3.3 焊接接头S-N曲线的特殊性

焊接接头的S-N曲线的特征完全不同于金属材料的S-N曲线的特征，认识到这一特殊性很重要。

3.3.1 母材的屈服强度对焊接接头疲劳强度的影响

英国焊接研究所的试验数据证明了母材本身的屈服强度对于焊接接头疲劳特性的影响不明显^[3]。图3-4给出了该图右上方所示的焊接接头的疲劳试验结果。试验过程中，焊接接头分别使用了不同屈服强度等级的结构钢作为母材：＜350MPa，350～400MPa，400～550MPa，670～730MPa。从这些试验数据中可以看出，尽管母材的屈服强度从350MPa变化到730MPa，但是这些S-N曲线均分布在同一窄带之中。这些试验数据本身具有一定说服力，下面在力学层面上对这一现象给出解释。

首先，焊接母材的屈服强度从350MPa变化到了730MPa，它们的其他材料性能没有改变，例如杨氏模量、泊松比，这就意味着在应力与应变的拉伸图上，除了屈服强度有高低之分外曲线斜率没有改变。因此对给定的焊接接头来说，在疲劳载荷也给定的前提下，虽然母材屈服强度的指标改变了，但是并不改变它的名义应力或应力集中的分布，于是根据后面将要介绍的疲劳寿命的计算公式可以看出，因名义应力或应力集中分布不变，它的疲劳寿命或疲劳强度也不会改变。所以当仅考虑疲劳强度这个指标时，试图通过提高母材的屈服强度来提高其抗疲劳能力的目的将不可能达到。

图3-4 母材屈服强度对S-N曲线数据影响的试验数据

3.3.2 焊接接头S-N曲线具有相同的斜率

关于焊接接头S-N曲线的特殊性，还有另外一个完全不同于金属材料S-N曲线的特征。图3-5的上方给出了两个同样金属材料的S-N曲线数据对比，一个是光滑试件，一个是有缺口的试件。试验结果表明它们的S-N曲线数据的斜率不同。然而这种现象并没有在焊接接头的疲劳试验中出现，大量的统计数据反而表明焊接接头的S-N曲线数据中至少在寿命区间内有趋于一致的S-N曲线斜率。图3-5下方给出了两个焊接接头的S-N曲线数据，虽然接头的几何形状完全不同但是斜率却相同。

在英国标准（BS 7608）、国际焊接学会（IIW）等标准中，给出了一批焊接接头的S-N曲线数据。它们的几何形状不一样，但是所有的S-N曲线却有相同的斜率。这也可以从计算焊接接头疲劳寿命数学公式中给出解释[4]。例如IIW给出的疲劳寿命计算公式是：

Δσ^mN=C （3-1）

式中 N——疲劳寿命；

Δσ——应力变化范围；

m——S-N双对数坐标系上的S-N曲线反向斜率；

C——取决于焊接接头类型的试验常数。

图3-5 金属材料的S-N曲线斜率与焊接接头S-N曲线斜率的对比

由于不同的焊接接头有不同的常数值，因此式（3-1）给出的是一系列斜率相同且互相平行的S-N曲线族。关于这一点，后面还将看到这也是由裂纹扩展规律所决定的。另外，在文献中还指出：不同的熔焊方法对S-N曲线数据的影响也很小^[5]。