1、焊接結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂:●

疲勞斷裂是指機(jī)件在變動載荷下經(jīng)過較長時間運(yùn)行發(fā)生的失效現(xiàn)象●

疲勞斷裂呈低應(yīng)力脆性斷裂性質(zhì)①

斷裂發(fā)生在較低的應(yīng)力下，其最大循環(huán)應(yīng)力低于抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度；②

斷裂部位無宏觀塑性變形；③

斷裂呈突發(fā)性，沒有預(yù)先征兆；④

疲勞斷裂在交變應(yīng)力作用下經(jīng)過數(shù)百次，甚至幾百萬次循環(huán)才發(fā)生?！?/p>

疲勞斷裂呈損傷積累過程①

金屬材料內(nèi)部組織首先在局部區(qū)域發(fā)生變化并受到損傷；②

損傷逐漸積累，并到一定程度后發(fā)生疲勞斷裂；③

疲勞斷裂三個階段：疲勞裂紋的形成、擴(kuò)展、斷裂?！?/p>

疲勞斷裂是焊接鋼結(jié)構(gòu)失效的一種主要形式，在焊接結(jié)構(gòu)斷裂事故中，疲勞失效約占90%。如：船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)、鐵路及公路鋼橋以及高速客車轉(zhuǎn)向架等。2、焊接缺陷引起的應(yīng)力集中：●

焊接缺陷——應(yīng)力集中源，對接頭疲勞強(qiáng)度的影響程度取決于缺陷的種類、方向和位置?！?/p>

缺陷種類：平面狀缺陷（如裂紋、未熔合等）體積型缺陷（如氣孔、夾渣等）⑴

裂紋：如熱裂紋、冷裂紋，是嚴(yán)重的應(yīng)力集中源，大幅度降低結(jié)構(gòu)及接頭的疲勞強(qiáng)度。如裂紋面積約為試件橫截面積的10%時，在交變載荷作用下，接頭2×106循環(huán)壽命的疲勞強(qiáng)度下降了55%～65%。⑵

未焊透：◎

未焊透并非都是缺陷，有些結(jié)構(gòu)要求接頭局部焊透；◎

未焊透缺陷：①表面缺陷（單面焊縫）；②內(nèi)部缺陷（雙面焊縫）；◎

未焊透缺陷對疲勞強(qiáng)度的影響不如裂紋嚴(yán)重。3、焊接缺陷其它因素對接頭疲勞強(qiáng)度的影響：●

表面缺陷比內(nèi)部缺陷的影響大；●

與作用力方向垂直的平面缺陷比其它方向的影響大；●

位于殘余拉應(yīng)力區(qū)的缺陷比在殘余壓應(yīng)力區(qū)的影響大；●

位于應(yīng)力集中區(qū)的缺陷（如悍趾裂紋）比在均勻應(yīng)力場中同樣缺陷的影響大。4、材料強(qiáng)度對接頭疲勞強(qiáng)度的影響：●

材料的疲勞強(qiáng)度隨著材料本身抗拉強(qiáng)度的增加約以50%的比率增加；●

接接頭（對接、角接）的疲勞強(qiáng)度與材料本身的抗拉強(qiáng)度無關(guān)；●

當(dāng)接頭疲勞壽命較短時，高強(qiáng)鋼接頭的疲勞強(qiáng)度高于低強(qiáng)鋼接頭的疲勞強(qiáng)度。5、按疲勞破壞的原因分為：腐蝕疲勞；熱疲勞；機(jī)械疲勞按應(yīng)力大小和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分為●

低周高應(yīng)變疲勞：作用的應(yīng)力超過彈性范圍，疲勞循環(huán)次數(shù)小于104~105●

周低應(yīng)力疲勞：公稱循環(huán)應(yīng)力小于材料的屈服極限，疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)大于104~1056、疲勞破壞及影響因素（疲勞裂紋形成過程）：●

疲勞形核：疲勞裂紋首先在應(yīng)力最高、強(qiáng)度最弱的基體上形成?！?/p>

擴(kuò)展階段；初始裂紋在交變載荷作用下，當(dāng)裂紋尖端處在拉伸應(yīng)力場時，由于裂紋尖端極大的應(yīng)力集中，使該處晶粒發(fā)生滑移，裂紋張開，尖端向前延伸●

瞬時斷裂階段：當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到材料的強(qiáng)度極限時，疲勞裂紋達(dá)到臨界裂紋尺寸而產(chǎn)生瞬時斷裂。7、疲勞斷口可分成三個區(qū)域：●

疲勞裂紋源：肉眼可見晶粒的粗滑移。●

勞裂紋擴(kuò)展區(qū)：宏觀有條帶和貝殼狀花紋，每一條輝紋代表一次應(yīng)力(應(yīng)變)循環(huán)及裂紋逐次向前推進(jìn)的位置。對于高強(qiáng)鋼來說，很難辨認(rèn)明顯的疲勞條紋●

瞬時斷裂區(qū)：一般呈粗晶狀斷口或出現(xiàn)放射棱線，外觀與脆性失穩(wěn)斷裂相似。8、焊接接頭疲勞強(qiáng)度計算（疲勞設(shè)計方法分類）：●

許用應(yīng)力設(shè)計法：把各種構(gòu)件和接頭試驗疲勞強(qiáng)度除以特殊安全系數(shù)作為許用應(yīng)力(疲勞極限、非破壞概率95％的2×106次疲勞強(qiáng)度等)，使設(shè)計載荷引起應(yīng)力最大值不超過其許用應(yīng)力，從而確定構(gòu)件斷面尺寸設(shè)計方法。●

安全壽命設(shè)計：傳統(tǒng)疲勞設(shè)計方法都是安全壽命設(shè)計。所謂安全壽命指在某一環(huán)境下，在已知小于疲勞破壞許用應(yīng)力的最大負(fù)載概率時工作的循環(huán)次數(shù)。由σ-N曲線獲得σr，并利用σmax-σmin疲勞圖進(jìn)行設(shè)計。02如何提高焊接疲勞強(qiáng)度？

降低應(yīng)力集中疲勞裂紋源在焊接接頭和結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力集中點(diǎn)，消除或降低應(yīng)力集中的一切手段，都可以提高結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。1、采用合理的結(jié)構(gòu)形式●

優(yōu)先選用對接接頭，盡量不用搭接接頭；重要結(jié)構(gòu)把T形接頭或角接接頭改成對接接頭，讓焊縫避開拐角部位；采用T形接頭或角接接頭時，希望采用全熔透的對接焊縫。

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盡量避免偏心受載的設(shè)計，使構(gòu)件內(nèi)力的傳遞流暢、分布均勻，不引起附加應(yīng)力。

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減少斷面突變，當(dāng)板厚或板寬相差懸殊而需對接時，應(yīng)設(shè)計平緩的過渡區(qū)；結(jié)構(gòu)上的尖角或拐角處應(yīng)做成圓弧狀，其曲率半徑越大越好。

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避免三向焊縫空間匯交，焊縫盡量不設(shè)置在應(yīng)力集中區(qū)，盡量不在主要受拉構(gòu)件上設(shè)置橫向焊縫；不可避免時，一定要保證該焊縫的內(nèi)外質(zhì)量，減少焊趾處的應(yīng)力集中。

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只能單面施焊的對接焊縫，在重要結(jié)構(gòu)上不允許在背面放置永久性墊板；避免采用斷續(xù)焊縫，因為每段焊縫的始末端有較高的應(yīng)力集中。2、正確的焊縫形狀和良好的焊縫內(nèi)外質(zhì)量

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對接接頭焊縫的余高應(yīng)盡可能小，焊后最好能刨（或磨）平而不留余高；

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T形接頭最好采用帶凹度表面的角焊縫，不用有凸度的角焊縫；

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焊縫與母材表面交界處的焊趾應(yīng)平滑過渡，必要時對焊趾進(jìn)行磨削或氬弧重熔，以降低該處的應(yīng)力集中。

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任何焊接缺陷都有不同程度的應(yīng)力集中，尤其是片狀焊接缺陷，如裂紋、未焊透、未熔合和咬邊等對疲勞強(qiáng)度影響最大。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上要保證每條焊縫易于施焊，以減少焊接缺陷，同時發(fā)現(xiàn)超標(biāo)的缺陷必須清除。3、調(diào)整殘余應(yīng)力

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構(gòu)件表面或應(yīng)力集中處存在的殘余壓應(yīng)力，就能提高焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。例如，通過調(diào)整施焊順序、局部加熱等都有可能獲得有利于提高疲勞強(qiáng)度的殘余應(yīng)力場。此外，還可以采取表面形變強(qiáng)化，如滾壓、錘壓或噴丸等工藝使金屬表面塑性變形而硬化，并在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以達(dá)到提高疲勞強(qiáng)度的目的。

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對有缺口的構(gòu)件，采取一次性預(yù)超載拉伸，可以使缺口頂端得到殘余壓應(yīng)力。因為在彈性卸載后，缺口殘余應(yīng)力的符號總是與（彈塑性）加載時缺口應(yīng)力的符號相反。此方法不宜用彎曲超載或多次拉伸加載。它常與結(jié)構(gòu)驗收試驗結(jié)合，如壓力容器做水壓試驗時，能起到預(yù)超載拉伸作用。4、改善材料的組織和性能

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首先，提高母材金屬和焊縫金屬的疲勞強(qiáng)度還應(yīng)從材料的內(nèi)在質(zhì)量考慮。應(yīng)提高材料的冶金質(zhì)量，減少其中的夾雜物。重要構(gòu)件可采用真空熔煉、真空除氣、甚至電渣重熔等冶煉工藝的材料，以保證純度；

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在室溫下細(xì)化晶粒鋼可提高疲勞壽命；通過熱處理可以獲得最佳的組織狀態(tài)，在提高強(qiáng)度的同時，也能提高其塑性和韌性；回火馬氏體、低碳馬氏體和下貝氏體等組織都具有較高的抗疲勞能力。

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其次，強(qiáng)度、塑性和韌性應(yīng)合理配合。強(qiáng)度是材料抵抗斷裂的能力，但高強(qiáng)度材料對缺口敏感。

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塑性的主要作用是通過塑性變形，可吸收變形功，削減應(yīng)力峰值，使高應(yīng)力重新分布，同時也使缺口和裂紋尖端得以鈍化，裂紋的擴(kuò)展