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影响钻杆焊接接头疲劳强度的四大主要因素分析

影响钻杆焊接接头疲劳强度的四大主要因素分析

  • 分类:新闻资讯
  • 作者:瑞龙钻具
  • 来源:http://www.lqrlzj.com
  • 发布时间:2021-10-18
  • 访问量:0

【概要描述】影响基本金属疲劳强度的因素(例如应力集中、截面尺寸、表面状态、加载情况、介质等)同样对焊接结构的疲劳强度有影响。除此以外焊接结构本身的一些特点,例如接头部位近缝区性能的改变,焊接残余应力等也可能对焊接结构疲劳强度发生影响。弄清这些因素的具体影响,对提高焊接结构的疲劳强度是有益的。下面分别探讨这些因素的影响情况。

影响钻杆焊接接头疲劳强度的四大主要因素分析

【概要描述】影响基本金属疲劳强度的因素(例如应力集中、截面尺寸、表面状态、加载情况、介质等)同样对焊接结构的疲劳强度有影响。除此以外焊接结构本身的一些特点,例如接头部位近缝区性能的改变,焊接残余应力等也可能对焊接结构疲劳强度发生影响。弄清这些因素的具体影响,对提高焊接结构的疲劳强度是有益的。下面分别探讨这些因素的影响情况。

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影响钻杆焊接接头疲劳强度的四大主要因素分析

影响基本金属疲劳强度的因素(例如应力集中、截面尺寸、表面状态、加载情况、介质等)同样对焊接结构的疲劳强度有影响。除此以外焊接结构本身的一些特点,例如接头部位近缝区性能的改变,焊接残余应力等也可能对焊接结构疲劳强度发生影响。弄清这些因素的具体影响,对提高焊接结构的疲劳强度是有益的。下面分别探讨这些因素的影响情况。

1、应力集中的影响

焊接结构中,在接头部位由于具有不同的应力集中,它们对接头的疲劳强度发生程度不同的不利影响。

① 对接焊缝:应力集中比其它形式接头要小,但余高和θ↑——应力集中↑——接头的疲劳强度↓。 若对焊缝表面进行机械加工,应力集中程度将大大减小,对接接头的疲劳强度也相应提高。 

② 丁字和十字接头:应力集中系数>对接接头的应力集中系数。因此丁字和十字接头的疲劳强度远低于对接接头。

  • 提高丁字和十字接头疲劳强度的根本措施是开坡口焊接和加工焊缝过渡区使之圆滑过渡;

  • 丁字形接头和经过机械加工的接头具有较高的疲劳强度:而十字接头和未经加工的接头的疲劳强度较低。这是因为不对称的丁字接头上有一个偏心力矩降低了过渡区的应力,它的应力集中比对称的十字接头低。 

③ 仅有侧面焊缝的搭接接头,其疲劳强度最低(只达到基本金属的34%)。

④ 采用所谓“加强”盖板的对接接头是极不合理的:试验结果表明,在这种情况下, 疲劳强度较高的对接接头被大大地削弱了。

2、近缝区金属性能变化的影响

① 低碳钢和低合金钢的近缝区金属机械性能的变化对接头的疲劳强度影响较小。 

② 高强钢焊接时,近缝区金属性能变化的影响取决于接头的匹配性:

  • 对于高组配即软夹硬的焊接接头,力学性能不均匀性对于接头的疲劳强度基本上没有影响,此时接头的疲劳强度取决于较软的基本金属。

  • 对于高组配硬夹软接头中的软夹层中有严重的应力集中因素时,此时接头的疲劳强度大大降低,其数值取决于这个软区本身的力学性能。

3、残余应力的影响

焊接残余应力对于结构疲劳强度的影响是人们广泛关心的问题。对于这个问题人们进行了大量试验研究工作。试验往往采用有焊接应力的试样与经过热处理消除内应力后的试样进行疲劳试验作对比。由于焊接残余应力的产生往往伴随着焊接热循环引起的材料性能的变化,而热处理在消除内应力的同时也恢复或部分恢复了材料的性能。因此,对于试验的结果就产生了不同的解释;对内应力的影响也有了不同的评价。 

消除内应力后的试样疲劳强度均高于末热处理的,内应力的影响在应力集中较高对更大。

4、缺陷的影响

焊接缺陷对疲劳强度的影响大小与缺陷的种类、尺寸、方向和位臵有关。

  • 片状缺陷(如裂纹、未熔合、末焊透)的影响>带圆角的缺陷(如气孔等)影响; 

  • 表面缺陷的影响>内部缺陷; 

  • 与作用力方向垂直的片状缺陷的影响>其它方向的影响; 

  • 位于残余拉应力场内的缺陷的影响>残余压应力区内的缺陷的影响;

  • 位于应力集中区的缺陷(如焊缝趾部裂纹)的影响>在均匀应力场中同样缺陷影响。

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