关于焊接结构疲倦强度，你知道多少？

关于焊接结构疲倦强度你知道多少？今天我们从焊接结构疲倦失效的缘由、影响焊接结构疲倦强度的主要要素以及改善焊接结构疲倦强度的工艺措施等方面辅佐大家了解。

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焊接结构疲倦失效的缘由

焊接结构疲倦失效的缘由主要有以下几个方面：

（1）客观上讲，焊接接头的静载接受才干普通并不低于母材；而接受交变动载荷时，其接受才干却远低于母材，而且与焊接接头类型和焊接结构方式有密切的关系。这是惹起一些结构因焊接接头的疲倦而过早失效的一个主要的要素；

（2）早期的焊接结构设计以静载强度设计为主，没有思索抗疲倦设计，或者是焊接结构疲倦设计规范并不完善，致使于呈现了许多往常看来设计分歧理的焊接接 头；

（3）工程设计技术人员对焊接结构抗疲倦性能的特性了解不够，所设计的焊接结构常常照搬其它金属结构的疲倦设计准绳与结构方式；

（4）焊接结构日益普遍，而在设计和制造过程中人为盲目追求结构的低成本、轻量化，招致焊接结构的设计载荷越来越大；

（5）焊接结构有往高速重载方向展开的趋向，对焊接结构接受动载才干的请求越来越高，而对焊接结构疲倦强度方面的科研水平相对滞后。

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影响焊接结构疲倦强度的主要要素

2.1 静载强度对焊接结构疲倦强度的影响

在钢铁资料的研讨中，人们总是希望资料具有较高的比强度，即以较轻的自身重量去承担较大的负载重量，由于相同重量的结构能够具有极大的承载才干；或是同样的承载才干能够减轻自身的重量。所以高强钢应运而生，也具有较高的疲倦强度，基本金属的疲倦强度总是随着静载强度的增加而进步。

但是关于焊接结构来说，状况就不一样了，由于焊接接头的疲倦强度与母材静强度、焊缝金属静强度、热影响区的组织性能以及焊缝金属强度匹配没有多大的关系，也就是说只需焊接接头的细节一样，高强钢和低碳钢的疲倦强度是一样的，具有同样的S-N曲线，这个规律合适对接接头、角接接头和焊接梁等各种接头型式。Maddox研讨了屈从点在386~636MPa的碳锰钢和用6种焊条施焊的焊缝金属和热影响区的疲倦裂纹扩展状况，结果表明：资料的力学性能对裂纹扩展速率有一定影响，但影响并不大。在设计接受交变载荷的焊接结构时，试图经过选用较高强度的钢种来满足工程需求是没有意义的。只需在应力比大于+0.5的状况下，静强度条件起主要作用时，焊接接头母材才应采用高强钢。

构成上述结果的缘由是由于在接头焊趾部位沿溶合线存在有相似咬边的熔渣楔块缺陷，其厚度在0.075~0.5mm，尖端半经小于0.015mm。该尖利缺陷是疲倦裂纹开端的中央，相当于疲倦裂纹构成阶段，因而接头在一定应力幅值下的疲倦寿命，主要由疲倦裂纹的扩展阶段决议。这些缺陷的呈现使得一切钢材的相同类型焊接接头具有同样的疲倦强度，而与母材及焊接资料的静强度关系不大。

2.2 应力集中对疲倦强度的影响

2.2.1 接头类型的影响

焊接接头的方式主要有：对接接头、十字接头、T形接头和搭接接头，在接头部位由于传力线遭到干扰，因而发作应力集中现象。

对接接头的力线干扰较小，因而应力集中系数较小，其疲倦强度也将高于其他接头方式。但实验表明，对接接头的疲倦强度在很大范围内变更，这是由于有一系列要素影响对接接头的疲倦性能的缘故。如试样的尺寸、坡口方式、焊接措施、焊条类型、焊接位置、焊缝外形、焊后的焊缝加工、焊后的热处置等均会对其发作影响。具有永世型垫板的对接接头由于垫板处构成严重的应力集中，降低了接头的疲倦强度。这种接头的疲倦裂纹均从焊缝和垫板的接合处产生，而并不是在焊趾处产生，其疲倦强度—般与不带垫板的最不佳外形的对接接头的疲倦强度相等。

十字接头或T形接头在焊接结构中得到了普遍的应用。在这种承力接头中，由于在焊缝向基本金属过渡处具有明显的截面变更，其应力集中系数要比对接接头的应力集中系数高，因而十字或T形接头的疲倦强度要低于对接接头。对未开坡口的用角焊缝衔接的接头和部分熔透焊缝的开坡口接头，当焊缝传送工作应力时，其疲倦断裂可能发作在两个单薄环节上，即基本金属与焊缝趾端交界处或焊缝上。关于开坡口焊透的的十字接头，断裂普通只发作在焊趾处，而不是在焊缝处。焊缝不接受工作应力的T形和十字接头的疲倦强度主要取决于焊缝与主要受力板交界处的应力集中，T形接头具有较高的疲倦强度，而十字接头的疲倦强度较低。进步T形或十字接头疲倦强度的基本措施是开坡口焊接，并加工焊缝过渡处使之世故过渡，经过这种改进措施，疲倦强度可有较大幅度的进步。

搭接接头的疲倦强度是很低的，这是由于力线遭到了严重的扭曲。采用所谓“增强”盖板的对接接头是极分歧理的，由于加大了应力集中影响，采用盖板后，原来疲倦强度较高的对接接头被大大地削弱了。关于承力盖板接头，疲倦裂纹可发作在母材，也可发作在焊缝，另外改动盖板的宽度或焊缝的长度，也会改动应力在基本金属中的散布，因而将要影响接头的疲倦强度，即随着焊缝长度与盖板宽度比率的增加，接头的疲倦强度增加，这是由于应力在基本金属中散布趋于平均所致。

2.2.2 焊缝外形的影响

无论是何种接头方式，它们都是由两种焊缝衔接的，对接焊缝和角焊缝。焊缝外形不同，其应力集中系数也不相同，从而疲倦强度具有较大的分散性。

对接焊缝的外形关于接头的疲倦强度影响最大。

（1）过渡角的影响 Yamaguchi等人树立了疲倦强度和基本金属与焊缝金属之间过渡角（外钝角）的关系。实验中 W （焊缝宽度）和 h （高度）变更，但 h / W 比值坚持不变。这意味着夹角坚持不变，实验结果表明，疲倦强度也坚持不变。但假如 W 坚持不变，变更参量 h ，则发现 h 增加，接头疲倦强度降低，这显然是外夹角降低的结果。

（2）焊缝过渡半径的影响 Sander等人的研讨结果表明焊缝过渡半径同样对接头疲倦强度具有重要影响，即过渡半径增加(过渡角坚持不变)，疲倦强度增加。

角焊缝的外形关于接头的疲倦强度也有较大的影响。

当单个焊缝的计算厚度 a 与板厚 B 之比 a / B <0.6～0.7时，普通断裂于焊缝；当 a / B >0.7时，普通断于基本金属。但是增加焊缝尺寸对进步疲倦强度仅仅在一定范围内有效。由于焊缝尺寸的增加并不能改动另一单薄截面即焊趾端处基本金属的强度，故充其量亦不能超越该处的疲倦强度。Soete，Van Crombrugge采用15mm厚板用不同的角焊缝施焊，在轴向疲倦载荷下的实验发现，焊缝的焊脚为13mm时，断裂发作在焊趾处基本金属或焊缝中。当焊缝的焊脚小于此值时，疲倦断裂发作在焊缝上；当焊脚尺寸为18mm时断裂发作在基本金属中。据此他们提出极限焊脚尺寸： S =0.85 B 式中 S 为焊脚尺寸， B 为板厚。可见纵使焊脚尺寸抵达板厚时（15mm），仍可得焊缝处的断裂结果，这一结果与理论结果契合得很好。

2.2.3 焊接缺陷的影响

焊趾部位存在有大量不同类型的缺陷，这些不同类型的缺陷招致疲倦裂纹早期开裂和使母材的疲倦强度急剧降落（降落到80%）。焊接缺陷大致上可分作两类：面状缺陷(如裂纹、未熔合等)和体积型缺陷（气孔、夹渣等），它们的影响水平是不问的，同时焊接缺陷对接头疲倦强度的影响与缺陷的种类、方向和位置有关。

（1）裂纹 焊接中的裂纹，如冷、热裂纹，除伴有具有脆性的组织结构外，是严重的应力集中源，它可大幅度降低结构或接头的疲倦强度。早期的研讨己表明，在宽60mm、厚12.7mm的低碳钢对接接头试样中，在焊缝中具有长25mm、深5.2mm的裂纹时(它们约占试样横截面积的10%)，在交变载荷条件下，其2×106循环寿命的疲倦强度大约降低了55%~65%。

（2）未焊透 应当阐明，不一定把未焊透均以为是缺陷，由于有时人为地请求某些接头为周部焊透，典型的例子是某些压力容器接纳的设计。未焊透缺陷有时为名义缺陷（单面焊缝），有时为内部缺陷(双面焊缝)，它能够是部分性质的，也能够是整体性质的．其主要影响足削弱截面积和惹起应力集中。以削弱面积10%时的疲倦寿命与未含有该类缺陷的实验结果相比，其疲倦强度降低了25%，这意味着其影响不如裂纹严重。

（3）未熔合 由于试样难以制备，至今有关研讨极端稀少。但是无可置疑，未熔合属于平面缺陷，因而不容忽视，普通将其和未焊透同等看待。

（4）咬边 表征咬边的主要参量有咬边长度 L 、咬边深度 h 、咬边宽度 W 。 影响疲倦强度的主要参量是咬边深度 h ，目前可用深度h或深度与板厚比值（ h / B ）作为参量评定接头疲倦强度。

（5）气孔 为体积缺陷，Harrison对前人的有关实验结果中止了剖析总结， 疲倦强度降落主要是由于气孔减少了截面积尺寸构成，它们之间有一定的线性关系。但是一些研讨表明，当采用机加工措施加工试样名义，使气孔处于名义上时，或刚好位于名义下方时，气孔的不利影响加大，它将作为应力集中源起作用，而成为疲倦裂纹的起裂点。这阐明气孔的位置比其尺寸对接头疲倦强度影响更大，名义或表层下气孔具有最不利影响。

（6）夹渣 IIW的有关研讨讲演指明：作为体积型缺陷，夹渣比气孔对接头疲倦强度影响要大。

经过上述引见可见焊接缺陷对接头疲倦强度的影响，岂但与缺陷尺寸有关，而旦还决议于许多其他要素，如名义缺陷比内部缺陷影响大，与作用力方向垂直的面状缺陷的影响比其它方向的大；位于剩余拉应力区内的缺陷的影响比在剩余压应力区的大；位于应力集中区的缺陷(如焊缝趾部裂纹)比在平均应力场中同 样缺陷影响大。

2.3 焊接剩余应力对疲倦强度的影响

焊接剩余应力是焊接结构所特有的特征，因而，它关于焊接结构疲倦强度的影响是人们广为关怀的问题，为此人们中止了大量的实验研讨工作。实验常常采用有焊接剩余应力的试样与经过热处置消弭剩余应力后的试样，中止疲倦实验作对比。由于焊接剩余应力的产生常常随同着焊接热循环惹起的资料性能变更，而热处置在消弭剩余应力的同时也恢复或部分地恢复了资料的性能，同时也由于实验结果的分散性，因而对实验结果就产生了不同的解释，对焊接剩余应力的影响也就有了不同的评价。

试举早期和近期一些人所中止的研讨工作为例，可分明地阐明这一问题，对具有余高的对接接头中止的2×106次循环实验结果，不同研讨者得出了不同结论。有人发现：热处置消弭应力试样的疲倦强度比焊态相同试样的疲倦强度增加12.5%；另有人则发现焊态和热处置的试样的疲倦强度是分歧的，即差别不大；但也有人发现采用热处置消弭剩余应力后疲倦强度虽有增加，但增加值远低于12.5%等等。对名义打磨的对接接头试样实验结果也是如此，即有的实验以为，热处置后可进步疲倦强度17%，但也有的实验结果阐明，热处置后疲倦强度没有进步等。这个问题长期来使人困惑不解，直到前苏联一些学者在交变载荷下中止了一系列实验，才逐步廓清了这一问题。

其中最值得提出的是Trufyakov对在不同应力循环特征下焊接剩余应力对接头疲倦强度影响的研讨。实验采用14Mn2普通低合金结构钢，试样上有一条横向对接焊缝，并在正反两面堆焊纵向焊道各一条。一组试样焊后中止了消弭剩余应力的热处置，另一组未经热处置。疲倦强度对比实验采用三种应力循环特征系数 r =-1, 0, +0.3。 在交变载荷下（ r =-1），消弭剩余应力试样的疲倦强度接近130MPa，而未经消弭剩余应力的仅为75MPa，在脉动载荷下（ r =0），两组试样的疲倦强度相同，均为185MPa。而当 r =0.3时，经热处置消弭剩余应力的试样疲倦强度为260MPa，反而略低于未热处置的试样（270MPa）。产生这个现象的主要缘由是：在 r 值较高时，例如在脉动载荷下（ r =0），疲倦强度较高，在较高的拉应力作用下，剩余应力较快地得到释放，因而剩余应力对疲倦强度的影响就削弱；当 r 增大到0.3时，剩余应力在载荷作用下，进一步降低，实践上对疲倦强度已不起作用。而热处置在消弭剩余应力的同时又软化了材质，因而使得疲倦强度在热处置后反而降落。这一实验比较好地阐明了剩余应力和焊接热循环所惹起材质变更对疲倦强度的影响。从这里也能够看出焊接剩余应力对接头疲倦强度的影响与疲倦载荷的应力循环特性有关。即在循环特性值较低时，影响比较大。

前面己指出，由于结构焊缝中存有抵达资料屈从点的剩余应力，因而在常幅施加应力循环作用的接头中，焊缝左近所接受的实践应力循环将是由资料的屈从点向下摆动，而不论其原始作用的循环特征如何。例如标称应力循环为+ S 1到- S 2，则其应力范围应为 S 1+ S 2。但接头中的实践应力循环范围将是由 S y（屈从点的应力幅 ）到 S y-（ S 1+ S 2）。这一点在研讨焊接接头疲倦强度时是十分重要的，它招致了一些设计规范以应力范围替代了循环特征r。

此外，在实验过程中，试件的尺寸大小、加载方式、应力循环比、载荷谱也对疲倦强度有很大的影响。

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改善焊接结构疲倦强度的工艺措施

焊接接头疲倦裂纹普通启裂位置存在于焊根和焊趾两个部位，假如焊根部位的疲倦裂纹启裂的风险被抑止，焊接接头的风险点则集中于焊趾部位。许多措施能够用于进步焊接接头的疲倦强度。

（1）减少或消灭焊接缺欠特别是启齿缺陷；

（2）改善焊趾部位的几何外形降低应力集中系数；

（3）调理焊接剩余应力场，产生剩余紧缩应力场。这些改进措施能够分为两大类，如表1所示。

焊接过程优化措施不只是针对进步焊接结构疲倦强度而思索，同时对焊接结构的静载强度、焊接接头的冶金性能等各方面都有极大的益处，这方面的资料很多在此未几赘述。

表1 焊接结构疲倦强度的改善措施

下面从工艺措施角度思索分三部分细致论述改善焊接接头疲倦强度的主要措施。

3.1 改善焊趾几何外形降低应力集中的措施

（1）TIG熔修

国内外的研讨均表明，TIG熔修可大幅度进步焊接接头的疲倦强度，这种措施是用钨极氩弧焊措施在焊接接头的过渡部位重熔一次，使焊缝与基本金属之间构成平滑过渡。减少了应力集中，同时也减少了该部位的微小非金属夹渣物，因而使接头部位的疲倦强度进步。

熔修工艺请求焊枪普通位于距焊趾部位0.5~1.5mm处，并要坚持重熔部位洁净，假如事前配以细微打磨效果更佳。重要的是重熔中发作熄弧时，如何处置重新起弧的措施，由于这势必影响重熔焊道的质量，普通引荐重新起弧的最好位置是在焊道弧坑之前面6mm处，最近国际焊接学会组织欧洲一些国度和日本的一些焊接研讨所，采用统一由英国焊接研讨所制备的试样中止了—些改善接头疲倦强度措施有效性的统一性研讨，证明经该措施处置后该接头的2×106循环下的标称疲倦强度进步58%，假如将得到的211MPa的疲倦强度标称值换算成相应的特征值（K指标）为144MPa。它己高出国际焊学会的接头细节疲倦强度中的最高的FAT值。

（2）机械加工

若对焊缝名义中止机械加工，应力集中水平将大大减少，对接接头的疲倦强度也相应进步，当焊缝不存在缺陷时，接头的疲倦强度可高于基本金属的疲倦强度。但是这种名义机械加工的成本很高，因而只需真正有益和的确能加工到的中央，才适合于采用这种加工。而带有严重缺陷和不用底焊的焊缝，其缺陷处或焊缝根部应力集中要比焊缝名义的应力集中严重的多，所以在这种状况下焊缝名义的机械加工是毫无意义的。假如存有未焊透缺陷，由于疲倦裂纹将不在余高和焊趾处起始裂，而是转移到焊缝根部未焊透处。在有未焊透缺陷存在的状况下，机加工反而常常会降低接头疲倦强度。

有时不用对整体焊缝金属中止机加工，而只需对焊趾处采用机械加工磨削处置，这种做法亦能大幅度进步接头疲倦强度。研讨表明，在这种状况下，起裂点不是在焊趾处，而是转移到焊缝缺陷部位。

前苏联Makorov对高强钢（抗拉强度 σ b=1080 MPa ）横向对接焊缝的交变载荷的疲倦强度实验表明，在焊态条件下2×106循环次数时疲倦强度为±150MPa，假如对焊缝中止机械加工处置，除去余高，则疲倦强度进步到±275MPa，这已与基本金属的疲倦强度相当。但假如对焊趾处中止部分磨削加工，其疲倦强度为±245MPa，它是机加工效果的83%，与焊态相比，疲倦强度进步65%，当然不论是采用机加工措施，还是磨削措施，假如不能认真按请求中止，以便保障加工效果，疲倦强度的进步是有限的。

（3）砂轮打磨

采用砂轮磨削，固然其效果不如机械加工，但也是一种进步焊接接头疲倦强度的有效措施。国际焊接学会引荐采用高速电力或水力驱动的砂轮，转速为（15000~40000）/min，砂轮由碳-钨资料制造，其直径应保障打磨深度半径应等于或大于1/4板厚。国际焊接学会最近的研讨表明，试样经打磨后，其2×106循环下的标称疲倦强度进步45%，假如将得到的199MPa疲倦强度标称值换算成相应的特征值（135MPa）它也高于国际焊接学会的接头细节疲倦强度中的最高的FAT值。要留意的是磨削方向应与力线方向分歧，否则在焊缝中会留下与力线垂直的刻痕，它相当于应力集中源，起到降低接头疲倦强度的作用。

（4）特种焊条措施

本措施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才干，能够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水平，从而进步焊接接头的疲倦强度。与TIG熔修的缺陷相相似，它对焊接位置具有较强的选择性，特别合适于平焊位置战争角焊，而关于立焊、横焊和仰焊，它的优越性就显著降低了。

3.2调整剩余应力场产生紧缩应力的措施

（1）预过载法

假定在含有应力集中的试样上施加拉伸载荷，直到在缺口处发作屈从，并伴有一定的拉伸塑性变形，卸载后，载缺口及其左近发作拉伸塑性变形处将产生紧缩应力，而在试样其它截面部位将有与其相均衡的低于屈从点的拉伸应力产生。受此处置的试样，在其随后的疲倦实验中，其应力范围将与原始未施加预过载的试样不同，即显著变小，因而它能够进步焊接接头的疲倦强度。研讨结果表明，大型焊接结构（如桥梁、压力容器等）投入运转前需中止一定的预过载实验，这对进步疲倦性能是有利的。

（2）部分加热

采用部分加热能够调理焊接剩余应力场，即在应力集中处产生紧缩剩余应力，因而对进步接头疲倦强度是有利的。这种措施目前限用于纵向非连续焊缝，或具有纵向加筋板的接头。

关于单面角接板，加热位置普通距焊缝约为板宽的1/3，关于双面角接板状况加热位置为板件中心。这样能够保障在焊缝内产生紧缩应力，从而能够进步接头的疲倦强度。不同研讨者应用该措施得到的效果有所不同，对单面角接板，进步疲倦强度145%~150%，对双面角接板，进步疲倦强度70%~187%。

部分加热位置对接头的疲倦强度有重要的影响，当点状加热是在焊缝端部处两则中止时，则在焊缝端部的缺口处惹起了紧缩剩余应力，结果疲倦强度进步53%；但是当点状加热是在焊缝端部试样中心中止时，距焊缝端部距离是相同的，这固然产生了同样的金相组织影响，但由于剩余应力为拉伸剩余应力，则所丈量到的接头疲倦强度与非处置试样相同。

（3）挤压法

部分挤压机制与点状加热措施相同，即均是靠紧缩剩余应力进步接头疲倦强度。但是其作用点是不同的，挤压位置应位于需求产生剩余紧缩应力的位置。高强钢试样采用挤压法其效果比低碳钢更为显著。

（4）Gurnnert\'s措施

由于有时难以精确地肯定部分加热法的加热位置和加热温度，为了取得称心效果，Gunnert提出一种措施，该措施的要点是直接向缺口部位而不是左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名义上产生紧缩应力。藉此紧缩应力即可进步构件的疲倦强度。需求留意的是：为了使底层亦抵达加热目的，加热过程要迟缓些，Gunnert倡议加热时间为3min，而Harrison倡议加热时间为5min。

Ohta采用此措施胜利的避免了对接纳道内部产生疲倦裂纹。细致措施是管道外部采用感应法加热，里面用循环水冷却。因而在管道内部产生了紧缩应力，因而有效地避免了疲倦裂纹在管道内部产生。处置后对接焊缝管道的疲倦裂纹扩展速率大为降低，抵达与母材相同的裂纹扩展速率。

3.3 降低应力集中和产生紧缩应力兼二有之的措施

（1）锤击法

锤击法是冷加工措施，其作用是在接头焊趾处名义构成紧缩应力。因而，本措施的有效性与在焊趾名义产生的塑性变形有关；同时锤击还能够减少存在的缺口尖利度，因而减少了应力集中，这也是大幅度进步接头疲倦强度的缘由。国际焊接学会引荐的气锤压力应为5~6Pa。锤头顶部应为8~12mm直径的实体资料，引荐采用4次冲击以保障锤击深度达0.6mm。国际焊接学会最近的工作表明，关于非承载T形接头，锤击后其2×106循环下接头疲倦强度进步54%。

（2）喷丸

喷丸是锤击的另一种方式，也属冲击加工的措施。喷九的效果依赖于喷丸直径尺寸，喷丸尺寸不应过大，以使其能处置微小的缺陷。同时，喷丸尺寸亦不应过小，以保障一定的冷作硬化性能，喷丸普通可在名义上的千分之几毫米的深度上发作作用。研讨结果表明，喷丸能显著地进步高强钢接头的疲倦强度，喷丸对氩弧焊高强钢资料具有突出的效果，其水平以至高于TIG熔修。同时TIG熔修配以喷丸锤击，则其效果更为显著。

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进步焊接接头疲倦强度的最新技术

4.1 超声冲击处置措施

近年来展开起来的超声冲击进步焊接接头及结构疲倦强度的措施，其机理与锤击和喷丸基天职歧．但这种措施执行机构轻巧，可控性好，运用灵活方便、噪音极小、效率高、应用时受限少，成本低而且节能，适用于各种接头，是一种理想的焊后改善焊接接头疲倦性能的措施。对几种典型焊接结构用钢的对接和非承载纵向角接头实施超声冲击处置，然后中止了焊态与冲击处置的对比疲倦实验，研讨了超声冲击法改善焊接头疲倦强度的实践效果，对比结果见表2。可见，焊接接头经超声冲击处置后，疲倦强度进步了50%~170%，效果十分显著。

4.2 低相变点焊条措施

4.2.1 进步焊接接头疲倦强度原理和展开

紧缩应力能够进步焊接接头的疲倦强度，已有大量的文献论述，但是问题是如何在焊接接头中较方便的引入紧缩应力。

表2 超声冲击处置前后的疲倦强度对比

众所周知，由于化学成分、合金含量和冷却速度不同，钢铁资料在冷却过程中会发作不同的组织转变或多次的组织转变，这一组织转变随同有体积收缩，在拘谨条件下将会产生相变应力，属于紧缩应力。关于焊缝金属来说，这将有利于剩余拉伸应力的降低以至呈现剩余紧缩应力，从而改善焊接接头的力学性能。低相变点焊条（Low Transformation Temperature Welding Electrode，LTTE）就是一种应用相变应力在焊接接头中产生紧缩应力进步焊接接头疲倦强度的新型焊接资料。

早在60年代，前苏联焊接专家就提出了低相变点焊条措施能够进步焊接结构的疲倦强度，但是当时并没有提出“低相变点焊条”的概念，只称其为一种特殊焊条其堆焊金属成分主要依托3%~4%的Mn含量来降低相变点，完成冶金相变。文献指出，选用这些特殊的焊条，对小试件中止疲倦实验时，用这些焊条堆焊之后的疲倦强度要高于未堆焊实验75%。

近几年，依托Cr和Ni降低焊接资料熔敷金属的马氏体相变点，并由于超低碳钢材的展开，低相变点焊条得到了快速的展开，日本和中国在这方面中止了大量的研讨，但目前依旧在实验室阶段。

4.2.2 LTTE焊条改善疲倦强度的效果

天津大学资料学院设计和优化研制了低相变点焊条，并在各种焊接接头上中止了大量的疲倦实验和工艺性能实验。

（1）LTTE措施

采用低相变点焊条LTTE和普通焊条E5015分别对横向对接接头、非承载十字接头、纵向环绕角焊缝接头、纵向平行角焊缝接头和纵向对接接头施焊，并中止疲倦对比实验。结果表明，相变点焊条LTTE接头的疲倦强度分别比普通焊条E5015接疲倦强度进步11%、23%、42%、46%合59%，疲倦寿命进步幅度从几倍到上百倍。

表3 不同类型焊接接头疲倦强度的改善效果

焊条类型

横向对接接头

非承载十字接头

纵向环绕角焊缝接头

纵向平行角焊缝接头

纵向对接接头

E5015焊条

176.9

202.1

167.0

182.7

179.4

LTTE焊条

157.8

164.8

118.3

124.9

113.0

改善水平

11%

23%

41%

47%

58%

应力集

中水平

轻度K1

中等K2

激烈K3

特别激烈K4

特别激烈K4

拘谨度

小 大

由于低相变点焊条是在较低温度下发作马氏体相变体积收缩而取得的剩余紧缩应力，因而剩余紧缩应力的大小与焊接接头拘谨度有较大关系，拘谨度越大，其剩余紧缩应力越大，疲倦强度的进步效果也越大。

（2）低相变点焊条焊趾熔修（LTTE-dressing）措施

但是，为使焊缝金属在正常的冷却速度下和在较低的温度下发作马氏体相变，焊接资料中参与了较多的合金元素，从而使得低相变点焊接资料的成本进步许多。假如一个焊接结构的全部焊缝都采用低相变焊接资料中止施焊，焊接结构的成本也将大幅度增加，这是很不经济的。

众所周知，焊接接头疲倦断裂主要从焊趾部位开裂，假如使焊接接头的焊趾部位产生剩余紧缩应力，则能够进步焊接接头的疲倦强度，而并不需求全部采用低相变点焊条，这样能够降低运用成本。从这一思绪思索，天津大学在实验的基础上提出了低相变点焊条焊趾熔修（LTTE-dressing ）进步焊接接头疲倦强度的措施。采用非承载十字接头和纵向环绕角焊缝接头两种接头类型，分别对比了低相变点焊条焊趾熔修（LTTE-dressing ）和普通焊条焊接接头的疲倦强度，前者的疲倦强度分别比后者进步19.9%和41.7%，证明了这一思绪的可行性和适用性，为低相变点焊条LTTE更合理的在工程实践中应用中止了前期实验研讨，同时低相变点焊条焊趾熔修（LTTE-dressing ）接头也能够反映低相变点焊条在盖面焊缝和近焊趾盖面焊道的应用状况。

4.2.3 低相变点焊条的的优缺陷

优点：

• 低相变点焊条焊接措施是随同焊接过程同时中止，避免了焊后加工处置的不方便；
• 低相变点焊条措施无需特殊的操作请求，因而操作简双方便；
• 低相变点焊接资料用于进步焊接接头疲倦强度，由于不受后续焊道热作用的影响，它更合适于荫蔽焊缝、被掩盖焊缝、单面焊的背面焊缝等不能中止焊后加工处置的焊缝的疲倦强度进步;
• LTTE焊条还能够用于焊接结构疲倦裂纹的修复。

缺陷：焊接资料中参与了较多的合金元素，从而使得低相变点焊接资料的成本进步。但能够经过LTTE-dressing等措施加以弥补。

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终了语

综上所述，可见近年因由于焊接结构有往高速重载方向展开的趋向，对其接受动载才干的请求越来越高，因而展开及推行应用改善焊接接头疲倦性能的新技术对推进焊接结构的应企图义严重。相对而言，国内外最新展开起来的超声冲击技术以及运用低相变点焊接资料来进步焊接接头疲倦强度的措施是焊接结构疲倦性能改善技术与工艺的重要研讨方向。

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