应力比

物理化学作用机理

在交变载荷下，应力在最大值 σ_max 和最小值 σ_min 之间周期性波动。应力比 R = σ_min / σ_max（带符号）描述了这种波动围绕平均应力的程度。如果 R 为负，应力方向交替变化（拉-压交变）。如果 R 等于零或为正，应力保持在拉或压范围内。在相同的应力幅下，R 越大，平均应力越高。这会促进疲劳裂纹扩展，因为裂纹尖端的卸载程度减小。

焊接冶金相关性与风险

焊缝冷却后含有较高的拉伸残余应力，可能接近屈服强度。这些残余应力与工作载荷叠加。因此，焊缝区域的局部应力比明显升高。即使构件外部以 R = -1 进行测试，临界焊缝区域的实际应力比往往为 R ≈ 0.3 到 0.5。这会显著降低疲劳强度。如果低估了真实的局部 R 值，焊缝过渡区会提前出现裂纹，特别是在高强钢或厚板中。

车间实践与操作指南

确定应力比时，始终依据构件上的实际载荷序列，而不是理想化的假设。对于未消除残余应力的焊接结构，在寿命计算中至少取 R = 0.5，即使外部载荷是交变的。通过打磨焊缝过渡区、喷丸或 TIG 后处理来降低局部拉应力峰值。这样可以降低平均应力和有效 R 值。对于关键部件，用 X 射线衍射法或盲孔法测量残余应力，以确定真实的 R 值。