第四章影响焊接结构疲劳性能的因素4.1应力集中焊接结构的几何形状一般总是比较复杂的，在焊接结构几何变化处所产生的应力往往能引起比名义应力大的多的局部应力，这时疲劳裂纹总是从这些结构的局部应力集中处开始。因而，研究这些部位的应力集中，对于了解焊接结构的疲劳破坏性质，预测其疲劳寿命是非常有意义的。在焊接结构中，结构的几何变化包括以下两个方面。其一，是结构的整体几何变化，具体体现在接头的形式上；其二，是焊缝局部几何的变化。4.1.1接头形式焊接接头形式不同，它们的应力集中程度也不同，因而接头的疲劳强度存在差异。一般来说，应力集中程度越高，其疲劳强度越低。对接接头疲劳强度要高于角接头和搭接接头。在焊接管节点中，T型接头关节点的疲劳强度较高。4.1.2焊缝局部几何形状焊缝局部几何形状的变化，对焊接结构的疲劳强度将产生十分明显的影响。实验表明：焊缝宽度与高度的夹角变大，其疲劳强度降低。4.1.3错位和角变形焊接接头的错位或角变形，使得焊缝局部几何形状变化加剧，使得焊趾根部的应力集中程度增加，这必然是焊接结构的疲劳强度降低。对于有角变形的焊接结构，小林，田中等提出了鱿鱼角变形而产生附加弯曲应力的公式：式中为附加弯曲应力；e是每米的角变形；是名义应力。其中E，分别是弹性模量和泊松比。对低合金钢错位板接头进行的疲劳断裂实验表明，错位量的增加，其疲劳极限降低。这种变化趋势如图所示。4.1.4焊接缺陷焊接缺陷主要是指焊缝中的裂纹，未焊透，咬边，气孔，夹渣等。由于这些缺陷的存在，使得焊缝局部产生应力集中，因而使焊接结构的疲劳强度降低。若通过检测得知焊缝的缺陷，则可以通过理论计算求出焊接结构的应力场及缺陷处的最大应力值或裂纹尖端应力强度因子，进而可预测结构的疲劳寿命。4.2尺寸效应大量的试验研究表明，不同尺寸的构件，其疲劳强度是不相同的。一般来说，随着尺寸的增加，其疲劳强度呈下降的趋势。这种疲劳强度随构件尺寸的变化而变化的现象，称为尺寸效应。材料尺寸效应的定量描述可以用尺寸系数来表征。它定义为：当应力集中情况相同时，尺寸为d的试样的疲劳极限与标准试样的疲劳极限之比值式中是尺寸为d的大构件在对称循环时的疲劳极限；是尺寸为的标准尺寸试样在对称循环时的疲劳极限。产生尺寸效应的原因：加工因素和比例因素。（1）一般来说，大型构件的加工质量比小型试件的差，因而所包含的缺陷更多些，其疲劳强度也就降低。(2)构件上的应力梯度是造成尺寸效应的主要原因之一。大试件的应力梯度比小试件的小，使得大试件在某一相同深度内的名义应力比小试件的要大。根据试件疲劳破坏时其深度相等的观点，从而大试件比小试件的疲劳强度要低。4.3平均应力应力幅对焊接结构的疲劳寿命有决定性作用，而平均应力也是重要的影响因素之一。平均拉应力是疲劳强度降低，平均压应力使疲劳强度提高。关于平均应力对疲劳寿命的影响，可用极限应力线图表示。图中ACB曲线为格伯疲劳极限图线。在曲线内的任一点，表示不发生疲劳破坏；在曲线外的点，表示经一定的应力循环数后发生疲劳破坏。图中A点是对称循环应力下发生疲劳破坏的临界点，该点的纵坐标值为对称循环应力下的疲劳极限。B点为静强度破坏的点，其横坐标值为强度极限。由原点O作与横坐标轴成45°角的线，并与曲线ACB相交于C点，则=,因σmax=σm+σa，所以有==式中：--脉动循环应力的疲劳极限。应指出，疲劳极限的脚标表示应力比r的数值。如r=-1时的疲劳极限为。应力比为任意r时的疲劳极限写成。平均应力的三种疲劳极限线图：格伯疲劳极限线是经过对称循环应力的疲劳极限点A和静强度极限点B的抛物线（图中曲线1），其方程式为古德曼图线是经过对称循环应力的疲劳极限点A和静强度极限点B的直线（图中曲线2），其方程式为索德倍尔图线是经过对称循环应力的疲劳极限点A和屈服极限点S的直线（图中曲线3），其方程式为4.5残余应力焊接残余应力是由加热不均匀所引起的。在焊接过程中，由于焊缝处温度较高，而金属的集体约束焊缝，使其不能自由膨胀，因而出现内部压应力，局部达到塑性变形。温度降低后，由于周围的约束不能自由收缩，出现内部拉应力，局部...
