1、焊接结构的疲劳损伤
大量统计表明，80%以上的工程结构失效是由疲劳引起的。 根据提交给美国国会的研究报告，美国每年为骨折和预防骨折支付1190亿美元，相当于国民经济总产值的4%。 统计显示，绝大多数骨折是由疲劳引起的。
美国有几座桥梁在靠近焊缝末端的焊趾处出现疲劳裂纹，如图2-53所示。 如图所示，裂纹处存在较高的应力集中。 在荷载作用下，腹板的平面位移集中在较窄且无支撑的腹板高度上，即腹板从翼缘到加强筋底部的高度（阴影区域），导致腹板开裂。 。
疲劳被定义为由重复应力引起的裂纹的萌生和缓慢扩展，导致结构部件损坏。 疲劳断裂过程通常经历裂纹萌生、稳定扩展和不稳定扩展三个阶段。
(1)疲劳断裂特征
对疲劳断裂进行宏观分析时，一般将断裂分为三个区域，分别对应疲劳裂纹形成、扩展和瞬时断裂三个阶段，分别称为疲劳源区、疲劳扩展区和瞬时扩展。 区域，如图2-54所示。
疲劳源区是疲劳裂纹形成过程在断口表面留下的真实记录。 由于疲劳源区一般很小，很难从宏观上区分疲劳源区的截面特征。 疲劳源一般总是发生在表面，但如果构件内部存在缺陷，如脆性夹杂物等，也可能发生在构件内部。 有时疲劳源不止一种，但也有两种甚至两种以上。 对于低周疲劳，应变幅较大，并且往往有多个疲劳源位于断裂表面的不同位置。
疲劳裂纹扩展区是疲劳断口表面最重要的特征区域。 其宏观形态特征常表现为贝壳状或海滩状波纹条纹，条纹推进线一般从裂纹源向周围推进，呈弧形线，与疲劳裂纹扩展方向垂直。 其微观特征是疲劳裂纹，又称疲劳条纹，每个壳纹中有数万条。 它通常是明暗交替的平行条纹的规则图案。 一般来说，每个条带代表一个负载周期。 疲劳条纹的间距在0.1-0.4Уm之间。 一般来说，面心立方金属（如铝、铝合金、不锈钢）的疲劳条纹是比较清晰、明显的。 体心立方金属和密排六方结构金属的疲劳条纹远不如前者明显。 例如，钢材的疲劳条纹较短且不连续，轮廓不明显。
另外，从宏观上看，有些构件，特别是薄板，其断口表面没有明显的贝壳状花纹，但有明显的疲劳台阶。 在独立的疲劳区内，两个疲劳源向前扩展并相遇形成疲劳台阶。 因此，疲劳台阶也是疲劳裂纹扩展区的一个特征。
瞬时断裂区（或最终断裂区）是疲劳裂纹扩展至临界尺寸后发生的快速断裂。 其特征与静载拉伸断裂中快速破坏的径向区和剪切唇相同，但有时只出现剪切唇而没有径向区。 对于非常脆的材料，该区域是结晶脆性断裂。
(2)影响焊接结构疲劳强度的因素
影响母材疲劳强度的因素（如应力集中、截面尺寸、表面状况、载荷条件等）对焊接结构也有影响。 此外，焊接结构本身的一些特性，如焊缝区域附近接头性能的变化、焊接残余应力等也可能对焊接疲劳产生影响。
(l)应力集中的影响焊接结构中，由于接头处应力集中程度不同，对接头的疲劳强度产生不同程度的不利影响。
(2)近焊缝区域金属性能变化影响的实验研究表明，普通线能量下低碳钢焊接。 热影响区与母材的疲劳强度相当接近，焊缝区附近金属力学性能的变化对接头的疲劳强度影响不大。
(3)残余应力的影响残余应力对结构疲劳强度的影响取决于残余应力的分布状态。 在工作应力较高的区域，如应力集中点、弯曲构件外缘等，残余应力呈拉应力，降低了疲劳强度； 反之，如果存在残余压应力，则疲劳强度增加。 此外，残余应力对疲劳强度的影响还与应力集中程度、应力循环次数等因素有关。 特别是应力集中系数越高，残余应力的影响越显着。
(4)缺陷的影响焊接缺陷对疲劳强度的影响与缺陷的类型、尺寸、方向和位置有关。 片状缺陷（如裂纹、未熔合、未焊透）比圆角缺陷（如气孔）影响更大； 表面缺陷比内部缺陷影响更大； 位于应力集中区域的缺陷比位于均匀应力场的缺陷影响更大。 缺陷影响较大； 垂直于受力方向的片状缺陷比其他方向影响更大； 位于残余拉应力区域的缺陷比位于残余压应力区域的缺陷影响更大。
(3)提高疲劳强度的措施
1.减少部件应力集中
结构中的应力集中是降低焊接结构疲劳强度的最重要因素。 一般采取以下措施。
(1)采用合理的部件结构形式，减少应力集中，提高疲劳强度。
(2)合理选择接头形式，尽量采用应力集中系数小的对接接头，焊缝形状过渡平缓。 对于振动载荷来说，采用连续焊缝比断续焊缝更有优势，并且应尽量少用角焊缝。
(3)采用角焊缝时钢材脆性破坏与构件，必须采取综合措施，如对焊缝端部进行机械加工、合理选择角板形状、保证角焊缝根部焊透等。
(4)采用表面加工消除焊缝内部及周围的各种坡口，以减少接头的应力集中。
2、提高焊接结构疲劳强度的工艺措施
(1)工艺上应正确选择焊接规范，保证焊缝成形良好，无内部或外部缺陷。
(2)TIG焊电弧整形可以大大提高焊接接头的疲劳强度。
(3)调整残余应力。 方法有两类：对结构和部件进行整体处理，包括整体退火或过载预拉伸； 接头局部处理，即在接头的某一部位采用加热、滚压、局部爆炸等方法，使接头处应力集中。 出现残余应力。
(4)表面强化处理，提高材料的机械性能。 用小轮挤压或用锤子敲击焊缝表面和过渡区，或用小钢丸喷射焊缝区，以提高接头的疲劳强度。
3、采取特殊防护措施
采用特种塑料涂层来改善焊接接头的疲劳性能是一项新技术，其效果显着。
2、焊接结构的脆性断裂
由于焊接结构得到广泛应用，许多国家都发生过焊接结构脆性断裂事故，其后果严重甚至是灾难性的。 英国原子能机构和联合国技术委员会联合调查结果显示，生产中的12700个压力容器发生的灾难性事故大部分为脆性断裂，事故率为2.3×10~4； 台湾在役压力容器中，灾害事故发生率为0.7×10~4起，伤害事故发生率为12.5×10~4起，合计13.2×1O~4起。 在众多严重事故中，最典型的例子是1938年3月14日比利时运河上的一座桥梁倒塌。
(1)脆性断裂特征
(1)脆性断裂一般在应力不高于结构设计应力且没有明显塑性变形时发生，并延伸至整个结构，造成严重损失。
(2)脆性断裂常常从应力集中点开始，如构件和焊缝中的缺陷。
(3)在低温、厚截面和高应变率下，即动载荷作用下，极易引起脆性断裂。 对大量脆性断裂事故的研究表明，造成焊接脆性断裂的原因很多，但主要是材料选择不当、设计不合理、制造工艺和检验技术不完善等。
(2)影响金属脆性断裂的因素
1、温度对损伤模式的影响
降低温度会使失效模式从塑性失效转变为脆性失效。 这是因为随着温度降低，解理断裂的风险增大，材料会由韧性断裂向脆性断裂转变，即材料的脆性转变温度升高。
2、应激状态的影响
当物体受到外载荷时，不同截面上会产生不同的法向应力б和剪应力т，其中存在最大法向应力бmax和最大剪应力тmax。 бmax和тmax及其比值бmax/тmax与加载方式有关。 a=бmax/тmax称为应力状态系数，与加载方式和零件形状有关。 б 的增大应力状态有利于因塑性变形剪应力而发生延性断裂，而 б 的减少则有利于因正应力而发生脆性断裂。
3、加载速度的影响
研究表明，增加加载速度会促进材料的脆性破坏钢材脆性破坏与构件，相当于降低温度。 还应该指出的是，在相同的加载速率下，当结构存在缺陷时，应变速率会产生加倍的不利影响。 由于此时应力集中，材料的局部塑性大大降低。
4、物质状态的影响
(1)板厚的影响：首先，厚板在缺陷处容易形成三维应力的平面应变状态。 另外，厚板轧制次数少，结构疏松，内外性能不均匀。
(2)晶粒尺寸的影响。 晶粒尺寸对脆性转变温度影响很大。 晶粒越细，转变温度越低。
(3)化学成分的影响。 钢中的C、N、O、H、S、P等元素会增加钢的脆性。
