調整殘余應力場產生壓縮應力的方法
(1)預過載法
假如在含有應力集中的試樣上施加拉伸載荷,直到在缺口處發生屈服,并伴有一定的拉伸塑性變形,卸載后,載缺口及其附近發生拉伸塑性變形處將產生壓縮應力,而在試樣其它截面部位將有與其相平衡的低于屈服點的拉伸應力產生。受此處理的試樣,在其隨后的疲勞試驗中,其應力范圍將與原始未施加預過載的試樣不同,即顯著變小,因此它可以提高焊接接頭的疲勞強度。研究結果表明,大型焊接結構(如橋梁、壓力容器等)投入運行前需進行一定的預過載試驗,這對提高疲勞性能是有利的。
(2)局部加熱
采用局部加熱可以調節焊接殘余應力場,即在應力集中處產生壓縮殘余應力,因而對提高接頭疲勞強度是有利的。這種方法目前限用于縱向非連續焊縫,或具有縱向加筋板的接頭。
對于單面角接板,加熱位置一般距焊縫約為板寬的1/3,對于雙面角接板情況加熱位置為板件中心。這樣可以保證在焊縫內產生壓縮應力,從而可以提高接頭的疲勞強度。不同研究者應用該方法得到的效果有所不同,對單面角接板,提高疲勞強度145%~150%,對雙面角接板,提高疲勞強度70%~187%。
局部加熱位置對接頭的疲勞強度有重要的影響,當點狀加熱是在焊縫端部處兩則進行時,則在焊縫端部的缺口處引起了壓縮殘余應力,結果疲勞強度提高53%;但是當點狀加熱是在焊縫端部試樣中心進行時,距焊縫端部距離是相同的,這雖然產生了同樣的金相組織影響,但由于殘余應力為拉伸殘余應力,則所測量到的接頭疲勞強度與非處理試樣相同。
(3)擠壓法
局部擠壓機制與點狀加熱方法相同,即均是靠壓縮殘余應力提高接頭疲勞強度。但是其作用點是不同的,擠壓位置應位于需要產生殘余壓縮應力的位置。高強鋼試樣采用擠壓法其效果比低碳鋼更為顯著。
(4)Gurnnert's方法
由于有時難以準確地確定局部加熱法的加熱位置和加熱溫度,為了獲得滿意效果,Gunnert提出一種方法,該方法的要點是直接向缺口部位而不是附近部位加熱到能產生塑性變形但低于相變溫度55℃的溫度或550℃,然后急劇噴淋冷卻之。由于表層下金屬和其周圍未受噴淋的金屬冷卻的較晚,待其冷卻時收縮將在已冷卻表面上產生壓縮應力。藉此壓縮應力即可提高構件的疲勞強度。需要注意的是:為了使底層亦達到加熱目的,加熱過程要緩慢些,Gunnert建議加熱時間為3min,而Harrison建議加熱時間為5min。
Ohta采用此方法成功的防止了對接管道內部產生疲勞裂紋。具體方法是管道外部采用感應法加熱,里面用循環水冷卻。因此在管道內部產生了壓縮應力,因而有效地防止了疲勞裂紋在管道內部產生。處理后對接焊縫管道的疲勞裂紋擴展速率大為降低,達到與母材相同的裂紋擴展速率。
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