焊接结构的疲劳断裂

焊接结构疲劳失效的原因及改善工艺措施总结1焊接结构疲劳失效的原因焊接结构疲劳失效的原因主要有以下几个方面：①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；②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，以至于出现了许多现在看来设计不合理的焊接接头；③工程设计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它金属结构的疲劳设计准那么与结构形式；④焊接结构日益广泛，而在设计和制造过程中人为盲目追求结构的低本钱、轻量化，导致焊接结构的设计载荷越来越大；⑤焊接结构有往高速重载方向开展的趋势，对焊接结构承受动载能力的要求越来越高，而对焊接结构疲劳强度方面的科研水平相对滞后。

2焊接结构疲劳失效的要素2.1静载强度对焊接结构疲劳强度的影响在钢铁材料的研究中，人们总是希望材料具有较高的比强度，即以较轻的自身重量去承当较大的负载重量，因为相同重量的结构可以具有极大的承载能力；或是同样的承载能力可以减轻自身的重量。

所以高强钢应运而生，也具有较高的疲劳强度，基本金属的疲劳强度总是随着静载强度的增加而提高。

但是对于焊接结构来说，情况就不一样了，因为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型式。

Maddox研究了屈服点在386-636MPa之间的碳锦钢和用6种焊条施焊的焊缝金属和热影响区的疲劳裂纹扩展情况，结果说明：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。

在设计承受交变载荷的焊接结构时，试图通过选用较高强度的钢种来满足工程需要是没有意义的。

疲劳断裂的断口特征疲劳断裂是指材料在反复加载下发生的断裂现象，通常发生在金属材料中。

与静态加载下的断裂不同，疲劳断裂的断口特征具有一些独特的特点。

本文将详细介绍疲劳断裂的断口特征。

1.断口形态：疲劳断裂的断口通常呈现出平面状的特点。

与静态断裂相比，疲劳断裂的断口形态更为平整，几乎没有韧突。

这是因为在疲劳断裂发生时，材料受到反复加载，导致断裂表面的塑性变形局部消失，使断口面显得平滑。

2.断口特征：疲劳断裂的断口通常呈现出沿着材料加载方向的特征。

即在金属材料的拉伸方向上会出现沿着材料加载方向延展的沟槽状断裂面。

这是因为在疲劳断裂过程中，裂纹的扩展方向通常与应力主轴方向（加载方向）垂直。

断口上也常见到横向的细小裂纹。

3.层状纹理：疲劳断裂的断口表面常常呈现出层状纹理。

这是由于疲劳断裂过程中，材料内部的裂纹扩展速度会与外部加载频率一致，导致断口形成沿裂纹扩展方向的“疲劳纹”或称为“疲劳条纹”。

这些纹理一般与材料的晶粒方向垂直，并且逐渐扩展进入材料内部。

4.波纹状断口：疲劳断裂的断口表面通常呈现出波纹状的特征。

这是由于裂纹在扩展过程中会遇到不同的晶粒，在晶粒界面处会发生细小的局部塑性形变，导致断口表面呈现出波浪状。

5. 轭型断口：在一些情况下，疲劳断裂的断口会呈现出轭型（chevron）的特征。

轭型断口是指裂纹扩展迅速并呈现出V字形的形状，类似于牛轭。

这种断口形态通常出现在晶粒细小且均匀的材料中，例如高强度钢。

6.焊缝位置：在焊接结构中，疲劳断裂通常在焊缝附近发生。

这是由于焊接过程中引入了应力集中、晶界腐蚀等因素，导致焊缝附近的材料更容易发生疲劳断裂。

总之，疲劳断裂的断口特征包括平面状的断口形态、沿加载方向的断口特征、层状纹理、波纹状断口、轭型断口等。

这些断口特征能够帮助工程师分析疲劳断裂的原因，并采取相应的措施预防疲劳断裂的发生。

第三部分疲劳断裂疲劳断裂是金属结构失效的一种主要型式，典型焊接结构疲劳破坏事例表明疲劳断裂几率高，具有广泛研究意义。

疲劳破坏发生在承受交变或波动应变的构件中，一般说来，其最大应力低于材料抗拉强度，甚至低于材料的屈服点，因此断裂往往是无明显塑性变形的低应力断裂。

疲劳断裂过程的研究表明，疲劳寿命不是决定于裂纹产生，而是决定于裂纹增大和扩展。

因此，本章将在介绍疲劳断裂的基本特征和基本概念基础上，利用断裂力学原理着重分析疲劳裂纹的扩展机理、规律、影响因素及疲劳寿命估算。

§3-1疲劳的基本概念在交变载荷作用下，金属结构产生的破坏现象称为疲劳破坏。

为防止结构在工作时发生疲劳破坏传统疲劳设计采用σ―N曲线法确定疲劳强度。

一、应力疲劳和应变疲劳1、应力疲劳在低应力、高循环、低扩展速率的疲劳称为应力疲劳，也叫弹性疲劳。

七特点是在应力循环条件下，裂纹在弹性区内扩展，且裂纹扩展速率低。

2、应变疲劳在高应力、低循环、高扩展速率下的疲劳称为应变疲劳，也叫塑性疲劳。

其特点是应变幅值很高，最大应变接近屈服应变，故疲劳裂纹扩展速率高（达每次循环10-2mm），寿命短（小于104周）。

二、疲劳强度和疲劳极限1、乌勒（Wöhler）疲劳曲线（1）结构在多次循环载荷作用下，在工作应力σ（σmax）小于强度极限σb时即破坏，在不同载荷下使结构破坏所需的加载次数N也不同，表达结构破坏载荷σ和所需加载次数N之间的关系（σ―N）即为乌勒（Wöhler）疲劳曲线。

（2）疲劳曲线在加载次数N很大时趋于水平，若以σ―lgN表示则为两段直线关系（3）图示（略）2、疲劳强度（条件疲劳极限）（1）疲劳曲线上对应于某一循环次数N的强度极限σ即为该循环下的疲劳强度（σr）（2）σr =f（N）σr对应σmax，一般N<1073、疲劳极限（1）结构对应于无限次应力循环而不破坏的强度极限即疲劳极限（2）为σ―lgN疲劳图中的水平渐近线三、应力循环特性1、应力循环中各参数及应力循环特性系数① σmax ―应力循环中最大应力值，σmax=σm+σa ② σmin ―应力循环中最小应力值，σmin=σm-σa ③ σm=（σmax+σmin ）/2--应力循环中平均应力值 ④ σa=（σmax-σmin ）/2―应力循环中应力振幅 ⑤ r=σmin/σmax ―应力循环中应力循环特性系数 2、特殊循环特性(1) 对称交变载荷，r=-1，疲劳强度σ-1 (2) 脉动载荷，r=0，疲劳强度σ0(3) 拉伸变载荷，0<r<1，疲劳强度σr拉伸变载荷σmin 和σmax 均为拉应力，但大小不等，0<γ<1，其疲劳强度用σr ，脚标γ用相应的特性系数表示。

焊接容易疲劳断裂分析悬臂梁焊接件从底部断裂，从外观看，断裂位于底板的中间位置，靠近焊缝，断口呈纤维状，暗灰色，没有塑性变形，属于脆性断裂。

初步分析1、从零件结构看，断裂位置位于零件的几何受力中心，此处受到的力矩最大，容易产生开裂。

2、断裂位置靠近焊缝，属于过热区（宽度约1～3mm）；焊接时，它的温度在固相线至1100℃之间，该区域内奥氏体晶粒严重长大，冷却后得到晶粒粗大的过热组织，塑性和韧度明显下降，容易产生开裂。

3、零件在使用过程中，长期受到变化的外力作用，容易产生疲劳断裂。

<1>疲劳断裂是指金属件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂。

<2>疲劳断裂起源于引起应力集中的微裂纹，并沿特定的晶面扩展、劈开，最终形成宏观上的裂纹。

这些特定的晶面称为解理面。

<3>Q235属于金属，微观上，晶胞与晶胞之间都会有，间距较大、键结合较弱而易于开裂的低指数面（解理面）。

<4>当外力作用下，晶粒内的位错沿滑移面运动，滑移面不平行时，在交叉位置会形成位错塞积，造成应力集中，如不能通过其他方式松弛，就会在易于开裂的低指数面形成初裂纹。

<5>初裂纹很容易在晶粒内部扩展至晶界，造成晶界附近产生很大的应力集中，使相邻晶粒形成新的裂纹源。

<6>当应力足够大的时候，裂纹突破晶界的阻碍，迅速扩展，形成宏观上的金属裂纹。

<7>当合金（Q235也属于合金，铁碳合金）沿晶界析出连续或不连续的脆性相时，或者是当偏析或杂质弱化晶界时，裂纹可能沿晶界扩展，造成沿晶界断裂。

<8>疲劳断裂，断裂前既无宏观塑性变形，又没有其他征兆，并且一断裂后，裂纹扩展迅速，造成整体断裂或很大的裂口。

焊接结构疲劳强度焊接是一种常见的金属连接方法，但焊接接头在使用过程中容易受到疲劳破坏。

焊接结构的疲劳强度是指焊接接头在受到交变载荷作用下能够承受的最大循环载荷次数。

疲劳强度的评估对于焊接结构的设计和使用至关重要。

本文将介绍焊接结构的疲劳破坏机制、影响疲劳强度的因素以及提高焊接接头疲劳强度的方法。

焊接结构的疲劳破坏机制主要包括以下几种：1.脆性断裂：焊接接头容易出现脆性断裂，主要是由于焊接过程中，焊缝和周边热影响区的组织发生变化，使其变得脆性，降低了焊接接头的疲劳强度。

2.裂纹扩展：焊接接头中存在的焊接缺陷（如气孔、夹杂等）是裂纹扩展的起始点。

在交替加载下，焊接接头中的裂纹会逐渐扩展，最终导致疲劳破坏。

影响焊接结构疲劳强度的因素主要包括以下几个方面：1.焊接材料选择：焊接材料的强度和塑性对焊接接头的疲劳强度有着重要影响。

通常情况下，焊接接头的强度应大于被焊接材料的强度，以保证焊接接头的疲劳寿命。

2.焊接工艺参数：焊接过程中的工艺参数（如焊接电流、焊接速度等）会对焊接接头的组织结构和性能产生影响，进而影响焊接接头的疲劳强度。

3.焊接接头形状和几何尺寸：焊接接头的形状和几何尺寸也会影响其疲劳强度。

一般来说，焊接接头的强度随着接头厚度的增加而增加，但是当厚度过大时，会导致应力集中，从而降低疲劳强度。

提高焊接接头疲劳强度的方法主要包括以下几个方面：1.选择合适的焊接方法：不同的焊接方法对焊接接头的疲劳强度有着重要影响。

例如，自动化焊接方法相对于手工焊接方法具有更高的焊接质量和疲劳强度。

2.进行焊接前的准备工作：在焊接前，需要对焊接接头进行彻底的清洁和表面处理，以减少焊接缺陷的产生。

3.优化焊接工艺参数：通过调整焊接的工艺参数，可以改善焊接接头的疲劳强度。

例如，适当增大焊接电流和焊接速度，可以减少焊缝内的局部熔化区，从而提高焊接接头的强度。

4.对焊接接头进行后处理：通过对焊接接头进行热处理或应力释放，可以改善焊接接头的组织结构和性能，提高其疲劳强度。

焊接结构疲劳强度相关知识焊接结构的疲劳强度是指在循环载荷作用下，焊接接头在无限次载荷循环中不会发生破坏的能力。

焊接结构的疲劳强度是较为复杂和重要的一种力学性能，对于确保焊接接头在长期使用中不发生破坏具有重要意义。

下面将介绍与焊接结构疲劳强度相关的各方面知识。

焊接接头的疲劳破坏模式主要有断裂疲劳和表面疲劳。

断裂疲劳是指焊接接头在循环载荷作用下，由于应力集中和裂纹发展所致的破坏。

表面疲劳是指焊接接头表面由于循环载荷的作用而出现的镀层剥落、锈蚀和微小裂纹等破坏形式。

为了保证焊接结构的疲劳强度，需要对焊接接头的设计、工艺、材料选择和检测等方面进行综合考虑。

焊缝设计对焊接结构的疲劳强度具有重要影响。

焊接接头的几何形状和尺寸对疲劳强度的影响很大。

一般来说，焊缝的几何形状应尽量避免应力集中，并应尽量减小焊缝尺寸和长度，以提高疲劳强度。

此外，焊缝的连续性和密度也对疲劳强度具有影响，焊缝的连续性和密度越高，疲劳强度越好。

焊接工艺对焊接结构的疲劳强度具有重要影响。

焊接工艺参数的选择和控制可以影响焊缝的质量和性能，从而影响焊接结构的疲劳强度。

焊接工艺参数主要包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接时间和焊接温度等。

合理选择和控制这些参数可以避免焊接接头出现瑕疵和裂纹等缺陷，提高焊接接头的疲劳强度。

焊接材料对焊接结构的疲劳强度具有重要影响。

焊接材料的物理、化学和力学性能会直接影响焊接接头的性能和疲劳强度。

焊接材料应具有良好的疲劳性能，具有较高的强度和韧性，并且能够适应焊接过程中的热变形和应力集中等问题。

一般来说，焊接材料应与母材具有相似的力学性能，以提高焊接接头的疲劳强度。

焊接接头的疲劳检测对焊接结构的疲劳强度评估和维护具有重要意义。

常用的焊接接头疲劳检测方法包括传统的力学性能试验和现代的无损检测技术。

力学性能试验主要通过加载焊接接头并测量其应力应变关系来评估其疲劳强度，但这种方法需要实际加载焊接接头，成本较高。

无损检测技术主要包括超声波检测、磁粉检测、涡流检测和X射线检测等，可以通过对焊接接头进行非破坏性检测来评估其疲劳强度。

影响焊接结构疲劳强度的因素清单目录1.焊接结构的疲劳断裂: (1)2.焊接缺陷引起的应力集中： (2)3.按疲劳破坏的原因分为： (2)3.1.疲劳破坏的原因划分 (2)3.2.材料强度对接头疲劳强度的影响： (2)3.3.焊接缺陷其它因素对接头疲劳强度的影响： (3)3.4.疲劳破坏及影响因素（疲劳裂纹形成过程）： (3)3.5.疲劳断口可分成三个区域： (3)3.6.焊接接头疲劳强度计算（疲劳设计方法分类）： (3)3.7.静载强度对焊接结构疲劳强度的影响 (3)4.应力集中对疲劳强度的影响 (4)4.1.接头类型的影响 (4)4.2.焊缝形状的影响 (5)4.3.焊接缺陷的影响 (6)5.焊接残余应力对疲劳强度的影响 (7)1.焊接结构的疲劳断裂：•疲劳断裂是指机件在变动载荷下经过较长时间运行发生的失效现象•疲劳断裂呈低应力脆性断裂性质①断裂发生在较低的应力下，其最大循环应力低于抗拉强度，甚至低于屈服强度；②断裂部位无宏观塑性变形；③断裂呈突发性，没有预先征兆；④疲劳断裂在交变应力作用下经过数百次，甚至几百万次循环才发生。

•疲劳断裂呈损伤积累过程①金属材料内部组织首先在局部区域发生变化并受到损伤；②损伤逐渐积累，并到一定程度后发生疲劳断裂；③疲劳断裂三个阶段：疲劳裂纹的形成、扩展、断裂。

•疲劳断裂是焊接钢结构失效的一种主要形式，在焊接结构断裂事故中，疲劳失效约占90%。

如：船舶及海洋工程结构、铁路及公路钢桥以及高速客车转向架等。

2.焊接缺陷引起的应力集中：・焊接缺陷一一应力集中源，对接头疲劳强度的影响程度取决于缺陷的种类、方向和位置。

•缺陷种类：平面状缺陷（如裂纹、未熔合等）体积型缺陷（如气孔、夹渣等）⑴裂纹：如热裂纹、冷裂纹，是严重的应力集中源，大幅度降低结构及接头的疲劳强度。

如裂纹面积约为试件横截面积的10%时，在交变载荷作用下，接头2X106循环寿命的疲劳强度下降了55%~65%.⑵未焊透：◎未焊透并非都是缺陷，有些结构要求接头局部焊透；◎未焊透缺陷：①表面缺陷（单面焊缝）；②内部缺陷（双面焊缝）；◎未焊透缺陷对疲劳强度的影响不如裂纹严重。

焊接结构的失效形式焊接结构的失效形式有：脆性失效、塑性失效、疲劳失效、应力腐蚀失效等。

下面就常见的几种失效的特征及断口特点作具体分析。

一脆性失效：1 脆性失效的特征：脆性断裂是焊接结构的一种最为严重的断裂失效。

通过脆性断裂失效都在实际应力低于结构设计应力下发生，断裂时无显著的塑性变形，具有突发破坏的性质，往往造成重大损失。

脆性断裂在工程结构中是一种非常危险的破坏形式。

其特点是裂纹扩展迅速，能量消耗远小于韧性断裂，而且很少发现可见的塑性变形，断裂之前没有明显的征兆，而是突然发生。

脆性断裂断口表面发亮，呈颗粒状，属于平直类型，是在平面应变状态下发生的。

同时，脆性断裂是在低应力条件下发生的，因而这种断裂往往带来恶性事故和巨大损失。

2 脆性断裂断口的宏观分析：脆性断裂断口在宏观上有小刻面和放射状或人字花样两种形式。

脆性断口穿晶结晶面为解理面，在宏观上呈无规则取向。

将脆性断口在强光下转动时，可见到闪闪发光的特征。

一般称这些表面发亮呈颗粒状的小平面为“小刻面”．即解理断口是由许多“小刻面”组成的。

因此，根据这个宏观形貌很容易判别解理断口；放射状或人字花样是脆性断口的另一个宏观形貌特征。

人字花样指向裂纹源，其反向即倒人字为裂纹扩展方向。

因此，可以根据人字花样的取向，很容易地判断裂纹扩展方向及裂纹源的位置。

另外，放射状花样的收敛处为裂纹源，其放射方向均为裂纹的扩展方向。

二塑性失效：1 塑性失效的特征：塑性断裂的特点是金属断裂时伴随有明显的塑性变形并消耗大量能量。

由于塑性断裂是在大量塑性变形后发生的，结构断裂后在受力方向上会留下较大的残余变形，在断口附近有肉眼可见的挠曲、变粗、缩颈等。

塑性变形常使容器直径增加和壁厚减薄。

在大多数材料中，拉伸塑性断口呈灰色纤维状，宏观上分为平直面和剪切面。

2垫性断裂断口的宏观分析：由于显微空洞的形成、长大和聚集，最后形成锯齿形纤维状断口。

这种断裂形式多属穿晶断裂，因此断口没有闪烁的金属光泽而是呈暗灰色。

1.焊接钢结构的缺点及其原因答：1、热影响区：受焊接高温影响，焊缝附近的母材存在“热影响区”，易使材质变脆。

热影响区内随各部分的温度的不同，其金相组织及其性能也发生了变化，有些部分的晶粒变粗。

硬度加大，塑性和韧性降低，易导致材质变脆。

2、焊缝缺陷：除非正确选择板材和焊接工艺，焊缝易存在各种的缺陷，如裂纹、边缘未融合、根部未焊透、咬肉、焊瘤、夹渣和气孔等。

缺陷的存在易导致构件产生应力集中而使裂纹扩大。

图1：各类焊缝缺陷裂纹：产生裂纹的主要原因是钢材的化学成分不当，含S高易产生热裂纹，含P高易产生冷裂纹。

不合适的焊接工艺和不合适焊接程序也将导致裂纹的产生。

裂纹有纵向也有横向，可以存在于焊缝内也有在焊缝附近的金属内。

边缘未融合：与焊前钢材表面的清理不彻底有关，焊接电流过小和焊接速度过快以致母材未达到融化状态有关。

根部未焊透：除电流不够和焊接速度过快外，焊条过粗及焊工的其他的不当操作也会致使该现象。

咬肉：因焊接参数选择不当或由于操作工艺不正确产生，如所用的焊接电流过强和电弧过长。

这是靠近焊缝表面的母材处产生的缺陷。

焊瘤：是焊接过程，熔化的金属流淌到焊缝以外未熔化的母材所形成的。

夹渣：是微粒焊渣在焊缝金属凝固时来不及浮至金属表面而存在于焊缝内的缺陷。

焊缝冷却过快会加剧此现象。

气孔：焊条受潮，熔化时产生的气体侵入焊缝而形成的。

总之，以上缺陷的存在，会导致构件产生应力集中而使裂纹扩大。

3、裂缝易扩展：焊接结构的刚度大，焊接结构具有连续性，局部裂缝一经产生便很容易扩展到整体，加剧了焊接钢结构的低温冷脆现象。

4、残余应力：焊接后，由于冷却时的不均匀收缩，构件内将存在焊接残余应力，在构件服役过程中，和其他所受荷载引起的工作应力相互叠加，使其产生二次变形和残余应力的重新分布，不但会降低结构的刚度和稳定性而且在温度和介质的共同作用下，还会严重影响结构的疲劳强度、抗脆断能力、抵抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂的能力。

5、残余变形：焊接后，由于不均匀涨缩产生焊接残余变形，如原来为平面的钢板发生凹凸变形等，残余变形还会使构件尺寸和形状发生变化，矫正费工，如果矫正效果不佳，会影响构件的正常受力，产生附加的力和弯矩。

第6章焊接接头和结构的疲劳强度§6-1 概述一、定义结构在变动载荷下工作，虽然应力低于材料的但在较长时间工作后仍发生断裂的现象叫金属的疲劳。

疲劳断裂金属结构失效的一种主要形式，大量统计资料表明，由于疲劳而失效的金属结构约占结构的90%例如：直升飞机起落架，疲劳断裂，裂纹从应力集中很高的角接板尖端开始，断裂时飞机已起落2118次。

再如：载重汽车的纵梁的疲劳裂纹，该梁承受反复的弯曲应力，在角钢和纵梁的焊接处，因应力集中很高而产生裂纹，开裂时该车运行3万公里。

可见，疲劳断裂是在正常的工作应力作用下经较长时间后产生的，也就是说疲劳断裂的结构是在应力低于许用应力的情况下产生的，这使我们联想到结构的低应力脆断，疲劳和脆断都是在低应力作用下产生的，那么它们之间有什么相同点和不同点呢？二、疲劳和脆断的比较疲劳和脆断都是低应力情况下的破坏，那么它们之间有什么异同三、疲劳的类型根据构件所受应力的大小、应力交变频率的高低，通常可以把金属的疲劳分为2类：一类为高速疲劳它是在应力低，应力交变频率高的情况下产生的，也叫应力疲劳，即通常所说的疲劳；另一类为低周疲劳，它是在应力高，工作应力近于或高于材料的屈服强度，应力交变频率低断裂时应力交变周次少（少于102—105次）的情况下产生的疲劳，也叫应变疲劳。

1、高速疲劳（应力疲劳）：载荷小（应力小），频率高，裂纹扩展速率小。

2、低周疲劳（应变疲劳）：应力高，频率低，裂纹扩展速率大。

焊接结构的疲劳破坏大部分属于第二类：低周疲劳。

§6-2 疲劳限的常用表示方法一、变动载荷（掌握σmax、σmix、σm、σa、r概念）金属的疲劳是在变动载荷下经过一定的循环周次后出现的，所以要首先了解变动载荷的性质。

变动载荷是指载荷的大小、方向或大小和方向都随时间发生周期性变化（或无规则变化）的一类载荷。

变动载荷的变化是如此的不同，那么该怎样来描述它的特性呢？除了无规则的变动载荷外，变动载荷的特性可用下列几个参量表示：σmax：应力循环内的最大应力σmin：应力循环内的最小应力σm =（σmax + σmin）/2：平均应力σa =（σmax－σmin）/2：应力幅值r =σmix /σmax：应力循环特征系数，r的变化范围是－∞～+1下面介绍几种典型的具有特殊循环特性的变动载荷：1、对称交变载荷应力波形如图，由图可见：这种变动载荷的σmin =－σmax应力循环特征系数r =－1 。

焊接结构的疲劳破坏和脆性断裂一、焊接结构的疲劳破坏大量统计资料表明，工程结构失效80%以上是由疲劳引起的。

美国商业部国家标准局向美国国会提出的研究报告，美国每年因断裂及防止断裂要付1190 亿美元的代价，相当国民经济总产值4 % ，而统计资料表明，绝大多数的断裂是由疲劳所引起的。

美国有几座桥梁的疲劳断裂纹发生在靠近焊缝端部的焊趾部位，如图2 一53 所示，在图示的裂纹部位有较高的应力集中。

在载荷作用下，腹板平面位移集中在一个比较狭窄而没有支撑的腹板高度上，也就是翼板至加强肋底部的腹板高度上（划阴影线区域），从而使该处腹板开裂。

疲劳定义为重复应力所引起的裂纹起始和缓慢扩展，从而产生的结构部件的损伤。

疲劳断裂过程通常经历裂纹萌生、稳定扩展和失稳扩展三个阶段。

‘一）疲劳断口的特征在进行疲劳断口的宏观分析时，一般把断口分成三个区，这三个区与疲劳裂纹的形成、扩展和瞬时断裂三个阶段相对应，分别称为疲劳源区、疲劳扩展区和瞬时扩展区，如图2 一54 所示。

疲劳源区是疲劳裂纹的形成过程在断口上留下的真实记录。

由于疲劳源区一般很小，所以宏观仁难以分辨疲劳源区的断面特征。

疲劳源一般总是发生在表面，但如果构件内部存在缺陷，如脆性夹杂物等，也可在构件内部发生。

疲劳源数目有时不止一个，而有两个甚至两个以上，对于低周疲劳，则于其应变幅值较大，断口上常有几个位于不同位置的疲劳源。

疲劳裂纹扩展区是疲劳断口上最重要的特征区域。

其宏观形貌特征常呈现为贝壳状或海滩波纹状条纹，而且条纹推进线一般是从裂纹源开始向四周推进，呈弧形线条，而且垂直于疲劳裂纹的扩展方向。

其微观特征是疲劳裂纹，又称疲劳辉纹，每一贝壳花纹内有干万条。

它通常是明暗交替的有规则相互平行的条纹，一般每一条纹代表一次载荷循环。

疲劳条纹的间距在 0.1- 0.4 Уm 之间一般来说，面心立方金属（如铝及铝合金、不锈钢）的疲劳条纹比较清晰、明显。

体心立方金属及密排六方结构金属的疲劳条纹远不如前者明显，如钢的疲劳条纹短而不连续，轮廓不明显。