焊接结构疲劳断裂的形式及优化建议

2025-09-29 历史故事版权反馈

【摘要】：低周疲劳的循环应力往往是很高的，这种疲劳往往接近或超过材料的屈服强度，材料在每次应力循环中，都会产生一定量的塑性变形。由于构件在热膨胀及冷收缩时受到约束，因而在局部或不均匀区产生较大的局部变形，同时伴有较大的应力集中，容易引起热疲劳裂纹和损坏，降低钢的疲劳强度。

1.低周疲劳

对焊接结构反复进行塑性变形所造成的破坏称为低周疲劳。低周疲劳的循环应力往往是很高的，这种疲劳往往接近或超过材料的屈服强度，材料在每次应力循环中，都会产生一定量的塑性变形。加载时的频率一般为0.2～5Hz，断裂周次很低，在10⁴～10⁵次以下。例如，锅炉及压力容器在每一次升压和降压的过程，都产生了一次塑性变形循环，因此，在锅炉及压力容器的使用期内，这种反复塑性变形循环的积累，就有可能造成低周疲劳破坏。

2.热疲劳

焊接结构在反复加热和冷却的交变温度作用下，在元件的内部产生了较大的交变热应力，由于热应力的反复作用而产生的破坏称为热疲劳破坏。影响热疲劳破坏的有如下因素：

（1）热循环条件热循环条件主要指热循环上、下限的温度（当下限温度恒定而上限循环温度提高时，钢的热疲劳寿命迅速降低；如果上限温度保持恒定而下限温度提高时，则钢材的热疲劳强度增加）、热循环的速度（循环速度由每10min循环1次，增加到每1min循环1次，则钢的热疲劳强度增加）、在高温和低温停留的时间（在上限循环温度停留的时间越长，钢的疲劳强度越低）和平均温度等。

（2）应变硬化应变硬化的作用决定于变形程度，例如构件变形程度大，则钢的热疲劳强度降低；构件变形程度小，则钢的热疲劳强度增加。(https://www.chuimin.cn)

（3）应力集中热疲劳过程中，应力集中有两种形式：其一是由小孔或缺口造成的应力集中；其二是连续式的应力集中。由于构件在热膨胀及冷收缩时受到约束，因而在局部或不均匀区产生较大的局部变形，同时伴有较大的应力集中，容易引起热疲劳裂纹和损坏，降低钢的疲劳强度。

（4）晶粒细化晶粒细化的材料，热疲劳强度增加；晶粒粗化的材料，热疲劳强度降低。

3.腐蚀疲劳

在循环载荷和腐蚀介质的共同作用下，焊接结构发生的破坏称为腐蚀疲劳。影响腐蚀破坏的主要因素是，组织状态，在腐蚀介质中工作的构件，必须检验稳定的电化学性能（如马氏体组织的碳素钢对腐蚀介质十分敏感）。合金元素，在钢中加入大量的合金元素形成不锈钢时，就能明显地提高腐蚀疲劳强度。

焊接结构疲劳断裂的形式及优化建议

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