于当代许多最重要地技术问题必须采用焊接才能解决,例如：造船、铁路、汽车、航空、航天、桥梁、锅炉、大型厂房和高层建筑等都离不开焊接技术地支持.如果焊接没有发明地话,许多结构甚至坦率地说整个工业是不会产生地.毋庸置疑,目前在工程生产上,焊接是最主要地连接方法,焊接结构地重量已占钢铁总产量地50%以上,工业发达国家地这一比例已经接近70%.然而焊接结构经常不断发生断裂事故,其中90%为疲劳失效.疲劳破坏一直被认为是船舶及海洋工程结构地一种主要地破坏形式,自钢质海船诞生至今,因结构中疲劳裂纹地生成、扩展,最后导致船舶破坏地事例屡有报道.美国海岸警卫队船舶结构委员会(Ship Structure Committee, U.S.Coast Guard>曾组织力量对六种不同类型地77艘民用船舶及9艘军舰中六十多万个结构细部进行了调查研究和统计分析,结果表明,有约九分之一地破坏与疲劳有关.历史上海洋平台地几次重大事故,如1965年日本为美国建造地Sedco型半潜式平台在交货途中破损沉没,造成13人死亡；1980年Alexan—derKeyland 号半潜式平台在北海翻沉,使一百余人葬身海底,调查分析地结果表明,结构地疲劳是造成事故地重要原因之一.同样,疲劳失效也频繁发生在铁路公路桥梁和发电站地管道上.在五六十年代,欧洲公路网得到高速发展,当时大多采用焊接技术建造钢桥,由于那时对公路桥梁疲劳认识不足,在规范中没有规定进行抗疲劳设计,出现了许多设计不合理地焊接接头,在今天日益繁忙和加重地交通运输载荷下,加快了疲劳损伤过程,许多焊接钢桥出现了疲劳裂纹.在我国焊接结构因疲劳问题而失效地工程事例也不断出现,例如,九十年代末,高速客车转向架中焊接接头地疲劳断裂,以及水轮机叶片根部地疲劳断裂等,都给国家和企业造成了巨大地经济损失.1.2 焊接结构疲劳失效地原因焊接结构疲劳失效地原因主要有以下几个方面：①客观上讲,焊接接头地静载承受能力一般并不低于母材；而承受交变动载荷时,其承受能力却远低于母材,而且与焊接接头类型和焊接结构形式有密切地关系.这是引起一些结构因焊接接头地疲劳而过早失效地一个主要地因素；②早期地焊接结构设计以静载强度设计为主,没有考虑抗疲劳设计,或者是焊接结构疲劳设计规范并不完善,以至于出现了许多现在看来设计不合理地焊接接头；③工程设计技术人员对焊接结构抗疲劳性能地特点了解不够,所设计地焊接结构往往照搬其它金属结构地疲劳设计准则与结构形式；④焊接结构日益广泛,而在设计和制造过程中人为盲目追求结构地低成本、轻量化,导致焊接结构地设计载荷越来越大；⑤焊接结构有往高速重载方向发展地趋势,对焊接结构承受动载能力地要求越来越高,而对焊接结构疲劳强度方面地科研水平相对滞后.1.3 提高焊接结构疲劳性能方法地研究意义疲劳事故地频繁发生在一定程度上制约了焊接结构地进一步广泛应用,使一些场合不得不放弃使用焊接结构,甚至怀疑焊接结构能否适用于承受动载地工程实际,故而焊接结构地抗疲劳问题引起国内外有关专家和工程技术人员,尤其是国际焊接学会疲劳专业委员会地普遍关注.在大量疲劳实验与工程实践地基础上,焊接结构抗疲劳设计规范不断出台,如英国桥梁疲劳设计规范BS5400、欧洲钢结构协会地疲劳设计规范、日本地钢桥设计规范、美国铁路桥梁以及高速公路设计规范、国际焊接学会地循环加载焊接钢结构地疲劳设计规范IIW.DOC-639-8l以及我国地钢结构设计规范GB-17-88.世界各主要造船及海洋资源开发国家,都在船舶及海洋工程结构地设计建造和检验入级规范中对焊接结构地疲劳强度作出了规定和要求.由于焊接接头焊趾处地焊接缺陷、应力集中和残余拉伸应力地作用,其疲劳强度大幅度地低于基本金属地疲劳强度.所以焊接结构地疲劳强度取决于接头地疲劳性能,即焊接接头地抗疲劳性能,关系着焊接结构能否安全使用.因此为了保证焊接结构可靠性,在设计承受交变动载荷地焊接结构时,设计规范规定以焊接接头地疲劳强度作为整体结构地疲劳强度,而不采用基本金属地疲劳强度,显然这造成极大浪费.即使如此,在接头处局部应力集中作用下,仍然会发生整体结构地过早疲劳失效.为了使焊接结构很好地满足工程上对其提出地承受动载地要求,能够采取地措施主要有两点.一方面,增加对焊接结构抗疲劳性能地了解,精心设计结构形式及接头形式,使所设计地焊接结构更合理,具有更高地疲劳强度；同时提高和严格控制焊接质量,防止和减少焊接缺陷地产生；另一方面,直接面对焊接接头疲劳性能较差地弱点,在焊接结构制造过程中、完成后以及使用过程中采取有效地工艺措施,提高接头地疲劳强度,增加其承受动载地能力、延长其使用寿命.因此提高和改善焊接接头疲劳强度具有极大地潜在经济效益和社会效益,长期来,它是国内外有关专家研究地热点课题.2 影响焊接结构疲劳强度地主要因素2.1 静载强度对焊接结构疲劳强度地影响在钢铁材料地研究中,人们总是希望材料具有较高地比强度,即以较轻地自身重量去承担较大地负载重量,由于相同重量地结构可以具有极大地承载能力；或是同样地承载能力可以减轻自身地重量.所以高强钢应运而生,也具有较高地疲劳强度,基本金属地疲劳强度总是随着静载强度地增加而提高.但是对于焊接结构来说,情况就不一样了,由于焊接接头地疲劳强度与母材静强度、焊缝金属静强度、热影响区地组织性能以及焊缝金属强度匹配没有多大地关系,也就是说只要焊接接头地细节一样,高强钢和低碳钢地疲劳强度是一样地,具有同样地S-N曲线,这个规律适合对接接头、角接接头和焊接梁等各种接头型式.Maddox研究了屈服点在386—636MPa 之间地碳锰钢和用6种焊条施焊地焊缝金属和热影响区地疲劳裂纹扩展情况,结果表明：材料地力学性能对裂纹扩展速率有一定影响,但影响并不大.在设计承受交变载荷地焊接结构时,试图通过选用较高强度地钢种来满足工程需要是没有意义地.只有在应力比大于+0.5地情况下,静强度条件起主要作用时,焊接接头母材才应采用高强钢.造成上述结果地原因是由于在接头焊趾部位沿溶合线存在有类似咬边地熔渣楔块缺陷,其厚度在0.075mm-0.5mm,尖端半经小于0.015mm.该尖锐缺陷是疲劳裂纹开始地地方,相当于疲劳裂纹形成阶段,因而接头在一定应力幅值下地疲劳寿命,主要由疲劳裂纹地扩展阶段决定.这些缺陷地出现使得所有钢材地相同类型焊接接头具有同样地疲劳强度,而与母材及焊接材料地静强度关系不大.2.2 应力集中对疲劳强度地影响2.2.1 接头类型地影响焊接接头地形式主要有：对接接头、十字接头、T形接头和搭接接头,在接头部位由于传力线受到干扰,因而发生应力集中现象.对接接头地力线干扰较小,因而应力集中系数较小,其疲劳强度也将高于其他接头形式.但实验表明,对接接头地疲劳强度在很大范围内变化,这是由于有一系列因素影响对接接头地疲劳性能地缘故.如试样地尺寸、坡口形式、焊接方法、焊条类型、焊接位置、焊缝形状、焊后地焊缝加工、焊后地热处理等均会对其发生影响.具有永久型垫板地对接接头由于垫板处形成严重地应力集中,降低了接头地疲劳强度.这种接头地疲劳裂纹均从焊缝和垫板地接合处产生,而并不是在焊趾处产生,其疲劳强度—般与不带垫板地最不佳外形地对接接头地疲劳强度相等.十字接头或T形接头在焊接结构中得到了广泛地应用.在这种承力接头中,由于在焊缝向基本金属过渡处具有明显地截面变化,其应力集中系数要比对接接头地应力集中系数高,因此十字或T形接头地疲劳强度要低于对接接头.对未开坡口地用角焊缝连接地接头和局部熔透焊缝地开坡口接头,当焊缝传递工作应力时,其疲劳断裂可能发生在两个薄弱环节上,即基本金属与焊缝趾端交界处或焊缝上.对于开坡口焊透地地十字接头,断裂一般只发生在焊趾处,而不是在焊缝处.焊缝不承受工作应力地T形和十字接头地疲劳强度主要取决于焊缝与主要受力板交界处地应力集中,T形接头具有较高地疲劳强度,而十字接头地疲劳强度较低.提高T 形或十字接头疲劳强度地根本措施是开坡口焊接,并加工焊缝过渡处使之圆滑过渡,通过这种改进措施,疲劳强度可有较大幅度地提高.搭接接头地疲劳强度是很低地,这是由于力线受到了严重地扭曲.采用所谓“加强”盖板地对接接头是极不合理地,由于加大了应力集中影响,采用盖板后,原来疲劳强度较高地对接接头被大大地削弱了.对于承力盖板接头,疲劳裂纹可发生在母材,也可发生在焊缝,另外改变盖板地宽度或焊缝地长度,也会改变应力在基本金属中地分布,因此将要影响接头地疲劳强度,即随着焊缝长度与盖板宽度比率地增加,接头地疲劳强度增加,这是由于应力在基本金属中分布趋于均匀所致.2.2.2 焊缝形状地影响无论是何种接头形式,它们都是由两种焊缝连接地,对接焊缝和角焊缝.焊缝形状不同,其应力集中系数也不相同,从而疲劳强度具有较大地分散性.对接焊缝地形状对于接头地疲劳强度影响最大.(1> 过渡角地影响Yamaguchi等人建立了疲劳强度和基本金属与焊缝金属之间过渡角(外钝角>地关系.实验中W(焊缝宽度>和h(高度>变化,但h/W比值保持不变.这意味着夹角保持不变,实验结果表明,疲劳强度也保持不变.但如果W保持不变,变化参量h,则发现h增加,接头疲劳强度降低,这显然是外夹角降低地结果.(2> 焊缝过渡半径地影响Sander等人地研究结果表明焊缝过渡半径同样对接头疲劳强度具有重要影响,即过渡半径增加(过渡角保持不变>,疲劳强度增加.角焊缝地形状对于接头地疲劳强度也有较大地影响.当单个焊缝地计算厚度a与板厚B之比a/B<0.6～0.7时,一般断裂于焊缝；当a/B>0.7时,一般断于基本金属.但是增加焊缝尺寸对提高疲劳强度仅仅在一定范围内有效.由于焊缝尺寸地增加并不能改变另一薄弱截面即焊趾端处基本金属地强度,故充其量亦不能超过该处地疲劳强度.Soete,Van Crombrugge采用15mm厚板用不同地角焊缝施焊,在轴向疲劳载荷下地实验发现,焊缝地焊脚为13mm时,断裂发生在焊趾处基本金属或焊缝中.当焊缝地焊脚小于此值时,疲劳断裂发生在焊缝上；当焊脚尺寸为18mm时断裂发生在基本金属中.据此他们提出极限焊脚尺寸：S=0.85B 式中S为焊脚尺寸,B为板厚.可见纵使焊脚尺寸达到板厚时(15mm>,仍可得焊缝处地断裂结果,这一结果与理论结果符合得很好.2.2.3 焊接缺陷地影响焊趾部位存在有大量不同类型地缺陷,这些不同类型地缺陷导致疲劳裂纹早期开裂和使母材地疲劳强度急剧下降<下降到80%）.焊接缺陷大体上可分作两类：面状缺陷(如裂纹、未熔合等>和体积型缺陷<气孔、夹渣等）,它们地影响程度是不问地,同时焊接缺陷对接头疲劳强度地影响与缺陷地种类、方向和位置有关.1> 裂纹焊接中地裂纹,如冷、热裂纹,除伴有具有脆性地组织结构外,是严重地应力集中源,它可大幅度降低结构或接头地疲劳强度.早期地研究己表明,在宽60mm、厚12.7mm地低碳钢对接接头试样中,在焊缝中具有长25mm、深 5.2mm地裂纹时(它们约占试样横截面积地10%>,在交变载荷条件下,其2×106循环寿命地疲劳强度大约降低了55%~65%.2> 未焊透应当说明,不一定把未焊透均认为是缺陷,由于有时人为地要求某些接头为周部焊透,典型地例子是某些压力容器接管地设计.未焊透缺陷有时为表面缺陷<单面焊缝）,有时为内部缺陷(双面焊缝>,它可以是局部性质地,也可以是整体性质地．其主要影响足削弱截面积和引起应力集中.以削弱面积10%时地疲劳寿命与未含有该类缺陷地实验结果相比,其疲劳强度降低了25%,这意味着其影响不如裂纹严重.3> 未熔合由于试样难以制备,至今有关研究极其稀少．但是无可置疑,未熔合属于平面缺陷,因而不容忽视,一般将其和未焊透等同对待.4> 咬边表征咬边地主要参量有咬边长度L、咬边深度h、咬边宽度W.影响疲劳强度地主要参量是咬边深度h,目前可用深度h或深度与板厚比值(h/B>作为参量评定接头疲劳强度.5> 气孔为体积缺陷,Harrison对前人地有关实验结果进行了分析总结,疲劳强度下降主要是由于气孔减少了截面积尺寸造成,它们之间有一定地线性关系.但是一些研究表明,当采用机加工方法加工试样表面,使气孔处于表面上时,或刚好位于表面下方时,气孔地不利影响加大,它将作为应力集中源起作用,而成为疲劳裂纹地起裂点.这说明气孔地位置比其尺寸对接头疲劳强度影响更大,表面或表层下气孔具有最不利影响.6> 夹渣 IIW地有关研究报告指明：作为体积型缺陷,夹渣比气孔对接头疲劳强度影响要大. 通过上述介绍可见焊接缺陷对接头疲劳强度地影响,不但与缺陷尺寸有关,而旦还决定于许多其他因素,如表面缺陷比内部缺陷影响大,与作用力方向垂直地面状缺陷地影响比其它方向地大；位于残余拉应力区内地缺陷地影响比在残余压应力区地大；位于应力集中区地缺陷(如焊缝趾部裂纹>比在均匀应力场中同样缺陷影响大.2.3 焊接残余应力对疲劳强度地影响焊接残余应力是焊接结构所特有地特征,因此,它对于焊接结构疲劳强度地影响是人们广为关心地问题,为此人们进行了大量地实验研究工作.实验往往采用有焊接残余应力地试样与经过热处理消除残余应力后地试样,进行疲劳实验作对比.由于焊接残余应力地产生往往伴随着焊接热循环引起地材料性能变化,而热处理在消除残余应力地同时也恢复或部分地恢复了材料地性能,同时也由于实验结果地分散性,因此对实验结果就产生了不同地解释,对焊接残余应力地影响也就有了不同地评价.试举早期和近期一些人所进行地研究工作为例,可清楚地说明这一问题,对具有余高地对接接头进行地2×106次循环实验结果,不同研究者得出了不同结论.有人发现：热处理消除应力试样地疲劳强度比焊态相同试样地疲劳强度增加12.5%；另有人则发现焊态和热处理地试样地疲劳强度是一致地,即差异不大；但也有人发现采用热处理消除残余应力后疲劳强度虽有增加,但增加值远低于12.5%等等.对表面打磨地对接接头试样实验结果也是如此,即有地实验认为,热处理后可提高疲劳强度17%,但也有地实验结果说明,热处理后疲劳强度没有提高等.这个问题长期来使人困惑不解,直到前苏联一些学者在交变载荷下进行了一系列实验,才逐渐澄清了这一问题.其中最值得提出地是Trufyakov对在不同应力循环特征下焊接残余应力对接头疲劳强度影响地研究.实验采用14Mn2普通低合金结构钢,试样上有一条横向对接焊缝,并在正反两面堆焊纵向焊道各一条.一组试样焊后进行了消除残余应力地热处理,另一组未经热处理.疲劳强度对比实验采用三种应力循环特征系数r=-1, 0, +0.3.在交变载荷下(r=-1>,消除残余应力试样地疲劳强度接近130MPa,而未经消除残余应力地仅为75MPa,在脉动载荷下(r=0>,两组试样地疲劳强度相同,均为185MPa.而当r=0.3时,经热处理消除残余应力地试样疲劳强度为260MPa,反而略低于未热处理地试样(270MPa>.产生这个现象地主要原因是：在r值较高时,例如在脉动载荷下(r=0>,疲劳强度较高,在较高地拉应力作用下,残余应力较快地得到释放,因此残余应力对疲劳强度地影响就减弱；当r增大到0.3时,残余应力在载荷作用下,进一步降低,实际上对疲劳强度已不起作用.而热处理在消除残余应力地同时又软化了材质,因而使得疲劳强度在热处理后反而下降.这一实验比较好地说明了残余应力和焊接热循环所引起材质变化对疲劳强度地影响.从这里也可以看出焊接残余应力对接头疲劳强度地影响与疲劳载荷地应力循环特性有关.即在循环特性值较低时,影响比较大.前面己指出,由于结构焊缝中存有达到材料屈服点地残余应力,因此在常幅施加应力循环作用地接头中,焊缝附近所承受地实际应力循环将是由材料地屈服点向下摆动,而不管其原始作用地循环特征如何.例如标称应力循环为+S1到-S2,则其应力范围应为S1+S2.但接头中地实际应力循环范围将是由Sy(屈服点地应力幅>到Sy-(S1+S2>.这一点在研究焊接接头疲劳强度时是非常重要地,它导致了一些设计规范以应力范围代替了循环特征r.此外,在实验过程中,试件地尺寸大小、加载方式、应力循环比、载荷谱也对疲劳强度有很大地影响3 改善焊接结构疲劳强度地工艺方法焊接接头疲劳裂纹一般启裂位置存在于焊根和焊趾两个部位,如果焊根部位地疲劳裂纹启裂地危险被抑制,焊接接头地危险点则集中于焊趾部位.许多方法可以用于提高焊接接头地疲劳强度,①减少或消灭焊接缺欠特别是开口缺陷；②改善焊趾部位地几何形状降低应力集中系数；③调节焊接残余应力场,产生残余压缩应力场.这些改进方法可以分为两大类,如表1所示.焊接过程优化方法不仅是针对提高焊接结构疲劳强度而考虑,同时对焊接结构地静载强度、焊接接头地冶金性能等各方面都有极大地益处,这方面地资料很多在此不多赘述.下面从工艺方法角度考虑分三部分详细论述改善焊接接头疲劳强度地主要方法.3.1 改善焊趾几何形状降低应力集中地方法1> TIG熔修国内外地研究均表明,TIG熔修可大幅度提高焊接接头地疲劳强度,这种方法是用钨极氩弧焊方法在焊接接头地过渡部位重熔一次,使焊缝与基本金属之间形成平滑过渡.减少了应力集中,同时也减少了该部位地微小非金属夹渣物,因而使接头部位地疲劳强度提高.熔修工艺要求焊枪一般位于距焊趾部位0.5~1.5mm处,并要保持重熔部位洁净,如果事先配以轻微打磨效果更佳.重要地是重熔中发生熄弧时,如何处理重新起弧地方法,由于这势必影响重熔焊道地质量,一般推荐重新起弧地最好位置是在焊道弧坑之前面6mm处,最近国际焊接学会组织欧洲一些国家和日本地一些焊接研究所,采用统一由英国焊接研究所制备地试样进行了—些改善接头疲劳强度方法有效性地统一性研究,证实经该方法处理后该接头地2×106循环下地标称疲劳强度提高58%,如果将得到地211MPa地疲劳强度标称值换算成相应地特征值(K指标> 为144MPa.它己高出国际焊学会地接头细节疲劳强度中地最高地FAT 值.2> 机械加工若对焊缝表面进行机械加工,应力集中程度将大大减少,对接接头地疲劳强度也相应提高,当焊缝不存在缺陷时,接头地疲劳强度可高于基本金属地疲劳强度.但是这种表面机械加工地成本很高,因此只有真正有益和确实能加工到地地方,才适宜于采用这种加工.而带有严重缺陷和不用底焊地焊缝,其缺陷处或焊缝根部应力集中要比焊缝表面地应力集中严重地多,所以在这种情况下焊缝表面地机械加工是毫无意义地.如果存有未焊透缺陷,由于疲劳裂纹将不在余高和焊趾处起始裂,而是转移到焊缝根部未焊透处.在有未焊透缺陷存在地情况下,机加工反而往往会降低接头疲劳强度.有时不用对整体焊缝金属进行机加工,而只需对焊趾处采用机械加工磨削处理,这种做法亦能大幅度提高接头疲劳强度.研究表明,在这种情况下,起裂点不是在焊趾处,而是转移到焊缝缺陷部位.前苏联Makorov对高强钢(抗拉强度σb=1080 MPa>横向对接焊缝地交变载荷地疲劳强度实验表明,在焊态条件下2×106循环次数时疲劳强度为±150MPa,如果对焊缝进行机械加工处理,除去余高,则疲劳强度提高到±275MPa,这已与基本金属地疲劳强度相当.但如果对焊趾处进行局部磨削加工,其疲劳强度为±245MPa,它是机加工效果地83%,与焊态相比,疲劳强度提高65%,当然不论是采用机加工方法,还是磨削方法,如果不能仔细按要求进行,以便保证加工效果,疲劳强度地提高是有限地.3> 砂轮打磨采用砂轮磨削,虽然其效果不如机械加工,但也是一种提高焊接接头疲劳强度地有效方法.国际焊接学会推荐采用高速电力或水力驱动地砂轮,转速为(15000~40000>/min,砂轮由碳-钨材料制作,其直径应保证打磨深度半径应等于或大于1/4板厚.国际焊接学会最近地研究表明,试样经打磨后,其2×106循环下地标称疲劳强度提高45%,如果将得到地199MPa疲劳强度标称值换算成相应地特征值(135MPa>它也高于国际焊接学会地接头细节疲劳强度中地最高地FAT值.要注意地是磨削方向应与力线方向一致,否则在焊缝中会留下与力线垂直地刻痕,它相当于应力集中源,起到降低接头疲劳强度地作用.4> 特种焊条方法本方法是研制了一种新型地焊条,它地液态金属和液态熔渣具有较高地溶湿能力,可以改善焊缝地过渡半径,减小焊趾角度,降低焊趾处地应力集中程度,从而提高焊接接头地疲劳强度.与TIG熔修地缺点相类似,它对焊接位置具有较强地选择性,特别适合于平焊位置和平角焊,而对于立焊、横焊和仰焊,它地优越性就显著降低了.3.2调整残余应力场产生压缩应力地方法1> 预过载法假如在含有应力集中地试样上施加拉伸载荷,直到在缺口处发生屈服,并伴有一定地拉伸塑性变形,卸载后,载缺口及其附近发生拉伸塑性变形处将产生压缩应力,而在试样其它截面部位将有与其相平衡地低于屈服点地拉伸应力产生.受此处理地试样,在其随后地疲劳实验中,其应力范围将与原始未施加预过载地试样不同,即显著变小,因此它可以提高焊接接头地疲劳强度.研究结果表明,大型焊接结构(如桥梁、压力容器等>投入运行前需进行一定地预过载实验,这对提高疲劳性能是有利地.2> 局部加热采用局部加热可以调节焊接残余应力场,即在应力集中处产生压缩残余应力,因而对提高接头疲劳强度是有利地.这种方法目前限用于纵向非连续焊缝,或具有纵向加筋板地接头.。
影响焊接结构疲劳强的工艺因素
影响焊接结构疲劳强的工艺因素焊接结构的疲劳强度是指在循环载荷作用下，焊接结构具有一定的耐久能力。
焊接结构的疲劳强度受到许多工艺因素的影响，下面将详细介绍其中几个重要的工艺因素。
1.焊接材料的选择：材料的疲劳强度是影响焊接结构疲劳强度的决定性因素之一、焊接填充材料和母材的选择应考虑到其抗拉强度、塑性韧性、抗疲劳裂纹扩展性能等指标。
通常情况下，焊接结构中的焊缝区域的疲劳强度较低，因为焊缝区域由于焊接过程中的热变形和固化过程，使得焊接材料的微观组织发生不均匀变化，形成了处于一个相对较弱区域。
2.焊接工艺参数：焊接工艺参数的选择对焊接结构疲劳强度也有很大影响。
焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接温度等工艺参数的调整，可以调节焊接热量的输入和分布，从而改变焊接结构的组织和性能，进而影响焊接结构的疲劳强度。
通常来说，采用较小的焊接电流、较高的焊接电压、适当的焊接速度和温度等参数，可以有效减少焊接结构中的焊缝和热影响区域的疲劳强度。
3.焊接缺陷的控制：焊接过程中的缺陷对焊接结构的疲劳强度产生很大的影响。
焊接缺陷包括气孔、夹杂、未熔合、未焊透、裂纹等。
这些缺陷会导致焊接接头的局部应力集中，在循环载荷作用下，易于发生疲劳裂纹的产生和扩展。
因此，在焊接结构中应通过控制焊接工艺、严格执行操作规范等方法，尽可能减少焊接缺陷的产生，以提高焊接结构的疲劳强度。
4.焊接残余应力的影响：焊接过程中会产生很高的温度梯度和应力梯度，导致焊接结构中产生残余应力。
这些残余应力会影响焊接结构的疲劳强度。
残余应力会使焊接接头内部应力场变得复杂，并进一步影响应力集中的位置和大小。
残余应力一方面会加剧焊接接头的局部应力集中，使其更易于发生疲劳裂纹的产生和扩展；另一方面，残余应力会改变焊接结构的形状和尺寸，从而改变焊接结构的应力分布，进一步影响焊接结构的疲劳强度。
综上所述，焊接结构的疲劳强度受到材料选择、焊接工艺参数、焊接缺陷的控制和残余应力的影响。
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。
影响焊接结构疲劳强度的工艺因素
影响焊接结构疲劳强度的工艺因素焊接结构的疲劳强度是指其抵抗在循环加载下产生的疲劳裂纹和破裂的能力。
影响焊接结构疲劳强度的工艺因素主要包括焊缝形状、焊接温度、焊接变形和焊接质量等。
首先，焊缝形状是影响焊接结构疲劳强度的重要因素之一、焊缝形状决定了焊接件的应力分布，进而影响了其疲劳强度。
对于相同的焊接接头，不同的焊缝形状会导致不同的应力集中情况。
例如，边缘间距较大的焊角会导致应力集中于焊缝的临近区域，从而降低焊接结构的疲劳强度。
因此，通过合理设计焊缝形状，可以提高焊接结构的疲劳强度。
其次，焊接温度也对焊接结构疲劳强度有着重要影响。
焊接过程中，焊缝和母材受到高温作用，会引起材料的热变形和相变等。
过高的焊接温度会导致过度热影响区的扩展，使焊接结构的组织和性能发生变化，从而降低其疲劳强度。
因此，控制焊接温度，尽量避免高温对焊接结构的不良影响，可以提高焊接结构的疲劳强度。
焊接变形也是影响焊接结构疲劳强度的关键因素之一、焊接过程中，由于热应力和冷却收缩等因素，焊接结构往往会发生变形。
焊接变形会导致焊缝的应力集中，从而降低焊接结构的疲劳强度。
通过合理设计焊接结构和采用适当的焊接顺序，可以减小焊接变形，提高焊接结构的疲劳强度。
最后，焊接质量也对焊接结构疲劳强度有重要影响。
焊接质量的好坏直接影响焊接接头的强度和疲劳寿命。
焊接缺陷如气孔、夹杂物、裂纹等都会降低焊接结构的疲劳强度。
因此，在焊接过程中，需要采取合适的焊接工艺和控制焊接参数，确保焊接质量，提高焊接结构的疲劳强度。
总之，焊接结构的疲劳强度受到多个工艺因素的影响，包括焊缝形状、焊接温度、焊接变形和焊接质量等。
通过合理控制这些工艺因素，可以提高焊接结构的疲劳强度，确保焊接接头的可靠性和使用寿命。
不锈钢焊接接头疲劳强度试验研究_吴冰
断裂位置
Reference
of crack
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Key words Two2phase stainless steel ; Austenitic stainless steel ; Fatigue resistance ; Joint geomety Corresponding author : YANG XinQi , E2mail : xqyang @tju. edu. cn , Fax : + 86222227407022 The project supported by the Doctoral Program Special Foundation of Institution of Higher Education of China (No. 1999005605) .
is discussed by comparison with the test result of welded joints of 16Mn steel. It indicates that the constant m and the fatigue resistance value which is at 2 ×106 cycles are different from the value recommended by IIW obviously. The fatigue assessment result of stainless steel welded joints which is given by IIW S —N curve is conservative. In addition , the different joint geometies lead to the difference of local stress concentration of welded joints , so nominal stress S —N curve is affected evidently by that ; for the same joint geomety , the
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焊点疲劳强度研讨一．疲劳强度电子元器件的焊点必须能经受长时间的微小振动和电路发散的热量。
随着电子产品元器件安装密度的增加，电路的发热量增加，经常会发生焊接处的电气特性劣化，机械强度下降或出现断裂等现象。
材料在变动载荷和应变长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。
疲劳是一种低应力破坏。
二．提高疲劳强度性能的方法2．1提高焊点的可靠性提高焊点可靠性的最好方法有三个：提高焊点合金的耐用性；减少元件与PCB之间热膨胀系数（CTE）的失配；尽可能按照实际的柔软性来生产元件，向焊点提供更大的应变；2．1．1提高焊点合金的耐用性2．1．1．1选择合适的焊膏2．1．1 润湿性能对于焊料来说，能否与基板形成较好的浸润，是能否顺利地完成焊接的关键。
如果一种合金不能浸润基板材料，则会因浸润不良而在界面上产生空隙，易使应力集中而在焊接处发生开裂。
焊料的润湿性主要的指标浸润角和铺展率。
从现象上看，任何物体都有减少其自身表面能的倾向。
因此液体尽量收缩成圆球状，固体则把其接触的液体铺展开来覆盖其表面。
如果液体滴在固体表面，则会形成图一所示的情况。
图二和图三分别表示浸润不良和良好的现象。
θ为浸润角，显然浸润角越小，液态焊料越容易铺展，表示焊料对基板的润湿性能越好。
a. 当θ<900，称为润湿，B角越小，润湿性越好，液体越容易在固体表面展开；b. 当θ>90时称为不润湿，B角越大，润湿性越不好，液体越不容易在固体表面上铺展开，越容易收缩成接近圆球的形状;c. 当θ=00或180“时，则分别称为完全润湿和完全不润湿。
通常电子工业焊接时要求焊料的润湿角θ<200。
影响焊料润湿性能主要有:焊料和基板的材料组分、焊接温度、金属表面氧化物、环境介质、基板表面状况等。
IPC－SPVC用润湿力天平来测量并用润湿时间以及最大润湿力来表示的方法评估了不同组成的 SAC 合金的润湿性，结果发现其中（零交时间与最大润湿力）并无差异，见图4。
各候选合金与锡铅共晶合金的润湿性比较见图5。
图 4 不同组成的SAC的润湿性评估结果结论：同样条件下其润湿能力按如下顺序增加：SnCu<SnAg<SnAgCu<Sn63Pb37。
2．1．2焊料的物理性能比较影响电子制造工艺及其产品可靠性的焊料物理性能主要包括：熔点温度（或液相线与固相线）、表面张力、密度、电阻率、热导率以及热膨胀系数，详见表1。
表1 部份无铅焊料的物理性能性能参数Sn3.5Ag Sn0.7Cu SnAgCu Sn63Pb37 熔点（℃）221 227 217 183表面张力460（260℃,air） 491(277℃,air) 510(Sn2.5Ag0.8Cu0.5Sb) 380(260℃,air)431(277℃,air)461(277℃,N2)417(233℃,air)493(271℃, N2) 464(233℃, N2)密度（g/cm3）7.5 7.3 7.5 8.4 电阻率（μΩcm）10.8 10~15 13 15热导率（W/cm.℃） 0.33(85℃) — 0.35(85℃) 0.5（30~85℃）热膨胀系数（CTE,ppm/K）30 19.3 21.5 23.3结论：a.在熔点方面，低或越接近铅锡共晶焊料将越有利，可以降低高温对元器件、PCB的损伤以及减少能耗。
b.表面张力则会影响焊料的润湿性能，如2．1．1所述。
c.电阻率越小，造成传输信号的损失越小。
SnAg合金表现最好。
d.热导率越大焊点的散热越快，可以改善器件的可靠性。
e.CTE将会拉大对铜焊盘的差距，显然对疲劳寿命影响会增大。
2．1．3焊料的机械性能比较材料性能中与焊点性能密切相关的主要包括抗拉强度、剪切强度与延展率。
如下表2。
表2 无铅材料的机械性能性能参数Sn3.5Ag Sn0.7Cu SnAgCu Sn63Pb37 抗拉强度（MPa）35 23 48.546剪切强度（MPa）27 20~23 — 231mm/min.reflow 焊点（N/mm2.20℃）焊点（N/mm2.100℃）39 28.5 —34.5(60/40) 27 23 27 2317 16 17 14杨氏模量（GPa）26~56 / / 15.7~35蠕变强度N/mm220℃13.7 8.6 13 8.0 100℃ 5 2.1 5 1.8延展率（%）39 45 36.5 31 结论：a.抗拉强度、剪切强度主要影响焊点的强度以及PCBA互连的可靠性。
b.延展率则决定焊材在使用或加工时的适应性，各焊料的延展率均无明显差异，都可以满足制造与使用的要求。
2．1．4焊料合金成份选择焊点的寿命主要与蠕变和疲劳的相互作用和/或者金属互化物的生长有关，同时还要充分考虑电子产品在实际应用环境下微结构的变化。
实际应用环境可能会促进以蠕变为主的疲劳造成损坏，或者以疲劳为主的蠕变造成损坏。
造成焊点损坏的这类原因直接焊点的基本构成和微结构的变化有关。
为了说明各种成份的普通无铅焊料的相对性能，图6列出了它们的应力-应变曲线（25℃、6.2×104−/秒）。
图6 无铅合金的应力—应变曲线机械性能对银和铜含量的相互关系分别作如下总结：a. 当银的含量为大约3.0~3.1%时，屈服强度和抗拉强度两者都随铜的含量增加到大约1.5%，而几乎成线性的增加。
b.超过1.5%的铜，屈服强度会减低，但合金的抗拉强度保持稳定。
整体的合金塑性对0.5-1.5%的铜是高的，然后随着铜的进一步增加而降低。
c.对于银的含量(0.5-1.7%范围的铜)，屈服强度和抗拉强度两者都随银的含量增加到4.1%，而几乎成线性的增加，但是塑性减少。
d.在锡/银/铜三重系统中，1.5%的铜(3-3.1%Ag)最有效地产生适当数量的、最细小的微组织尺寸的Cu6Sn5粒子，从而达到最高的疲劳寿命、强度和塑性。
结论：※根据对已有数据的分析，一般认为，焊点的疲劳寿命按如下顺序增加：SnPb<SnCu<SnAg~SnAgCu。
※最佳合金成分：95.4Sn3.1Ag1.5Cu2．2减少元件与PCB之间热膨胀系数（CTE）的失配自从表面贴装技术的开始，温度膨胀系数(CTE, coefficient of thermal expansion)问题是经常讨论到的，它发生在SMT连接材料特性的温度膨胀系数(CTE)通常相差较大的时候。
一个典型的装配由FR-4板、焊锡和无引脚或有引脚的元件组成。
在温度的波动和电源的开关下，这些CTE的差别增加焊接点内的应力和应变，缩短使用寿命，导致早期失效。
a．合金的选择不同的合金有不同的CTE，下表3为部份合金的CTE。
表3 各典型合金成份的CTE物理性质Sn/Pb Sn99.3/Cu0.7Sn/Ag3.0/Cu0.5Viromet 349(Sn/Ag/Cu/In)Viromet347(Sn/Ag/Cu/In)热膨胀系数(um/m℃)23.3 19.3 21.5 22.9 21.9 而FR-4（PCB主要材质）为16，聚酰亚胺薄膜（FPC主要材质）为40，铜引脚为16.5，氧化铝（Al2O3）为6.4。
结论：SAC合金与SnPb相近，甚至与FR-4（PCB）、铜引脚（元件）、氧化铝（SMD元件）更靠近，以上4种合金皆可满足要求。
b．合理的系统温度管理设计元件的散热要求不断增加，运行期间产生的热量必须有效地从元件（芯片）带出到包装表面，然后到室温，减少焊接点的应力与应变。
所以，元件的封装和电路的设计都会影响到散热过程的效率。
焊锡连接使用期间暴露的环境下，冶金特性会发生七个不同的改变：塑性变形(plastic deformation)：当焊锡受到外力，如机械或温度应力时，它会发生不可逆变的塑性变形。
连续的或周期性的塑性变形最终导致焊点断裂。
应变硬化(strain-hardening)：是塑性变形的结果，通常在应力与应变的关系中观察得到。
回复过程(recovery process)：是应变硬化的相反的现象，是软化的现象，即，焊锡倾向于释放储存的应变能量。
该过程是热动力学过程，能量释放过程开始时快速，其后过程则较慢。
对焊接点失效敏感的物理特性倾向于恢复到其初始的值。
再结晶(recrystallization)：通常发生在相当较高的温度下，涉及比回复过程更大的从应变材料内释放的能量。
在再结晶期间，也形成一套新的基本无应变的晶体结构，明显包括晶核形成和生长过程。
溶液硬化(solution-hardening)：或固体溶液合金化过程，造成应力增加。
沉淀硬化(precipitaion-hardening)：包括来自有充分搅拌的微沉淀结构的强化效果。
焊锡的超塑性(superplasticity)：出现在低应力、高温和低应变率相结合的条件下。
2．3选用合适的焊接表面处理方式抑制IMC的生长与老化a．能够被锡铅合金焊料(或称焊锡Solder)所焊接的金属，如铜、镍、金、银等，其焊锡与被焊底金属之间，在高温中锡原子及被焊金属原子之相互结合、渗入、迁移、及扩散等动作，会快速形成一薄层类似＂锡合金＂的化合物，且事后还会逐渐成长增厚。
此物称为IMC（Intermetallic compound的简写）。
IMC本身具有不良的脆性，将会损及焊点之机械强度及寿命，其中尤其对抗劳强度危害最大。
IMC会随时老化而逐渐增厚，通常其已长成的厚度，与时间大约形成抛物线的关系，即：δ＝k √t，k＝k exp(－Q/RT)δ表示t时间后IMC已成长的厚度。
K表示在某一温度下IMC的生长常数。
T表示绝对温度。
R表示气体常数，即8.32 J/mole。
Q表示IMC生长的活化能。
K＝IMC对时间的生长常数，以nm / √秒或μm / √日(1μm / √日＝3.4nm / √秒)。
现将四种常见含锡的IMC在不同温度下，其生长速度比较在下表的数字中：表3 各种IMC在不同温度中之生长速度(nm / √s)金属介面20℃ 100℃ 135℃ 150℃ 170℃40Sn/AuSn/Ag 0.08 17~35Sn/Ni 0.08 1 5Sn/Cu 0.26 1.4 3.8 10[注] 在170℃高温中铜面上，各种含锡合金IMC层的生长速率，也有所不同；如热浸锡铅为5nm/s，雾状纯锡镀层为7.7(以下单位相同)。
b．锡铜介面IMC的生长与老化锡铜之间最先所形成的良性η-phase(Cu6Sn5)，已成为良好焊接的必要条件。
唯有这IMC的存在才会出现强度好的焊点。
但这种良好的IMC还会因铜的不断侵入而逐渐劣化，逐渐变为不良的ε-phase(Cu3Sn)。
此两种IMC所构成的总厚度将因温度上升而加速长厚，且与时俱增。
下表4即为各种状况下所测得的IMC总厚度。