可采取哪些措施来改善焊接钢结构疲劳性能

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1、可采取哪些措施来改善焊接钢结构疲劳性能原题号：24大量工程实例和试验研究表明，有效改善焊接钢结构的疲劳性能对提高其使用寿命是非常有利的，而只有结构设计合理，焊接工艺完善和焊缝质量良好才能保证焊接钢结构有较好的疲劳性能。由于焊接接头焊趾处的焊接缺陷、应力集中和残余拉伸应力的作用，其疲劳幅度大幅度地低于基本金属的疲劳强度。所以，焊接结构的疲劳强度取决于接头的疲劳性能。为提高其疲劳性能一般可采取以下措施：⑴增加对焊接结构抗疲劳性能的了解，精心设计结构形式及接头形式，降低应力集中，使所设计的焊接结构更合理，具有更高的疲劳强度。⑵提高和严格控制焊缝质量，防止和减少焊接缺陷的产生；在焊接结构

2、制造过程、完成后以及使用过程中采取有效的工艺措施，提高接头的疲劳强度，增加其承受动载的能力、延长其使用寿命。下面从以上两个方面来具体阐述改善焊接钢结构疲劳性能的措施。⑴应力集中是影响焊接钢结构疲劳性能的重要原因，所以在设计时应采用合理的构件形式，选择可行的焊接方案以尽量降低应力集中。任何降低应力集中的构造处理都有助于改善疲劳性能。①设计合理的结构型式，减少应力集中，以提高疲劳强度。在设计中要考虑力线流的平滑过渡，避免几何不连续性。如图5.1所示，显然设计(a)中，圆圈处应力集中很高，往往是疲劳裂纹的起源点。设计(b)更为合理。对于次要构件，也应注意这一原则。(a)(b)图5.1板

3、梁的合理及不合理设计②尽量采用应力集中系数小的焊接接头。各种接头形式均要产生一定的应力集中，因此要尽量减少焊缝的数量和其不利的影响。对各类焊接接头来说，焊缝形状是影响应力集中值的重要因素，而形状又与制造因素有关，因此在设计阶段就要考虑获得正确焊缝的措施，如采用何种焊接方法，在什么位置上施焊等，尽量把焊缝布置在疲劳应力水平较小的部位等。一般情况下角焊缝的疲劳强度较低，而对接焊缝的应力集中系数最小，疲劳性能最好，所以应较多使用。图5.2为角焊缝改为对接焊缝的实例。选用对接焊缝时，还应注意到只有保证联接件的截面没有突变的情况下采用才是合理的。同时要注意保证焊缝质量。(a)(b)图5.2

4、角焊缝改为对接焊缝示意图③在必须采用角焊缝的情况下，应采取综合措施来提高疲劳强度。比如焊趾处采用机械加工，合理选择角接板形状，并保证焊缝根部焊透等。这些措施都能使应力集中，降低以减少残余应力的不利影响。同时要注意承载的角焊缝和不承载角焊缝的区别。一般情况下承载角焊缝的疲劳强度要低于不承载角焊缝的疲劳强度。④当焊缝周围刚性较大时，可以通过开缓和槽的方法来提高接头的疲劳强度。r图5.3减少应力集中开缓和槽的办法⑵采取必要的工艺措施改善焊接结构的疲劳性能。提高结构的疲劳强度，首先要靠构造细节设计适当和精心施工取得好的质量．此外，也可以在焊接之后进一步采取一些工艺措施来提高疲劳性能。许多

5、方法可以用于提高焊接接头的疲劳强度：减少或消灭焊接缺欠特别是开口缺陷；调节焊接残余应力场，产生残余压缩应力场。表5.1焊接结构疲劳强度的改善方法焊接缺陷的控制质量控制局部几何形状几何形状的改善焊接工艺过程焊接顺序过程焊残余应力（<0）焊趾冶金处理优化接焊趾几何形状焊道造型结冶金和金属状态构焊趾研磨机械加工疲水冲击局部几何形状劳TIG熔修局部重熔强等离子熔修度热处理的焊缝应力释放方法力学处理改改善局部加热善喷丸残余应力方力学接触锤击法力学方法超声冲击冲压焊接局部压缩纤维复合材料加固①改善焊趾几何形状降低应力集中的方法(a)TIG熔修TIG法是使用钨极气体保护电弧使焊趾部位重新熔化，

6、可以消除切口的作用。这种钨弧焊不会在趾部产生焊渣的侵入，只要重新熔化的深度足够，原有切口、裂缝以及侵入的焊渣都可以消除，从而使疲劳性能得到改善，这种方法在不同应力幅情况下疲劳寿命都能同样提高。(b)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小，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。(c)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。要注意的是磨削方向应于力线方向一致，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，起到降低疲劳强度的作用。(d)特种焊条方法本方法是研制

7、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，可改善焊缝的过渡半径，减小焊趾角度，降低焊趾出的应力集中程度，从而提高焊接接头的疲劳强度。②调整残余应力场产生压缩应力的方法(a)预过载法如果在含有应力集中试件上施加拉伸荷载，直到在应力集中处产生屈服，随后卸除荷载，则在试件中便会存留残余应力。在应力集中部位的残余应力为压应力。显然，这对提高疲劳强度是有利的。(b)局部挤压或点状加热采用局部加热或挤压，可以调节应力集中处的残余应力场。以上所述的两种方法，其基本原理是在容易