第 6 章 焊接结构疲劳

《焊接结构学》重点归纳第一章 绪论1、焊接结构的优点：（1）焊接接头系数大；（2）水密性和气密性好；（3）重量轻，省材料；（4）厚度基本不受限制；（5）结构设计简单；（6）生产周期短，成本低。

2、焊接结构的特点：（1）焊接结构的应力集中范围比铆接结构大；（2）焊接结构是非均匀体，焊接接头具有较大的性能不均匀性；（3）焊接结构具有较大的焊接应力和变形；（4）焊接结构的整体性强，止裂性差；（5）焊接结构对材料敏感；（6）焊接接头对温度敏感。

第三章 焊接应力和变形1、内应力是指在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力。

2、内应力分类：按照分布范围可分为宏观内应力、微观内应力和超微观内应力。

按产生机理可分为温度应力（热应力）、残余应力、相变应力和安装应力。

热应力是由于构件受热不均匀产生的。

3、基本概念（1）焊接瞬时应力：随焊接热循环过程而变化的应力。

（2）焊接残余应力：焊后在室温条件下，残余在构件中的内应力。

（3）焊接瞬时变形：随焊接热循环过程而变化的变形。

（4）焊接残余变形：焊后在室温条件下，残留在工件上的变形。

4、内部变形率：T εεε-e =若|ε|<εs ，则为弹性变形，恢复到原始T 0时，长度不变。

若|ε|>εs ，则为弹性变形、塑性变形，若ε<0，则为压缩变形；若ε>0，则为拉伸变形，恢复到原始T 0时，长度比初始长度减小△L p 。

5、影响焊接应力与变形的主要因素（1）焊缝及其附近不均匀加热的范围和程度，也就是产生热变形的范围和程度。

影响因素包括焊缝的尺寸、数量、位置、母材的热物理性能（导热系数、比热及热膨胀系数）和力学性能（弹性模量、屈服极限）、焊接工艺方法（气焊、焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电子束焊等等）、焊接规范参数（电流、电压、速度、预热温度、焊后缓冷及焊后热处理等）、施焊方法（直通焊、跳焊、分段退焊等）。

（2）焊件本身的刚度和受到周界的拘束程度，也就是阻止焊缝及其附近产生热变形的程度。

第 2 章 钢结构的连接一、选择题1 直角角焊缝的强度计算公式 w c f l h N =t ≤ w f f 中，he 是角焊缝的——。

(A)厚度 (B)有效厚度 (C)名义厚度 (D)焊脚尺寸2 对于直接承受动力荷载的结构，计算正面直角焊缝时——。

(A)要考虑正面角焊缝强度的提高 (B)要考虑焊缝刚度影响。

(C)与侧面角焊缝的计算式相同 (D)取 f b ＝1．22 3 等肢角钢与钢板相连接时，肢背焊缝的内力分配系数为——。

(A)0．7 (B)0．75 (C)0．65 (D)0．354 直角角焊缝的有效厚度 c h ——。

(A)0．7 f h (B)4mm (C)1．2 f h (D)1．5 fh 5 在动荷载作用下，侧焊缝的计算长度不宜大于——·(A)60 f h (B)40 f h (C)80 f h (D)120 fh 6 角钢和钢板间用侧焊搭接连接，当角钢肢背与肢尖焊缝的焊脚尺寸和焊缝的长度都等同 时，————。

(A)角钢肢背的侧焊缝与角钢肢尖的侧焊缝受力相等(B)角钢肢尖侧焊缝受力大于角钢肢背的侧焊缝(C)角钢肢背的侧焊缝受力大于角钢肢尖的侧焊缝(D)由于角钢肢背和肢尖的侧焊缝受力不相等，因而连接受有弯矩的作用7 不需要验算对接焊缝强度的条件是斜焊缝的轴线和外力 N 之间的夹角满足——。

(A) q tan £1．5 (B) q tan >l，5 (C)q ≥70º (D) q ＜70º8 产生焊接残余应力的主要因素之一是——·(A)钢材的塑性太低 (B)钢材的弹性模量太高(C)焊接时热量分布不均 (D)焊缝的厚度太小9 钢结构连接中所使用的焊条应与被连接构件的强度相匹配，通常在被连接构件选用 Q345 时，焊条选用——。

(A)E55 (B)E50 (C)E43 (D)前三种均可10 焊缝连接计算方法分为两类，它们是——。

(A)手工焊缝和自动焊缝 (B)仰焊缝和俯焊缝(C)对接焊缝和角焊缝 (D)连续焊缝和断续焊缝11 焊接结构的疲劳强度的大小与——关系不大。

第一章疲劳的基本概念§1-1 疲劳开裂的特征一、疲劳断口的特征：在疲劳裂纹起始点四周都有一个光滑带，且要一直延伸到疲劳裂纹的边缘。

这个光滑带区域随着其距离疲劳裂纹核心距离的增大，其纹理常常有缓慢且逐渐地变粗的趋势。

围绕断裂核心存在有同心圆或海滩形的线条及从核心射出的径向线。

二、在应力比较低时，“疲劳”面积就会相对地大，而应力高时，则“疲劳”面积就会相应地小。

最后破断面积的断裂表面可能是晶状或纤维状，这要看是脆性断裂（断口粗晶粒外貌）还是塑性断裂而定。

三、取决脆性断裂的因素：材料，载荷种类、大小，疲劳断裂面积大小，温度。

高应力一般导致比较小的疲劳面积，并有造成多向发生破裂的趋势。

四、疲劳破坏没有什么变形，疲劳裂纹很难看出来，但危害性特别巨大。

§1-2 疲劳试验一、旋转弯曲试验1、焊接接头和焊接结构疲劳试验的加载条件：轴向加载试验、弯曲试验、压力容器及管道工程的脉冲压力试验。

二、有一些资料认为在频率非常低时的试验（通常也包含着非常高的应力下的试验）与在高频率下甚至在没有腐蚀的条件下相应的试验相比，会得到较低的疲劳强度。

三、工作中的结构比试验的同样的试件会得到较低的疲劳强度。

§1-3 疲劳试验符号一、应力循环的基本参数1、应力循环内最小应力S min。

2、应力循环内最大应力S max。

3、平均应力S m=（S min+S max）/2。

4、应力幅S r=S max-S min5、应力比R= S min/S max（拉应力为正，压应力为负）二、用于焊接接头疲劳试验的典型应力循环：脉动拉伸循环、交变循环、半拉伸循环。

§1-4 S-N曲线与疲劳强度对于任何特定寿命的疲劳强度，认为就是S-N曲线上对应特定N值时的应力。

§1-5 应力集中一、在一定的应力作用下，工件所能承受的循环数取决于表面条件，表面越光滑，其寿命越长。

二、角焊接头的应力峰值发生在焊缝端点。

三、S P=K t S net S P-应力峰值；K t-应力集中系数；S net-净面积上的平均应力。

焊接结构设计与制造作业指导书第1章焊接结构设计基础 (4)1.1 焊接工艺概述 (4)1.1.1 焊接基本概念 (4)1.1.2 焊接分类 (4)1.1.3 焊接工艺流程 (4)1.2 焊接材料与设备选择 (4)1.2.1 焊接材料 (4)1.2.2 焊接设备 (4)1.3 焊接接头设计 (4)1.3.1 焊接接头类型 (5)1.3.2 焊接接头设计原则 (5)1.3.3 焊接接头设计要点 (5)第2章焊接结构材料 (5)2.1 常用焊接材料功能及选用 (5)2.1.1 焊条 (5)2.1.2 焊丝 (5)2.1.3 焊剂 (5)2.2 焊接材料的热处理 (6)2.2.1 焊后热处理 (6)2.2.2 预热处理 (6)2.2.3 焊接过程中的热处理 (6)2.3 焊接材料的储存与保管 (6)2.3.1 焊接材料的储存 (6)2.3.2 焊接材料的保管 (6)2.3.3 焊接材料的有效期 (6)第3章焊接接头设计要求 (6)3.1 焊接接头类型及特点 (6)3.1.1 对接接头 (6)3.1.2 角接接头 (7)3.1.3 搭接接头 (7)3.1.4 T型接头 (7)3.2 焊接接头设计原则 (7)3.2.1 保证焊接接头强度 (7)3.2.2 减小应力集中 (7)3.2.3 便于施焊和检验 (7)3.2.4 符合经济性原则 (7)3.3 焊接接头应力集中分析 (7)3.3.1 焊接接头应力集中的原因 (7)3.3.2 焊接接头应力集中的影响 (7)3.3.3 焊接接头应力集中控制措施 (7)第4章焊接工艺参数选择 (8)4.1.1 焊接方法选择 (8)4.1.2 焊接工艺参数 (8)4.2 焊接工艺评定 (8)4.2.1 焊接工艺评定目的 (8)4.2.2 焊接工艺评定内容 (8)4.2.3 焊接工艺评定方法 (8)4.3 焊接工艺规程制定 (9)4.3.1 焊接工艺规程内容 (9)4.3.2 焊接工艺规程制定原则 (9)4.3.3 焊接工艺规程的实施与监督 (9)第5章焊接结构制造工艺 (9)5.1 焊前准备 (9)5.1.1 材料检验 (9)5.1.2 材料预处理 (9)5.1.3 焊接工艺评定 (9)5.1.4 焊接工装及设备准备 (10)5.2 焊接过程控制 (10)5.2.1 焊接方法选择 (10)5.2.2 焊接参数控制 (10)5.2.3 焊接操作规范 (10)5.2.4 焊接质量检验 (10)5.3 焊后处理 (10)5.3.1 焊接应力消除 (10)5.3.2 焊缝清理 (10)5.3.3 尺寸检查 (10)5.3.4 表面处理 (11)第6章焊接应力与变形控制 (11)6.1 焊接应力与变形的产生 (11)6.1.1 焊接过程中的热输入 (11)6.1.2 材料性质的影响 (11)6.1.3 焊接顺序和焊接方法 (11)6.2 焊接应力与变形的控制方法 (11)6.2.1 焊接工艺参数的选择 (11)6.2.2 焊接顺序的优化 (11)6.2.3 预热和后处理 (11)6.2.4 焊接支撑和夹具的使用 (11)6.3 焊接残余应力消除与调整 (11)6.3.1 焊后热处理 (11)6.3.2 机械消除应力 (11)6.3.3 激光消除应力 (12)6.3.4 焊接残余应力的检测与评估 (12)第7章焊接结构检验 (12)7.1 焊接缺陷及成因 (12)7.1.2 成因分析 (12)7.2 焊接检验方法 (12)7.2.1 外观检验 (12)7.2.2 无损检测 (12)7.2.3 力学功能检测 (12)7.2.4 金相检验 (12)7.3 焊接检验程序及标准 (12)7.3.1 检验程序 (12)7.3.2 检验标准 (13)7.3.3 检验记录与报告 (13)第8章焊接结构疲劳设计 (13)8.1 焊接结构疲劳概述 (13)8.2 焊接结构疲劳设计方法 (13)8.2.1 疲劳设计原则 (13)8.2.2 疲劳设计方法 (13)8.3 焊接结构疲劳寿命评估 (13)8.3.1 疲劳寿命评估方法 (14)8.3.2 疲劳寿命评估步骤 (14)第9章焊接结构断裂控制 (14)9.1 焊接结构的断裂模式 (14)9.1.1 脆性断裂 (14)9.1.2 韧性断裂 (14)9.1.3 疲劳断裂 (14)9.1.4 气孔和夹杂物导致的断裂 (15)9.2 断裂控制方法 (15)9.2.1 材料选择 (15)9.2.2 焊接工艺优化 (15)9.2.3 焊接结构设计改进 (15)9.2.4 预防措施 (15)9.3 焊接结构安全评定 (15)9.3.1 安全评定方法 (15)9.3.2 安全评定标准 (15)9.3.3 安全评定程序 (15)9.3.4 案例分析 (15)第10章焊接结构典型应用案例 (15)10.1 桥梁焊接结构设计与制造 (15)10.1.1 案例概述 (16)10.1.2 结构设计 (16)10.1.3 制造过程 (16)10.2 船舶焊接结构设计与制造 (16)10.2.1 案例概述 (16)10.2.2 结构设计 (16)10.2.3 制造过程 (16)10.3 压力容器焊接结构设计与制造 (17)10.3.1 案例概述 (17)10.3.2 结构设计 (17)10.3.3 制造过程 (17)10.4 电站焊接结构设计与制造 (17)10.4.1 案例概述 (17)10.4.2 结构设计 (17)10.4.3 制造过程 (17)第1章焊接结构设计基础1.1 焊接工艺概述1.1.1 焊接基本概念焊接作为一种永久性连接金属的方法，是通过加热或加热与压力相结合的方式，使金属材料局部熔化并形成连接的过程。

第六章焊接结构的疲劳解读疲劳是材料在循环荷载作用下逐渐产生裂纹并以裂纹扩展为特征的破坏形式。

在焊接结构中，疲劳问题尤为突出，因为焊接接头处存在着应力集中的情况，容易引起疲劳裂纹的形成和扩展。

因此，对焊接结构的疲劳行为进行解读非常重要。

首先，焊接结构的疲劳行为受到多种因素的影响。

其中最重要的是应力水平、应力集中程度和循环次数等。

应力水平是指焊接接头的应力大小，它与焊接工艺参数、材料性能和载荷类型等有关。

应力集中程度是指焊接接头处的应力分布情况，通常存在应力集中的区域。

循环次数是指加载周期内的循环次数，它是影响疲劳寿命的重要因素。

其次，焊接结构的疲劳裂纹形成和扩展的机理主要是由应力集中引起的。

在焊接接头上，由于焊缝的存在，使得应力在焊接接头处集中。

当接头承受荷载时，焊缝周围的应力达到疲劳极限，从而形成小裂纹。

接下来，裂纹会随着加载的循环次数逐渐扩展，最终导致破坏。

然而，焊接结构的疲劳寿命和其它因素也有关系。

首先，材料的选择是影响疲劳寿命的重要因素。

不同的材料具有不同的疲劳极限和韧性，因此选择合适的材料可以延长焊接结构的疲劳寿命。

其次，焊接工艺也会对疲劳寿命产生影响。

焊接过程中产生的应力会影响接头的疲劳寿命，因此合理的焊接工艺参数可以提高疲劳寿命。

最后，环境条件的变化也会对焊接结构的疲劳寿命产生影响，特别是在腐蚀环境下，焊接结构更容易发生疲劳破坏。

综上所述，焊接结构的疲劳行为是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。

了解焊接结构的疲劳行为对于延长其使用寿命、保证安全性非常重要。

因此，需要进一步研究焊接结构的疲劳行为，探索有效的疲劳强化方法，提高焊接接头的疲劳寿命。