熔接接合的疲勞限度

在固定強度 σ _e 或 τ _e 下，所選類型、設計、材料和接合負載的螺栓連接的的更正疲勞極限，由以下公式決定：

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

其中：

	σ' e	所選材料測試條的基本疲勞限度 [MPa, psi]。
	k a	表面係數 [-]。
	k b	大小係數 [-]。
	k c	可靠性係數 [-]。
	k d	作業溫度係數 [-]。
	k e	修改的應力集中係數 [-]。
	k f	其他影響係數 [-]。

1. 基本疲勞極限 σ' _e

如果沒有可用的所選熔接接合材料的材料測試結果，並且不知道基本疲勞限度的確切值，則可以估算其值。此計算可使用以下經驗公式設計基本疲勞限度：

σ' _e ≈ 0.5 S _U - 用於反向彎曲

σ' _e ≈ 0.4 S _U - 用於反向牽引 - 壓力

σ' _e ≈ 0.28 S _U - 用於反向扭轉 (剪切)

S u

極限抗拉強度 [MPa、psi]

2. 表面係數 k _a

為描述疲勞限度對表面品質的從屬性，疲勞負載零件的疲勞強度會隨著表面品質的增加而增加。對於高品質的材料，此影響更明顯。根據材料強度並針對各種加工表面，使用經驗曲線描述表面質量對耐久極限的影響。

以下標準品質熔接接合曲線用於決定 ka 係數。

3. 大小係數 k _b

接合大小不會影響負載反向拉力 - 壓力的熔接接合的疲勞強度。因此，此類負載的大小係數為 k _b = 1。

當接合負載反向彎曲或扭轉 (剪切) 時，接合大小會對其疲勞強度產生顯著影響。強度會隨著接合尺寸的增加而降低。

只有透過對指定的熔接接合進行複雜的實驗性疲勞測試，才能決定熔接大小與接合疲勞強度之間的確切關係。這實際上是不可能的。因此，制定出了一個簡化的理論程序。該程序是根據對不同直徑的平滑測試條進行的試驗疲勞測試得出的。此程序根據可以為特定熔接剖面指定相應測試條的虛擬比較直徑的理論來估算 k _b 係數的近似大小。

以下是用於決定 k _b 係數的計算公式。

	- 英制單位
	- 公制單位

必須遵循以下原則：

k _b ≥ 0.6

k _b = 1 用於

其中用到一個公式來計算虛擬比較直徑：

4. 可靠性係數 k _c

此係數表明作業中所需接合可靠性對疲勞強度值的影響。係數值在 <0.5 ... 1> 範圍內，並且可靠性需求增加時此係數減小。k _c = 1 值對應於 50% 的可靠性，即負載指定疲勞負載的熔接接合發生故障的可能性為 50%。

在一般機械實踐中，機械零件的可靠性通常為 95%。如果接合故障可威脅人類生命，或造成重大經濟損失，則所設計的熔接接合必須具有更高的可靠性。

5. 作業溫度係數 k _d

作業溫度對疲勞限度的影響在很大程度上取決於所用材料的性質。常用的結構鋼 (工作溫度範圍大約在 -20 到 200°C 之間) 的疲勞極限受溫度的影響不大，因此可使用係數 k _d = 1。

考量高溫下疲勞故障的設計是一個複雜的問題，因為通常會出現蠕變、疲勞和冶金不穩定性的交互作用。有關此問題的理論資訊尚不夠完備。使用實驗測試結果，可以很好地決定 k _d 係數。

6. 修改的應力集中係數 k _e

出現由熔接槽口影響引起的熔接接合為負載疲勞時，接合中會出現高度局部應力集中現象。這些集中會大大降低接合疲勞強度。修改的應力集中係數由 k _e = 1/K 公式來決定，其中疲勞強度降低係數 K 取決於熔接類型、造型、設計、熔接品質以及熔接接合負載。以下是適用於所選熔接類型和熔接負載的應力集中係數建議值。

熔接類型、負載方式	K
承受折彎和拉力 - 壓力負載的對接端熔接	1.2
承受扭力 (剪力) 負載的對接端熔接	1.8
雙面對接熔接 T 型接合	2.0
承受互垂負載的填角熔接	1.5
負載平行於熔接軸線的填角熔接	2.7

考量出現局部應力集中時，熔接接合最危險的部分是熔接與基本材料的結合部。因此，如果熔接接合承受疲勞負載，請注意使用合適的熔接設計，並對過渡面進行最適當的切削。錯誤熔接的對接熔接根部或填角熔接根部中的未熔接間隙會對熔接疲勞壽命造成十分不利的影響。設定應力集中大小係數時，應考量熔接設計的品質。

7. 其他影響係數 k _f

此係數中包括可能會降低或增加熔接接合疲勞強度的所有其他影響 (例如腐蝕影響)。