分析焊接結構強度的基本理論

1、脆性斷裂的主要特征

宏觀(guān)：斷裂前無(wú)明顯塑性變形，沒(méi)有任何先兆，突然性強。

斷裂時(shí)所承受載荷不大，遠低于設計時(shí)的許用應力，是典型的低應力破壞形式。

2、影響金屬脆性斷裂的因素

1）應力狀態(tài)的影響；

2）溫度的影響

3）；加載速度的影響；

4）材料狀態(tài)的影響。

3、焊接結構產(chǎn)生脆性斷裂的原因

1）焊接結構本身：剛性大，整體性強，構件間很難發(fā)生相對位移，焊接應力很難消除，且對應力集中特別敏感。止裂能力差，裂紋容易在構件之間擴展，繼而擴展到整體。

2）焊接熱循環(huán)：熱影響區組織脆化，韌性下降。

改變材料脆性轉變溫度。對某些高強鋼，板厚為30 mm，線(xiàn)輸入達50000J/cm時(shí)，可使脆性轉變點(diǎn)升高50~100℃

3）焊接殘余應力：脆性材料降低材料實(shí)際承載能力。

產(chǎn)生應力集中，使微裂紋擴展成脆性斷裂源。

4）備料及成形加工

5）焊接缺陷：裂紋、未焊透等面缺陷可能直接成為斷裂源。

氣孔、夾渣等三維缺陷會(huì )降低結構的實(shí)際強度，并可能誘發(fā)微裂紋，如擴展到表面，就可能成為斷裂源。

4、防止焊接結構脆性斷裂的措施

1）正確選用材料；

2）采用合理的焊接結構設計；

3）不可采用過(guò)厚截面；

4）了解焊接結構的工作條件

5、脆性斷裂的特征

無(wú)明顯塑性變形的低應力破壞，突然性強。

產(chǎn)生脆斷的原因：

1）使用溫度低于脆性轉變溫度使塑性材料變脆；

2）焊接熱循環(huán)容易使熱影響區組織粗大，塑性下降;

3）焊接殘余應力使焊接接頭強度下降并且接頭處易產(chǎn)生應力集中；

4）焊接缺陷使結構的實(shí)際承載面積減小，并可能引起微裂紋；

5）備料及成形加工時(shí)容易引入缺陷和降低材料塑性；

6）焊接結構剛度大，焊接應力難消除，裂紋在構件之間擴展容易。

生產(chǎn)和設計中防止脆斷的措施：了解使用條件；合理設計結構；降低應力集中；盡量減少缺陷。

6、焊接結構的疲勞破壞

動(dòng)荷載的概念：所謂靜荷載是指由零緩慢地增加到某一定值后保持不變或變動(dòng)很小的荷載。構件受靜荷載作用時(shí)，體內各點(diǎn)沒(méi)有加速度，或加速度很小可忽略不計，此時(shí)構件處于靜止或勻速直線(xiàn)運動(dòng)的平衡狀態(tài)。

在靜荷載作用下，構件中產(chǎn)生的應力稱(chēng)為靜應力。相反，若構件在荷載作用下，體內各點(diǎn)有明顯的加速度，或者荷載隨時(shí)間有顯著(zhù)的變化，這類(lèi)荷載稱(chēng)為動(dòng)荷載。

交變應力工程中的某些構件工作時(shí)，其力往往隨時(shí)間作周期性變化，這種應力稱(chēng)為交變應力。

7、疲勞破壞的特點(diǎn)

1）交變應力下材料發(fā)生破壞時(shí)的**大應力，一般低于靜荷載作用的強度**限，有時(shí)甚至低于屈服**限（低應力破壞）。

2）無(wú)論是脆性材料還是塑性材料，在交變應力作用下，均表現為脆性斷裂，沒(méi)有明顯的塑性變形。

3）材料發(fā)生破壞時(shí)，交變應力的循環(huán)次數與應力的大小有關(guān)，應力越大，循環(huán)次數越少。

4）斷裂面上有裂紋的起源點(diǎn)和兩個(gè)明顯不同的區域，即光滑區域和粗糙區域。

8、疲勞破壞的過(guò)程

構件的疲勞破壞，實(shí)質(zhì)上是裂紋的產(chǎn)生、擴展和**后斷裂的全過(guò)程。

三個(gè)階段組成：1.在應力集中處產(chǎn)生初始疲勞裂紋；2.裂紋穩定擴展；3.結構斷裂。

疲勞破壞是積累損傷的結果。缺陷→微觀(guān)裂紋→宏觀(guān)裂紋。

9、影響焊接接頭疲勞強度的因素

1）應力集中的影響：對接焊縫由于形狀變化不大，因此，它的應力集中比其它形式的接頭要??； T形(十字)接頭的疲勞強度遠遠低于對接接頭。在搭接接頭中，由于其應力集中很?chē)乐?，其疲勞強度也是很低的?/span>

2）殘余應力的影響：殘余應力對結構疲勞強度的影響，取決于殘余應力的分布狀態(tài)。在工作應力較高的區域，如應力集中處，受彎曲構件的外緣，殘余應力是拉伸的，則它降低疲勞強度；反之，若該處存在壓縮殘余應力，則提高疲勞強度。另外殘余應力對疲勞強度的影響，還與應力集中程度、應力循環(huán)特征以及循環(huán)次數等因素有關(guān)，特別是應力集中系數越高，殘余應力影響越顯著(zhù)。

3）缺陷的影響：焊接缺陷對疲勞強度的影響大小與缺陷的種類(lèi)、尺寸、方向和位置有關(guān)。片狀缺陷(如裂紋、未熔合、未焊透)比帶圓角的缺陷(如氣孔)影響大；表面缺陷比內部影響大；位于應力集中區的缺陷比在均勻應力場(chǎng)中的同樣缺陷影響大；與作用力方向垂直的片狀缺陷的影響比其它方向的大；位于殘余拉應力場(chǎng)內的缺陷比在殘余壓應力區的影響大。值得說(shuō)明的是，同樣尺寸的缺陷對不同材料焊接結構的疲勞強度的影響也不相同。

10、提高焊接接頭疲勞強度的措施

1）降低應力集中

2）調整殘余應力場(chǎng)：①?整體處理，整體處理包括整體退火或超載預拉伸法。②?局部處理。采用局部加熱或擠壓可以調節焊接殘余應力場(chǎng)，在應力集中處產(chǎn)生殘余壓應力；

3）改善材料的力學(xué)性能：表面強化處理，擠壓捶擊焊縫表面和過(guò)渡區，表面噴丸處理等；

4）特殊保護措施：如油漆或鍍鋅等。

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