改善焊趾几何形状降低应力集中的方法

 改善焊趾几何形状降低应力集中的方法

（1）TIG熔修

国内外的研究均表明，TIG熔修可大幅度提高焊接接头的疲劳强度，这种方法是用钨极氩弧焊方法在焊接接头的过渡部位重熔一次，使焊缝与基本金属之间形成平滑过渡。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劳强度提高。

熔修工艺要求焊枪一般位于距焊趾部位0.5~1.5mm处，并要保持重熔部位洁净，如果事先配以轻微打磨效果更佳。重要的是重熔中发生熄弧时，如何处理重新起弧的方法，因为这势必影响重熔焊道的质量，一般推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家和日本的一些焊接研究所，采用统一由英国焊接研究所制备的试样进行了—些改善接头疲劳强度方法有效性的统一性研究，证实经该方法处理后该接头的2×106循环下的标称疲劳强度提高58%，如果将得到的211MPa的疲劳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劳强度中的最高的FAT值。

（2）机械加工

若对焊缝表面进行机械加工，应力集中程度将大大减少，对接接头的疲劳强度也相应提高，当焊缝不存在缺陷时，接头的疲劳强度可高于基本金属的疲劳强度。但是这种表面机械加工的成本很高，因此只有真正有益和确实能加工到的地方，才适宜于采用这种加工。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表面的应力集中严重的多，所以在这种情况下焊缝表面的机械加工是毫无意义的。如果存有未焊透缺陷，因为疲劳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情况下，机加工反而往往会降低接头疲劳强度。

有时不用对整体焊缝金属进行机加工，而只需对焊趾处采用机械加工磨削处理，这种做法亦能大幅度提高接头疲劳强度。研究表明，在这种情况下，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σb=1080 MPa）横向对接焊缝的交变载荷的疲劳强度试验表明，在焊态条件下2×106循环次数时疲劳强度为±150MPa，如果对焊缝进行机械加工处理，除去余高，则疲劳强度提高到±275MPa，这已与基本金属的疲劳强度相当。但如果对焊趾处进行局部磨削加工，其疲劳强度为±245MPa，它是机加工效果的83%，与焊态相比，疲劳强度提高65%，当然不论是采用机加工方法，还是磨削方法，如果不能仔细按要求进行，以便保证加工效果，疲劳强度的提高是有限的。

（3）砂轮打磨

采用砂轮磨削，虽然其效果不如机械加工，但也是一种提高焊接接头疲劳强度的有效方法。国际焊接学会推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-钨材料制作，其直径应保证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究表明，试样经打磨后，其2×106循环下的标称疲劳强度提高45%，如果将得到的199MPa疲劳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劳强度中的最高的FAT值。要注意的是磨削方向应与力线方向一致，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，起到降低接头疲劳强度的作用。

（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，它的优越性就显著降低了。

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