改善焊接结构疲劳强度的工艺方法综述史春元大连交通大学材料科学与工程学院2005年6月大连交通大学大连铁道学院①焊接接头疲劳裂纹一般启裂于位置：焊根和焊趾②提高接头疲劳强度的途径：●设计合理的结构及接头形式●改善焊趾部位的几何形状，降低应力集中系数●消除或减少焊接缺欠，特别是开口缺陷●调节焊接残余应力场，形成残余压缩应力场大连铁道学院焊接结构疲劳强度的改善方法焊接过程优化局部几何形状质量控制焊接缺欠控制几何形状改善工艺过程焊接顺序残余应力（＜0）焊趾冶金处理焊道造型焊趾几何形状冶金和金属状态焊缝的改善局部几何形状机械加工焊趾研磨水冲击局部重熔TIG熔修等离子熔修残余应力应力释放方法热处理力学处理局部加热力学方法力学接触喷丸锤击超声冲击焊接冲压局部压缩大连铁道学院目录1.合理设计结构形式2.合理选择接头形式3.改善焊趾几何形状，降低应力集中电弧熔修机械加工砂轮打磨补偿焊接4.调整焊接残余应力场，产生压缩应力预过载法挤压法局部加热法GURNNERT’S法振动时效法5.降低应力集中的同时产生压缩应力锤击法喷丸法6.提高接头疲劳强度的最新方法超声冲击法低相变点焊条法表面纳米化法爆炸冲击法大连铁道学院1.合理设计结构形式图1板梁的合理与不合理设计大连铁道学院图2翼板的合理与不合理设计a）改变盖板宽度b）改变盖板厚度大连铁道学院图3工字梁的加筋设计a）加筋形状突然改变b）加筋形状有所改进但仍不合理c）良好设计大连铁道学院2.合理选择接头形式基本原则：●尽量减少焊缝的数量且避免交叉焊缝●尽量采用连续焊缝，少用断续焊缝，其端部造成应力集中●设计中尽量采用应力集中系数小的对接接头●角焊缝疲劳强度低，设计中尽量采用不承载角焊缝●承载角焊缝尽量采用开坡口焊接并焊透●保证基本金属与焊缝之间的平滑过渡大连铁道学院3.改善焊趾几何形状降低应力集中的方法3.1TIG熔修用TIG焊在接头过渡区进行重熔，使焊缝与母材之间形成平滑过渡，降低应力集中，并减少该部位的微小非金属夹渣物。TIG熔修可使承载焊缝的疲劳强度提高25~75%，非承载焊缝的疲劳强度提高95~250%。表1IIW推荐的重熔工艺大连铁道学院●TIG重熔位置：焊枪一般位于焊趾部位0.5~1.5mm处，并保持重熔部位洁净。图5TIG熔修位置大连铁道学院●TIG重熔重新起弧位置：在重熔过程中发生熄弧时，一般推荐在焊道弧坑之前的6mm处重新起弧。图6TIG熔修重新起弧技巧大连铁道学院表2TIG电弧熔修后焊接接头疲劳强度提高的效果大连铁道学院图7ST52-3钢T型接头三点弯曲疲劳试验结果大连铁道学院3.2机械加工对焊缝表面进行机械加工，可大大降低应力集中程度，使无缺陷焊缝的焊接接头疲劳强度达到甚至高于母材的疲劳强度。●机械加工成本高，真正需要并能加工到的部位才使用●存在未焊透等缺陷时，疲劳裂纹转移到焊缝根部未焊透等缺陷处，机加工反而会降低接头的疲劳强度3.3砂轮打磨砂轮打磨效果不如机械加工，但也是一种提高焊接接头疲劳强度的有效方法。IIW推荐采用高速电力或水力驱动的碳-钨砂轮，转速15000~40000r/min，砂轮直径应保证打磨深度半径等于或大于1/4板厚。砂轮打磨可使接头疲劳强度提高45%以上。大连铁道学院图8IIW推荐的砂轮打磨方法●磨削方向应沿着载荷的传递方向，否则会引起与力线方向垂直的划痕而成为应力集中源。大连铁道学院图9焊趾打磨深度●打磨深度应保证除去焊趾处缺陷正确不正确大连铁道学院图10用砂轮或磨盘将带有横向加强板低碳钢接头的焊缝焊趾磨成凹形轮廓后的疲劳试验结果△▲—焊缝全部用砂轮磨光●—焊趾处用磨盘磨光焊态试件大连铁道学院3.4补偿焊接法采用一种特殊焊条，其熔敷金属具有高的流动性，可以改善焊缝的过渡半径，获得形状光滑的焊缝，降低焊趾处的应力集中程度，从而提高接头的疲劳强度。●对焊接位置具有较强的选择性，适于平焊位和平角焊。图11补偿焊接法示意图大连铁道学院4.1预过载法对焊接结构及接头施加拉伸载荷，使残余应力集中的部位发生屈服，卸载后该部位及其附近发生塑性变形的区域产生压缩应力，而结构及接头其它部位形成低于屈服点的拉伸应力。受此处理的焊接结构可提高疲劳强度。4.调整焊接残余应力场产生压缩应力...
