2焊接接頭和結構的乏累強度IWS-3/3.9-5/18三、影響焊接接頭乏累強度的因素影響基本金屬乏累強度的因素（如應力集中、截面尺寸、表面狀態、加載狀況、介質等因素），同樣對焊接結構的乏累強度有影響。除此之外焊接結構本身的一些特點，例如焊接結構的應力集中，接頭部位近縫區性能的變更，焊接殘余應力等也可能對焊接結構乏累強度發生影響，下面探討這些因素的影響。

2焊接接頭和結構的乏累強度（一）應力集中的影響焊接結構中，不同的焊接接頭形式和形態，由于在接頭部位具有不同的應力集中，對接頭的乏累強度發生程度不同的不利影響。1、對接接頭由于形態變更不大，因此其應力集中比其他形式接頭要小，只是焊縫加強高和過渡角處會使接頭乏累強度下降。2、丁字和十字接頭，由于在焊縫向基本金屬過渡處有明顯的截面變更，其應力集中系數比對接接頭的高，因此其乏累強度遠低于對接接頭，未開坡口的角焊縫的十字接頭，當焊縫傳遞工作應力時，其乏累斷裂發生母材與焊縫趾端交界處和焊縫上的薄弱環節上。IWS-3/3.9-5/182焊接接頭和結構的乏累強度圖13為兩種鋼材十字接頭乏累強度圖，實線代表乏累強度是按斷裂在母材計算的，虛線是按斷裂在焊縫計算的。由圖可看出合金鋼對應力集中比較敏感，在這種狀況下，接受低合金鋼對乏累強度并沒有優越性，此外增加焊縫尺寸對提高乏累強度僅僅在確定范圍內才有效。IWS-3/3.9-5/183焊接接頭和結構的乏累強度圖14為開坡口焊縫的低碳鋼十字接頭乏累強度圖，其乏累強度有較大提高。

IWS-3/3.9-5/182焊接接頭和結構的乏累強度圖15為焊縫不承受工作應力的低碳鋼丁字和十字接頭的乏累強度。丁字接頭和經過機械加工的接頭具有較高的乏累強度。

IWS-3/3.9-5/182焊接接頭和結構的乏累強度3、搭接接頭的乏累強度是很低的

IWS-3/3.9-6/182焊接接頭和結構的乏累強度僅有側面焊縫的搭接接頭（a），其乏累強度最低，只達到基本金屬的34%。正面焊縫的搭接接頭的焊腳從1:1、1:2、1:3.8其乏累強度從40%(b)，49%(c),51%(d表面加工)和100%（e表面加工）。接受所謂加強蓋板的對接接頭是極不合理的。由圖16(f)試驗結果表明，原來乏累強度較高的對接接頭被大大減弱了，只有其一半。

IWS-3/3.9-6/182焊接接頭和結構的乏累強度（二）近縫區金屬性能變更的影響試驗探討表明，在常用的線能量下，低碳鋼焊縫、熱影響區和基本金屬的乏累強度相當接近，其近縫區金屬機械性能變更對對接接頭的乏累強度影響較小。低合金鋼的狀況比較困難的，在熱循環作用下，熱影響區的機械性能變更比低碳鋼大，但在有應力集中或無應力集中時都對乏累強度影響不大，試驗還表明，材料的性能對乏累裂紋擴展速率有確定的影響，但不太大。在實際焊接結構中，假如熱影響區的尺寸不大，就不會降低焊接接頭的乏累強度。IWS-3/3.9-6/182焊接接頭和結構的乏累強度（三）殘余應力的影響內應力對乏累強度的影響，從理論上可以看出，當有內應力時，當應力盾環中最大應力σmax到達σs時，內應力將因應力全面達到屈服而消退，所以當σm達到確定數值時（即σm+σa=σs），內應力對乏累強度將沒有影響，當σm小于此值時，則σm越小，內應力的影響愈顯著。從焊接接頭的乏累強度結果表明焊接應力對乏累強度的影響與應力盾環特征系數γ有關，γ越小（負數），使乏累強度降低，影響乏累強度越嚴峻，此外應力集中越嚴峻處其內應力的影響也更為突出。IWS-3/3.9-7/182焊接接頭和結構的乏累強度（四）缺陷的影響焊接缺陷對乏累強度的影響大小與缺陷的種類、尺寸、方向和位置有關。1、缺陷形態：片狀缺陷（如裂縫、未熔合、未焊透）比帶圓角的缺陷（如氣孔等）影響大。2、缺陷位置：表面缺陷比內部缺陷影響大。3、缺陷受力方向與作用力方向垂直的片狀缺陷的影響比其它方向的大。

IWS-3/3.9-7/182焊接接頭和結構的乏累強度4、位于殘余拉應力區內的缺陷的影響比在殘余壓應力區的大。5、位于應力集中區的缺陷（如焊趾部裂紋）的影響比在勻整應力場中同樣缺陷影響大。6、材料影響，缺陷對缺口敏感性強的乏累強度的影響比一般缺口敏感材料乏累強度影響要大，所以高強鋼強度高而實際其乏累強度并沒有提高很多。

IWS-3/3.9-7/182焊接接頭和結構的乏累強度四、提高焊接結構乏累強度措施（一）降低構件中的應力集中系數結構中的應力集中是降低焊接結構乏累強度的最主要的因素，在結構設計中削減應力集中甚至比確定乏累設計應力還重要。只有當焊接接頭和結構設計合理，焊接工藝完善，焊縫金屬質量良好時，才能保證焊接接頭和結構具有較高的乏累強度，一般可以實行下列措施：IWS-3/3.9-7/182焊接接頭和結構的乏累強度1、接受合理的構件結構形式，削減應力集中，以提高乏累強度；2、合理地選擇接頭形式，盡量接受應力集中系數小的對接接頭，焊縫形態過平緩，接受連續焊縫比斷續焊縫有利，盡量少接受角焊縫；3、當接受角焊縫時（不行避開）須實行綜合措施；機械加工焊縫端部，合理選擇角接板形態，保證焊縫根部焊透等；4、用表面機械加工的方法消退焊縫及其旁邊的各種刻槽，來降低接頭應力集中程度。IWS-3/3.9-7/182焊接接頭和結構的乏累強度（二）提高焊接結構乏累強度的工藝措施1、在工藝上應正確選擇焊接規范，保證焊縫良好成形和內、外部沒有缺陷；2、TIG電弧整形，可以大幅度提高焊接接頭的乏累強度；3、調整殘余應力場，消退接頭的應力集中處的殘余壓應力均可以提高接頭的乏累強度，其方法可以分為兩類：（1）結構和元件的整體處理，包括整體退火或超載予拉伸法；IWS-3/3.9-5/182焊接接頭和結構的乏累強度IWE-T/3.3-11/29（2）對接頭部位局部處理，即在接頭某部位接受加熱、輾壓、局部爆炸等方法，使接頭應力集中處產生殘余壓應力。4、改善材料的機械性能表面強化處理，用小輪擠壓或鍾輕打焊縫表面及過渡區，或用小鋼丸噴射焊縫區都可提高接頭的乏累強度。（三）特殊疼惜措施一塑性涂層接受特殊的塑料涂層改善焊接接乏累性能是一種新技術，其效果較顯著，正在進一步探討予以應用。IWS-3/3.9-7/183動載焊接結構的設計一、焊接結構乏累強度設計的一般原則依據焊接結構的特點和大量實際焊接結構設計的實踐閱歷，得出在焊接結構乏累強度設計時應予以考慮的準則：1.承受拉伸、彎曲和扭轉的構件應接受長而圓滑的過渡結構以削減剛度的突然變更；2.優先選用對接焊縫，盡可能少用角焊縫；3.接受角焊縫時最好用雙面角焊縫，避開運用單面焊縫；IWS-3/3.9-7/183動載焊接結構的設計4.接受帶有搭接蓋板的搭接接頭，盡可能不用偏心搭接；5.使焊縫（特殊是焊趾、焊縫根部和焊縫端部）位于低應力區（例如彎曲時中性帶、承受小彎矩的部分區域、孔邊緣上使缺口應力為零的地方、過渡段和轉角以外的部位），使各因素引起的缺口效應分散而避開使其疊加；6.在焊趾缺口、焊縫根部缺口和焊縫端部缺口之前或之后（處于力流之中）設置一些緩沖缺口以消退或降低上述缺口部位的應力；IWS-3/3.9-8/183動載焊接結構的設計7.承受橫向彎曲的構件應縮短支承間距以削減彎矩；8.橫向力應作用于剪切中心之上，以削減扭矩；9.承受拉伸與彎曲的構件如需加強，則加強件長度應小。以減小加強對于構件變形的拘束；10.在薄板范圍內合理部位布置焊縫，以減輕彎曲變形；避開能擾亂力流的開口，但與力流垂直的加強筋板角部應切除（加強筋板切角）；11.在特殊緊急的部位以螺栓接頭或鉚接接頭、鍛造連接件代替焊接接頭（又可便于裝配）等IWS-3/3.9-8/183動載焊接結構的設計二、焊接鋼結構乏累強度設計計算（一）我國鋼結構的標準我國現行鋼結構的標準GB-17-88與原設計規范TL17-74相比，在鋼結構乏累強度計算中作了一些改動，在原設計規范中，基本金屬和連接的乏累計算接受乏累許用應力法進行。在GB-17-18的乏累計算中接受容許應力范圍方法；應力按彈性狀態計算。容許應力范圍按構件和連接類別以及應力循環次數確定。如表1所示(見資料）。IWS-3/3.9-8/183動載焊接結構的設計同時還規定：（1）在應力循環中不出現拉應力的部位可不計算乏累強度；（2）本計算不適用于特殊條件（如構件表面溫度高于150℃，構件處于海水腐蝕環境，焊后熱處理消退焊接殘余應力以及低周高應變乏累條件等）的結構元件及其連接的乏累計算。IWS-3/3.9-8/183動載焊接結構的設計標準中規定對常幅乏累（全部應力循環內的應力范圍保持常量），應按下式進行計算：△σ≤[△σ]式中：△σ--對焊接部位為應力范圍對非焊接部位為折算應力范圍[△σ]--常幅乏累的容許應力范圍（Mpa）應按下式計算：式中：n--應力循環次數；c、β-常數，依據表1中的類別按表2計算。IWS-3/3.9-8/184動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-13/29對于重級工作制吊車梁和重級、中級工作制吊車桁架的乏累，可作為常幅乏累按下式計算：

式中：af—欠載效應的等效系數（按表3接受）---循環次數n為2×106次的容許應力范圍（按表4接受）IWS-3/3.9-5/184動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-13/29

對變幅乏累（按應力循環內的應力范圍隨機變更），若能測出結構在運用壽命期間各種載荷的頻率分布、應力范圍水平以及頻次分布總和所構成設計應力譜，則可將其折算為等效常幅乏累，并按下式進行計算：式中：△σe---變幅乏累的等效應力范圍，IWS-3/3.9-5/184動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-13/29△σe按下式確定：[Δσ]i—第i級應力范圍；—以應力循環次數表示的結構預期運用壽命；ni—預期壽命內應力范圍水平達到[Δσ]i的應力循環次數。IWS-3/3.9-5/183動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-9/29（二）歐洲鋼結構協會（ECCS）的鋼結構乏累設計規范本規范為承受乏累載荷鋼結構的評估、制造、檢查和修理，供應了系統的原理和方法，該文稿受到在相關領域工作的大多數國際組織的審核，并已作為“第三本歐洲規范”“Eurocode3”鋼結構設計一書第九章“乏累”的基本資料。結構可以承受應力循環次數取決于：公稱應力范圍及特定結構構件的微小環節類型。具體地講可以解析地以下式表示：（用于強度低于700Mpa的材料）IWS-3/3.9-11/183動載焊接結構的設計

式中：ΔσR---本規范中給出的在給定應力循環次數下，以應力范圍定義的乏累強度（如圖18所示）。rm和rs分別為考慮乏累強度和載荷的平安系數。對乏累強度ΔσR選取的平安系數rm，應反映由于局部應力集中、微小環節尺寸、冶金效應、剩余應力、裂紋形態和焊接工序變更等而造成的給定結構微小環節的乏累強度不穩定性。rs與構件設計中所選用的載荷大小、應力循環次數、設計應力譜的等效常幅化有關。該二系數rm、rs適用于在設計中依據結構特性取值，但不應小于1。IWS-3/3.9-12/183動載焊接結構的設計IWS-3/3.9-12/183動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-9/29該圖中在雙對數坐標上繪出一平行等距直線表示的不同接頭類型的乏累強度，即把縱坐標刻度分為20級（在100－1000Mpa之間），每一級大約有12％的乏累強度區分。具體可用下式表達：

式中的ΔσR可由表５查出。IWS-3/3.9-12/183動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-9/29要說明的是：第一：表中的微小環節類型號（如160,140…）是壽命為N=2×106次應力循環時ΔσR的值。它與表4-6的微小環節類型號相呼應；另外把圖１８中的常幅乏累極限定義為壽命為5×106次應力循環時的乏累強度，當構件全部應力范圍低于該常幅乏累強度時。無需進行乏累計算。其次：截止限定義壽命為10８次應力循環時的乏累強度，全部低于截止限的應力范圍。可略去不計。

IWS-3/3.9-12/184動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-9/29第三：圖中各乏累強度的平行線。其m值為３。另外，圖中乏累強度曲線是以板厚為１５mm的式樣試驗獲得的。當板厚超過２５mm時。可用下式估算強度。

式中:ΔσRc---微小環節校正后的乏累強度；ΔσR――未經校正過的的乏累強度。B--板厚（mm）。IWS-3/3.9-5/184動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-9/29第四，切應力乏累強度曲線，通常此種乏累失效時裂紋擴展是沿角焊縫截面（最大高度。截面）進行的，此時m取為５，截止限仍為108次應力循環，但沒有常幅乏累限，如圖19所示。表11為切應力乏累強度ΔτR的數值IWS-3/3.9-5/184動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-9/29設計應力范圍Δσe,可接受Miner的累加法則計算式中：K—為應力譜中不同應力范圍的總數；ni—對應于應力范圍的Δσi應力循環次數；N—設計壽命期間內全部應力范圍下的循環數的總和；Δσi—第i級應力范圍值。IWS-3/3.9-5/184動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-9/29留意本規范只適用于屈服點低于700Mpa的各種等級的結構鋼，規范不適用于低周-高應變乏累；即任一標稱應力范圍超過屈服點σS的1.5倍時，不能接受本乏累評估程序。另外本規范沒有考慮由于腐蝕而引起的乏累強度降低，服役溫度高于150℃的結構也不能接受本規范進行乏累評估。IWS-3/3.9-5/184動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-9/29（三）國際焊接學會的循環加載焊接鋼結構的設計規范(IIW.Doc639-81)該乏累強度設計規范適用于焊態的屈服點低于700Mpa的碳鋼、碳錳鋼和細晶粒鋼調質鋼材的焊接接頭。它不針對某一具體產品，也不適用在嚴峻腐蝕介質下工作的焊接構件。該規范的動身點是焊接結構的乏累壽命依靠于結構內各焊接接頭的乏累強度，而焊接接頭的乏累強度主要確定于施加的應力范圍和接頭類別所確定的應力集中狀況。IWS-3/3.9-5/184動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-9/291、乏累強度評定程序首先依據載荷的歷程編制結構工作狀態的各個接頭的應力譜，再依據本規范供應的相關曲線，接受適當的損傷累積理論方法計算在此工作應力譜下各個接頭的乏累壽命，則可以考慮接受本接頭形式、類別。應當指出，對于應力范圍保持不變的常幅載荷，作為特例其計算程序為把本標準的各有關S-N曲線所給定的壽命與需求的壽命干脆進行比較。推斷接頭接納與否的程序流程為：IWS-3/3.9-5/184動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-9/29IWS-3/3.9-5/184動載焊接結構的設計IWE-T/3.3-9/2912、程序中主要內容（1）應力計算:接頭中的應力一般就為法向應力，在焊縫旁邊如有開孔、拐角應力集中因素時，計算中應予考慮。這是因為在本規范的接頭內型中未考慮這一因素。（2）S-N曲線:本乏累設計規范的數據是建立在焊接試樣的常幅乏累試驗基礎上的，S-N曲線一雙對數坐標表示，其關系式為