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焊接工艺问答之焊接变形、应力和强度(1)
双击自动滚屏 发布者:chinaweld 发布时间:9/11/2006 阅读:21436

        
 
 
七、焊接变形、应力和强度

 

1  试述焊接残余变形的种类。

焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。焊后,焊件残留的变形称为焊接残余变形。焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六种,见图1,其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式,在不同的焊件上,由于焊缝的数量和位置分布不同,这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。

2  焊件在什么情况下会产生纵向收缩变形?

焊件焊后沿平行于焊缝长度方向上产生的收缩变形称为纵向收缩变形。当焊缝位于焊件的中性轴上或数条焊缝分布在相对中性轴的对称位置上,焊后焊件将产生纵向收缩变形,其焊缝位置见表1

焊缝的纵向收缩变形量随焊缝的长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加,随焊件截面积的增加而减少,其近似值见表2

2  焊缝纵向收缩变形量的近似值  mm/m

对接焊缝

连续角焊缝

间断角焊缝

0.150.3

0.20.4

00.1

注:表中所表示的数据是在宽度大约为15倍板厚的焊缝区域中的纵向收缩变形量,适用于中等厚度的低碳钢板。

 

3  试述焊缝的横向收缩变形量及其计算。

焊件焊后在垂直于焊缝方向上发生的收缩变形称为横向收缩变形,横向收缩变形量随板厚的增加而增加。

低碳钢对接接头、T形接头和搭接接头的横向收缩变形量,见表3、表4

 

对接接头横向收缩变形量的近似计算公式,见表5

5  对接接头横向收缩变形量的近似计算公式

坡口形式

横向缩短量计算公式

Y

Y

L=0.1δ+0.6

L=0.1δ+0.4

①δ——板厚(mm)。

 

当两板自由对接、焊缝不长、横向没有约束时,横向收缩变形量要比纵向的大得多。

4  焊件在什么情况下会产生弯曲变形?

如果焊件上的焊缝不位于焊件的中性轴上,并且相对于中性轴不对称(上下、左右),则焊后焊件将会产生弯曲变形。如果焊缝集中在中性轴下方(或下方焊缝较多)则焊件焊后将产生上拱弯曲变形;相反如果焊缝集中在中性轴上方(或上方焊缝较多),则焊件焊后将产生下凹弯曲变形。又如果焊件相对焊件中性轴左、右不对称,则焊后将产生旁弯,焊件产生弯曲变形的焊缝位置,见表6

5  试述焊件产生角变形的原因及其数值。

焊接时,由于焊接区沿板材厚度方向不均匀的横向收缩而引起的回转变形称为角变形见图1b

产生角变形的原因是,焊缝的截面总是上宽下窄,因而横向收缩量在焊缝的厚度方向上分布不均匀,上面大、下面小,结果就形成了焊件的平面偏转,两侧向上翘起一个角度。电渣焊缝由于焊缝厚度均匀,所以焊后焊件基本上不产生角变形。

有色金属和薄板,由于焊接过程中熔池承托不住焊件的重量,使两侧板下垂,结果会引起相反方向的角变形。

低碳钢对接接头在自由状态下,焊后角变形的实验值,见表7

6  试述波浪变形和扭曲变形产生的原因。

⑴波浪变形  焊后构件产生形似波浪的变形称为波浪变形。薄板对接焊后,存在于板中的内应力,在焊缝附近是拉应力,离开焊缝较远的两侧区域为压应力,如压应力较大,平板失去稳定就产生波浪变形,见图1d

此外,当焊件上的几条角焊缝靠得很近时,由每角焊缝所引起的角变形连贯在一起也会形成波浪变形,见图2。波浪变形通常产生在薄板结构中。

⑵扭曲变形  构件焊后两端绕中性轴相反方向扭转一角度称为扭曲变形,见图1e

如果构件的角变形沿长度上分布不均匀和纵向有错边,则往往会产生扭曲变形。如图3a 所示工字梁的四条角焊缝在定位焊后不采用适当夹具,按图3b 所示的焊接方向(相邻焊缝反向)进行焊接,这时角变形沿着焊缝长度逐渐增大,使构件扭转,即构件扭转,即产生扭曲变形。

7  如何利用合理的装配焊接顺序来控制焊接残余变形?

不同的构件形式应采用不同的装配焊接方法。

1)结构截面对称、焊缝布置对称的焊接结构,采用先装配成整体,然后再按一定的焊接顺序进行生产,使结构在整体刚性较大的情况下焊接,能有效地减少弯曲变形。

例如,工字梁的装配焊接过程,可以有两种不同方案,见图4。若采用图4b所示的边装边焊顺序进行生产,焊后要产生较大的上拱弯曲变形;若采用图4c所示的整装后焊顺序,就可有效地减少弯曲变形的产生。

2)结构截面形状和焊缝不对称的焊接结构,可以分别装焊成部件,最后再组焊在一起见图5。图5b所示的方案由于焊缝1离中性轴距离较大,所以弯曲变形较大,而图5a所示的焊缝1的位置几乎与上盖板截面中性轴重合,所以对整个结构的弯曲变形没有影响。

8  如何利用合理的焊接顺序来控制焊接残余变形?

⑴对称焊缝采用对称焊接  当构件具有对称布置的焊缝时,可采用对称焊接减少变形。如图4所示工字梁,当总体装配好后先焊焊缝12,然后焊接34,焊后就产生上拱的弯曲变形。如果按1423的顺序进行焊接,焊后弯曲变形就会减小。但对称焊接不能完全消除变形,因为焊缝的增加,结构刚度逐渐增大,后焊的焊缝引起的变形比先焊的焊缝小,虽然两者方向相反,但并不能完全抵消,最后仍将保留先焊焊缝的变形方向。

⑵不对称焊缝先焊焊缝少的一侧  因为先焊焊缝的变形大,故焊缝少的一侧先焊时,使它产生较大的变形,然后再用另一侧多的焊缝引起的变形来加以抵消,就可以减少整个结构的变形。

9  如何利用合理的焊接方向来控制焊接残余变形?

为控制焊接残余变形而采用的焊接方向,有以下几种:

⑴长焊缝同方向焊接  T形梁、工字梁等焊接结构,具有互相平行的长焊缝,施焊时,应采用同方向焊接,可以有效地控制扭曲变形,见图6a

⑵逆向分段退焊法  同一条或同一直线的若干条焊缝,采用自中间向两侧分段退焊的方法,可以有效地控制残余变形,见图6b

⑶跳焊法  如构件上有数量较多又互相隔开的焊缝时,可采用适当的跳焊,使构件上的热量分布趋于均匀,能减少焊接残余变形,见图6c

10  如何利用反变形法来控制焊接残余变形?

为了抵消焊接残余变形,焊前先将焊件向与焊接残余变形相反的方向进行人为的变形,这种方法称为反变形法。例如,为了防止对接接头产生的角变形,可以预先将对接处垫高,形成反向角变形见图7a。为了防止工字梁翼板焊后产生角变形,可以将翼板预先反向压弯见图7b。在薄壳结构上,有时需在壳体上焊接支承座之类的零件,焊后壳体往往发生塌陷,为此,可以在焊前将支承座周围的壳壁向外顶出,然后再进行焊接见图7c

采用反变形法控制焊接残余变形,焊前必需较精确地掌握焊接残余变形量,通常用来控制构件焊后产生的弯曲变形和角变形,如反变形量留得适当,可以基本抵消这两种变形。

11  如何利用刚性固定法来控制焊接残余变形?

焊前对焊件采用外加刚性拘束,强制焊件在焊接时不能自由变形,这种防止焊接残余变形的方法称为刚性固定法。采用压铁防止薄板焊后的波浪变形见图8

刚性固定法简单易行,适用面广,不足之处是焊后当外加刚性拘束卸掉后,焊件上仍会残留一些变形,不能完全消除,不过要比没有拘束时小得多。另外,刚性固定法将使焊接接头中产生较大的焊接应力,所以对于一些抗裂性较差的材料应该慎用。

12  如何利用散热法和自重法来控制焊接残余变形?

⑴散热法  焊接时用强迫冷却的方法将焊接区的热量散走,减少受热面积从而达到减少变形的目的,这种方法称为散热法,利用散热法减少薄板的焊接变形见图9。图9b是将焊件浸入水中进行焊接(常用于小容器焊接)。图9c是用水冷铜块进行冷却。

散热法不适用于焊接淬硬性较高的材料。

⑵自重法  利用焊件本身的质量在焊接过程中产生的变形来抵消焊接残余变形的方法称为自重法。如一焊接梁上部的焊缝明显多于下部,见图10a,焊后整根梁产生下凹弯曲变形。为此焊前将梁放在两个相距很近的支墩上,见图10b,首先焊接梁的下部两条直焊缝,由于梁的自重和焊缝的收缩,将使梁产生弯曲变形,焊毕,将支墩置于两头,并使梁反身搁置,随后焊接梁的上部,由于支墩是置于梁的两头,梁的自重弯曲变形与第一次相反,不仅如此,上部焊缝的收缩变形方向也与下部焊缝收缩变形的方向相反,因此焊后梁的弯曲变形得以控制,见图10c

13  如何利用机械矫正法矫正焊接残余变形?

利用手工锤击或机械压力矫正焊接残余变形的方法叫机械矫正法。

手工锤击矫正薄板波浪变形的方法,见图11。图11a表示薄板原始的变形情况,锤击时锤击部位不能是突起的地方,这样结果只能朝反方向突出,见图11b,接着又要锤击反面,结果不仅不能矫平,反而要增加变形。正确的方法是锤击突起部分四周的金属,使之产生塑性伸长,并沿半径方向由里向外锤击,见图11c,或者沿着突起部分四周逐渐向里锤击,见图11d

利用机械力矫正焊接残余变形的方法,见图12。图12a是利用加压机构矫正工字梁焊后的弯曲变形。图12b是利用圆盘形辗轮辗压薄板焊缝及其两侧,使之伸长来消除薄板焊后的残余变形。

手工锤击矫形劳动强度大,技术难度高,但无须设备,适用于薄板的焊后矫形。机械矫正效率高、速度快、效果好,但须要加压机构等设备,适用于中、大型焊件焊后的矫形。

14  如何正确进行火焰矫正焊接残余变形?

利用火焰对焊件进行局部加热时产生的塑性变形,使较长的金属在冷却后收缩,以达到矫正变形的目的称火焰加热矫正法。火焰加热矫正法矫正焊件残余变形时要注意以下事项:

1)加热用火焰通常采用氧乙炔焰,火焰性质为中性焰,如果要求加热深度小时,可采用氧化焰。

2)对于低碳钢和低合金结构钢,加热温度为600800,此时焊件呈樱红色。

3)火焰加热的方式有点状、线状和三角形三种,其中三角形加热适用于厚度大、刚性强的焊件。

4)加热部位应该是焊件变形的突出处,不能是凹处,否则变形将越矫越严重。

5)矫正薄板结构的变形时,为了提高矫正效果,可以在火焰加热的同时用水急冷,这种方法称为水火矫正法。对于厚度较大而又比较重要的构件或者淬硬倾向较大的钢材,不可采用水火矫正法。

6)夏天室外矫正,应考虑到日照的影响。因为中午和清晨原加热效果往往不一样。

7)薄板变形的火焰矫正过程中,可同时使用木锤进行锤击,以加速矫正效果。

15  试述用电磁锤法矫正焊接残余变形的工作原理。

电磁锤法又称强电磁脉冲矫正法,其矫正焊件变形的过程如下:把一个由绝缘的圆盘形线圈组成的电磁锤放置于焊件待矫正处,从已充电的高压电容向其放电,于是在线圈与焊件的间隙中出现一个很强的脉冲电磁场,见图13。由此产生一个比较均匀(与机械锤相比)的压力脉冲,使该处产生与焊件变形反向的变形,用以矫正焊件的变形。

电磁锤法适用于电导率大的材料如铝、铜等板壳结构的矫形。对电导率小的材料则需在焊件与电磁锤之间放置铝或铜质薄板。

电磁锤法矫正变形的优点在于:

1)焊件表面没有撞击的锤痕。

2)矫形能量可精确地控制。

3)无需挥动锤头,可在比较窄小的空间内进行工作。

16  如何利用合理的焊接顺序和方向来控制焊接残余应力?

1)先焊变形收缩量较大的焊缝,使基能较自由地收缩。如一个带盖板的双工字钢构件见图14,由于对接焊缝的收缩量大于角焊缝的收缩量,所以应先焊盖板的对接焊缝1,后焊盖板和工字梁之间的角焊缝2

2)先焊错开的短焊缝,后焊直通长焊缝。如一拼板结构见图14b,应先焊焊缝12,后焊焊缝3。如相反,则由于焊缝12的横向收缩受到限制,将产生很大的拉应力。

3)先焊在工作时爱力较大的焊缝,使内应力合理分布,见图14c。在接头两端留出一段翼缘角焊缝不焊,先焊受力最大的翼缘对接焊缝1,然后再焊腹板对接焊缝2,最后焊翼缘预留的角焊缝3。这样,焊后可使翼缘的对接焊缝承受压应力,腹板对接焊缝承受拉应力。角焊缝留在最后焊可以保证腹板对接焊缝有一定的收缩余地,同时也有利于在焊接翼缘对接焊缝时,可以采取反变形措施来防止产生角变形。

17  如何利用降低结构局部刚度来控制焊接残余应力?

结构的刚度增加时,焊后的残余应力将显著加大。因此,在条件许可时,焊前采取一定的工艺措施,将焊接区域的局部刚度降低,将有效地减少焊接残余应力。如一镶块结构的焊件,由于焊缝呈封闭形刚度较大,见图15。为减少焊接区域的局部刚度,可以将平板少量翻边(图15a),或将镶块压凹(图15b),焊接时由于焊缝能自由收缩(将平板或镶块拉平),使残余应力大为减少。

18  如何利用锤击焊缝区来控制焊接残余应力?

焊接残余应力产生的根本原因是,由于焊缝在冷却过程中的纵向收缩和横向收缩,因此焊后利用小锤轻敲焊缝及其邻近区域,使金属展开,能有效地减少焊接残余应力,据测定,利用锤击法可使应力减少1/21/4

进行锤击焊缝时,焊件温度应当维持在100150℃之间或在400以上,避免在200300℃之间进行,因为此时金属正处于蓝脆性阶段,若锤击焊缝容易造成断裂。

多层焊时,除第一层和最后一层焊缝外,每层都要锤击。第一层不锤击是为了避免产生根部裂纹,最后一层焊缝通常焊得很薄,主要是为了消除由于锤击而引起的冷作硬化。

19  如何利用高温回火来消除焊接残余应力?

焊件用来消除焊接残余应力的高温回火分整体和局部两种方式。

⑴整体高温回火  将整个焊件放在炉中加热到一定温度然后保温一段时间再冷却。同一种材料,回火温度越高,时间越长,残余应力就消除得越彻底。通过整体高温回火可以将80%90%的残余应力消除掉,这是生产中应用最广泛的一种方法。

各种材料的回火温度,见表8。含钒低合金钢在600620℃加回火后,塑性、韧性下降(回火脆性),回火温度宜选550560℃。

8  各种材料的回火温度(℃)

碳钢及低中合金钢

奥氏体钢

铝合金

镁合金

钛合金

铌合金

 

580680

8501050

250300

250300

550600

1100~1200

600650

回火时间随焊件厚度而定,钢按每毫米壁厚12min计算,但不宜低于30min,不必高于3h,因为残余应力消除效率随时迅速降低,过长的处理时间是不必要的。

⑵局部高温回火  只对焊缝及其附近的局部区域进行加热消除残余应力。消除应力的效果不如整体高温回火,但方法设备简单。常用于比较简单的、拘束度较小的焊接结构,如长筒形容器、管道接头、长构件的对接头等焊接残余应力的消除。

局部高温回火可采用气体、红外线、间接电阻或工频感应加热等。

20  如何利用机械接伸法来消除焊接残余应力?

产生焊接残余应力的根本原因是焊件焊后产生了压缩残余塑性变形。因此,焊后对焊件进行加载拉伸,产生拉伸塑性变形,它的方向和压缩残余变形相反,结果使压缩残余变形减小,因而焊件中的焊接残余应力亦随之同步减小。

机械拉伸消除应力法对于一些焊后需要进行液压试验的焊接容器特别有意义,因为液压试验时容器所承受的试验压力均大于容器的工作压力,例如钢制压力容器其试验压力为容器工作压力的1.25倍,所以容器在进行液压试验的同时,对容器材料进行了一次相当于机械拉伸的膨胀,从而通过液压试验,消除了部分焊接残余应力。

21  如何利用温差拉伸法来消除焊接残余应力?

温差拉伸法消除焊接残余应力的基本原理与机械拉伸法相同,主要差别是利用局部加热的温差来拉伸焊缝区。

温差拉伸法的具体方法是:在焊缝两侧各用一个宽度适当的氧乙炔焰炬进行加热,在焰炬后面一定距离,用一根带有排孔的水管进行喷水冷却。乙炔焰和喷水管以相同速度向前移动见图16。 这样就形成了一个两侧温度高(其峰值约为200、焊接区温度低 (约为100)的温度差。两侧金属受热膨胀对温度较低的区域进行拉伸,所以就可消除部分焊接残余应力,据测定,消除的效果可达50%70%。温差拉伸法的参数,见表9

9  温差拉伸法参数

钢板厚度(mm

焰炬宽度(mm

焰炬中心距(mm

焰炬移动速度(mm/min

8

10

15

17

20

25

30

35

40

60

100

100

100

100

100

100

100

100

115

125

180

180

180

180

180

180

180

600

400

500

300

250

200

175

150

125

22  如何利用振动法和爆炸法来消除焊接残余应力?

⑴振动法  利用偏心轮和变速电动机组成的激振器使焊接结构发生共振产生循环应力,可使焊接残余应力逐渐降低,这种方法称为振动法。振动法消除残余应力的效果取决于激振器和构件支点的位置、激振频率和时间。其优点是所用设备简单价廉、处理费用低、时间短,也没有高温回火时金属表面氧化的问题,目前在生产中已得到应用。

⑵爆炸法  通过布置在焊缝及其附近的炸药带,引爆产生的冲击波与焊接残余应力的交互作用,使金属产生适量的塑性变形,从而降低残余应力的方法称为爆炸法。采用爆炸法时炸药带的数量及安放位置,见图17

 

23 试述影响焊接接头性能的因素有哪些。

影响焊接接头性能的主要因素,可归纳为力学和材质两个方面,见图18

力学方法影响焊接接头性能的因素为接头形状的改变、焊接缺陷(如未焊透和焊接裂纹 )、残余应力和残余变形。接头形状的改变,如焊缝的余高和施焊过程中可能千百万的接头错位等。

材质方面影响焊接接头性能的因素为焊接热循环所引起的组织变化、焊后热处理和焊接残余变形的矫正等。

焊接接头是组成焊接结构的关键部位,其性能与整个焊接结构的性能和安全有直接的关系。因此,不断地提高焊接接头的质量,是保证焊接结构安全、可靠工作的重要方面。

24  影响焊缝金属力学性能的因素有哪些?

当焊缝金属的化学成分一定时,焊缝金属的力学性能取决于焊接层数和焊接线能量。单层焊时,焊缝金属的组织是典型的柱状晶见图19a。多层焊时,第一层焊道的柱状晶受后焊层的热作用而转化为较细的晶粒见图19b。所以,多层焊焊缝金属的力学性能,尤其是塑性比单层焊的来得好。

焊缝金属的力学性能与焊接线能量的关系是增大焊接线能量,接头的冷却速度减慢,使强度、硬度均减少,这一点在焊接高强钢时更为明显,手弧焊焊接800MPa级高强钢时,焊缝金属的强度和焊接线能量的关系见图20

25  试述焊接接头热影响区力学性能变化的状况。

⑴强度和塑性的变化  低碳钢和调质钢热影响区强度和塑性的变化见图21a。在1200左右的粗晶区,强度增高,塑性降低。

⑵韧性的变化  低碳钢和调质钢热影响区韧性的变化见图21b。在1200以上至熔合区出现韧性低值,最低位置在熔合线上。焊接线能量越大,高温停留时间越长,越容易因晶粒粗大而使韧性降低。

含氮的低碳钢、低合金高强钢在势影响区400200℃(蓝脆温度)内会因塑性变形而引起韧性下降,这现象称为热应变脆化。

26  试述焊接接头和坡口的选择原则。

⑴接头强度  对接接头具有最好的受力条件,是各种接头中优先考虑应用的接头形式。

⑵焊接工艺性  这是指焊接接头的可焊到性、可探伤性和减少接头的腐蚀程度。

⑶焊接材料的消耗量  同样厚度的接头,用双V形的坡口代替Y形坡口能节省较多的焊接材料、电能和工时,焊件越厚节省的越多。

⑷坡口加工  Y形和双V形坡口可用氧气切割或等离子弧切割,亦可用机械切削加工。形、双形坡口只能用刨边机加工, 在圆筒体上应尽量少开形坡口,因加工困难。

⑸焊接变形  采用不适当的坡口形状容易产生较大的焊接变形。如平板对接的Y形坡口,其角变形就大于Y形坡口。

27  什么是焊接接头的可焊到性?

焊接接头焊接时,为保证获得理想的接头质量,必须让焊条、焊丝或电极能方便地达到欲焊部位,这就是对接头可焊到性的要求,见图22。图中用角焊缝连接的接头共五组,左边是不合理的设计,因为箭头所指部位形成尖角,难以焊到。右边为合理设计,避免了尖角。图中对接接头中上图为不合理设计,因其坡口角度和根部间隙过小,使箭头所指部位难以焊到。下图为合理设计,加大了坡口角度和根部间隙,避免了焊不到的可能性。

28  什么是焊接接头的可探伤性?

焊接接头的可探伤性是指接头检测面的可接近性。

射线探伤的可接近性是指胶片的位置能使使整个焊缝处于探伤范围内并使可能出现的缺陷成像,见图23。图中左侧所示接头无法射线探伤或者探出的结果不准确,改进后的右侧接头才能较好地完成射线探伤。

超声探伤对接头检测面的可接近性要求较低,但所有存在间隙的T形接头和未熔透的对接接头,都不能或者只能有条件地进行超声检测。

29  如何提高焊接接头的耐腐蚀性?

腐蚀介质与金属表面直接接触时,在缝隙内和其它尖角处常常发生强烈的局部腐蚀,这是由于该处积存有少量静止溶液和沉积物。防止和减小这种腐蚀的方法是:第一,力求采用对接接头,焊缝焊透,不采用单面焊根部有未焊透的接头;第二,要避免接头缝隙及其形成的尖角和结构死区,要使液体介质能完全排放、便于清洗,防止固体物质在结构底部沉积,见图24。左图为不合理设计,右图为改进后的合理设计。

30  什么是应力集中?

由于焊缝的形状和焊缝位置的不同,焊接接头受外力作用后工作应力的分布是不均匀的,其最大应力值σmax比平均应力值σm高,这种情况称为应力集中。应力集中的大小,常以应力集中系数KT表示:

 

                           σmax

                     KT =───

  σm

 

在焊接接头中产生应力集中的原因是:

⑴焊缝中的工艺缺陷  气孔、夹渣、裂纹、未焊透等缺陷都会在其周围引起应力集中,其中尤以裂纹和未焊透引起的应力集中最为严重。

⑵不合理的焊缝外形  对接焊缝的余高过大、角焊缝过于凸起,均会在焊趾处形成较大的应力集中。

⑶设计不合理的焊接接头  接头截面的突变、加盖板的对接接头、只有单侧焊缝的T形接头等均会引起应力集中。

31  试述对接接头工作应力的分布。

对接接头由于焊缝余高造成构件表面不平滑,在焊缝与母材过渡的焊趾处引起应力集中,其工作应力的分布见图25。在正面焊缝的焊趾处,应力集中系数KT1.6,背面焊缝的焊趾处,应力集中系数KT1.5KT的大小与余高和焊缝向母材过渡的半径有关,减小过渡半径和增大余高,均使KT增加,因此不应当增加余高的方法来增加焊缝的承载能力,有关标准规定,余高应控制在03mm之间,不得超出。

应力集中对动载结构的疲劳极限十分不利,因此承受动载荷的结构,焊缝的余高应趋于零,对重要的动载结构,可采用磨平余高或增大过渡圆弧的措施来降低应力集中,增加疲劳极限。

对接接头外形的变形与其它接头相比是不大的,所以它的应力集中较小,且易于降低和消除,不但静载可靠,疲劳极限也较高,这是一种最好的接头形式。

32  试述十字接头T形接头)工作应力的分布。

由于十字接头(T形接头)焊缝向母材过渡较急剧,造成应力分布极不均匀,在角焊缝的根部和过渡处会产生很大的应力集中,见图26

26a是未开坡口下面焊缝的应力分布,由于整个厚度没有焊透,焊缝根部应力集中很大,并且随θ角的减小而减小,随焊脚尺寸的减小而增大。

26b是开坡口并焊透后的应力分布,此时应力集中大大降低。因此,重要的十字接头(T形接头)应该开坡口,采用全焊透结构,以降低应力集中。

33  试述搭接接头工作应力的分布。

根据搭接角焊缝的受力方向,可以将搭接角焊缝分为:与受力方向垂直的正面角焊缝(L3段)、与受力方向平行的侧面角焊缝(L1L5段)、介于两者之间的斜向角焊缝(L2L4段),见图27a

⑴正面搭接角焊缝的应力分布  见图27b。在根部A点和焊趾B点产生较大的应力集中,减小θ角可以降低B点的应力集中系数。

⑵侧面搭接角焊缝的应力分布  见图27c。应力分布的特点是两端大,中间小,而且焊缝较短时应力分布较均匀,因此通常要求侧面角焊缝的长度不得大于焊脚尺寸的50倍。

⑶联合搭接角焊缝的应力分布  见图27d。由于在侧面角焊缝的基础上增添了正面角焊缝,由正面角焊缝承担一部分外力,使A-A 截面上的正应力σmax和切应力てmax均降低,应力集中得以改善。因此,在设计搭接接头时,增添正面角焊缝,不但可以改善应力分布,还可以缩短搭接长度。

搭接接头的应力集中比对接接头大得多,因此在目前制造的焊接结构中,大多已将搭接接头改为对接接头。

34  试述盖板接头工作应力的分布。

仅有侧面角焊缝的盖板接头,在盖板范围内各横截面上正应力的分布非常不均匀,靠近侧面焊缝的部位应力最大,远离焊缝并在构件的轴线位置上应力最小,见图28a。增添正面角焊缝后,各横截面的正应力分布得到明显的改善,应力集中大大降低,见图28b

 

 
 
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