焊接结构疲劳设计四个标准的特点对比及应用建议
第三章焊接结构疲劳强度
2）1980年Alexan—derKeyland号半潜式平台在北海翻沉，使一百 余人葬身海底。
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2、疲劳失效也频繁发生在铁路公路桥梁和发电站的管 道上 。
上世纪五六十年代，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。
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图3-2 载货汽车底架纵梁的疲劳断裂
梁厚为5mm，在角钢和纵梁的焊接处产生裂纹。破 坏时该车已运行30000km
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压缩机法兰盘和管道 连接处因采用角焊缝 而导致疲劳断裂，改 为对接焊缝后，疲劳 断裂事故大为减少。
空气压缩机的疲劳断裂 a)原设计 b)改进设计
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3.3.2 疲劳设计
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5、使焊缝位于低应力区，使缺口效应分散而避免其叠加。
6、在焊趾缺口、焊缝根部缺口和焊缝端部缺口之前或之后 设置一些缓冲缺口以消除或降低上述缺口部位的应力。
焊接基础知识38-标准-焊接标准和质量等级要求
¾焊接知识来自TWI 狮子十之八九标准-常用标准和质量等级要求焊接知识 38Dennis 轨道工厂制造实际应用的标准和规程是确保结构或部件达到一定的质量等级，以满足其使用的要求。
本文将焊接工艺方面、焊工考试和焊缝质量等级方面的标准放在一起介绍。
需要注意的是本文使用欧洲标准介绍相关的试验和文件方面的问题。
相应的其它标准包括ASME，也包括质量控制方面的内容。
应用标准和规程制造中有三种类型的标准使用：•应用领域标准和设计标准•焊接工艺规程和焊接工艺评定标准•焊工资质标准这些标准覆盖了母材、填充材料、焊接设备和健康安全方面的规定。
英国标准用于规范要求，例如，合格的工艺评定并不是由规程批准，而是由授权的机构批准，即意味满足的法律的规定。
健康安全标准和规程也是需要遵守的标准。
H应用指南不同于标准，因为它们的目的是提供建议和指导，例如，关于焊接电源的验证。
其不做为强制性的或合同性的文件。
大部分制造商都按一下标准之一执行：•企业或行业标准•国家标准例如英国标准 BS•欧洲标准BS EN•美国标准AWS（美国焊接学会）和ASME 美国机械工程师学会)•国际标准 ISO应用领域标准和规程，焊接工艺、焊工和操作工资质标准举例见表1。
Table 1 应用领域标准和规程，焊接工艺、焊工和操作工资质标准举例焊接标准应用领域应用领域标准工艺评定焊工资格压力容器PD 5500BS EN 13445 系列ASME B&PV（锅炉和压力容器规程） III卷-NB (核设施)ASME B&PV（锅炉和压力容器规程）VIII卷BS EN ISO 15614ASME B&PV（锅炉和压力容器规程） IX卷BS EN 287BS EN ISO 9606ASME B&PV（锅炉和压力容器规程） IX卷管道BS 2633BS 4677ANSI/ASME B31.1ANSI/ASME B31.3BS 2971BS EN ISO 15614ASME B&PV（锅炉和压力容器规程）I卷BS EN ISO 15614-1(如果要求)BS EN 287BS EN ISO 9606ASME B&PV（锅炉和压力容器规程）IX卷ASME B&PV（锅炉和压力容器规程）IX卷BS 4872/BS EN 287结构件AWS D1.1AWS D1.2AWS D1.6BS EN 1011BS 8118AWS D1.1AWS D1.2AWS D1.6BS EN ISO 15614-1BS EN ISO 15614-2AWS D1.1AWS D1.2BS EN 287BS EN ISO 9606-2BS 4872储罐BS EN 14015BS EN 12285API 620/650BS EN ISO 15614-1, -2BS EN ISO 15614-1, -2ASME B&PV（锅炉和压力容器规程）IX卷BS EN 287BS EN ISO 9606-2ASME B&PV（锅炉和压力容器规程）IX卷注1 :对于所规定的任何附加要求，应参考BS EN 287, BS EN ISO 15614, BS EN ISO 9606 and ASME IX这些应用规程/标准。
焊接工艺规程及评定的一般原则_概述说明
焊接工艺规程及评定的一般原则概述说明1. 引言1.1 概述焊接工艺规程及评定是保证焊接质量的重要环节，在现代工业生产中扮演着至关重要的角色。
通过碳钢在各种条件下进行仿真测试，研究了不同焊接工艺参数对焊缝形态和力学性能的影响。
本文主要介绍焊接工艺规程及评定的一般原则，包括其定义、重要性以及编制方法与要素。
此外，将进一步阐述如何确定焊接参数和检验标准。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、焊接工艺规程的一般原则、焊接工艺评定的一般原则、国内外焊接工艺规程及评定的发展现状分析以及结论与建议。
在引言部分，我们将简要介绍文章的概况和结构安排，明确本文的目标和意义。
1.3 目的本文旨在系统阐述焊接工艺规程及评定方面的基本原理和方法，并结合国内外发展现状进行综合分析。
通过对已有规程标准和评定方法进行总结，提出具体改进措施和建议，以促进我国焊接工艺规程及评定领域的发展，同时解决当前面临的问题和挑战。
通过本文的研究和总结，将为相关领域的从业人员和研究者提供参考，促进焊接工艺规程及评定体系的完善与提升。
2. 焊接工艺规程的一般原则：2.1 定义和重要性：焊接工艺规程是指为了保证焊接质量和可靠性，根据具体焊接材料、结构和设计要求而制定的具体技术文件。
它主要包括了各种焊接方法、工艺参数、操作规范以及检验标准等方面的内容。
焊接工艺规程的编制十分重要，可以有效指导焊接操作人员进行正确的焊接工作，确保焊缝质量符合要求，并有助于提高生产效率。
2.2 规程的编制方法与要素：焊接工艺规程的编制需要遵循一定的方法与要素。
首先需要充分了解所需焊接材料的特性和结构设计要求，确保选取适当的焊接方法；其次，在选择合适的焊接设备和电流电压参数时，必须考虑到材料种类、厚度以及焊缝形状等因素；此外，在编制规程时还需考虑操作步骤、预热温度和间隔时间等细节问题；最后，在制定检验标准时必须结合相关标准规定进行。
2.3 焊接参数和检验标准的确定：焊接工艺规程中焊接参数的确定是非常关键的步骤。
探析我国铁路货车焊缝性能评定标准的应用与拓展
和 Ｔ ／ ２４ － １９ 机车车辆耐候钢焊接技术条 Ｂ ４ ６ ９３《 Ｔ 件》 ，标准规定了产 品制造 阶段的焊接工艺要求和 焊 缝 检 查 要 求 。Ｔ ／ ５ ０ １ ９ ＢＴ １ ８ － ９ ５和 Ｔ ／ ４ ６ ＢＴ ２ ４ —
１９ 鉴 了 Ｇ ／ ２６－ １９（ ９３借 ＢＴ１４９ ９ ０ 焊接 质 量 保证 钢
１ 种焊 缝缺 陷要求 。 １
１ 我 国铁 路 货 车 现 行 焊 缝 性 能 评 定标 准
在我 国铁路 货 车设 计 阶段 ，焊缝性 能等 级 的评 定 仅 在 产 品 质量 特 性 重 要 度 分 级 表 中 ， 以关 键 特
性 、重 要特 性 和一 般特 性 的形 式 提 出 ，对 于关 键 、
２ 焊 缝 性 能 评 定 的 国 家 标 准
Ｃ 厂 ５ ４ － ２ １ Ｂ ｒ２ ３ ３ ０ ０是 ２ １ 年 ３月 １日开 始 实 ０１
重 要 和一 般 的等级 评 判 ，则 借 鉴 Ｊ／ ０ ８ ２ ０ ＢＴ５５－ ０ ６
《 机械工业产品质量特性重要度分级导则》 ，由各铁
收 稿 日期 ：２ １－ｌ一 ４ ０ １ １ｏ
量 等级 和焊缝 检验等 级 。具 体方 法是 ，通过 疲劳计 算或 试验 结果 ，计算 焊缝 的疲劳 应力 因子并 据其 划 分焊 缝 的疲劳 应力等级 。然后 ，结 合焊 缝 的安全 等 级 ，综合 评定 出焊缝 性能 等级 ，继而确 定焊 缝 的缺 陷 质量 等 级 和检 验 等 级 。 Ｇ ／ ５４－ ２ １ ＢＴ２ ３３ ００焊缝 性 能评定 的技 术路线 如 图 １ 所示 。
其零部件的焊接》相比，行业内现行 的指导我 国铁 路货 车设计 制造 焊缝 Ｉ 生能评 定标 准 的规 范性 文件还
关于钢结构焊缝质量超声波检测规范的对比分析及应用建议
关于钢结构焊缝质量超声波检测规范的对比分析及应用建议摘要：目前，国内与钢结构焊缝质量相关的施工、检测、验收等规范林林总总，各类规范关于焊缝质量等级定义、检测方法选择、缺欠等级评级等方面对应关系模糊、差异明显。
同时，由于钢结构焊缝质量检测规范体系缺乏系统性、科学性建设，随着相关旧标准废止和新规范实施，上述问题已越发凸显，造成钢结构设计、施工、检测、验收人员在精准选择及正确使用规范方面存在疑虑。
关键词：钢结构焊缝；超声波检测；对比1焊缝质量检测规范比较按照应用领域的不同，钢结构大致可以划分为建筑钢结构、网格钢结构和桥梁钢结构。
笔者将该三类型钢结构焊缝超声波检测规范体系分为三类，即JZ类检测规范体系、WG类检测规范体系及QL类检测规范体系，具体如表1所示。
1.1焊缝质量等级定义差异在JZ类及WG类规范体系中，GB 50661根据钢结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况，将焊缝质量等级分为一级、二级、三级;GB 50205及JG/T 203同样将焊缝质量等级按照一级、二级划分不同于上述两类体系，在QL类规范体系中，GB/T 19418、GB/T 11345及GB/T 29712根据缺欠类型、数量及尺寸要求，将焊缝质量等级分为B级(严格)、C级(中等)、D级(一般)，但由于GB/T 19418未同时明确B级、C级、D级焊缝的类型和设计强度，因此相关人员无法依此进行设计和焊接。
在QL类规范体系中，所有规范均将焊缝类型分为对接焊缝和角焊缝，并将焊缝质量等级分为Ⅰ级、Ⅱ级。
具体焊缝质量等级及抽检比例情况如表2所示。
表1 不同类型钢结构焊缝质量超声波检测规范汇总表表2 桥梁钢结构焊缝质量等级及抽检比例对比1.2焊缝检测方法选择差异1.2.1焊缝检测范围一般而言，焊缝的检测范围/比例与焊缝的质量等级有关，而焊缝的质量等级与其所处结构区域、承受载荷情况相关联。
在JZ-1类焊缝质量检测规范体系中，GB 50205根据实际焊缝焊接地点的不同规定抽检比例原则，一级焊缝检测比例为100%;二级焊缝检测比例为20%，其中，工厂制作焊缝按照焊缝长度抽检20%;现场安装焊缝按焊缝条数抽检20%。
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（4）长板条一侧加热（相当于板边堆焊）引起的应力与 变形 如图2-5 a所示 ，
由上述讨论可知：
1）对构件进行不均匀加热，在加热过程中，只要温度高 于 材料屈服点的温度，构件就会产生压缩塑性变形，冷却 后，构件必然有残余应力和残余变形。
2）通常，焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形 方向相反。
影响因素很多，如热输入、接头形式、装配间隙、板 厚、焊接方法以及焊件的刚性等 。
2．角变形 焊后由于焊缝的横向收缩使得两连接件间相对角度发
生变化的变形叫角变形，如图2-9所示。 （1）平板堆焊的角变形
角变形的大小与焊接热输入、板厚等因素有关，当然 也与焊件的刚性有关。
（2）对接接头的角变形 角变形的大小与坡口形式、坡口角度、焊接层数、焊接
顺序等有关。
（3）T形接头角变形 T形接头的角变形可以看成是由立板相对于水平板的回
转与水平板本身的角变形两部分组成 。
3．弯曲变形
弯曲变形是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不 重合或不对称，焊缝的收缩沿构件宽度方向分布不均匀而 引起的。
（1）纵向收缩引起的弯曲变形
如图2-12所示，弯曲变形的大小与塑性变形区的中心线 到焊件截面中性轴的距离（偏心距s）成正比，与焊件的 刚度成反比。
物体的变形还可按拘束条件分为自由变形和非自由变形。
3．焊接应力与焊接变形 焊接过程结束后，残留在焊接结构中的应力与变形，称
为焊接残余应力和焊接残余变形。
二、研究焊接应力与变形的几个假定
由于金属在焊接过程中其物理性能和机械性能都会发生
变化，所以产生焊接应力与变形的原因比较复杂，为了分析 问题方便，对金属材料作以下假定：
2.1 焊接应力与变形的产生 2.2 焊接变形 2.3 焊接残余应力
焊接结构抗疲劳设计
焊接结构抗疲劳设计
焊接结构的抗疲劳设计是为了确保焊接结构在长时间使用中不会发生疲劳损伤，提高其使用寿命和安全性。
以下是一些常用的抗疲劳设计原则：
1. 选择合适的焊接材料：焊接材料的选择应考虑其强度、耐腐蚀性和疲劳性能。
常用的焊接材料包括碳钢、不锈钢和铝合金等。
2. 合理设计焊缝形状和尺寸：焊缝的形状和尺寸应根据受力情况和材料强度进行合理设计。
焊缝的过度加大、缩小或不连续会导致应力集中，增加疲劳损伤的风险。
3. 控制焊接质量：焊接过程中应控制好焊接温度、焊接速度和焊接夹角等参数，保证焊接质量。
焊接缺陷如焊孔、气孔和裂纹等会降低焊接结构的疲劳强度。
4. 增加结构强度：可以通过增加结构的截面尺寸、壁厚或使用加强件来提高结构的强度，减少应力集中和疲劳损伤的可能性。
5. 使用适当的焊接工艺：选择合适的焊接方法和焊接工艺参数，如手工弧焊、气体保护焊和激光焊等，以确保焊接接头的质量和疲劳强度。
6. 进行适当的焊后热处理：一些焊接结构可以通过焊后热处理来改善其疲劳性能。
常见的热处理方法包括退火、正火和淬火等。
7. 进行适当的应力分析和寿命评估：通过有限元分析等方法对焊接结构的应力分布进行评估，并根据预测的寿命来确定结构的设计寿命，以避免过早疲劳失效。
总之，抗疲劳设计需要综合考虑焊接材料、焊接质量、结构强度和焊接工艺等因素，以确保焊接结构在长时间使用中具有足够的抗疲劳性能。
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。
焊接结构疲劳强度相关知识
焊接结构疲劳强度相关知识焊接结构的疲劳强度是指在循环载荷作用下，焊接接头在无限次载荷循环中不会发生破坏的能力。
焊接结构的疲劳强度是较为复杂和重要的一种力学性能，对于确保焊接接头在长期使用中不发生破坏具有重要意义。
下面将介绍与焊接结构疲劳强度相关的各方面知识。
焊接接头的疲劳破坏模式主要有断裂疲劳和表面疲劳。
断裂疲劳是指焊接接头在循环载荷作用下，由于应力集中和裂纹发展所致的破坏。
表面疲劳是指焊接接头表面由于循环载荷的作用而出现的镀层剥落、锈蚀和微小裂纹等破坏形式。
为了保证焊接结构的疲劳强度，需要对焊接接头的设计、工艺、材料选择和检测等方面进行综合考虑。
焊缝设计对焊接结构的疲劳强度具有重要影响。
焊接接头的几何形状和尺寸对疲劳强度的影响很大。
一般来说，焊缝的几何形状应尽量避免应力集中，并应尽量减小焊缝尺寸和长度，以提高疲劳强度。
此外，焊缝的连续性和密度也对疲劳强度具有影响，焊缝的连续性和密度越高，疲劳强度越好。
焊接工艺对焊接结构的疲劳强度具有重要影响。
焊接工艺参数的选择和控制可以影响焊缝的质量和性能，从而影响焊接结构的疲劳强度。
焊接工艺参数主要包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接时间和焊接温度等。
合理选择和控制这些参数可以避免焊接接头出现瑕疵和裂纹等缺陷，提高焊接接头的疲劳强度。
焊接材料对焊接结构的疲劳强度具有重要影响。
焊接材料的物理、化学和力学性能会直接影响焊接接头的性能和疲劳强度。
焊接材料应具有良好的疲劳性能，具有较高的强度和韧性，并且能够适应焊接过程中的热变形和应力集中等问题。
一般来说，焊接材料应与母材具有相似的力学性能，以提高焊接接头的疲劳强度。
焊接接头的疲劳检测对焊接结构的疲劳强度评估和维护具有重要意义。
常用的焊接接头疲劳检测方法包括传统的力学性能试验和现代的无损检测技术。
力学性能试验主要通过加载焊接接头并测量其应力应变关系来评估其疲劳强度，但这种方法需要实际加载焊接接头，成本较高。
无损检测技术主要包括超声波检测、磁粉检测、涡流检测和X射线检测等，可以通过对焊接接头进行非破坏性检测来评估其疲劳强度。
关于焊接结构疲劳强度,你知道多少？
一、焊接结构疲劳失效的原因1、焊接结构疲劳失效的原因主要有以下几个方面：（1）客观上讲，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，而在设计和制造过程中人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发展的趋势，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。
二、影响焊接结构疲劳强度的因素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担较大的负载重量，因为相同重量的结构可以具有极大的承载能力；或是同样的承载能力可以减轻自身的重量。
所以高强钢应运而生，也具有较高的疲劳强度，基本金属的疲劳强度总是随着静载强度的增加而提高。
但是对于焊接结构来说，情况就不一样了，因为焊接接头的疲劳强度与母材静强度、焊缝金属静强度、热影响区的组织性能以及焊缝金属强度匹配没有多大的关系，也就是说只要焊接接头的细节一样，高强钢和低碳钢的疲劳强度是一样的，具有同样的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的碳锰钢和用6种焊条施焊的焊缝金属和热影响区的疲劳裂纹扩展情况，结果表明：材料的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的焊接结构时，试图通过选用较高强度的钢种来满足工程需要是没有意义的。
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。
焊接结构疲劳设计四个标准的特点对比及应用建议
1焊接接头特有的疲劳属性金属疲劳的研究，要回答“裂纹从何处萌生？”，而对焊接接头而言，它没有裂纹萌生过程，焊缝上“大于零的”的微裂纹总是有的，问题是观察的放大镜的倍数是否足够大。
金属疲劳研究的另一个要回答的问题是，“裂纹沿着哪个方向扩展？”，对焊接接头而言，它的扩展模式是明确的，裂纹要么从焊趾沿板的厚度方向扩展，要么从焊根向焊喉方向扩展。
与金属疲劳不同，焊接接头中有残余应力，但是，不论其大与小，也不论其分布如何复杂，它是自平衡的，与外载荷无关。
2疲劳评估时如何确定应力一般使用有限元方法与焊接分级的方法相配合进行疲劳评估。
2.1名义应力法BS 7608以材料力学范畴中的名义应力来描述与定义焊接接头S-N 曲线。
对于不同的接头类型（如喇叭口焊缝和对接焊缝）、载荷形式（如小的循环张力或者弯曲），就需要用不同的疲劳S-N 曲线。
BS 7608编入的设计曲线，对于给定焊接接头，严格说，当分级接头上的名义应力可以用材料力学教科书的内容计算时才可用。
在分析现实焊件时，名义应力的定义是很难确定的。
如果简单的名义应力的定义不能用来表达易出现疲劳位置的应力状态，那么，可靠的疲劳寿命设计或寿命预测就无法实现。
2.2热点应力法由于在焊趾处这样容易出现疲劳的位置的应力很难确定，以及应力的严重网格敏感性，有人就假设认为临近焊趾处的存在一些特定的位置，在这些位置处可以用表面外推法获得焊趾处的热点应力。
由于缺乏同表面应力和外推应力的焊趾应力状态相关联的合理可靠的力学基础，这些方法只能作为一些经验主义的应力确定过程来看待。
此外，在确定焊趾热点应力时用其它给定外推程序，一般也会遇到网格尺寸和单元类型敏感性问题。
2.3结构应力法在焊接件的疲劳评估时，如何以一致的方式确定应力？多少年来，工程中的S-N 曲线一直采用名义应力表示（不可将它与用热点应力表示的S-N 曲线混为一谈，比较而言，后者很难获得），其历史原因是，研究总是从简单问题开始，名义应力可以用材料力学的公式计算，或者用贴片的方法测试，对简单的焊接接头而言，名义应力是合适的，虽然人们知道疲劳破坏总是发生在在焊缝上，但是，如何在焊缝上获得那些应力，却是困难的。
焊接结构的疲劳强度
第6章焊接接头和结构的疲劳强度§6-1 疲劳破坏及特性一、疲劳破坏疲劳破坏是焊接金属结构的一种主要失效形式。
材料在交变或波动载荷作用下，虽然工作应力的最大值小于材料的屈服极限，但由于材料局部造成某种程度的永久变形，从而产生裂纹并最终断裂。
在循环应力、拉伸应力和塑性应变的共同作用下形成的，一般来说，循环应力造成疲劳裂纹产生，拉伸应力造成扩展。
二、疲劳断裂分类1．按疲劳破坏的原因分为：腐蚀疲劳；热疲劳；机械疲劳。
2．按应力大小和应力循环次数分为（1）低周高应力疲劳：作用的应力超过弹性范围，承受远高于屈服极限的循环载荷。
疲劳循环次数小于104~105；（2）高周低应力疲劳：公称循环应力小于材料的屈服极限，疲劳破坏的应力循环次数大于104~105。
应力场强度因子K处于弹性范围，塑性变形仅局限在很小的局部区域。
高周低应力疲劳其应力应变曲线如图7-1(a)所示，一次拉伸的应力-应变曲线为OA，用相图6-1 应力应变循环图图6-2 大变形后卸载图7-3 疲劳裂纹扩展示意图 同的试样进行一次压缩，应力-应变曲线为OB 。
低周高应力疲劳其应力应变曲线如图7-1(b)所示，拉伸时应力应变曲线由O 点到A 点，之后进行压缩，应力应变曲线由A 点到B 点，再进行拉伸，应力应变曲线由B 点回到A 点，完成一次应力应变循环。
一次应力应变循环卸载后，产生了塑性应变εp 和弹性应变εe ,如图7-2所示。
总应变为：ε=εp +εe 三、疲劳断裂过程及断口特征1．疲劳断裂过程疲劳破坏的实质就是疲劳裂纹的成核和长大。
其过程分为三个阶段，如图7-3所示。
（1）疲劳形核：疲劳裂纹首先在应力最高、强度最弱的基体上形成。
夹渣物和基体晶面开裂，滑移带开裂，孪晶和晶界开裂。
该区域不大，最多为2～5晶粒范围。
当疲劳裂纹的核心一旦在试样表面滑移带或缺陷出晶界上形成后，立即沿滑移带的主滑移面向金属内部扩展，此滑移面的走向大致与主应力成450交角。
焊接结构的疲劳强度
第6章焊接接头和结构的疲劳强度§6-1 疲劳破坏及特性一、疲劳破坏疲劳破坏是焊接金属结构的一种主要失效形式。
材料在交变或波动载荷作用下，虽然工作应力的最大值小于材料的屈服极限，但由于材料局部造成某种程度的永久变形，从而产生裂纹并最终断裂。
在循环应力、拉伸应力和塑性应变的共同作用下形成的，一般来说，循环应力造成疲劳裂纹产生，拉伸应力造成扩展。
二、疲劳断裂分类1．按疲劳破坏的原因分为：腐蚀疲劳；热疲劳；机械疲劳。
2．按应力大小和应力循环次数分为（1）低周高应力疲劳：作用的应力超过弹性范围，承受远高于屈服极限的循环载荷。
疲劳循环次数小于104~105；（2）高周低应力疲劳：公称循环应力小于材料的屈服极限，疲劳破坏的应力循环次数大于104~105。
应力场强度因子K处于弹性范围，塑性变形仅局限在很小的局部区域。
高周低应力疲劳其应力应变曲线如图7-1(a)所示，一次拉伸的应力-应变曲线为OA，用相图6-1 应力应变循环图图6-2 大变形后卸载图7-3 疲劳裂纹扩展示意图 同的试样进行一次压缩，应力-应变曲线为OB 。
低周高应力疲劳其应力应变曲线如图7-1(b)所示，拉伸时应力应变曲线由O 点到A 点，之后进行压缩，应力应变曲线由A 点到B 点，再进行拉伸，应力应变曲线由B 点回到A 点，完成一次应力应变循环。
一次应力应变循环卸载后，产生了塑性应变εp 和弹性应变εe ,如图7-2所示。
总应变为：ε=εp +εe 三、疲劳断裂过程及断口特征1．疲劳断裂过程疲劳破坏的实质就是疲劳裂纹的成核和长大。
其过程分为三个阶段，如图7-3所示。
（1）疲劳形核：疲劳裂纹首先在应力最高、强度最弱的基体上形成。
夹渣物和基体晶面开裂，滑移带开裂，孪晶和晶界开裂。
该区域不大，最多为2～5晶粒范围。
当疲劳裂纹的核心一旦在试样表面滑移带或缺陷出晶界上形成后，立即沿滑移带的主滑移面向金属内部扩展，此滑移面的走向大致与主应力成450交角。
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1焊接接头特有的疲劳属性金属疲劳的研究，要回答“裂纹从何处萌生？”，而对焊接接头而言，它没有裂纹萌生过程，焊缝上“大于零的”的微裂纹总是有的，问题是观察的放大镜的倍数是否足够大。
金属疲劳研究的另一个要回答的问题是，“裂纹沿着哪个方向扩展？”，对焊接接头而言，它的扩展模式是明确的，裂纹要么从焊趾沿板的厚度方向扩展，要么从焊根向焊喉方向扩展。
与金属疲劳不同，焊接接头中有残余应力，但是，不论其大与小，也不论其分布如何复杂，它是自平衡的，与外载荷无关。
2疲劳评估时如何确定应力一般使用有限元方法与焊接分级的方法相配合进行疲劳评估。
2.1名义应力法BS 7608以材料力学范畴中的名义应力来描述与定义焊接接头S-N 曲线。
对于不同的接头类型（如喇叭口焊缝和对接焊缝）、载荷形式（如小的循环张力或者弯曲），就需要用不同的疲劳S-N 曲线。
BS 7608编入的设计曲线，对于给定焊接接头，严格说，当分级接头上的名义应力可以用材料力学教科书的内容计算时才可用。
在分析现实焊件时，名义应力的定义是很难确定的。
如果简单的名义应力的定义不能用来表达易出现疲劳位置的应力状态，那么，可靠的疲劳寿命设计或寿命预测就无法实现。
2.2热点应力法由于在焊趾处这样容易出现疲劳的位置的应力很难确定，以及应力的严重网格敏感性，有人就假设认为临近焊趾处的存在一些特定的位置，在这些位置处可以用表面外推法获得焊趾处的热点应力。
由于缺乏同表面应力和外推应力的焊趾应力状态相关联的合理可靠的力学基础，这些方法只能作为一些经验主义的应力确定过程来看待。
此外，在确定焊趾热点应力时用其它给定外推程序，一般也会遇到网格尺寸和单元类型敏感性问题。
2.3结构应力法在焊接件的疲劳评估时，如何以一致的方式确定应力？多少年来，工程中的S-N 曲线一直采用名义应力表示（不可将它与用热点应力表示的S-N 曲线混为一谈，比较而言，后者很难获得），其历史原因是，研究总是从简单问题开始，名义应力可以用材料力学的公式计算，或者用贴片的方法测试，对简单的焊接接头而言，名义应力是合适的，虽然人们知道疲劳破坏总是发生在在焊缝上，但是，如何在焊缝上获得那些应力，却是困难的。
从名义应力到热点应力，人们一直没有停止对焊缝或焊根上的高度非线性应力的追求，但是，直到董平沙教授提出了结构应力的概念之后，以及2007 年美国ASME 标准中增加了董平沙教授发明的《网格不敏感的结构应力法及主S-N 曲线法》，这个问题才得以根本解决。
3 疲劳评估时如何选取S-N 曲线使用有限元方法与焊接分级的方法相配合对焊接接头进行疲劳评估时，还必须面对怎样从众多的可能中选择S-N 曲线的这样一个课题。
如果需要考虑到众所周之的重要参数，如接头几何，载荷形式，基座厚度，和连续体上的连续变量而不是一些不连续量时，在基于焊接分级方法的S-N 曲线中，理论上会存在一个内有无穷多数据的曲线族。
在不能确定地给出这些参数对一个给定S-N 曲线的定量关系的影响时，设计出一条S-N 曲线的工作就只能依靠经验和主观判断了。
S-N 曲线的选择过程就会因人而异，即使是接头类型类似，寿命预测也常会导致很大的差别。
4 疲劳评估时使用什么应力类型？焊接结构疲劳设计或评估时应当注意用什么样的应力类型呢？美国AAR 标准及当前国内使用的应力类型主要是名义应力；欧洲焊接界使用的应力类型主要是名义应力，热点应力，或称之为几何应力，前者用于工程，后者用于研究：而美国从2007 年起，在ASME（2007）标准中用的是结构应力及等效结构应力。
4.1几个基本概念4.1.1名义应力与广义名义应力名义应力必须是能用材料力学公式计算出来的具有平均意义的应力，它可以贴片测得。
在AAR、BS、IIW 标准中，S-N 曲线是用名义应力定义的，但是，工程运用中，当焊接接头的结构复杂、载荷也复杂时，这类用材料力学公式计算的名义应力是不存在的，此时，只能用有限元方法获得焊接接头上平均意义上的名义应力，这时，我们可以称其为广义名义应力。
由于名义应力是平均意义上的应力，这是为什么从有限元计算结果拾取名义应力时，不要从“焊缝”上拾取的基本原因。
同时，还要强调指出：对于机车车辆而言，不论是车体，还是转向架，其焊趾附近的平均意义上的名义应力，或属于单向应力状态，或属于双向应力状态，拾取时，如果是双向应力状态，应拾取最大主应力代表名义应力参与计算，具体规定，见BS、IIW 标准。
4.1.2热点应力（几何应力）是焊缝接头焊缝焊趾处的非线性应力的一部分，不能用贴片方式直接测得，但是，可以通过一组片外推插值间接获得，少数情况下可以用有限元方法获得，详细内容见IIW 标准。
4.1.3结构应力是由外力引起的焊缝接头焊缝焊趾或焊根处上的应力，它具有明确的物理意义，可以通过一组片外推插值间接获得，亦可以用适当的有限元方法获得，它反映了焊址或焊根处的应力集中，详细内容见ASME（2007）标准。
4.1.4等效结构应力是基于断裂力学裂纹扩展表达式，积分获得的一个参数，且用于计算疲劳寿命。
在这个基于断裂力学表达式的等效结构应力中，不仅考虑了焊接接头板的厚度的影响、载荷模式的影响，也考虑了应力集中的影响，详细内容见ASME（2007）标准。
4.2应力变化范围在研究金属疲劳问题时，不用这个概念，只有研究焊接结构时才会用这个到这个概念，换言之，应力变化范围这个概念是针对焊接疲劳而提出来的。
如果忽视这个概念，继续沿用研究金属疲劳时所建立起来的概念，那将是非常不负责任的。
应力范围定义如下：=-，为波峰应力，为波谷应力。
对名义应力如此，对结构应力亦如此。
在这里，平均应力是没有贡献的。
最近20 余年的研究，主要是英国焊接研究所的Gueny 博士的研究表明，由于焊接过程的复杂热行为，结构焊接接头焊后的焊缝及其附近存有达到或接近屈服点的残余应力（注意，该残余应力具有自平衡性，与外载荷无关的独立性），因此在常幅应力循环作用的接头中，焊缝附近所承受的实际循环应力将从母材材料的屈服应力(或接近屈服应力)向下摆动，而不管其原始作用的循环特性如何，所以，焊接接头的疲劳性能用应力范围的概念来表述是科学的。
这也是为什么BS 标准、IIW、ASME 标准采用应力范围而不采用与循环特性相关的信息获取S-N 曲线的根本原因。
4.3 S-N曲线的数学属性及其敏度4.3.1不同标准的S-N曲线对比BS 标准认为：很低的应力变化范围对疲劳损伤也有贡献，因此S-N 曲线一直向下延伸。
BS、IIW、ASME 标准中的S-N 曲线的数学描写形式完全一样，BS、IIW、ASME标准中都考虑了统计意义上的失效概率修正，而AAR 没有。
美国ASME 标准中，其S-N 曲线只是一个数学模型。
4.3.2 S-N曲线的数学本质4.4迈纳尔（Miner）损伤积累的能量属性在许多关于疲劳强度的经典著作中都可以查阅到迈纳尔（Miner）损伤积累理论。
其中用能量观点解释迈纳尔损伤累积理论应该是最深刻的，即材料或焊接结构发生疲劳破坏所需要的总能量基本上是一个材料或结构常数，它不依赖加载方式和加载历程。
换个角度，可以将其理解为：对于给定的材料或焊接结构，它为了抵抗疲劳破坏而储存的能量是给定的，不随加载方式及次序的改变而改变。
当加载状态恶劣时，储存的抵抗疲劳的能量消耗就多一些，反之则少一些。
用寿命来度量，前者寿命短一些，后者则长一些。
这一见解亦可以从S-N 曲线上得到物理意义上的解释。
对于一个给定的接头，例如Joint(1)，>而N1<N2，意味着前者载荷条件恶劣，而N1<N2则意味着前者寿命短于后者。
从量纲上看，可以理解为力，N可以理解为用里程表示的距离。
lg lgN对应一个对数坐标系下面积，其物理本质就是能量。
同样时，不同的S-N曲线下“面积”是不同的，即意味着储存的抵抗疲劳破坏的能量不同，面积大的，储存的抗疲劳破坏的能量就大一些，这一区别恰是不同材料或不同焊接结构抗疲劳破坏能力内因区别。
同时，能量的耗损是一个累积过程，它与何时耗损无关，也与每次耗损的多少无关。
5 关于AAR美国新造货车抗疲劳设计标准（简称为AAR）沿用的是金属材料母材的抗疲劳设计路线，没有考虑焊接结构的特殊性。
焊接接头因残余应力的存在而用应力变化范围来度量S-N 曲线，而AAR 不是这样。
AAR 计算寿命时，首先从载荷谱中计算用应力循环特性R，然后用修正的GOODMAN 公式来获得当前R的S-N特性数据。
因疲劳极限Se随不同的R值变化，可由改进的Goodman 图得出。
=b 是R=0时的疲劳极限，m 是Goodman 曲线的斜率。
AAR 没有考虑焊接工艺质量的影响。
接头数据有限。
客观地说，除了其载荷谱有使用参考价值外，其余的内容都过时了。
6 关于BS7608它有以下特点: 首先，屈服强度700MPa 以下结构钢均可应用，其中含低合金结构钢、铁素体不锈钢（注：IIW 亦如此）；其次，从大量焊接结构中，提炼出的焊接接头细节S-N 曲线（其级别分别为A、B、C、D、E、F、F2、G、S、T、W、X，见下表）不仅考虑了局部应力集中，尺寸与形状的最大允许不连续值，而且还考虑了应力方向、冶金影响、残余应力、疲劳裂纹形状，以及某些情况下的焊接工艺和焊后处理方法。
此外，从设计与工艺的角度，还辨证地给出了一系列非常有价值的提高疲劳强度的具体措施，例如：关于工艺检查、焊趾打磨，关于焊缝细节与应力释放等等。
7 关于IIW它提供的各种级别的焊接接头疲劳强度的S-N 曲线是许总多国际著名的焊接专家学者在实验室实测的。
这些S-N 曲线具有工程实用性，因为通过试验获得这些S-N 曲线时，考虑了局部应力集中、一定范围内的焊缝尺寸和形状偏差、应力方向、残余应力、冶金状态、焊接过程和随后的焊缝改善处理。
此外，如果这些焊接接头及其构件还存在其它原因的应力集中，该文件还给出了一些大于1 的应力集中系数，该应力集中系数可乘以疲劳载荷，亦可以除以表明S-N 曲线级别的FAT 值。
总之，它的一切努力都是基于试验的。
8 关于ASME（2007）众所周知，由于焊接过程热过程行为复杂，焊缝的疲劳强度必然低于母材的疲劳强度。
当研究焊接结构的疲劳寿命时，必须把重点放在焊缝上，因为应力集中主要表现在焊缝上，焊接结构的疲劳破坏总是从焊缝开始。
然而，焊缝疲劳寿命的可靠预测，多少年来一直是一个世界范围内的难题。
就当前普遍采用的疲劳评估标准而言，虽然对此作了大量的工作，并获得了广泛应用，但它们主要是提取靠近焊缝一定距离处的名义应力来计算其疲劳寿命。
在实际应用中，这些标准至少有两个局限性：一是，当焊接接头的几何形状复杂、承受的外载荷也复杂时，很难从上述标准中找到合适接头类型，如果勉强替代，必然产生不可预测的评估偏差。