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摘要本文介绍了金属焊接性以及焊接裂纹的概念，主要介绍冷裂纹的形成与影响因素、金属焊接性的试验研究方法，论述了低碳调质钢的焊接性及焊接工艺特点。
在总结大量资料和焊接实验的基础上，通过低碳调质钢18MnMoNb钢斜Y型焊接裂纹试验，即小铁研试验、18MnMoNb焊接热影响区组织性能试验、18MnMoNb 焊接裂纹断口的扫描电镜分析，分析低碳调质钢的焊接性及产生冷裂纹的原因，并讨论了预热对焊接冷裂纹倾向的减小作用；并对18MnMoNb焊接热影响区组织进行了金相分析和性能研究，最后对18MnMoNb焊接热影响区的显微硬度进行了测试。
完成了低碳调质钢18MnMoNb钢的可焊性研究。
关键词：可焊性；焊接接头；热影响区；焊接裂纹AbstractThis paper introduces the concepts of metal welding and welding cracks，mainly on the formation and cold crack factors，and experimental methods of metal weldable capability，discussed the welding and welding technology features of low-carbon-quality steel．On the base of investigation and weld experiments，through low-carbon-quality steel of 18MnMoNb Y-Silt Type Cracking Test，structure and performance test of 18MnMoNb weld heat affected zone，the scanning electron microscope analysis of 18MnMoNb welding crack fracture，and analysis the welding of low-carbon-quality steel and the reasons of the cold crack and summarize the influence of preheat on cold cracking；and the study completed Metallographic analysis and properties of the metal materials 18MnMoNb weld heat affected zone．Finally，micro-rigidity of 18MnMoNb weld heat affected zone was tested．The metal weldable capability of 18MnMoNb was completed．Key words：weldable；welding joint；HAZ；welding crack目录第1章焊接技术概述 (1)第2章低碳调质钢的焊接基础理论 (3)2.1 焊接冶金过程特点 (3)2.2 焊接接头的组织与性能 (4)2.3 低碳调质钢热影响区的组织分析 (7)2.4 低碳调质钢的焊接性理论分析 (7)2.5 低碳调质钢常用焊接方法 (12)第3章低碳调质钢焊接性能研究试验基础 (14)3.1 低碳调质钢常用焊接工艺 (14)3.2 低碳调质钢的焊接工艺特点研究 (17)3.3 低碳调质钢焊接性试验及分类 (19)3.4 斜Y形坡口焊接裂纹试验法 (20)3.5 渗透探伤法在焊接检测中的应用 (22)3.6 焊接接头金相试样的制备 (23)3.7 焊接裂纹的断裂形式及断口形态 (24)第4章18MnMoNb钢的焊接性试验及分析 (25)4.1 焊接试验准备 (25)4.2 低碳调质钢18MnMoNb斜Y型焊接裂纹试验 (26)4.3 低碳调质钢18MnMoNb焊接裂纹断口扫描电子显微镜分析 (30)4.4 18MnMoNb焊接热影响区组织及性能试验 (31)4.5 18MnMoNb焊接接头的硬度试验 (32)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (37)第1章焊接技术概述焊接技术，又称连接工程，是一种重要的材料加工工艺。
20CrNiMnMoVTi钢焊接冶金课程设计学院：机械工程学院学生姓名：X X专业班级：材料成型及控制工程指导老师：[摘要]此文主要针对低碳合金钢20CrNiMnMoVTi进行焊接性分析。
[关键词]化学成分、主要合金元素、力学性能、SHCCT图、焊接行性分析、焊接工艺。
20CrNiMnMoVTi是一种低碳调质钢，屈服强度为490~980MPa，在淬火-回火的调质状态下供货使用，属于热处理强化钢。
这类钢的特点是含碳量较低（一般碳的质量分数为0.22%以下），既有高的强度，又兼有良好的塑性和韧性，可直接在调质状态下焊接，焊后不需进行调质处理。
其化学成分比例如下表1所示。
一、材料的成分、力学性能及其SHCCT。
1.1化学成分表1：20CrNiMnMoVTi化学成分组成(%)1.2主要合金元素的作用20CrNiMnMoVTi主要化学元素除了C以外有Cr、Ni、Mn、Mo、Si等和少量的S、P等元素，每种元素在钢中的作用不同，除了S、P元素以外大部分可以提高20CrNiMnMoVTi钢的性能。
C 主要作用是保证钢的硬度、强度与韧性，钢中含碳量增加屈服点和抗拉强度升高，但其塑性和冲击性降低，当含碳量超过0.23%时其焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢含碳量一般不超过0.2%。
Si 在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，当硅溶解于铁素体和奥氏体中提高此钢的硬度和强度起作用仅次于磷，硅还可以提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比以及疲劳强度和疲劳比等，含硅的钢在氧化气氛中加热时，表面会形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温下的抗氧化性。
但硅会降低钢的焊接性，而且硅与氧的亲和力比硅与铁的强，再焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，增加熔渣和融化金属的流动性，引起喷溅，影响焊接质量。
所以硅在此钢中的含量在0.3%左右。
Mn 在炼钢中锰是很好的脱氧剂和脱硫剂，能消除和减弱由于硫引起的热脆性，提高钢的淬性，改善20CrNiMnMoVT钢的热加工性能。
18 试述珠光体耐热钢的焊接工艺。
高温下具有足够的强度和抗氧化性的钢称为耐热钢，以Cr、Mo为主要合金元素的低合金耐热钢，基体组织是珠光体（或珠光体+铁素体）称为珠光体耐热钢，常用钢号有15CrMo、12CrMoV、12Cr2MoWVTiB、14MnMov、18MnMoNb、13MnNiMoNb。
由于珠光体耐热钢中含有一定量的Cr、Mo和其它一些合金元素，所以热影响区会产生硬脆的马氏体组织，低温焊接或焊接刚性较大的结构时，易形成冷裂纹。
因此在焊接时应采取以下几项工艺措施：⑴预热预热是焊接珠光体耐热钢的重要工艺措施。
为了确保焊接质量，不论在定位焊或正式施焊过程中，焊件都应预热并保持为80～150℃用氩弧焊打底和CO2气体保护焊时，可以降低预热温度或不预热。
⑵焊后缓冷焊后应立即用石棉布覆盖焊缝及热影响区，使其缓慢冷却。
⑶焊后热处理焊后应立即进行高温回火，防止产生延迟裂纹、消除应力和改善组织。
焊后热处理温度应避免在350～500℃温度区间内进行，因珠光体耐热钢在该温度区间内有强烈的加火脆性现象。
几种常用珠光体耐热钢的焊后热处理温度见表11。
19 珠光体耐热钢焊接时，如何正确地选用焊接材料？总的原则是根据化学成分的要求，即熔敷金属的化学成分应与母材相当来选用焊接材料。
具体选用，见表12。
20 试述低碳调质钢的焊接性。
碳的质量分数不超过0.21%，加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu，经过奥氏体化-淬火-回火热处理的钢称为低碳调质钢，常用牌号有WCF60、62、HQ70A、B、15MnMoVN、15MnMoVNRE和14MnMoNbB等，其化学成分见表13。
低碳调质钢具有高的屈服点（490～980MPa）、良好的塑性、韧性、耐磨及耐腐蚀性。
低碳调质钢由于含碳量不高，虽含有一定量的合金元素，但焊接性较好，主要特点是：在焊接热影响区，特别是焊接热影响区的粗晶区有一定的冷裂倾向并有韧性下降的现象；在焊接热影响区受热时未完全奥氏体化的区域，以及受热时其最高温度低于Ac1、高于钢调质处理时的回火温度的那个区域有软化或脆化的倾向。
低碳调质钢的焊接性---资料来源<焊接工艺500问>碳的质量分数不超过％，加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu ,通过奥氏体化—淬火—回火热处置的钢称为低碳调质钢，经常使用牌号有WCF60、6二、HQ70A、HQ70B、15MnMoVN、15MnMoVNRE和14MnMoNbB等。
低碳调质钢具有高的屈服点(490-980MPa)、良好的塑性、韧性、耐磨、及耐侵蚀性。
低碳调质钢由于含碳量不高，虽含有必然量的合金元素，但焊接性较好，要紧特点是：在焊接热阻碍区、专门是焊接热阻碍区的粗晶区有必然的冷裂偏向并有韧性下降的现象；在焊接热阻碍区受热时未完全奥氏体化的区域，和受热时其最高温度低于Ac一、高于钢调质处置的回火温度的那个区域有软化或脆化的偏向。
经常使用的各类熔焊方式,都能够适用焊接低碳调质钢。
(1)焊前预热—当板厚较小或接头拘谨度也较小时,焊前可不进行预热。
15MnMoVN、14MnMoNbB钢。
当板厚小于13mm 时，通常采纳不预热施焊。
随着板厚的增加，为了避免产生冷裂纹，必需进行预热，可是必需严格操纵预热温度，因为太高的预热温度会使热阻碍区的冷却速度过于缓慢,使热阻碍区强度下降，韧性变坏。
低碳调质钢的最低预热温度焊件厚度15MnMoVN 14MnMoNbB<13 不预热不预热13-16 50-100 100-15016-19 100-150 150-20019-22 100-150 150-20022-25 150-200 200-25025-35 150-200 200-250许诺的最高预热温度与表中最低值相较,不得大于65C。
假设有可能，可采纳低温预热加后热或不预热，只采纳后热的方式来避免低碳调质钢产生冷裂纹，能够减轻或排除太高的预热温度对热阻碍区韧性的损害。
(2)焊接材料—为避免产生冷裂纹,因此必需严格操纵焊接材料的含氢量,要求所利用的焊条必需是低氢型或超低氢型的,焊前应严格按规定进行烘干、贮存。
《熔焊原理及金属材料焊接》教案一、教材《熔焊原理及金属材料焊接》二、教学对象新高职焊接专业的学生三、教案试讲内容：第七章第三节《低碳调质钢的焊接》中的（二）低碳调质钢的焊接性分析本节课主要内容：详细分析了低碳调质钢的焊接性，为制定该钢种的焊接工艺提供了依据。
四、本节课的教学目的及要求：1．掌握该钢种焊接接头对各种焊接缺陷的敏感性和防止措施；2．掌握该钢种焊接热影响区性能下降的原因和防止措施。
五、本节课的重点、难点：重点：冷裂纹产生原因及防止措施，热影响区脆化机理及防止措施。
难点：热影响区脆化机理及防止措施。
六、本节课的教学时间：30分钟七、教学方法：讲授法八、教学过程：（一）复习旧课：提问：什么是焊接性答案（略）（二）导入新课：三峡工程压力钢管下平段及蜗壳的焊接安装选用日本NKK 公司生产的NK一HITEN610U2低碳调质钢板，日方要求该钢种焊接施工的线能量按≤40kJ/cm控制，这意味着超过这一参数，接头的性能将不能保证，从焊接工艺要求引出新课。
（三）讲授新课1．焊接性分析规律：高强度钢是通过一定的化学成分再配合相应的热处理来保证其力学性能的，焊接过程由于存在着热和应力的不平衡，会导致焊接缺陷的产生，不同化学成分的钢种对各种焊接缺陷的敏感性也不一样；焊接热作用也会破坏母材焊前的热处理效果，导致焊接热影响区性能下降而不能满足使用要求。
本次课我们将结合低碳调质钢的化学成分特点（含碳量低，Wc≤%,合金元素种类较多）和热处理状态（调质即淬火＋回火）来分析它的焊接性，为制定该钢种的焊接工艺提供理论依据。
2．低碳调质钢的焊接性分析（学生阅读课文，老师讲解）（1）焊接缺陷的敏感性①．结晶裂纹由于含碳量低，对硫、磷杂质控制严格，所以这类钢焊接时不会出现结晶裂纹。
②.热影响区液化裂纹高镍低锰一类的的低碳调质钢较易出现此类裂纹，原因是热影响区的过热区出现重熔。
防止措施是减少焊接线能量；调整熔池的形状，避免出现蘑菇状熔池。
低碳低合金焊高强度钢（调制钢）焊接简要工艺方案1范围本焊接工艺方案规定了XXXXX您司钢制结构件生产现场组装及焊接的基本规则和要求；本焊接工艺方案适用丁XXXXX松司碳素结构钢、普通低合金结构钢、低合金调质钢的焊接；本通用焊接工艺方案适用丁XXXXX松司各产品零部件的焊条电弧焊、气体保护焊、氯弧焊。
2引用标准下歹0方案所包含的条文，通过在本标准中的引用而构成为本标准的条文。
本标准发布时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准的最新版本的可能性。
JB-T 9186 二氧化碳气体保护焊工艺规程GB/T324 焊接符号的表示方法GB/T 324 焊缝符号表示法GB/T 985 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式和尺寸GB/T 8110 碳钢、低合金钢气体保护焊焊丝GB9448 焊接与切割安全3基本要求3.1对操作者的要求3.1.1焊工必须经过焊接理论学习和实作培训，经考核合格取得相应证书后方可上岗从事相应的焊接工作。
严禁实习生对产品进行焊接操作。
3.1.2操作者应按照工艺文件的要求进行操作，同时操作者应熟知自己所施焊的工件材料、焊接材料及焊接规范。
32对焊接设备及附属装置的要求—3.2.1对焊机及附届设备进行日常检查，应确保电路、水路、气路及机械装置的正常运行。
3.2.2对焊接机要求：1、逆变全数字式焊机2、拥有稳定可靠的焊接性3、焊接条件调节范围宽广、高速焊接性优良、飞溅发生量少4、拥有焊接参数存储功能（推荐OTCCPVM-500/XDS-500 焊机）3.2.3焊接设备仪表装置应准确可靠，应定期进行检修及维护；当设备出现异常时应立即停机，禁止使用，同时通知设备维修人员进行维修。
3.2.4对保温桶的使用要求：烘干后的低氢碱性焊条须放置在保温桶中，随取随用；取出焊条后，应将保温桶盖盖好，并通电保温。
3.3对焊接材料及原材料的要求3.3.1焊接材料包括焊条、焊丝和保护气体。
64焊工之友焊接技术第42卷第2期2013年2月文章编号：1002—025X(2013)02-0064—02矿用汽车中低合金调质钢的焊接王庆超1，闰素兰1，刘锐锋1，穆天源1，薛广智2(1．内蒙古北方重型汽车股份有限公司，内蒙古包头014030；2．内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司，内蒙古霍林郭勒029200)摘要：低合金调质钢凭借自身良好的力学性能在矿用汽车中应用越来越广泛，但作为调质钢对焊接热输入量要求很高。
通过控制预热温度、道间温度和焊接参数的大小，避免了其焊接热影响区的脆化或软化，使其焊缝能够达到设计要求。
关键词：海底管道i干式高压焊接；超深水；完全遥控中图分类号：T G457．1文献标志码：BO前言考虑到矿山工况条件的恶劣以及客户利益最大化，非公路矿用汽车行业的发展趋于大型化、轻量化、高参数化。
因此，越来越多的低合金调质钢应用到非公路矿用汽车的焊接结构上．该类钢不但具有较高强度，同时还具有良好的塑性、韧性和耐磨性。
但是，这类材料是通过调质热处理获得强化的，因此．在焊接结构上应用会给产品焊接质量的控制带来一些新问题．主要是焊接热影响区的脆化或软化问题。
本公司某车型的车架纵梁腹板材料为武钢集团生产的12m m厚的H G70E钢．该钢为低合金调质钢应用在矿用车型的关键件车架上．必须解决热影响区的脆化和软化的问题，否则，这个区域就成为了焊接接头最薄弱的环节，在矿用车承载着几百吨的矿石运行时，这个区域就会出现问题。
以下即为笔者对该问题的详细解决方案。
1焊接工艺编制的总体思路由于H G70E属于低碳低合金调质钢，焊接性和抗裂性良好，因此，焊接工艺的编制主要考虑如何防止H G70E钢在焊接过程中出现的脆化或软化这2个问题即可。
收穑日期：2012—05—281．1脆化或软化产生原因分析(1)脆化问题原因：热输入过大时，焊缝冷却速度过慢，导致热影响区出现上贝氏体、M—A组元等组织而脆化。
(2)软化问题原因：作为调质钢，焊接过程的温度过高必然会使热影响区被加热到超过调质处理回火温度的区域，从而导致此区域软化。
角钢焊接规范篇一：角钢焊接参数的选择角钢焊接参数的选择重庆角钢的特点是碳含量低，基体组织是强度和韧性都较高的低碳马氏体+下贝氏体，这对焊接有利。
但是，调质状态下的钢材，只要加热温度超过它的回火温度，性能就会发生变化。
焊接时由于热的作用使热影响区强度和韧性的下降几乎是不可避免的。
因此，低碳调质钢焊接时要注意两个基本问题：(1)要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有一“自回火”作用，以防止冷裂纹的产生;(2)要求在800～500%之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。
这两个问题是制定低碳调质钢焊接参数的主要依据。
此外，在选择焊接材料和确定焊接参数时，应考虑焊缝及热影响区组织状态对焊接接头强韧性的影响。
’不预热条件下焊接低碳调质钢，焊接工艺对热影响区组织性能影响很大，其中控制焊接热输入是保证焊接质量的关键，应给予足够的重视。
篇二：型材对接工艺(角钢、槽钢、T型钢、工字钢)篇三：钢筋焊接及规范1 总则1.0.1为了在钢筋焊接施工中采用合理的焊接工艺和统一质量验收标准，做到技术先进，确保质量，制订本规程。
1.0.2本规程适用于建筑工程混凝土结构中的钢筋焊接施工及质量检验与验收。
1.0.3从事钢筋焊接施工的焊工必须持有焊工考试合格证书，才能上岗操作。
1.0.4在进行钢筋焊接施工及质量检验与验收时，除按本规程规定执行外，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。
2 术语2.0.1钢筋电阻点焊resistance spot welding of reinforcing steel bar将两钢筋安放成交叉叠接形式，压紧于两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，加压形成焊点的一种压焊方法。
2.0.2钢筋闪光对焊flash butt welding of reinforcing steel bar将两钢筋安放成对接形式，利用电阻热使接触点金属熔化，产生强烈飞溅，形成闪光，迅速施加顶锻力完成的一种压焊方法2.0.3钢筋电弧焊arc welding of reinforcing steel bar以焊条作为一极，钢筋为另一极，利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方法。
低碳调质钢的焊接低碳调质钢的成分是根据在调质状态下使用而设计的。
这类钢多用于重要的焊接结构，对焊接质量要求高，这类钢大都在调质状态下焊接。
1）接头及坡口型式设计对于屈服强度在600MPa以上的低碳调质钢来说，焊缝的分布及接头部位的应力集中程度都将对接头的质量有明显的影响。
合理的接头应该是应力集中系数最低，具有良好的可焊接性，并便于焊后检验。
为此，应尽量避免将焊缝布置在断面突然变化的部位，并要考虑便于施焊。
一般来说，应该采用对接接头焊缝，而且要求焊缝与母材交界处平滑过渡。
坡口型式以U型或V型为佳，但必须要求两个坡口必须完全焊透。
为了降低焊接应力, 可采用双V型或双U型坡口。
2）坡口制备低碳调质钢的坡口可以用氧-乙炔火焰切割，但切割边缘有硬化层，应通过回火或机械加工消除之。
板厚小于100mm时，切割前不需预热。
板厚超过100mm，应进行100~150℃预热。
强度等级较高的钢，不宜用氧-乙炔火焰切割，应用电弧或等离子弧切割。
3）焊接方法选用低碳调质钢在调质状态下焊接，为使回火区的软化降到最低限度，应采用比较集中的热源。
σs≤1000MPa的钢，可用手工电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊或熔化极气体保护焊等方法。
其中σs≥700MPa的钢，如HY-130钢，为了获得满意的接头性能，最好用钨极氩弧焊或熔化极气体保护焊。
如由结构形式决定，确实需采用高线能量的焊接方法（如电渣焊或多丝埋弧焊）, 焊后必须进行调质处理。
4）焊接材料焊接材料选用的原则依母材在热处理状态的不同而定。
母材在调质状态下进行焊接时，选用的焊接材料，应保证焊态的焊缝金属与调质状态的母材具有相同的力学性能；当接头拘束度很大时，为了防止冷裂纹，可选用强度略低的填充金属。
常用的焊材选用对照表手工电弧焊可用GB-E85系列的焊条，如E8515-X、E8518-X（J857、J857Fe）等或ASW中E110系列的焊条。
埋弧焊则用Mn-Mo、Mn-Cr-Ni-Mo或Mn-Mo-V系焊丝。
焊条必须按规定进行烘焙，烘干后应置于保温筒内，不应在大气中久放。
耐吸潮低氢型焊条在350~400℃烘焙1h后，可在相对湿度80%环境中放置24h，药皮含水量仍不超过规定标准。
母材在退火（或正火）状态下进行焊接时，焊后需进行整体调质处理。
选用焊接材料的原则是保证焊缝金属经过与母材相同的热处理后，具有与母材相同的力学性能。
为此，要求焊缝与母材的合金成分相同或相近。
5）焊接线能量选用线能量的一般原则是：在保证热影响区韧性的前提下，采用允许的最大线能量，尽量采用多层多道焊。
如果此时的冷速低于防止冷裂纹的下限，就应通过预热调整Ms点附近的冷却速度。
6）预热温度预热的主要目的是防止冷裂发生, 对改善组织无明显效果。
但为了防止在高温阶段冷速过低而产生脆性的混合组织，预热温度不宜过高，一般不超过200℃。
条件允许时，采用“低温预热+后热”或“不预热只后热”。
常用的预热温度对照表7）焊后热处理一般不进行焊后热处理，原因：A.有些钢种对消除应力裂纹比较敏感；B.退火冷速低，降低韧性。
下列情况之一，可进行消除应力退火处理：1.钢材在焊后或冷变形加工后，韧性达不到要求；2.焊后需进行高精度加工，结构要求保证尺寸稳定；3.钢材对应力腐蚀敏感。
注意：为保证退火后的强度和韧性，消除应力处理的温度应该低于母材焊前回火温度30℃左右。
焊接接头疲劳强度的研究焊接作为高效的连接组装工艺之一, 通常对一个产品的质量起着决定性的作用。
研究和实践表明; 焊接结构经常不断发生断裂事故, 其中90%为疲劳失效, 焊接接头的疲劳破坏一般起裂于焊接接头的焊趾部位, 如果能改善焊趾处疲劳裂纹的起裂性能, 将有效地提高焊接结构的疲劳强度。
因此提高和改善焊接接头疲劳强度具有极大的潜在经济效益和社会效益。
近年来, 疲劳方面的研究虽已取得了很大的成绩, 但焊接结构疲劳断裂事故仍不断发生, 而且新材料、新工艺的不断出现将产生许多疲劳强度的新问题。
1 焊接结构疲劳失效的原因分析从我国近几年的研究发现, 造成焊接接头疲劳断裂的原因主要有以下5 方面:(A) 客观上讲, 焊接接头的静载承受能力一般并不低于母材, 而承受交变动载荷时, 其承受能力却远低于母材, 而且与焊接接头类型和焊接结构形式有密切的关系, 这是引起一些结构因焊接接头的疲劳而过早失效的一个主要的因素。
(B) 早期的焊接结构设计以静载强度设计为主, 没有考虑抗疲劳设计, 或者是焊接结构疲劳设计规范并不完善, 造成焊接接头形式和结构不合理。
(C) 技术人员对焊接结构抗疲劳性能的特点了解不够, 所设计的焊接结构往往照搬其他金属结构的疲劳设计准则与结构形式。
(D) 盲目追求结构的低成本、轻量化, 导致焊接结构的设计载荷越来越大。
(E) 对焊接结构疲劳强度方面的科研水平相对滞后。
3 影响焊接结构疲劳强度的主要因素影响焊接接头疲劳强度的因素主要有以下两大类:(A) 影响母材疲劳强度的因素(几何不连续性、表面状态、载荷及介质条件) 。
(B) 焊接结构自身的特点(近缝区组织的改变,残余应力) 。
3. 1 静载强度对母材疲劳强度的影响对于焊接结构来说, 焊接接头的疲劳强度与母材静强度、焊缝金属静强度、热影响区的组织性能以及焊缝金属强度匹配没有多大的关系, 也就是说只要焊接接头的细节一样, 高强钢和低碳钢的疲劳强度是一样的, 具有同样的疲劳强度曲线(S -N曲线), 这个规律适合对接接头、角接接头和焊接梁等各种接头形式。
Maddox的研究结果表明: 材料的力学性能对裂纹扩展速率有一定影响, 但影响并不大。
3. 2 应力集中对疲劳强度的影响3. 2. 1 接头类型的影响影响焊接接头几何不连续性的因素, 都将影响应力集中和疲劳强度。
(A) 接头形式: 对接、搭接、丁字和十字接头。
在接头部位由于传力线受到干扰, 因而发生应力集中现象。
(B) 母材的厚度。
(C) 焊后余高。
(D) 母材与焊缝金属的过渡角。
(E) 焊接缺陷: 裂纹、咬边、未焊透、未熔合、夹渣等。
减小、避免接头的几何不连续, 降低应力集中,有利于提高接头的疲劳强度。
3. 2. 2 焊缝形状的影响无论是何种接头形式, 它们都是由2种焊缝连接的, 对接焊缝和角焊缝。
焊缝形状不同, 其应力集中系数也不相同, 因而疲劳强度具有较大的分散性。
(1) 对接焊缝的形状对接头的疲劳强度影响最大A.过渡角的影响Yamaguchi 等人发现疲劳强度和基本金属与焊缝金属之间过渡角(外钝角) 有很大关系。
焊缝宽度W和高度h变化, 但h/ W 比值保持不变, 疲劳强度也保持不变; 但如果W保持不变, h增加则接头疲劳强度降低。
B.焊缝过渡半径的影响Sander 等人的研究结果表明焊缝过渡半径同样对接头疲劳强度具有重要影响, 即过渡半径增加(过渡角保持不变) , 疲劳强度增加。
(2) 角焊缝的形状对于接头的疲劳强度也有较大的影响当单个焊缝的计算厚度a与板厚B之比a/B< 0. 6~ 0. 7时, 一般断裂于焊缝; 当a/ B > 0. 7时, 一般断于基本金属。
因此研究者提出了极限焊脚尺寸的概念: S= 0. 85B ( S 为焊脚尺寸) 。
可见纵使焊脚尺寸达到板厚时( 15 mm) , 仍可得焊缝处的断裂结果。
3. 2. 3 焊接缺陷的影响焊趾部位存在着大量不同类型的缺陷, 导致疲劳裂纹早期开裂, 使母材的疲劳强度急剧下降(下降到80%) 。
焊接缺陷大体上可分为两大类: 面状缺陷(如裂纹等) 和体积型缺陷(气孔、夹渣等) , 它们的影响程度是不同的, 同时焊接缺陷对接头疲劳强度的影响与缺陷的种类、方向和位置有关。
(1) 裂纹焊接中的裂纹, 如冷、热裂纹, 除伴有具有脆性的组织结构外, 是严重的应力集中源, 它可大幅度降低结构或接头的疲劳强度。
早期的研究已表明, 在宽60 mm、厚12. 7 mm 的低碳钢对接接头试样中, 在焊缝中具有长25 mm、深5. 2 mm 的裂纹时(它们约占试样横截面积的10% ) , 在交变载荷条件下, 其2 *106 循环寿命的疲劳强度大约降低了55%~ 65%。
(2) 未焊透其主要影响是削弱截面积和引起应力集中。
以削弱面积10%时的疲劳寿命与未含有该类缺陷的试验结果相比, 其疲劳强度可降低15% ~ 25%。
(3) 气孔气孔为体积缺陷, Harrison 对前人的有关试验结果进行了分析总结, 疲劳强度下降主要是由于气孔减少了截面积尺寸造成, 它们之间有一定的线性关系。
但是一些研究表明, 当采用机加工方法加工试样表面, 使气孔处于表面上, 或刚好位于表面下方时, 气孔的不利影响加大, 它将作为应力集中源起作用而成为疲劳裂纹的起裂点。
这说明气孔的位置比其尺寸对接头疲劳强度影响更大, 表面或表层下气孔具有最不利影响。
(4) 夹渣IIW(国际焊接学会)的有关研究报告指明: 作为体积型缺陷, 夹渣比气孔对接头疲劳强度影响要大。
通过上述介绍可见焊接缺陷对接头疲劳强度的影响, 不但与缺陷尺寸有关,而且还决定于其他因素, 如表面缺陷比内部缺陷影响大, 与作用力方向垂直的面状缺陷的影响比其他方向的大; 位于残余拉应力区内的缺陷的影响比在残余压应力区的大; 位于应力集中区的缺陷(如焊缝趾部裂纹)比在均匀应力场中同样缺陷影响大。
3. 3 焊接残余应力对疲劳强度的影响焊接残余应力对接头疲劳强度的影响与疲劳载荷的应力循环特性有关, 循环特性值较低时, 影响比较大。
由于结构焊缝中存有达到材料屈服点的残余应力, 因此在常规施加应力循环作用的接头中, 焊缝附近所承受的实际应力循环将是由材料的屈服点向下摆动, 而不管其原始作用的循环特征如何。
例如标称应力循环为+ S1 ~ - S2, 则其应力范围应为S1+ S2。
但接头中的实际应力循环范围将是由Sy(屈服点的应力幅) 到Sy - ( S1 + S 2) 。
这一点在研究焊接接头疲劳强度时是非常重要的, 它导致了一些设计规范以应力范围代替了循环特征r 。
此外, 在试验过程中, 试件的尺寸大小、加载方式、应力循环比、载荷谱也对疲劳强度有很大的影响。
