改善焊接结构疲劳强度的工艺方法

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1、改善焊接结构疲劳强度的工艺方法

2、第1...第1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，如果焊根部位的疲劳裂纹启裂的危险被抑制，焊接接头的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的疲劳强度，①减少或消灭焊接缺欠特别是开口缺陷；②改善焊趾部位的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，同时对焊接结构的静载强度、焊接接头的冶金性能等各方面都有极大的益处，这方面的资料很多在此不多赘述。表1焊接结构疲劳强度的改善方法焊接结构

3、疲劳强度的改善方法焊接过程优化局部几何形状质量控制焊接缺欠的控制1几何形状的改善2工艺过程焊接顺序3残余应力（＜0）焊趾冶金处理4焊道造型焊趾几何形状5冶金和金属状态6焊缝的改善局部几何形状机械加工焊趾研磨7水冲击8局部重熔TIG熔修9等离子熔修10残余应力应力释放方法热处理11力学处理12局部加热13力学方法力学接触喷丸14锤击15超声冲击16焊接冲压17局部压缩18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的主要方法。3.1改善焊趾几何形状降低应力集中的方法1)TIG熔修国内外的研究均表明，TIG熔修可大幅度提高焊接接头的疲劳强度，这种方

4、法是用钨极氩弧焊方法在焊接接头的过渡部位重熔一次，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的微小非金属夹渣物，因而使接头部位的疲劳强度提高。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。重要的是重熔中发生熄弧时，如何处理重新起弧的方法，因为这势必影响重熔焊道的质量，一般推荐重新起弧的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的一些焊接研究所，采用统一由英国焊接研究所制备的试样进行了€€些改善接头疲劳强度方法有效性的统一性研究，证实经该方法

5、处理后该接头的2×106循环下的标称疲劳强度提高58%，如果将得到的211MPa的疲劳强度标称值换算成相应的特征值(K指标)为144MPa。它己高出国际焊学会的接头细节疲劳强度中的最高的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，对接接头的疲劳强度也相应提高，当焊缝不存在缺陷时，接头的疲劳强度可高于基本金属的疲劳强度。但是这种表面机械加工的成本很高，因此只有真正有益和确实能加工到的地方，才适宜于采用这种加工。而带有严重缺陷和不用底焊的焊缝，其缺陷处或焊缝根部应力集中要比焊缝表面的应力集中严重的多，所以在这种情况下焊缝表面的机械加工

6、是毫无意义的。如果存有未焊透缺陷，因为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的情况下，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=1080MPa)横向对接焊缝的交变载荷的疲劳强度试验表明，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

7、，这已与基本金属的疲劳强度相当。但如果对焊趾处进行局部磨削加工，其疲劳强度为±245MPa，它是机加工效果的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，疲劳强度的提高是有限的。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的有效方法。国际焊接学会推荐采用高速电力或水力驱动的砂轮，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。国际焊接学会最近的研究表明，试样经打磨后，其2×106循环下

8、的标称疲劳强度提高45%，如果将得到的199MPa疲劳强度标称值换算成相应的特征值(135MPa)它也高于国际焊接学会的接头细节疲劳强度中的最高的FAT值。要注意的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的刻痕，它相当于应力集中源，起到降低接头疲劳强度的作用。4)特种焊条方法本方法是研制了一种新型的焊条，它的液态金属和液态熔渣具有较高的溶湿能力，可以改善焊缝的过渡半径，减小焊趾角度，降低焊趾处的应力集中程度，从而提高焊接接头的疲劳强度。与TIG熔修的缺点相类似，它对焊接位置具有较强的选择性，特别适合于平焊位置和平角焊，而对于立焊、横焊和仰焊，

9、它的优越性就显著降低了。3.2调整残余应力场产生压缩