焊接接头的应力集中及其对疲劳强度的影响

1、| 维普资讯 n ttp:研究与应用焊缝的几何尺寸中.侧面角刊和过渡半径卩采用在 投影仪上放大嗚倍石测星*貝:余尺寸用焊缝专用测址 E具直按测城，测嚴的统什平均值如衷2所示"r、尺寸接虫形Ap&tJn正常余岗对接1, S?10,451.03144. 140商金离对接3.61讥780. 6312440单面煤堪血锻形L. 3510. 82.455. 7斗0十字接头6J>35.930.73)25 844P 63. 79盍2 焊缝几何尺寸统计平均值注：我中物理駅禽文见图1和图乙崔为未焊透圧度。a理论应力集中系数计算原理本文采用后川理和中山英治的有限元计算法，并结合试验结果进行修

2、正，所得应力集中系数如龙3所示.曲1悍缱形式民尺寸z焊缝几何尺寸的测量方it及测量结果焊缝儿何尺寸-的测駅琏在图2所示的帥向疲劳试样 的网个制面上进行的.网种挥接接头形式的同种余 高的疲劳试样是从同块试板取样经机加匸制城的*这 样就保证了同-种焊接带式的厨一种抑强高焊廳的几何 尺寸是从同-条焊缝的不同截面上测星的搖头喑式时接按头十字揍头岛'余高正常余序单胸焊氓面成形店力東中系数2. 13.551,49 L 232.44表3应力集中系斟计算结果4-单面焊双面成形对接接头应力集中系数的确定从表3可以爰现.单面烬双面坝形对接接头由于 “炸曲”（指炸接的表血）和“非焊面f （指没冇直接烬 接而

3、仅右成形焊趾的“面.即图3所示小焊趾的一面 焊趾外形尺寸差异较大.使破力樂中系数出现了两个值 （其中较小的一个值对应于“焊面二 较尢的一个值对应 于“非焊面为确定哪一个应力集中系数对应的截 面应力最大（即危险截面人需要进行相关的计算。假定炸趾外晤是个理想的恻弧"如图*所示。（a）材核接头试样（M十字接箕试样图2疲劳试样形式及尺寸对于双而焊崗余烏、正常余高对按接久和单面焊咫 面成形的对接接羹以及十字按头V种形式的接头试样, 毎种分別忏童抽取二根试样+每根试样分别取两个测械 面.并哦其平用值怦为该种焊缝的代表几何尺寸口fi A悔3单面焊规闻成形对接接头简化示总图经过il算表明.非焊怡广过

4、渡处的应力最大。故 这种对接接头熄取“吊焊面”过渡处的应力集中系数作 曲这种接久的直力集中系数*这里取1.4%上述计算尽 管作了一定的假设，但討定性分折仍是有意义的。www. fnachinist. cam. cn| 维普资讯 n ttp:www. fnachinist. cam. cn| 维普资讯 n ttp:55金舊炉工热加工www. fnachinist. cam. cn| 维普资讯 n ttp:研究項应用 j Research & Application| 维普资讯 n ttp:| 维普资讯 n ttp:二、应力集中对疲劳强度的影响1-疲劳试验条件和试验结果把用于应力集屮系数测

5、绘计算的同-批试禅，在加 载频率为铀"血、应力比为0 1的条件不进行轴向 疲劳试验。试验结果如表4所示.4疲劳试验结黑W5 K 02 xlO11 x 1(?2 x |护5 X10*去余离-1571201囲94.5390 MPd缴铝合对接正常余高129105%单向烬取面成影1為IG393S2.)金(AJ-M«M)接头髙余誌11 1282.57260. 5側HI*Al Mg合金对捲接亲14811179.5十字接头6855),04屮390MH1级乩盹系铝合金止常余高对接接头相 应的焊接规紙M认为其焊缝JL阿尺寸与后音相当.2-应力集中对疲劳强度的影响将表4中390MPa铝合金对接

6、接头在指定寿命下的 疲劳强度与表3中相应接头的就力聲中系数的关系绘膻 如国斗所乐曲线q从图4可看出在指宦寿命下.应力集中越严.匱* 披劳强度越低；在疲劳寿命较低的情况下+疲劳强度随 应力渠中系数增大而降低的速度逐新变缓慢，这衷现为图4疲劳强度与应力集屮关系3-出）曲线b-卜,曲线呈上严打而住疲劳寿命较长的情况下，疲劳 强度随应力集中系数堆大丽降低的速庭逐渐变快.表现 为CT-出曲线上凸，如图4中1 X106次、2xl06次和, xM）6次三条曲线均为这种情况。表4屮3如MF&级閱皿国系铝合金对接接头和十字 接头在旷-出坐拯卜的点太少面不便于画齟曲线，怛从 表4中可以很容易看出：十字接头

7、由于应力集中较为严 重而使其疲劳强度远低于对接接头.3.应力集中对疲劳强度的降低因子曲线为了逬一步研究应力集中帖疲劳强度的彫响.这电 将捋定寿命下.带加强高对接接头的疲劳强度崎去掉加 强高对接接头的掖劳强度之比能文为砲力集屮材疲劳强 度的降低因子，以仔2 -次衍上）表示。町得到如表5 所示的不同加匪高对接接头（390MPafK Al-Mg系铝合 金）在梧定寿命下的疲劳遇度降低阖子：表5疲劳强廣降低因子CF - &0 =(r/rr 上2 x IQS ft1 x 06 次2 x()6 底5淇】筒抚去加遇岛正常加强髙|1.5310. B210. 8810l89单离焊L 490. «

8、20.«60. S60” 87高加强高2. 130.710.690.670.64将表3中出与尸的关系可绘成如图§所示的0-化 曲线。由表盘及圏戋町知*匝帝余高的疲劳强度降低因 子放大，的在0飞2 0.势之间；高余高对接接头的疲5X |泸欢图亍0-&曲线（下转第刃页）| 维普资讯 n ttp:| 维普资讯 n ttp:余”舊炉工热加工Elm帖年第帰斯焊搂与則割www- njschiist com. cn| 维普资讯 n ttp:I金必炉工<WLWIA)Research <t Applictuion研究与应甩wwWr fiiacttinisL com. cn

9、| 维普资讯 n ttp:IwwWr fiiacttinisL com. cn| 维普资讯 n ttp:I不锈钢-制的羞层焊缝尽就采用无飞锻的焊接方法(例 如埋弧焊、非熔化极氮弧焊等)I对为碳素钢的飞澱發 在复层表面造成锈悝“(6) 严防碳他或低合金诩焊条焊接在复泾t或过谨 层焊条炸在复层囱上。(7) 焊接过渡层时.为减小稀释率*柱保证焊透的 条件下*直尽町能采用小肯栓焊条*井采用小规范反极 性进行直逋焊、以降低產圧对过渡层焊缝的稀释C(8) 址层焊接前仔细清除坡口边缘星层坡口上的 飞溅物。何)复层焊接时*为保证焊接质世.必须控制烬接 镇输人应釆取多层多道快速不摆动焊法.尽駅采用小 的焊挂热输

10、人和电流，并快速焊機.毘层焊接时，不应 预热和缓拎，有时甚至采取强制冷却措施"以尽駅减少 焊缝在400-850M度区间的停閨曲间防I卜焊缝产生 呃氏体晶界局部贫镌，析出<7脆性相，产生475T脆性， 从而保证焊缝金属具有良好的力学性能和抗晶间腐蚀性 能.(10)不锈钢茨合板烬接的关键是提髙焊缝次合 格率，减少返修次数:*因为不锈钢奴合板烬接接头的组 织和性能卜分不均匀*焊縫返修时经常产生热裂纹n(ID不锈钢设备接触介质的一帼焊缝应尽町能最 后炯也(12)严格控制不锈钢表面机械極伤和飞溅物°8.预热和热处理不镌俐复合板焊前预热和焊岳热处理按JB/T 4709-2000

11、£钢制压力容器焊按规程进荷。(1) 焊前预热 当不锈例复合板星层需要硕热时， 应以奴合钢的总厚度作为确定预热温度的好糜参数当 產层需要进行预遇时.施焊过渡层的焊缝也必须预热。(2) 焊后熱处理不锈钢夏合板应尽捷避免悍底热 处理步需要进行焊后热处理时*应避免复层母林和焊 接接头中钳碳化物析出和形成。相"如悍厉热处理滔度 在不锈钢的議化温度区间之内，就会降低不镌御的耐膺 蚀性能.使小锈钢产土品间腐蚀裂纹亠为解决这个问 题，可以采用袂低温丘时”的热处理方式即适当降低 热处理温度.延拦保温吋间。9焊接检验在基层焊接完毕之后、过渡层与星层烬接之前.对 堪层一股诡进行射线探伤检查G发现

12、超标缺附，立即进 行返修J返修完毕并经射线探怖捡杳合林石再将复层 测的基层焊缝表面打磨平整* 一般应进行渗透探伤检 查*经过橡透探伤检査合格后，再焊接过渡层和塩层" 过渡绘和复层焊接完毕后 一般还应进行渗透探伤 检此三、结语综上所述*不锈银复合板焊搂技术廖点主要有；(1) 设计科学合理的烬接坡门形式(2) 严格控制不锈钢夏合板的错边殖、卩)正确选择焊接方法.焊找材料与合鬼的焊除参 数"<4)由持证焊工在有效期间内担任合格项nffim内 的焊接工作。(5) 正蹦选择介理的焊接顺序。(6) 基泾和复层之间的过渡层焊接绘不锈钢复合板 焊接的关键*过渡层的咸分选择也十分朿嘤。

13、MW(20080415)(上接¥56页)劳强度降低因子故小.大约在64之间° mi R.菠劳强度的降低因寿命的关系也有璋别，高余高对 接接头疲劳强度的降低丙子随瑶命增大而变小*扎余两 种对接接头则1E好相反，表现为曲线呈交叉状。三、结语通过计算铝合金焊接援头应力集中系数，分析应力 集中对疲劳强度时彬响*可得到如下结论：(1) 焊接结构在焊缝it的应力集中相当严重T就铝 合金正常余高对按接头而言，其应力集屮系数通囂在 II.酣左右,应引起结构设计者的足够瑕视：(2) 十宇接头比对接接头(即便尼高余高对接接 头)的应力集屮严重得多其原因不仅在它的焊缝外 形尺寸更重箜的是由它的内部烬缝按陷所造成;.丙而 在必須采用十字接头的怖况匚尽凰避兑内部术焊透触 陪