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焊接结构疲劳失效的预防措施

发布日期:2020-02-29 06:41 作者:bbin宝盈 点击:

  焊接结构经常发生焊接变形焊接开裂故障,这是由于焊接应力的存在导致的,那消除应力增强强度防止焊接结构疲劳失效的措施有哪些呢?

  通常情况下,焊接接头比母材具有更强的静态载荷承受能力。然而,焊接过程中难免会伴随着各种缺陷,当承受动态载荷时,焊接接头的承载能力远不如母材。因此,焊接结构承受交变动态载荷是导致焊接结构疲劳失效的重要原因之一,焊接结构所发生的断裂事故中, 70% ~90%是由疲劳失效产生的。疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性,而在疲劳断裂时又具有瞬发性,所以疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。目前,焊接结构的疲劳失效问题已经相当突出,已严重制约焊接结构的安全可靠及耐久使用。因此,研究焊接结构的疲劳失效具有重要意义。

  因为应力集中是导致焊接结构疲劳破坏的主要原因,所以通过降低应力集中可以提高焊接结构的疲劳强度。主要采取以下措施来降低焊接结构的应力集中:

  1) 焊接结构的形状设计过程中,应尽量减小断面的突变,结构中的尖角或者拐角尽量设计成圆弧状,将其曲率半径设计的尽量大。

  2) 在设计焊接结构的载荷分布设计过程中,应使焊接结构承受载荷分布比较均匀,避免出现局部承受载荷集

  3) 良好的焊接接头设计也是降低应力集中,提高焊接结构疲劳性能的重要措施。应该优先选用对接接头,尽

  量不用搭接接头,让焊缝避开拐角部位。对接接头焊缝的余高应尽可能的小,焊后最好能磨平而不留余高。优先选用连续焊缝,尽量避免断续焊缝,因为在焊缝的起始和结束位置都存在较高的应力集中。避免焊缝过分的集中,焊缝与焊缝之间应保持足够的距离,避免三向焊缝空间交汇。不要把焊缝布置在工作应力最大的区域,不要在受拉构件上设置横向焊缝。

  焊接残余应力可以通过结构设计和焊接工艺措施等加以调节和控制。通过调节焊接的残余应力场从而降低危险点处残余拉应力水平或者引入有利的残余压应力从而提高焊接结构的抗疲劳能力。例如振动时效处理、应力释放、锤击、预过载、局部压缩或者加热等会改善焊接结构的残余应力场。

  1) 焊缝设计过程中,尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸。焊缝越多,应力场就越多。较大的焊缝尺寸具

  有较大的热影响区,其变形较大,相应的残余内应力就较大。焊缝之间应保持足够的距离,焊缝过分集中不仅会使应力出现分布不均,而且可能出现双向、三向复杂的残余应力状态。另外,可以采用较小的焊缝形式,减小残余应力的存在。

  2) 采用合理的焊缝顺序。焊接残余应力是焊缝区金属纵向和横向收缩不自由引起的,不同的装配和焊接顺序对应力的影响较大。一般来说,尽可能地让焊缝自由收缩,减小焊接结构在施焊时的约束,最大限度的减小焊接应力。先对收缩量比较大的焊缝施焊,让它能在约束较小的情况下进行收缩,从而减小焊接残余应力。焊对接焊缝时,从中间依次向两自由端进行焊接,可以使焊缝能够较好地自由收缩。同一构件中同时存在对接和角焊缝时,应先焊对接焊缝。平面交叉焊缝应先焊横向焊缝,使得横向焊缝焊后有自由收缩的可能。

  3) 振动时效。从材料的应力应变特性角度分析。工程上采用的材料都不是理想的弹性体,其内部存在着不同类型的微观缺陷,铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属基体的石墨,其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中。振动时效消除残余应力的必要条件是动应力(激振力)和残余应力之和大于材料的屈服极限。在工件内残余应力的高峰值处将产生局部屈服,引起微小塑性变形,使得工件内部残余应力高峰值降低和残余应力重新均匀分布,使工件内原来不稳定的残余应力得到松弛和匀化。

  4) 调节残余应力场可以降低危险点处的残余应力。例如通过打磨焊缝的外观或者机加工来修整焊缝、焊趾的局部打磨、采用钨极惰性气体保护焊等措施来降低焊接结构的残余应力。在残余应力为拉应力的区域内,应该避免几何的不连续性,从而可以避免该处的内应力进一步提高。另外,局部加热等手段也可能获得有利于提高焊接疲劳强度的残余压应力场。

  提高焊缝质量、严格控制各种缺陷是提高接头疲劳强度、延长使用寿命的重要手段。

  1) 对焊缝进行整体磨光,不仅可以改善焊缝的形状参数,而且可以彻底消除焊缝的表面缺陷,因而可以大幅度提高焊缝的疲劳强度。对角焊缝进行磨光,也会产生类似的效果,但是工艺比较复杂,这是因为角焊缝被整体磨光后,必须确保规定的焊缝尺寸。

  2) 局部磨光是用砂轮打磨焊趾附近区域,以改善焊缝几何参数的方法。与整体磨光相比,局部磨光在很大程度上减小了工作量,并且基本上获得与整体磨光提高疲劳强度相近的效果。用这种方法磨光,不但焊缝几何形状得到了改善,而且使焊趾附近部位变得光滑圆顺,消除了在受载过程中成为应力集中的缺陷,从而可以提高焊接结构的疲劳强度。

  通过提高母材的冶金质量和焊缝金属的质量,可以增强焊接结构的疲劳强度。为了保证纯度,重要构件可采用真空除气、真空冶炼等材料加工工艺; 为了提高疲劳寿命,可以在室温下细化晶料,并且通过热处理来获得最佳的组织状态。材料的塑性变形可以吸收变形功、削减应力峰值,使得高应力重新分布。同时,可以使得缺口和裂纹尖端得以钝化,裂纹的扩展速度得到缓和甚至停止。可以通过改善材料组织,将材料的强度、塑性和韧性合理配合,提高材料的塑性和韧性,从而可以改善其抗疲劳的能力。返回搜狐,查看更多

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