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焊接缺陷导致的应力集中

Clicks:1067 Update time:2021-12-29

    焊接接头中的裂纹、未熔合和未焊透比气孔和夹渣的危害大,它们不仅降低了结构的有效承载截面积,而且更重要的是产生了应力集中,有诱发脆性断裂的可能。尤其是裂纹,在其尖端存在着缺口效应,容易诱发出现三向应力状态,导致裂纹的失稳和扩展,以致造成整个结构的断裂,所以裂纹(特别是延迟裂纹)是焊接结构中最危险的缺陷。

    焊接接头中的裂纹常常呈扁平状,如果加载方向垂直于裂纹的平面,则裂纹两端会引起严重的应力集中。焊缝中的气孔一般呈单个球状或条虫形,因此气孔周围应力集中并不严重。焊缝中的单一夹杂具有不同的形状,其周围的应力集中也不严重。但如果焊缝中存在密集气孔或夹杂时,在负载作用下,如果出现气孔间或夹杂间的连通,则将导致应力区的扩大和应力值的急剧上升。

    焊缝的形状不良、角焊缝的凸度过大及错边、角变形等焊接接头的外部缺陷,也都会引起应力集中或产生附加应力。

    焊缝增高量、错边和角变形等几何不连续缺欠,有些虽然为现行规范所允许,但都会在焊接接头区产生应力集中。由于接头形式的差别也会出现应力集中,在焊接结构常用的接头形式中,对接接头的应力集中程度最小,角接头、T形接头和正面搭接接头的应力集中程度相差不多。重要结构中的T形接头,如动载下工作的H形板梁,可采用开坡口的方法使接头处应力集中程度降低;但搭接接头不能做到这一点,侧面搭接焊缝沿整个焊缝长度上的应力分布很不均匀,而且焊缝越长,不均匀度越严重,故一般钢结构设计规范规定侧面搭接焊缝的计算长度不得大于60倍焊脚尺寸。超过此限定值后即使增加侧面搭接焊缝的长度,也不会降低焊缝两端的应力峰值。

    含裂纹的结构与占同样面积的气孔的结构相比,前者的疲劳强度比后者降低15%。对未焊透来说,随着其面积的增加,疲劳强度明显下降。而且,这类平面型缺陷对疲劳强度的影响与负载方向有关。

     

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