3改善焊接结构疲劳强度的工艺方法
焊接接头疲劳裂纹一般启裂位置存在于焊根和焊趾两个部位，如果焊根部位的疲劳裂纹启裂的危险被抑制，焊接接头的危险点则集中于焊趾部位。许多方法可以用于提高焊接接头的疲劳强度，①减少或消灭焊接缺欠特别是开口缺陷；②改善焊趾部位的几何形状降低应力集中系数；③调节焊接残余应力场，产生残余压缩应力场。这些改进方法可以分为两大类，如表1所示
焊接过程优化方法不仅是针对提高焊接结构疲劳强度而考虑，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不多赘述。
表1焊接结构疲劳强度的改善方法
下面从工艺方法角度考虑分三部分详细论述改善焊接接头疲劳强度的主要方法。
3.1改善焊趾几何形状降低应力集中的方法
3.1 .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。
3.1 .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。3.1 .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）r/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。3.1 .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。
3.2调整残余应力场产生压缩应力的方法
3.2.1预过载法
假如在含有应力集中的试样上施加拉伸载荷，直到在缺口处发生屈服，并伴有一定的拉伸塑性变形，卸载后，载缺口及其附近发生拉伸塑性变形处将产生压缩应力，而在试样其它截面部位将有与其相平衡的低于屈服点的拉伸应力产生。受此处理的试样，在其随后的疲劳试验中，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，因此它可以提高焊接接头的疲劳强度。研究结果表明，大型焊接结构（如桥梁、压力容器等）投入运行前需进行一定的预过载试验，这对提高疲劳性能是有利的。
3.2.2局部加热
采用局部加热可以调节焊接残余应力场，即在应力集中处产生压缩残余应力，因而对提高接头疲劳强度是有利的。这种方法目前限用于纵向非连续焊缝，或具有纵向加筋板的接头对于单面角接板，加热位置一般距焊缝约为板宽的1/3，对于双面角接板情况加热位置为板件中心。这样可以保证在焊缝内产生压缩应力，从而可以提高接头的疲劳强度。不同研究者应用该方法得到的效果有所不同，对单面角接板，提高疲劳强度145%-150%，对双面角接板，提高疲劳强度70%-187%，。
局部加热位置对接头的疲劳强度有重要的影响，当点状加热是在焊缝端部处两则进行时，则在焊缝端部的缺口处引起了压缩残余应力，结果疲劳强度提高53%；但是当点状加热是在焊缝端部试样中心进行时，距焊缝端部距离是相同的，这虽然产生了同样的金相组织影响，但由于残余应力为拉伸残余应力，则所测量到的接头疲劳强度与非处理试样相同。
3.2.3挤压法
局部挤压机制与点状加热方法相同，即均是靠压缩残余应力提高接头疲劳强度。但是其作用点是不同的，挤压位置应位于需要产生残余压缩应力的位置。高强钢试样采用挤压法其效果比低碳钢更为显著。
3.2.4 Gurnnerts方法
由于有时难以准确地确定局部加热法的加热位置和加热温度，为了获得满意效果，Gunnert提出一种方法，该方法的要点是直接向缺口部位而不是附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表面上产生压缩应力。藉此压缩应力即可提高构件的疲劳强度。需要注意的是：为了使底层亦达到加热目的，加热过程要缓慢些，Gunnert建议加热时间为3min，而Harrison建议加热时间为5min.
Ohta采用此方法成功的防止了对接管道内部产生疲劳裂纹。具体方法是管道外部采用感应法加热，里面用循环水冷却。因此在管道内部产生了压缩应力，因而有效地防止了疲劳裂纹在管道内部产生。处理后对接焊缝管道的疲劳裂纹扩展速率大为降低，达到与母材相同的裂纹扩展速率。
3.3降低应力集中和产生压缩应力兼二有之的方法
3.3 .1锤击法
锤击法是冷加工方法，其作用是在接头焊趾处表面造成压缩应力。因此，本方法的有效性与在焊趾表面产生的塑性变形有关；同时锤击还可以减少存在的缺口尖锐度，因而减少了应力集中，这也是大幅度提高接头疲劳强度的原因。国际焊接学会推荐的气锤压力应为5~6Pa.锤头顶部应为8~12mm直径的实体材料，推荐采用4次冲击以保证锤击深度达0.6mm.国际焊接学会最近的工作表明，对于非承载T形接头，锤击后其2×106循环下接头疲劳强度提高54%.
3.3 .2喷丸
喷丸是锤击的另一种形式，也属冲击加工的方法。喷九的效果依赖于喷丸直径尺寸，喷丸尺寸不应过大，以使其能处理微小的缺陷。同时，喷丸尺寸亦不应过小，以保证一定的冷作硬化性能，喷丸一般可在表面上的千分之几毫米的深度上发生作用。研究结果表明，喷丸能显著地提高高强钢接头的疲劳强度，喷丸对氩弧焊高强钢材料具有突出的效果，其程度甚至高于TIG熔修。同时TIG熔修配以喷丸锤击，则其效果更为显著。
责任编辑：xiaohan
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