什么是焊接钢的疲劳？

疲劳导致 90% 以上的工程部件与焊接钢部件发生故障。固定设备的疲劳是一个巨大的问题，然而，它在移动设备中至关重要，因为移动设备会承受不可预测的负载，从而使它们容易发生疲劳故障。

什么是疲劳？

当您在单次应用中反复移除并重新施加强度不足的载荷时，焊接钢材就会出现疲劳。当载荷超过某个阈值时，会在钢材上产生微观裂纹，裂纹逐渐达到临界尺寸并意外扩展，导致结构失效。诸如未熔合、形状和未穿透等几个因素会影响结构的疲劳寿命。在焊接钢中，设计缺陷为裂纹形成提供了理想场所。总的来说，疲劳失效发生得很快，没有启动阶段。

什么是疲劳寿命？

工程中的疲劳寿命一词是指在结构失效发生之前焊接钢材可以承受的应力循环次数。在处理钢材时，工程师总是使用应力大小的理论值，低于该值时，无论应力循环次数如何，钢材都将发挥最佳性能。

测试焊接钢材疲劳寿命的工程师主要关注变形、内部缺陷、焊接技术和焊趾处的应力集中。

在焊接钢结构和设备的失效识别中，常见的失效类型有两种：

1. 静态故障 – 静态故障始于明显的塑性变形，您可以轻松检测并进行适当修复。静态故障很少会导致突发的灾难性事故。
2. 疲劳失效 – 疲劳失效通常始于微观裂纹，这些裂纹的尺寸逐渐增大，从而降低了某个区域的承载效率。未能及早发现裂缝通常会导致突然的灾难性结构和设备故障。

焊接钢材的疲劳

在过去的几十年里，工程师们花费了大量时间研究焊接钢材的疲劳失效，同时投入时间和精力开发一个能够预测使用寿命并减少结构失效数量的系统。

由于疲劳相关故障的灾难性，工程师使用不同的非破坏性技术来检查和测试疲劳轨迹，例如目视检查和超声波成像等。然而，帮助预防与疲劳相关的灾难的主要成就集中在解决焊缝设计和制造中的疲劳问题的焊接技术上。

焊接改进技术

焊接本质上会降低钢制零件和结构的疲劳寿命，这给设计带来了持续的挑战。设计师和工程师使用不同的技术来增加焊接钢的疲劳寿命和强度，从而减少与疲劳相关的结构失效。它们包括：

焊趾打磨技术

毛刺磨床使用高速气动磨床，其移动速度高达 40,000 rpm。毛刺打磨去除表面缺陷并将焊缝金属与底板混合，从而使焊缝具有减少局部应力集中的形状。该工艺的重点是去除焊趾处的缺陷和底切。

圆盘打磨机通过去除夹杂物和底切来修改焊缝形状。与毛刺磨床相比，它速度更快，因此更具成本效益，但也会留下磨痕，这些磨痕是疲劳裂纹的起始点。圆盘磨削将疲劳事故的风险降低了 20% 到 50%，这比使用毛刺磨削的风险要低。

焊趾重熔技术

焊趾重熔技术将焊缝区域熔化到较浅的深度，大大提高了焊缝的疲劳强度。重熔过程使用等离子焊接设备或钨惰性气体 (TIG)。这种技术的主要缺点是没有检查标准来帮助您评估过程是否令人满意。

喷丸方法

将两种材料焊接在一起会因焊缝冷却后的收缩而产生残余拉伸应力，从而削弱钢材的疲劳强度。提高疲劳强度的一种方法是引入残余压应力，效果较好。

钢笔技术引入压应力；这是一个冷加工过程，用工具或小金属球撞击表面，产生塑性变形。最终，Penning 工艺提高了疲劳强度，从而获得更高的钢强度。

减压方法

与喷丸方法不同，应力消除方法可以减少收缩产生的拉伸残余应力。应力消除技术侧重于改进焊接程序和控制使焊缝变形的温度。

许多行业、制造商和工具都使用焊接钢作为零件。了解导致设备故障的内部因素对于设计过程至关重要。使用焊接钢材的设计师可以制造从一开始就解决疲劳问题的机械。如果您有制造或焊接需求，请联系 Swanton Welding。我们的创新技术和专业焊工每次都会为您提供出色的产品。