焊接接頭的應(yīng)力集中及其對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

1、| 維普資訊 n ttp:研究與應(yīng)用焊縫的幾何尺寸中.側(cè)面角刊和過渡半徑卩采用在 投影儀上放大嗚倍石測(cè)星*貝:余尺寸用焊縫專用測(cè)址 E具直按測(cè)城，測(cè)嚴(yán)的統(tǒng)什平均值如衷2所示"r、尺寸接蟲形Ap&tJn正常余崗對(duì)接1, S?10,451.03144. 140商金離對(duì)接3.61譏780. 6312440單面煤堪血鍛形L. 3510. 82.455. 7斗0十字接頭6J>35.930.73)25 844P 63. 79盍2 焊縫幾何尺寸統(tǒng)計(jì)平均值注：我中物理駅禽文見圖1和圖乙崔為未焊透圧度。a理論應(yīng)力集中系數(shù)計(jì)算原理本文采用后川理和中山英治的有限元計(jì)算法，并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修

2、正，所得應(yīng)力集中系數(shù)如龍3所示.曲1悍繾形式民尺寸z焊縫幾何尺寸的測(cè)量方it及測(cè)量結(jié)果焊縫兒何尺寸-的測(cè)駅璉在圖2所示的帥向疲勞試樣 的網(wǎng)個(gè)制面上進(jìn)行的.網(wǎng)種揮接接頭形式的同種余 高的疲勞試樣是從同塊試板取樣經(jīng)機(jī)加匸制城的*這 樣就保證了同-種焊接帶式的廚一種抑強(qiáng)高焊廳的幾何 尺寸是從同-條焊縫的不同截面上測(cè)星的搖頭喑式時(shí)接按頭十字揍頭島'余高正常余序單胸焊氓面成形店力東中系數(shù)2. 13.551,49 L 232.44表3應(yīng)力集中系斟計(jì)算結(jié)果4-單面焊雙面成形對(duì)接接頭應(yīng)力集中系數(shù)的確定從表3可以爰現(xiàn).單面燼雙面壩形對(duì)接接頭由于 “炸曲”（指炸接的表血）和“非焊面f （指沒冇直接燼 接而

3、僅右成形焊趾的“面.即圖3所示小焊趾的一面 焊趾外形尺寸差異較大.使破力樂中系數(shù)出現(xiàn)了兩個(gè)值 （其中較小的一個(gè)值對(duì)應(yīng)于“焊面二 較尢的一個(gè)值對(duì)應(yīng) 于“非焊面為確定哪一個(gè)應(yīng)力集中系數(shù)對(duì)應(yīng)的截 面應(yīng)力最大（即危險(xiǎn)截面人需要進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。假定炸趾外晤是個(gè)理想的惻弧"如圖*所示。（a）材核接頭試樣（M十字接箕試樣圖2疲勞試樣形式及尺寸對(duì)于雙而焊崗余烏、正常余高對(duì)按接久和單面焊咫 面成形的對(duì)接接羹以及十字按頭V種形式的接頭試樣, 毎種分別懺童抽取二根試樣+每根試樣分別取兩個(gè)測(cè)械 面.并哦其平用值怦為該種焊縫的代表幾何尺寸口fi A悔3單面焊規(guī)聞成形對(duì)接接頭簡(jiǎn)化示總圖經(jīng)過il算表明.非焊怡廣過

4、渡處的應(yīng)力最大。故 這種對(duì)接接頭熄取“吊焊面”過渡處的應(yīng)力集中系數(shù)作 曲這種接久的直力集中系數(shù)*這里取1.4%上述計(jì)算盡 管作了一定的假設(shè)，但討定性分折仍是有意義的。www. fnachinist. cam. cn| 維普資訊 n ttp:www. fnachinist. cam. cn| 維普資訊 n ttp:55金舊爐工熱加工www. fnachinist. cam. cn| 維普資訊 n ttp:研究項(xiàng)應(yīng)用 j Research & Application| 維普資訊 n ttp:| 維普資訊 n ttp:二、應(yīng)力集中對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響1-疲勞試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果把用于應(yīng)力集屮系數(shù)測(cè)

5、繪計(jì)算的同-批試禪，在加 載頻率為鈾"血、應(yīng)力比為0 1的條件不進(jìn)行軸向 疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示.4疲勞試驗(yàn)結(jié)黑W5 K 02 xlO11 x 1(?2 x |護(hù)5 X10*去余離-1571201囲94.5390 MPd繳鋁合對(duì)接正常余高129105%單向燼取面成影1為IG393S2.)金(AJ-M«M)接頭髙余誌11 1282.57260. 5側(cè)HI*Al Mg合金對(duì)捲接親14811179.5十字接頭6855),04屮390MH1級(jí)乩盹系鋁合金止常余高對(duì)接接頭相 應(yīng)的焊接規(guī)紙M認(rèn)為其焊縫JL阿尺寸與后音相當(dāng).2-應(yīng)力集中對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響將表4中390MPa鋁合金對(duì)接

6、接頭在指定壽命下的 疲勞強(qiáng)度與表3中相應(yīng)接頭的就力聲中系數(shù)的關(guān)系繪膻 如國(guó)斗所樂曲線q從圖4可看出在指宦壽命下.應(yīng)力集中越嚴(yán).匱* 披勞強(qiáng)度越低；在疲勞壽命較低的情況下+疲勞強(qiáng)度隨 應(yīng)力渠中系數(shù)增大而降低的速度逐新變緩慢，這衷現(xiàn)為圖4疲勞強(qiáng)度與應(yīng)力集屮關(guān)系3-出）曲線b-卜,曲線呈上嚴(yán)打而住疲勞壽命較長(zhǎng)的情況下，疲勞 強(qiáng)度隨應(yīng)力集中系數(shù)堆大麗降低的速庭逐漸變快.表現(xiàn) 為CT-出曲線上凸，如圖4中1 X106次、2xl06次和, xM）6次三條曲線均為這種情況。表4屮3如MF&級(jí)閱皿國(guó)系鋁合金對(duì)接接頭和十字 接頭在曠-出坐拯卜的點(diǎn)太少面不便于畫齟曲線，怛從 表4中可以很容易看出：十字接頭

7、由于應(yīng)力集中較為嚴(yán) 重而使其疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)低于對(duì)接接頭.3.應(yīng)力集中對(duì)疲勞強(qiáng)度的降低因子曲線為了逬一步研究應(yīng)力集中帖疲勞強(qiáng)度的彫響.這電 將捋定壽命下.帶加強(qiáng)高對(duì)接接頭的疲勞強(qiáng)度崎去掉加 強(qiáng)高對(duì)接接頭的掖勞強(qiáng)度之比能文為砲力集屮材疲勞強(qiáng) 度的降低因子，以仔2 -次衍上）表示。町得到如表5 所示的不同加匪高對(duì)接接頭（390MPafK Al-Mg系鋁合 金）在梧定壽命下的疲勞遇度降低闔子：表5疲勞強(qiáng)廣降低因子CF - &0 =(r/rr 上2 x IQS ft1 x 06 次2 x()6 底5淇】筒撫去加遇島正常加強(qiáng)髙|1.5310. B210. 8810l89單離焊L 490. «

8、20.«60. S60” 87高加強(qiáng)高2. 130.710.690.670.64將表3中出與尸的關(guān)系可繪成如圖§所示的0-化 曲線。由表盤及圏戔町知*匝帝余高的疲勞強(qiáng)度降低因 子放大，的在0飛2 0.勢(shì)之間；高余高對(duì)接接頭的疲5X |瀘歡圖亍0-&曲線（下轉(zhuǎn)第刃頁）| 維普資訊 n ttp:| 維普資訊 n ttp:余”舊爐工熱加工Elm帖年第帰斯焊摟與則割www- njschiist com. cn| 維普資訊 n ttp:I金必爐工<WLWIA)Research <t Applictuion研究與應(yīng)甩wwWr fiiacttinisL com. cn

9、| 維普資訊 n ttp:IwwWr fiiacttinisL com. cn| 維普資訊 n ttp:I不銹鋼-制的羞層焊縫盡就采用無飛鍛的焊接方法(例 如埋弧焊、非熔化極氮弧焊等)I對(duì)為碳素鋼的飛澱發(fā) 在復(fù)層表面造成銹悝“(6) 嚴(yán)防碳他或低合金詡焊條焊接在復(fù)涇t或過謹(jǐn) 層焊條炸在復(fù)層囪上。(7) 焊接過渡層時(shí).為減小稀釋率*柱保證焊透的 條件下*直盡町能采用小肯栓焊條*井采用小規(guī)范反極 性進(jìn)行直逋焊、以降低產(chǎn)圧對(duì)過渡層焊縫的稀釋C(8) 址層焊接前仔細(xì)清除坡口邊緣星層坡口上的 飛濺物。何)復(fù)層焊接時(shí)*為保證焊接質(zhì)世.必須控制燼接 鎮(zhèn)輸人應(yīng)釆取多層多道快速不擺動(dòng)焊法.盡駅采用小 的焊掛熱輸

10、人和電流，并快速焊機(jī).毘層焊接時(shí)，不應(yīng) 預(yù)熱和緩拎，有時(shí)甚至采取強(qiáng)制冷卻措施"以盡駅減少 焊縫在400-850M度區(qū)間的停閨曲間防I卜焊縫產(chǎn)生 呃氏體晶界局部貧鐫，析出<7脆性相，產(chǎn)生475T脆性， 從而保證焊縫金屬具有良好的力學(xué)性能和抗晶間腐蝕性 能.(10)不銹鋼茨合板燼接的關(guān)鍵是提髙焊縫次合 格率，減少返修次數(shù):*因?yàn)椴讳P鋼奴合板燼接接頭的組 織和性能卜分不均勻*焊縫返修時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生熱裂紋n(ID不銹鋼設(shè)備接觸介質(zhì)的一幗焊縫應(yīng)盡町能最 后炯也(12)嚴(yán)格控制不銹鋼表面機(jī)械極傷和飛濺物°8.預(yù)熱和熱處理不鐫俐復(fù)合板焊前預(yù)熱和焊岳熱處理按JB/T 4709-2000

11、£鋼制壓力容器焊按規(guī)程進(jìn)荷。(1) 焊前預(yù)熱 當(dāng)不銹例復(fù)合板星層需要碩熱時(shí)， 應(yīng)以奴合鋼的總厚度作為確定預(yù)熱溫度的好糜參數(shù)當(dāng) 產(chǎn)層需要進(jìn)行預(yù)遇時(shí).施焊過渡層的焊縫也必須預(yù)熱。(2) 焊后熱處理不銹鋼夏合板應(yīng)盡捷避免悍底熱 處理步需要進(jìn)行焊后熱處理時(shí)*應(yīng)避免復(fù)層母林和焊 接接頭中鉗碳化物析出和形成。相"如悍厲熱處理滔度 在不銹鋼的議化溫度區(qū)間之內(nèi)，就會(huì)降低不鐫御的耐膺 蝕性能.使小銹鋼產(chǎn)土品間腐蝕裂紋亠為解決這個(gè)問 題，可以采用袂低溫丘時(shí)”的熱處理方式即適當(dāng)降低 熱處理溫度.延攔保溫吋間。9焊接檢驗(yàn)在基層焊接完畢之后、過渡層與星層燼接之前.對(duì) 堪層一股詭進(jìn)行射線探傷檢查G發(fā)現(xiàn)

12、超標(biāo)缺附，立即進(jìn) 行返修J返修完畢并經(jīng)射線探怖撿杳合林石再將復(fù)層 測(cè)的基層焊縫表面打磨平整* 一般應(yīng)進(jìn)行滲透探傷檢 查*經(jīng)過橡透探傷檢査合格后，再焊接過渡層和塩層" 過渡繪和復(fù)層焊接完畢后 一般還應(yīng)進(jìn)行滲透探傷 檢此三、結(jié)語綜上所述*不銹銀復(fù)合板焊摟技術(shù)廖點(diǎn)主要有；(1) 設(shè)計(jì)科學(xué)合理的燼接坡門形式(2) 嚴(yán)格控制不銹鋼夏合板的錯(cuò)邊殖、卩)正確選擇焊接方法.焊找材料與合鬼的焊除參 數(shù)"<4)由持證焊工在有效期間內(nèi)擔(dān)任合格項(xiàng)nffim內(nèi) 的焊接工作。(5) 正蹦選擇介理的焊接順序。(6) 基涇和復(fù)層之間的過渡層焊接繪不銹鋼復(fù)合板 焊接的關(guān)鍵*過渡層的咸分選擇也十分朿嚶。

13、MW(20080415)(上接¥56頁)勞強(qiáng)度降低因子故小.大約在64之間° mi R.菠勞強(qiáng)度的降低因壽命的關(guān)系也有璋別，高余高對(duì) 接接頭疲勞強(qiáng)度的降低丙子隨瑤命增大而變小*扎余兩 種對(duì)接接頭則1E好相反，表現(xiàn)為曲線呈交叉狀。三、結(jié)語通過計(jì)算鋁合金焊接援頭應(yīng)力集中系數(shù)，分析應(yīng)力 集中對(duì)疲勞強(qiáng)度時(shí)彬響*可得到如下結(jié)論：(1) 焊接結(jié)構(gòu)在焊縫it的應(yīng)力集中相當(dāng)嚴(yán)重T就鋁 合金正常余高對(duì)按接頭而言，其應(yīng)力集屮系數(shù)通囂在 II.酣左右,應(yīng)引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者的足夠瑕視：(2) 十宇接頭比對(duì)接接頭(即便尼高余高對(duì)接接 頭)的應(yīng)力集屮嚴(yán)重得多其原因不僅在它的焊縫外 形尺寸更重箜的是由它的內(nèi)部燼縫按陷所造成;.丙而 在必須采用十字接頭的怖況匚盡凰避兌內(nèi)部術(shù)焊透觸 陪