焊缝的疲劳极限

恒定强度下螺栓联接的校正疲劳极限 σ _e 或 τ _e 按选定类型、设计、材料和连接载荷来根据以下公式确定：

σ _e = σ' _e k _a k _b k _c k _d k _e k _f [MPa, psi]

其中：

	σ' e	选定材料所制测试棒的基本疲劳极限 [MPa, psi]。
	k a	表面系数 [-]。
	k b	尺寸系数 [-]。
	k c	可靠性系数 [-]。
	k d	操作温度系数 [-]。
	k e	应力修正系数 [-]。
	k f	其他影响系数 [-]。

1. 基本疲劳极限 σ' _e

如果没有可用的选定焊缝材料的材料测试结果，并且不知道基本疲劳极限的确切值，可以估计其值。使用下面的试验公式进行计算，将得出基本疲劳极限。

σ' _e ≈ 0.5 S _U - 适用于反向弯曲

σ' _e ≈ 0.4 S _U - 适用于反向牵引 - 压力

σ' _e ≈ 0.28 S _U - 适用于反向扭转（剪切）

S u

极限拉伸强度 [MPa, psi]

2. 表面系数 k _a

为了描述曲面质量与疲劳极限之间的关系，将随着曲面质量的提高不断增加疲劳载荷零件的疲劳强度。此效果对于高质量的材料而言并不明显。根据材料强度和各种不同的加工曲面，使用实验曲线描述疲劳极限与曲面质量效果之间的关系。

以下标准质量焊缝的曲线用于确定 ka 系数。

3. 尺寸系数 k _b

焊缝尺寸对承受反向拉力 - 压力的焊缝的疲劳强度没有任何影响。因此，此类载荷的尺寸系数为 k _b = 1。

当焊缝承受反向弯曲或扭转（剪切）时，焊缝尺寸会对其疲劳强度产生很大影响。强度会随着焊缝尺寸的增加而减小。

只有通过对指定的焊缝进行复杂的实验疲劳测试，才能确定焊缝大小与焊缝疲劳强度之间的确切关系。实际上，这是不可能实现的。因此，得出一个简化的理论过程。该过程最初用于在不同直径的平滑测试条上进行试验性疲劳测试。T此过程根据测试条的相应虚拟比较直径可以对特定焊缝截面使用这一原理，估计 k _b 系数大概的大小。

以下是用于确定 k _b 系数的计算公式。

	- 英制单位
	- 公制单位

必须遵循以下规则：

k _b ≥ 0.6

k _b = 1，对于

其中用到计算虚拟比较直径的公式：

4. 可靠性系数 k _c

此系数表明了操作中所需焊缝可靠性对疲劳强度值的影响。此系数位于 <0.5 ... 1> 范围内，并且随着可靠性需求的增加而减小。k _c = 1 值与 50% 可靠性对应，即承载指定疲劳载荷焊缝故障的可能性为 50%。

在一般的机械实践中，机械零件的可靠性通常为 95%。如果焊缝故障可能威胁到人类生命或导致严重的经济损失，则必须设计可靠性较高的焊缝。

5. 操作温度系数 k _d

操作温度对疲劳极限的影响在很大程度上取决于所用材料的特性。常用结构钢（工作温度大约在 -20 到 200°C 之间）的疲劳极限与温度没有太大关系，因此可以使用 k _d = 1 系数。

设计时需要考虑高温下的疲劳故障是个复杂的问题，因为这通常会涉及到塑性变形、疲劳和冶金等多方面因素的交叉作用。有关此问题的理论信息不够完整和充足。使用试验测试的结果，可以很好地确定 k _d 系数。

6. 应力修正系数 k _e

高度的局部应力集中现象会出现在承受疲劳载荷焊缝处，这是由焊缝的槽口效应造成的。这些集中极大地降低了连接疲劳强度。应力修正系数是由 k _e = 1/K 公式得出的，其中疲劳强度降低系数 K 取决于焊缝类型、形状、设计、焊缝质量及焊缝连接载荷。以下是用于选定焊缝类型和焊缝载荷的建议应力集中系数值。

焊缝类型、载荷方法	K
承受弯曲和拉伸（挤压）载荷的正对接焊缝	1.2
承受扭转（剪切）载荷的正对接焊缝	1.8
双边对接 T 型焊缝	2.0
承受垂直载荷的角焊缝	1.5
承受方向与焊缝轴平行的载荷的角焊缝	2.7

在考虑可能会引起局部应力集中时，最危险的焊缝部分是焊缝与基本材料之间的过渡配合。因此，如果焊缝连接处要承受疲劳载荷，请注意使用适当的焊缝设计以及并对过渡表面进行良好的加工。没有焊接好的焊缝根部或角焊缝根部的未接合间隙都会对焊缝疲劳寿命产生不利影响。设置应力修正系数的大小时，应考虑焊缝设计的质量。

7. 其他影响系数 k _f

此系数包含可能减小或增大焊缝连接疲劳强度的所有其他影响（例如腐蚀影响）。