焊接结构的疲劳
焊接结构疲劳失效的原因及改善措施办法总结
焊接结构疲劳失效的原因及改善措施办法总结焊接结构疲劳失效是指在长时间的使用过程中，由于受到重复载荷的作用，焊接接头或部件出现疲劳裂纹，最终导致结构失效。
焊接结构疲劳失效的主要原因包括材料质量、焊缝设计不良、焊接工艺不合理等。
下面将就这些问题逐一进行分析，并提出相应的改善措施和办法。
首先，材料质量是影响焊接结构疲劳失效的一个重要因素。
若使用的材料强度较低，容易发生疲劳失效。
此外，若材料存在明显的内部缺陷、气孔、夹杂物等，也会直接影响材料的力学性能，导致焊接接头的强度和疲劳性能下降。
为了改善这一问题，应首先确保选用的材料质量可靠，在焊接前进行严格的材料检查，杜绝存在缺陷的材料使用。
其次，可以通过热处理等方式来提高材料的力学性能和疲劳强度。
其次，焊缝设计不良也是导致焊接结构疲劳失效的原因之一、一般来说，焊缝的形状和大小应根据受力情况进行合理的设计，以保证焊接接头的强度和疲劳寿命。
若焊缝设计不当，容易导致应力集中或者应力分布不均匀，使得焊接接头容易产生裂纹。
改善这一问题的措施包括：合理选择焊缝的形状和尺寸，尽量减少应力集中区的存在；采用多道焊接的方式，提高焊缝的强度和疲劳寿命；增加过渡部位的长度，减小应力集中的程度。
此外，焊接工艺不合理也是导致焊接结构疲劳失效的一个关键因素。
焊接工艺的合理性直接影响焊接接头的质量和疲劳强度。
若焊接参数选择不当，焊接过程中存在较大的热输入或者冷却速度过快等问题，容易导致焊接接头产生裂纹。
为了改善这一问题，应根据焊接接头的特点和使用条件，选择适当的焊接工艺参数。
同时，在焊接过程中，要严格执行焊接规程，保证焊接接头的质量和性能。
综上所述，改善焊接结构疲劳失效的措施和办法包括：选择优质的材料，确保材料的质量可靠；进行合理的焊缝设计，减少应力集中和应力分布不均匀的问题；合理选择焊接工艺参数，保证焊接接头的质量和疲劳强度。
此外，为了及时发现焊接结构的裂纹，可以采用无损检测技术进行定期检查，及时发现问题并采取相应的维修措施。
焊接结构疲劳破坏的原因
焊接结构疲劳破坏的原因焊接结构在使用过程中可能会发生疲劳破坏，这是由于循环加载引起的应力积累和损伤累积。
以下是焊接结构疲劳破坏的一些常见原因：1.应力集中焊接接头通常具有应力集中的特点，尤其是焊缝附近。
当外部载荷作用于焊接结构时，应力会集中在焊接接头的某些区域，导致这些区域承受更高的应力，增加了疲劳破坏的风险。
2.结构设计不合理焊接结构的设计不合理也是引起疲劳破坏的原因之一。
例如，焊接接头的几何形状、尺寸和连接方式等方面的设计不当，会导致应力集中、应力分布不均匀或者局部刚度不足，进而影响结构的疲劳强度和寿命。
3.材料选择不当焊接材料的选择对焊接结构的疲劳性能有重要影响。
如果选用的焊接材料强度不匹配、韧性差或者存在其他缺陷，会使焊接结构容易发生疲劳破坏。
此外，材料的质量控制和工艺控制也会影响焊接结构的疲劳性能。
4.负荷作用频率负荷作用频率对焊接结构的疲劳寿命有显著影响。
当焊接结构频繁受到反复加载时，应力的累积和损伤的积累更为明显，容易导致疲劳破坏。
特别是在高循环载荷下，焊接结构更容易发生疲劳破坏。
5.环境条件环境条件对焊接结构的疲劳破坏也有一定影响。
例如，高温、湿度、腐蚀介质等环境因素都会加速焊接结构的疲劳过程，降低其疲劳寿命。
6.焊接质量问题焊接质量直接关系到焊接结构的疲劳性能。
焊接缺陷如焊孔、气孔、夹渣等都会导致局部应力集中，并降低焊接结构的强度和疲劳寿命。
此外，焊接工艺参数的选择和控制也对焊接质量和疲劳性能有重要影响。
7.维护不当焊接结构的维护不当也会导致疲劳破坏。
例如，未及时修复焊缝裂纹、松动的连接等问题，或者忽视定期检查和维护，都会增加焊接结构的疲劳风险。
为了减少焊接结构的疲劳破坏，可以采取以下措施：-合理设计焊接结构，避免应力集中和减小应力幅值。
-选择合适的焊接材料，并进行质量控制。
-控制负荷作用频率，避免过高频率的加载。
-提供适当的保护措施，防止环境因素对焊接结构的损害。
-加强焊接质量控制，避免焊接缺陷。
焊接结构的疲劳
五、载荷的概念
所谓静荷载是指由零缓慢地增加到某一定值后保持不 变或变动很小的荷载。构件受静荷载作用时，体内各点没 有加速度，或加速度很小可忽略不计，此时构件处于静止 或匀速直线运动的平衡状态。
在静荷载作用下，构件中产生的应力称为静应力。 相反，若构件在荷载作用下，体内各点有明显的加速度，
3）焊缝区存在着很大的残余拉应力。
r min 1 max
m 0
r 0 0 max
m
max 2
r min 0
m
min 2
0
r0
mm 0
0 r 1
m 0
火车轴（弯曲） 齿轮齿根 曲轴（扭转） （弯曲）
球轴承
连连杆杆
缸盖螺钉
（压缩） （（小小拉拉大大压压）） （大拉小拉）
3、衡量标准 一定温度幅，产生一定尺寸疲劳裂纹的循环次
数。 4、提高热疲劳寿命的途径
材料 减小热膨胀系数，提高λ，均匀性， 高温强度。
工件状况 减小应力集中。 使用 减小热冲击。
3、、接触疲劳
1、基本概念 对偶件（如轴承、齿轮等）在交变接触压应力
长期作用下，而在材料表面产生的疲劳损伤。 形貌：点蚀，浅层剥落和深层剥落。 （轴承、齿轮表面、钢轨等） 接触疲劳曲线两种 σ接～N，σ接～1/N。
疲劳断裂是金属结构失效的一种主要形式。 大量统计资料表明，由于疲劳而失效的金属结构， 约占失效结构的90%。
疲劳断裂和脆性断裂从性质到形式都不一样。 两者比较，断裂时的变形都很小，但疲劳需要多 次加载，而脆性断裂一般不需要多次加载；结构 脆断是瞬时完成的，而疲劳裂纹的扩展则是缓慢 的，有时需要长达数年时间。
低周疲劳的特点 1、局部产生宏观变形，应力与应变之间
焊接结构疲劳与失效
下图为直升机起落架的疲劳断裂图，裂纹是从 应力集中很高的角接板尖端开始，该机飞行着陆 2118次后发生破坏，属于低周疲劳。
下图为载货汽车底架纵梁的疲劳断裂，该梁板 厚5mm，承受反复的弯曲应力，在角钢和纵梁的焊 接处，因应力集中很高而产生裂纹，该车破坏时 已运行30000km。
3、焊接缺陷的影响 （1）焊缝的片状缺陷对疲劳强度影响大于圆角缺 陷；
a) 沿焊缝中心线分布
b) 斜向分布
结晶裂纹的形态分布
（2）表面缺陷的影响大于内部；
咬边
咬边
角焊缝咬边
咬边 对接焊缝咬边
双面焊未焊透
角焊缝未焊透
（3）位于残余拉应力场内缺陷的影响大于在残余 压应力场内； （4）与作用力方向垂直的片状缺陷的影响大于其 它方向；
典型脆断事故的实例及产生原因
损坏日期 结构种类、特点及地点
损坏的情况及产生原因
1934
油罐，美国
在气候骤冷时，罐底与罐壁的温 差引起脆性裂纹
1938~1940
ห้องสมุดไป่ตู้
威廉德式桥，比利时
由于严重应力集中，残余应力高， 钢材性能差，气温骤冷，焊接裂 纹引起脆断
1949~1951
板梁式钢桥，加拿大魁 北克
材料为不合格的沸腾钢，因出现 裂纹曾局部修补过
1954年
大型油船“世界协和 号”，美国制造
钢材缺口韧性差。断纹发生在船 中部，即纵粱与隔舱板中断的两 端处引起裂纹，然后裂纹从船底 沿两侧向上发展，并穿过甲板。 断裂时有大风浪。
放大
下图表示空气压缩机法兰盘和管道连接处，因采用 应力集中系数很高的角焊缝而导致疲劳断裂，改为应 力集中较小的对接焊缝后，疲劳断裂事故大大减少。
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。
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。
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。
焊接工程师培训中焊接结构的疲劳寿命评估
焊接工程师培训中焊接结构的疲劳寿命评估焊接工程是一项基础而重要的技术，在各个行业中都得到广泛应用。
而焊接结构的疲劳寿命评估则是焊接工程师培训中必不可少的内容之一。
本文将从焊接结构的疲劳行为、疲劳寿命评估的方法和实践案例等三个方面进行论述，为焊接工程师培训提供相关知识和指导。
一、焊接结构的疲劳行为焊接结构在使用过程中会受到交变载荷的作用，从而导致材料内部发生应力和重新分布，这一过程称为焊接结构的疲劳行为。
焊接结构的疲劳行为与结构的材料性质、几何形状、焊接工艺等因素密切相关。
首先，焊接材料的性质对焊接结构的疲劳行为有着重要影响。
焊接过程中，焊缝及其热影响区域的组织结构会发生变化，形成不均匀的显微组织。
这些显微组织中的缺陷和残余应力会影响焊接结构的疲劳性能。
其次，焊接结构的几何形状也是影响疲劳行为的重要因素。
边缘效应、几何形状的变化以及焊接接头的尺寸等都会对焊接接头的应力分布和疲劳寿命产生影响。
最后，焊接过程中的焊接工艺参数也会对焊接结构的疲劳行为产生重要影响。
焊接工艺参数的不当选择会导致焊接接头的质量问题，如焊缺陷、气孔等。
这些质量问题不仅会降低焊接结构的强度，还会影响其疲劳寿命。
二、疲劳寿命评估的方法为了准确评估焊接结构的疲劳寿命，需要采用科学的方法和技术手段。
下面将介绍几种常用的疲劳寿命评估方法。
1. 实验方法实验方法是评估焊接结构疲劳寿命的直接手段。
通过构建合适的试验装置，对焊接结构施加交变载荷，记录载荷作用下的应力状态和振动情况，从而获得疲劳寿命的数据。
这种方法通常用于焊接结构的疲劳性能评价、材料的疲劳试验等。
2. 数值模拟方法数值模拟方法基于有限元分析原理，通过建立焊接结构的数值模型，模拟焊接结构在交变载荷下的应力分布和变形情况。
通过这种方法可以预测焊接结构的疲劳寿命，并优化焊接设计，提高焊接结构的疲劳寿命。
3. 经验公式法经验公式法是一种简化的评估方法，通过总结和归纳大量的实验数据，建立了一些针对特定结构和材料的经验公式。
影响焊接结构疲劳强度的因素清单
影响焊接结构疲劳强度的因素清单目录1.焊接结构的疲劳断裂: (1)2.焊接缺陷引起的应力集中： (2)3.按疲劳破坏的原因分为： (2)3.1.疲劳破坏的原因划分 (2)3.2.材料强度对接头疲劳强度的影响： (2)3.3.焊接缺陷其它因素对接头疲劳强度的影响： (3)3.4.疲劳破坏及影响因素（疲劳裂纹形成过程）： (3)3.5.疲劳断口可分成三个区域： (3)3.6.焊接接头疲劳强度计算（疲劳设计方法分类）： (3)3.7.静载强度对焊接结构疲劳强度的影响 (3)4.应力集中对疲劳强度的影响 (4)4.1.接头类型的影响 (4)4.2.焊缝形状的影响 (5)4.3.焊接缺陷的影响 (6)5.焊接残余应力对疲劳强度的影响 (7)1.焊接结构的疲劳断裂：•疲劳断裂是指机件在变动载荷下经过较长时间运行发生的失效现象•疲劳断裂呈低应力脆性断裂性质①断裂发生在较低的应力下，其最大循环应力低于抗拉强度，甚至低于屈服强度；②断裂部位无宏观塑性变形；③断裂呈突发性，没有预先征兆；④疲劳断裂在交变应力作用下经过数百次，甚至几百万次循环才发生。
•疲劳断裂呈损伤积累过程①金属材料内部组织首先在局部区域发生变化并受到损伤；②损伤逐渐积累，并到一定程度后发生疲劳断裂；③疲劳断裂三个阶段：疲劳裂纹的形成、扩展、断裂。
•疲劳断裂是焊接钢结构失效的一种主要形式，在焊接结构断裂事故中，疲劳失效约占90%。
如：船舶及海洋工程结构、铁路及公路钢桥以及高速客车转向架等。
2.焊接缺陷引起的应力集中：・焊接缺陷一一应力集中源，对接头疲劳强度的影响程度取决于缺陷的种类、方向和位置。
•缺陷种类：平面状缺陷（如裂纹、未熔合等）体积型缺陷（如气孔、夹渣等）⑴裂纹：如热裂纹、冷裂纹，是严重的应力集中源，大幅度降低结构及接头的疲劳强度。
如裂纹面积约为试件横截面积的10%时，在交变载荷作用下，接头2X106循环寿命的疲劳强度下降了55%~65%.⑵未焊透：◎未焊透并非都是缺陷，有些结构要求接头局部焊透；◎未焊透缺陷：①表面缺陷（单面焊缝）；②内部缺陷（双面焊缝）；◎未焊透缺陷对疲劳强度的影响不如裂纹严重。
第六章焊接结构的疲劳解读
第六章焊接结构的疲劳解读疲劳是材料在循环荷载作用下逐渐产生裂纹并以裂纹扩展为特征的破坏形式。
在焊接结构中，疲劳问题尤为突出，因为焊接接头处存在着应力集中的情况，容易引起疲劳裂纹的形成和扩展。
因此，对焊接结构的疲劳行为进行解读非常重要。
首先，焊接结构的疲劳行为受到多种因素的影响。
其中最重要的是应力水平、应力集中程度和循环次数等。
应力水平是指焊接接头的应力大小，它与焊接工艺参数、材料性能和载荷类型等有关。
应力集中程度是指焊接接头处的应力分布情况，通常存在应力集中的区域。
循环次数是指加载周期内的循环次数，它是影响疲劳寿命的重要因素。
其次，焊接结构的疲劳裂纹形成和扩展的机理主要是由应力集中引起的。
在焊接接头上，由于焊缝的存在，使得应力在焊接接头处集中。
当接头承受荷载时，焊缝周围的应力达到疲劳极限，从而形成小裂纹。
接下来，裂纹会随着加载的循环次数逐渐扩展，最终导致破坏。
然而，焊接结构的疲劳寿命和其它因素也有关系。
首先，材料的选择是影响疲劳寿命的重要因素。
不同的材料具有不同的疲劳极限和韧性，因此选择合适的材料可以延长焊接结构的疲劳寿命。
其次，焊接工艺也会对疲劳寿命产生影响。
焊接过程中产生的应力会影响接头的疲劳寿命，因此合理的焊接工艺参数可以提高疲劳寿命。
最后，环境条件的变化也会对焊接结构的疲劳寿命产生影响，特别是在腐蚀环境下，焊接结构更容易发生疲劳破坏。
综上所述，焊接结构的疲劳行为是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。
了解焊接结构的疲劳行为对于延长其使用寿命、保证安全性非常重要。
因此，需要进一步研究焊接结构的疲劳行为，探索有效的疲劳强化方法，提高焊接接头的疲劳寿命。
第六章 焊接结构的疲劳解读
尽量减小角变形或错边；
亦可在熔合线(焊趾) 堆焊防裂焊缝。
焊接结构
5.3.4 接头金相组织改变对脆性的影响 ①主要目标:
充分注意焊接热影响区的几个脆化区!
如：靠近熔合线附近的粗大的魏氏组织区； 处于蓝脆温度范围的脆化区；
合金钢接头中的高硬度马氏体区。
②处理措施： 必要时进行回火或正火处理。消除脆性组织，同时 消除焊接应力！ 焊接工艺要合理控制焊接线能量。
焊接结构
5.1.4 焊接结构脆断的产生原因
2）结构在设计、制造环节上存在工艺缺陷； 这些未能得以及时消除的工艺缺陷，进一步造成了构 件承载能力——尤指抗开裂能力的恶化。 如：焊接残余应力、附加残余变形、热应变时效以及
各种焊接缺陷等引起的应力集中和脆化现象。
3）产品检验技术不够完善，并未对重要结构采取有效的 质量跟踪措施和及时准确的无损评价。
断
实例之三：2001年11月7日，四川省宜宾市南门中承拱桥 因吊杆脆断造成大桥桥面坍塌 实例之四：1998年3月5日，西安液化石油气站2个400 m3 球罐发生特大爆炸事故。一只紧固螺栓的疲劳断裂
焊接结构
• 四川天然气管道曾经发生多起硫化物应力腐蚀引起的爆裂 事故，其中一起发生在1995年底，泄漏的天然气引起了 火灾。管道为720×8.16 mm 螺旋焊管，工厂压力1.9～ 2.5MPa。事故管段已经运行16年。爆口长度1440mm， 沿焊缝扩展。管道内壁腐蚀轻微，断口无明显减薄现象。 经过试验分析，结论为硫化物应力腐蚀引起，与天然气中 含有H2S及补焊工艺不合理 使焊缝产生了马氏体组织和 高的残余应力有关。
焊接结构
应变时效的概念
• 应变时效 是指金属经过一定量的塑性变形后，再经历150～400℃温度范围 的加热作用而造成的材料塑性下降的现象。 • 静应变时效 是指金属经过“ 冷加工”而产生 一定量的塑性变形导致的应变时效。 • 动应变时效 是指金属经过“热循环”而产生 一定量的热塑性变形导致的应变时效。
焊接结构的疲劳寿命预测
焊接结构的疲劳寿命预测1. 简介焊接是一种常见的金属加工工艺，广泛应用于制造业中的结构连接和修复。
然而，焊接接头常常面临着疲劳破坏的风险，因为焊接接头往往承受着来自外部载荷的变化和高强度的应力。
为了确保焊接结构的安全运行，预测焊接结构的疲劳寿命成为一项关键工作。
2. 疲劳寿命的影响因素焊接结构的疲劳寿命受多种因素的影响，下面将介绍其中的三个主要因素：2.1 材料特性焊接接头的材料特性对其疲劳寿命起着重要作用。
材料的强度、韧性和硬度等物理性质决定了焊接接头在承受外部载荷时的应力分布和变形程度。
此外，焊接接头的热影响区域也会发生显著的组织变化，进一步影响疲劳寿命。
2.2 焊接工艺焊接工艺参数的选择对焊接接头的质量和疲劳寿命有着直接的影响。
焊接电流、焊接速度、焊接温度等参数会影响焊接接头的组织和晶粒尺寸，进而影响接头的疲劳性能。
合理选择焊接工艺参数可以改善焊接接头的疲劳寿命。
2.3 外部载荷焊接接头在服役过程中会承受来自外部的载荷变化，如振动载荷、冲击载荷和静态载荷等。
这些载荷的大小、频率和工作条件都会对焊接接头的疲劳寿命产生影响。
因此，在疲劳寿命预测中，需要考虑外部载荷的特性。
3. 疲劳寿命预测方法针对焊接结构的疲劳寿命预测，存在多种方法和模型可以应用。
下面将介绍两种常用的预测方法：3.1 经验法经验法是基于大量试验数据和实践经验总结出来的一种疲劳寿命预测方法。
该方法根据焊接接头的材料、几何形状、应力水平等因素，使用经验公式来估计焊接接头的疲劳寿命。
经验法简单易用，但一般只适用于具有相似工况和材料的焊接结构。
3.2 数值模拟法数值模拟法是基于有限元分析和结构力学理论的一种疲劳寿命预测方法。
该方法通过建立焊接接头的有限元模型，并考虑材料非线性、温度场分布以及外部载荷等因素，利用数值求解方法来计算焊接接头的应力和变形分布。
然后，根据材料的疲劳性能曲线和疲劳强度理论，预测焊接接头的疲劳寿命。
4. 疲劳寿命预测的挑战和发展方向焊接结构的疲劳寿命预测仍然面临一些挑战。
焊接结构的疲劳破坏和脆性断裂
焊接结构的疲劳破坏和脆性断裂一、焊接结构的疲劳破坏大量统计资料表明，工程结构失效80%以上是由疲劳引起的。
美国商业部国家标准局向美国国会提出的研究报告，美国每年因断裂及防止断裂要付1190 亿美元的代价，相当国民经济总产值4 % ，而统计资料表明，绝大多数的断裂是由疲劳所引起的。
美国有几座桥梁的疲劳断裂纹发生在靠近焊缝端部的焊趾部位，如图2 一53 所示，在图示的裂纹部位有较高的应力集中。
在载荷作用下，腹板平面位移集中在一个比较狭窄而没有支撑的腹板高度上，也就是翼板至加强肋底部的腹板高度上（划阴影线区域），从而使该处腹板开裂。
疲劳定义为重复应力所引起的裂纹起始和缓慢扩展，从而产生的结构部件的损伤。
疲劳断裂过程通常经历裂纹萌生、稳定扩展和失稳扩展三个阶段。
‘一）疲劳断口的特征在进行疲劳断口的宏观分析时，一般把断口分成三个区，这三个区与疲劳裂纹的形成、扩展和瞬时断裂三个阶段相对应，分别称为疲劳源区、疲劳扩展区和瞬时扩展区，如图2 一54 所示。
疲劳源区是疲劳裂纹的形成过程在断口上留下的真实记录。
由于疲劳源区一般很小，所以宏观仁难以分辨疲劳源区的断面特征。
疲劳源一般总是发生在表面，但如果构件内部存在缺陷，如脆性夹杂物等，也可在构件内部发生。
疲劳源数目有时不止一个，而有两个甚至两个以上，对于低周疲劳，则于其应变幅值较大，断口上常有几个位于不同位置的疲劳源。
疲劳裂纹扩展区是疲劳断口上最重要的特征区域。
其宏观形貌特征常呈现为贝壳状或海滩波纹状条纹，而且条纹推进线一般是从裂纹源开始向四周推进，呈弧形线条，而且垂直于疲劳裂纹的扩展方向。
其微观特征是疲劳裂纹，又称疲劳辉纹，每一贝壳花纹内有干万条。
它通常是明暗交替的有规则相互平行的条纹，一般每一条纹代表一次载荷循环。
疲劳条纹的间距在 0.1- 0.4 Уm 之间一般来说，面心立方金属（如铝及铝合金、不锈钢）的疲劳条纹比较清晰、明显。
体心立方金属及密排六方结构金属的疲劳条纹远不如前者明显，如钢的疲劳条纹短而不连续，轮廓不明显。
焊接结构疲劳寿命评估方法研究
焊接结构疲劳寿命评估方法研究引言：随着工程结构的发展，焊接结构在各行各业中得到了广泛应用。
然而，焊接结构由于焊接过程的引入和焊接缺陷的存在，容易产生疲劳断裂故障。
因此，研究焊接结构的疲劳寿命评估方法对于确保结构的安全性和可靠性非常重要。
一、疲劳断裂机理焊接结构在使用过程中主要受到循环载荷作用，这使得焊接接头内部发生了塑性应变的积累。
当积累的塑性应变达到一定程度时，焊接接头内部将出现应力集中区域，从而导致裂纹的形成和扩展。
当裂纹达到一定尺寸时，焊接接头就会出现疲劳断裂故障。
二、焊接疲劳寿命评估方法1.线性累积损伤线性累积损伤方法是一种简单有效的焊接疲劳寿命评估方法。
它包括了应力分析、系数计算、损伤评估和寿命预测等步骤。
通过这种方法可以确定焊接结构在给定载荷下的寿命。
2.塑性应变耗散评估塑性应变耗散评估方法是一种基于损伤积累的疲劳寿命评估方法。
它根据焊接接头内部的塑性应变积累情况来评估结构的寿命。
该方法更为精确，适用于多种不同的工程情况。
3.局部断裂力学评估局部断裂力学评估方法是一种基于局部损伤的焊接疲劳寿命评估方法。
它通过断裂力学参数的计算和分析来评估焊接接头的寿命。
该方法可以考虑焊接接头中不同区域的损伤情况，提高评估的准确性。
三、影响疲劳寿命的因素1.裂纹尺寸裂纹尺寸是影响疲劳寿命的一个重要因素。
裂纹尺寸越大，将会导致焊接接头的寿命降低。
2.焊接材料焊接材料的强度和塑性特性将直接影响焊接接头的疲劳寿命。
优质的焊接材料可以提高接头的疲劳寿命。
3.载荷频率载荷频率是指焊接结构在使用过程中所受到的载荷的次数。
频繁的载荷将会缩短焊接接头的疲劳寿命。
4.焊接接头形状和尺寸焊接接头的形状和尺寸将直接影响焊接接头在受载过程中的应力和塑性应变分布，从而影响疲劳寿命。
结论：焊接结构疲劳寿命评估方法是一项重要的研究内容，对于确保结构的安全和可靠具有重要意义。
线性累积损伤、塑性应变耗散和局部断裂力学评估是目前常用的焊接疲劳寿命评估方法，不同的方法适用于不同的工程情况。
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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四、疲劳断裂的类型
4.疲劳断裂的类型 1、低周疲劳。由反复塑性变形所造成的破坏称为 低周疲劳。低周疲劳的循环应力很高，接近或超 过材料的屈服点，在每次循环中，材料都产生一 定的塑性变形，在这种情况下，加载时的频率不 可能很高，一般为0.2-0.5HZ，断裂周次很低，在 104-105次以下。 例如，锅炉及压力容器的每一次升压“降压便产 生了一次塑性变形循环，在使用期间这种反复塑 性变形循环的积累，就可能造就其低周疲劳破坏。
PP
PP
折铁丝
三、疲劳极限
3．疲劳极限
金属材料可经无限次应力循环而不破坏的最大应力
值称为材料的疲劳极限（强度）。它反映材料抗疲劳断裂
的能力，在一定条件下，当应力的最大值低于某一定值时，
材料可能经受无限次循环仍然不会发生疲劳断裂。这个最
大应力值，就叫金属材料的疲劳强度。 Nhomakorabea
循环应力只要不超过某个“最大限度”,构件就可以
下图为直升飞机起落架的疲劳断裂图， 裂纹是从应力集中很高的角接板尖端开始， 该机飞行着陆2118次后发生破坏，属于低 周疲劳。
下图为载货汽车底架纵梁的疲劳断裂， 该梁板厚5mm，承受反复的弯曲应力，在 角钢和纵梁的焊接处，因应力集中很高而 产生裂纹，该车破坏时已运行30000Km。
下图表示空气压缩机法兰盘和管道连接 处，因采用应力集中系数很高的角焊缝而 导致疲劳断裂，改为应力集中较小的对接 焊缝后，疲劳断裂事故大大减少。
疲劳称为热疲劳。
热疲劳属低周疲劳（周期短；明显塑性 变形）。
由温度和机械应力叠加引起的疲劳，称 为热机械疲劳。
2、热应力的产生 外部约束 不让材料自由膨胀； 内部约束 温度梯度，相互约束，产生热应力。 热应变 导致裂纹的萌生，扩展。
3、衡量标准 一定温度幅，产生一定尺寸疲劳裂纹的循环次
低周疲劳的特点 1、局部产生宏观变形，应力与应变之间
呈非线性。
2、裂纹成核期短，有多个裂纹源。 3、断口呈韧窝状、轮胎花样状。 4、疲劳寿命取决于塑性应变幅。
多数零件按疲劳极限进行设计；
有些零件承受的交变应力远高于疲劳 极限，用过载持久值进行设计。
低周疲劳 N<105; 高周疲劳 N>105
此外，脆断受温度的影响特别显著，随着温 度的降低，脆断的危险性迅速增加，但疲劳强度 却受温度的影响比较小。
一、疲劳断裂示例
1、疲劳断裂的示例：
疲劳事故最早发生在 19 世纪初期。疲劳一般 从应力集中开始，而焊接结构的疲劳又往往是从 焊接接头处产生，下图 是几个典型的焊接结构疲 劳断裂事例。
m 0
火车轴（弯曲） 齿轮齿根 曲轴（扭转） （弯曲）
球轴承
连连杆杆
缸盖螺钉
（压缩） （（小小拉拉大大压压）） （大拉小拉）
二、疲劳断裂概念
2.疲劳破坏的概念 钢材在连续反复荷载作用下，其应力虽
然没有达到抗拉强度，甚至还低于屈服强 度时，也可能发生突然破坏，这种现象称 为疲劳破坏。钢材在疲劳破坏之前，没有 明显的变形，是一种突然发生的脆性断裂， 所以疲劳破坏属于反复荷载作用下的脆性 破坏。
2）焊接连接不可避免地存在着产生应力集 中的夹渣、气孔、咬边等缺陷。
3）焊缝区存在着很大的残余拉应力。
r min 1 max
m 0
0 r 0
max
m
max 2
r min 0
m
min 2
0
r0
mm 0
0 r 1
Chapter 5 焊接结构的疲劳断裂
本章内容：1.焊接结构疲劳失效的分类及危害 2.焊接疲劳断裂的特征 3.焊接结构疲劳的原因及影响因素 4.焊接结构疲劳的防治措施
疲劳断裂是金属结构失效的一种主要形式。 大量统计资料表明，由于疲劳而失效的金属结构， 约占失效结构的90%。
疲劳断裂和脆性断裂从性质到形式都不一样。 两者比较，断裂时的变形都很小，但疲劳需要多 次加载，而脆性断裂一般不需要多次加载；结构 脆断是瞬时完成的，而疲劳裂纹的扩展则是缓慢 的，有时需要长达数年时间。
数。 4、提高热疲劳寿命的途径
材料 减小热膨胀系数，提高λ，均匀性， 高温强度。
工件状况 减小应力集中。 使用 减小热冲击。
3、、接触疲劳
1、基本概念 对偶件（如轴承、齿轮等）在交变接触压应力
长期作用下，而在材料表面产生的疲劳损伤。 形貌：点蚀，浅层剥落和深层剥落。 （轴承、齿轮表面、钢轨等） 接触疲劳曲线两种 σ接～N，σ接～1/N。
2、热疲劳。工作过程中，受反复加热和冷 却的元件，在反复加热和冷却的交变温度 下，元件内部产生较大的热应力，由于热 应力反复作用而产生的破坏称为热疲劳。
例如，某电厂水冷壁下的集箱（15钢）在 长期运行中受热不均匀经受较大的交变热 应力，致使集箱产生热疲劳破坏。
1、基本概念 在循环热应力和热应变作用下，产生的
下图水压机疲劳断裂事例，很明显，疲 劳裂纹是从设计不良的焊接接头的应力集 中点产生的。
焊接结构较其它结构（如铆接结构）更 容易产生疲劳断裂，这是因为：
1）铆接结构的疲劳裂纹发展遇到钉孔或板 层间隔会受阻，焊接结构由于其整体性， 一旦产生裂纹，裂纹扩展不受阻止，直至 整个构件断裂。
经历无数次循环而不发生疲劳破坏，这个限度值称为“疲
劳极限”，
钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: σ-1 = (0.45～0.55)σb 条件疲劳极限：
钢材的循环次数一般取 N = 107 有色金属的循环次数一般取 N = 108
陶瓷、高分子材料－疲劳抗力很低； 金属材料－疲劳强度较高； 纤维增强复合材料－较好的抗疲劳性能。
2、接触应力（赫兹应力） 两物体接触，表面上产生局部的压应力，称为
接触应力。 接触处的接触应力为三向压应力。
3、接触疲劳破坏方式 （1）麻点剥落
局部塑性变形，产生裂纹、扩展（滑移带开裂） 润滑剂气蚀（高压冲击波） 剥落下一块金属而形成一凹坑 （2）浅层剥落 最大切应力处，塑化变形最剧烈，非金属夹杂 物附近萌生裂纹。 表层、次表层产生了加工硬化。 （3）深层剥落 过渡区是薄弱区，萌生裂纹，先平行于表面扩 展，后垂直于表面扩展，最后形成大的剥落坑。