《耐候钢桥梁焊缝区腐蚀疲劳性能试验研究》

作者：周建庭，杨俊，张洪，范亮

期刊：中国公路学报

摘要耐候钢桥梁可以免除后期涂装维护，降低全生命周期成本，但焊接接头位置容易出现局部腐蚀，进而诱发疲劳开裂。本文针对桥梁常用 Q350NQ 耐候钢焊接接头，开展加速腐蚀环境下疲劳加载试验，观测焊缝区腐蚀形貌、裂纹萌生位置，得到腐蚀损伤后的 S‑N 疲劳曲线。结果表明：焊缝热影响区是腐蚀疲劳薄弱部位；腐蚀时间增加会显著降低接头疲劳寿命；打磨焊缝、改善焊缝成型质量可以有效延缓腐蚀疲劳裂纹产生。研究成果可为无涂装耐候钢钢桥的细节构造和养护评估提供依据。

AbsraWeathering steel bridges can omit painting maintenance and reduce whole‑life‑cycle cost, yet local corrosion at welded joints may induce fatigue cracking. Accelerated‑corrosion fatigue tests are conducted on Q350NQ weathering‑steel welded joints for bridges. Corrosion morphology and crack initiation position are observed, and S‑N fatigue curves after corrosion damage are obtained. Results reveal that the heat‑affected zone of welds is the weak zone for corrosion‑fatigue performance. Corrosion duration significantly reduces joint fatigue life. Weld grinding and better weld forming can delay crack initiation. The findings support detail design and maintenance assessment for unpainted weathering‑steel bridges.

一、研究背景

1. 耐候钢依靠自身锈层保护基体，在公路钢桥中应用逐年增多，适合维护条件差的野外桥梁。
2. 焊缝及热影响区金相组织不均匀，锈层难以致密连续，成为腐蚀疲劳破坏高发位置。
3. 现有规范缺少腐蚀环境下耐候钢焊缝疲劳寿命的量化数据，直接套用普通钢材疲劳曲线偏不安全。

二、研究内容

（一）试件制备与加速腐蚀‑疲劳耦合试验

加工对接焊缝、角焊缝两类耐候钢接头，采用盐雾加速模拟自然大气腐蚀，之后开展疲劳循环加载，记录裂纹萌生寿命与断裂破坏形态。

（二）破坏特征分析

大部分疲劳裂纹起源于焊缝热影响区表面腐蚀凹坑；腐蚀时长越大，表面蚀坑越深，裂纹萌生周期大幅缩短。

（三）改善措施对比

对比原始焊缝、简单打磨焊缝两种工艺，打磨处理能够消除焊缝表面缺口与蚀坑，疲劳寿命提升约 25%~40%。

三、主要结论与工程建议

1. 耐候钢桥梁焊缝热影响区是腐蚀疲劳的关键薄弱区域，不能只关注母材耐候性能。
2. 多雨、盐雾沿海环境，建议对关键受力焊缝做打磨处理，改善表面成型质量。
3. 既有耐候钢桥梁检测时，重点排查焊缝热影响区蚀坑，蚀坑深度超过限值应及时采取加固处置