提高焊接接头疲劳性能的研究进展和最新技术（六）

HEATS

　　3.1 .4 特种焊条方法

　　本方法是研制了一种新型的焊条，它的液态金属和液态熔渣具有较高的溶湿能力，可以改善焊缝的过渡半径，减小焊趾角度，降低焊趾处的应力集中程度，从而提高焊接接头的疲劳强度。与TIG熔修的缺点相类似，它对焊接位置具有较强的选择性，特别适合于平焊位置和平角焊，而对于立焊、横焊和仰焊，它的优越性就显着降低了。

　　3.2调整残余应力场产生压缩应力的方法

1 W: E2 i& c6 Q7 Y: j0 k * Z( V2 p4 k( U0 W

　　3.2.1预过载法

　　假如在含有应力集中的试样上施加拉伸载荷，直到在缺口处发生屈服，并伴有一定的拉伸塑性变形，卸载后，载缺口及其附近发生拉伸塑性变形处将产生压缩应力，而在试样其它截面部位将有与其相平衡的低于屈服点的拉伸应力产生。受此处理的试样，在其随后的疲劳试验中，其应力范围将与原始未施加预过载的试样不同，即显着变小，因此它可以提高焊接接头的疲劳强度。研究结果表明，大型焊接结构(如桥梁、压力容器等)投入运行前需进行一定的预过载试验，这对提高疲劳性能是有利的。

3 u. c, n1 U/ d( @- t6 s' a: P" i

　　3.2.2 局部加热

　　采用局部加热可以调节焊接残余应力场，即在应力集中处产生压缩残余应力，因而对提高接头疲劳强度是有利的。这种方法目前限用于纵向非连续焊缝，或具有纵向加筋板的接头。

2 y' e9 j& U) B. P# E" _ w " u0 F% e: a! @: D+ d! k

　　对于单面角接板，加热位置一般距焊缝约为板宽的1/3，对于双面角接板情况加热位置为板件中心。这样可以保证在焊缝内产生压缩应力，从而可以提高接头的疲劳强度。不同研究者应用该方法得到的效果有所不同，对单面角接板，提高疲劳强度145%-150%，对双面角接板，提高疲劳强度70%-187%，。

4 z. y2 ]6 S! R" i% O

　　局部加热位置对接头的疲劳强度有重要的影响，当点状加热是在焊缝端部处两则进行时，则在焊缝端部的缺口处引起了压缩残余应力，结果疲劳强度提高53%；但是当点状加热是在焊缝端部试样中心进行时，距焊缝端部距离是相同的，这虽然产生了同样的金相组织影响，但由于残余应力为拉伸残余应力，则所测量到的接头疲劳强度与非处理试样相同。

' {2 K& q3 @7 Y/ c* o

　　3.2.3挤压法

" l& p d* P' \ # D; a+ O. o5 A) C6 i

　　局部挤压机制与点状加热方法相同，即均是靠压缩残余应力提高接头疲劳强度。但是其作用点是不同的，挤压位置应位于需要产生残余压缩应力的位置。高强钢试样采用挤压法其效果比低碳钢更为显着。

l9 J1 n2 T+ l, M$ X 3 P+ ~& G3 H* ?# e

　　3.2.4 Gurnnerts方法

　　Ohta采用此方法成功的防止了对接管道内部产生疲劳裂纹。具体方法是管道外部采用感应法加热，里面用循环水冷却。因此在管道内部产生了压缩应力，因而有效地防止了疲劳裂纹在管道内部产生。处理后对接焊缝管道的疲劳裂纹扩展速率大为降低，达到与母材相同的裂纹扩展速率。

" Y9 ?& e. I' M5 S/ i' |/ u' D1 y

　　3.3降低应力集中和产生压缩应力兼二有之的方法

! E3 U* L4 t# A$ Z/ F: n+ x 9 u# `- I* i' E. V' ^" b* k7 ?: y

　　3.3 .1 锤击法

; }+ X9 C e7 }0 s1 }! X

　　锤击法是冷加工方法，其作用是在接头焊趾处表面造成压缩应力。因此，本方法的有效性与在焊趾表面产生的塑性变形有关；同时锤击还可以减少存在的缺口尖锐度，因而减少了应力集中，这也是大幅度提高接头疲劳强度的原因。国际焊接学会推荐的气锤压力应为5~6Pa。锤头顶部应为8~12mm直径的实体材料，推荐采用4次冲击以保证锤击深度达0.6mm。国际焊接学会最近的工作表明，对于非承载T形接头，锤击后其2×106循环下接头疲劳强度提高54%。

8 ?8 Z% v- s' s f- T$ J: ^ ! ^5 N* l4 \, J7 z3 N2 B4 H. i; o

　　由于有时难以准确地确定局部加热法的加热位置和加热温度，为了获得满意效果，Gunnert提出一种方法，该方法的要点是直接向缺口部位而不是附近部位加热到能产生塑性变形但低于相变温度55℃的温度或550℃，然后急剧喷淋冷却之。由于表层下金属和其周围未受喷淋的金属冷却的较晚，待其冷却时收缩将在已冷却表面上产生压缩应力。藉此压缩应力即可提高构件的疲劳强度。需要注意的是：为了使底层亦达到加热目的，加热过程要缓慢些，Gunnert建议加热时间为3min，而Harrison建议加热时间为5min。

# p! S- ?9 V: W: Z" ?, R( A ' M$ A) K5 v; v* H, R) p+ t 0 M7 q/ G- r( m- t! h- l