含中心裂纹低匹配对接接头形状参数对形状因子的影响

基于有限单元法针对含中心裂纹的低匹配对接接头形状设计,以最大限度提高接头的抗断能力为目标,从断裂力学角度出发,考察了含中心裂纹的低匹配对接接头的焊缝余高高度、盖面焊道宽度、焊趾过渡圆弧半径等形状参数对其形状因子的影响.结果表明,焊缝余高高度对含中心裂纹的低匹配对接接头形状因子影响最为显著,盖面焊道宽度的影响次之,焊趾过渡圆弧半径的影响最小.选择合适的形状参数可以提高含中心裂纹低匹配对接接头的抗断能力.     

低匹配对接接头应力集中系数计算及回归分析

针对高强钢低匹配的横向对接接头形状设计,以最大限度提高接头静载承载能力和疲劳强度为目标,采用有限元计算的方法,考察了焊缝余高、焊趾过渡圆弧半径、盖面焊道宽度、板厚等几何参数对焊趾和焊根处应力集中的影响,回归分析得出的焊趾和焊根处的应力集中系数的经验方程式,对高强钢低匹配对接接头设计具有指导意义.     

焊缝含Ⅰ型单边裂纹低匹配平余高对接接头形状参数对形状因子的影响

基于有限单元法针对焊缝含Ⅰ型单边裂纹的低匹配平余高对接接头形状设计,以最大限度提高接头的承载能力以及更准确地对其进行安全评定为目标,从断裂力学角度出发,考察了焊缝含Ⅰ型单边裂纹的低匹配平余高对接接头各形状参数,即焊缝余高高度、余高宽度和焊趾圆弧过渡半径,对其形状因子的影响.结果表明,焊缝余高高度对焊缝含Ⅰ型单边裂纹的低匹配平余高对接接头形状因子影响最为显著,余高宽度和焊趾圆弧过渡半径的影响较小.采用传统的不考虑余高高度时的形状因子指导焊缝含Ⅰ型单边裂纹低匹配平余高对接接头的形状设计是不合理的.选择合适的形状参数可以提高焊缝含Ⅰ型单边裂纹低匹配平余高对接接头的承载能力.     

弹性阶段低匹配对接接头三点弯曲余高形状设计

弹性阶段以提高低匹配接头弯曲承载能力为目标，基于材料力学方法针对i点弯曲时低匹配对接接头的余高形状设计，提出了等弯曲承载能力（EBLCC）的设计思想、判据及实现条件，并给出了三点弯曲接头余高形状设计方案，同时对理论分析结果进行了有限元验证．结果表明，理论计算余高形状为抛物线形，有限元结果与理论分析基本吻合，EBLCC设计使峰值应力从低匹配接头承载薄弱的焊缝区转移到近焊趾的母材部位，从而提高了低强焊缝的弯曲承载与抵抗弯曲变形能力．余高双侧对称圆弧型可以替代抛物线型．这种设计方法对高强钢低匹配对接接头设计及应用具有参考和指导意义．     

强度失配对接接头残余应力分布的有限元预测

针对高强钢的低匹配接头应用,采用有限元计算的方法,考察了匹配比、盖面焊道加宽对对接接头残余应力分布的影响.结果表明,强度匹配的影响虽仅限于包围焊缝的小区域,但该小区域包含了疲劳破坏的所有危险区域;随匹配比增加,焊趾横向残余应力降低,纵向残余应力增加;随焊道加宽低匹配对接接头的横向残余应力和纵向残余应力仅稍有增加,但峰值位置改变,普通低匹配对接接头横向残余应力峰值位于母材区,而焊道加宽的等承载设计对接接头横向残余应力峰值位于焊趾.     

弹性状态低匹配焊接接头弯曲等承载设计准则与设计方法

弹性状态以低匹配接头能够达到与母材“弯曲等承载能力”（EBLCC）为目标，对低匹配对接接头焊缝几何形状临界条件进行了理论分析，推导了低匹配接头满足弯曲等承载条件的最低余高以及最小熔宽，并给出了弹性状态低匹配弯曲等承载接头设计准则.分析了圆弧替代抛物线曲线的可行性，给出了适用于工程应用方便的三圆相切低匹配弯曲等承载接头设计方法，并进行了弯曲试验验证.结果表明，设计的三圆相切低匹配弯曲等承载接头能够达到与母材弯曲承载能力，满足弯曲等承载要求.文中给出的设计准则与设计方法可使低匹配接头按照母材的弯曲承载能力进行设计，为弹性状态低匹配接头弯曲承载能力设计提供重要的理论依据.     

不等厚板低匹配对接接头弯曲承载能力设计

为了提高不等厚板低匹配对接接头弯曲承载能力,基于等承载定义、判据和实现条件,通过理论研究结合有限元分析,在弹性极限状态下对不等厚板低匹配对接接头进行了几何形状设计。理论分析表明,靠近薄板材侧的余高形状可以按照等厚板低匹配对接接头弯曲等承载设计方法进行设计,而靠近厚板材侧的余高形状以圆弧过渡形式进行设计。为了工程上应用的方便,将不等厚板低匹配对接接头设计成新的三圆相切形状。设计的不等厚板低匹配对接接头与相关标准推荐的不等厚板圆弧过渡的等匹配对接接头进行了有限元验证比较。结果表明,按照理论设计的不等厚板低匹配对接接头的弯曲承载能力与不等厚板三圆相切低匹配对接接头相当,均优于不等厚板凹形圆弧过渡等匹配对接接头,但是均略低于不等厚板凸形圆弧过渡等匹配对接接头。不等厚板低匹配对接接头弯曲承载能力设计为完善焊接结构等承载理论与工程应用提供重要的理论支撑。     

低匹配十字接头的“等承载”设计

为提高低匹配接头的静载承载能力和疲劳抗力,根据提出的“等承载”设计思想和实现条件,在确定十字接头应力集中最小化的焊缝形状方案的基础上,通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了十字接头几何参数与焊趾、焊根应力集中系数的关系方程,进行了0.571匹配比十字接头等承载目的的接头形状参数设计. 结果表明,设计延缓了拉伸及弯曲过程中低强焊缝和焊趾应力的增长速度,低强焊缝不先于母材屈服,应变集中先位于焊趾,随后向母材转移,接头断裂模式转变为安全的全面屈服断裂. 该设计对高强度钢低匹配接头的应用具有重要意义.     

焊缝几何特征对5A30铝合金焊接接头疲劳性能的影响

通过5A30铝合金不同焊缝形式、几何尺寸对接接头疲劳试验, 以及焊缝余高存在时焊趾处的应力集中系数的测定和理论计算, 研究了焊缝几何特征对铝合金焊接接头疲劳性能的影响. 结果表明: 单面焊双面成型和双面焊对接接头的疲劳性能相当, 在循环次数为(1.7～1.8)×106时, 疲劳强度约为100.MPa; 焊缝余高的存在使接头的疲劳性能明显降低, 增大焊缝余高, 接头疲劳性能显著下降, 去除余高, 则可使接头的疲劳寿命提高2～3倍; 厚度为4.mm板材对接接头, 焊缝余高为1～2.mm时, 焊趾处的应力集中系数较其他部位增大50%左右, 焊缝余高大于3.mm, 焊趾处的应力集中系数可超过1.70.     

两种常见焊接接头的机器人焊接工艺

采用弧焊机器人进行了8 mm厚板对接平位焊、6 mm厚板T形接头平角焊试验，重点分析了坡口根部间隙、焊枪角度、电弧电压、焊接电流和焊接速度对板对接打底层焊缝成形、背面焊缝宽度和余高的影响，以及焊接速度、电弧电压和焊接电流对T形接头焊缝成形、焊脚尺寸和凸度的影响。通过试验优化了焊接工艺参数，获得了正反面成形美观、熔合良好、焊缝宽窄和高低均匀的对接接头；试验测得对接接头背面焊缝宽度为4.04 mm，背面焊缝余高为0.17 mm，正面焊缝宽度为14.20 mm，正面焊缝余高为1.22 mm。采用优化后的焊接工艺参数对T形接头进行了焊接试验，角焊缝两焊趾区域熔合良好、焊缝平齐、焊缝表面微下凹，试验测得焊脚尺寸为6.8 mm。     

Influence of geometric parameters on stress concentration factors of undermatched butt joint with single V-groove under three-point bending load

In order to improve the bending load-carrying capacity (BLCC) of undermatched butt joint under three-point bending load, the influence of joint geometric parameters on stress concentration factors (SCF) at the weld bottom center and the weld toe of undermatched butt joint with single V-groove are studied respectively based on the finite element method in this paper. Results show that the reinforcement height and the cover pass width play decisive role in the BLCC for undermatched butt joint. BLCC of undermatched butt joint can be improved by choosing the appropriate joint geometric parameters.     

基于有限元的搭接接头应力集中系数分析

针对双侧焊接的搭接接头进行有限元建模,计算不同搭接长度、焊缝宽度和焊趾过渡圆弧半径下焊根和焊趾处的应力集中系数,回归分析建立应力集中系数与各几何参数的关系方程.结果表明,搭接长度对应力集中系数的影响最显著,随着搭接长度增大,焊根和焊趾处应力集中系数都增大;随着焊缝宽度增大,焊根应力集中系数降低,焊趾应力集中系数升高;焊趾过渡半径较大时,随着焊趾过渡半径增大,焊根应力集中系数小幅增大,焊趾应力集中系数基本不变;应力集中系数关系方程与有限元计算结果吻合较好,焊根和焊趾应力集中系数的相对误差在5％和2％以内.     

转向架用 SMA490BW 钢对接接头应力集中系数有限元分析

目的分析转向架用SMA490BW钢对接接头的应力集中系数,提高转向架焊接接头的超高周疲劳性能,保障高速列车的安全可靠运行。方法对转向架用SMA490BW钢对接接头的超高周疲劳试样进行有限元建模,应用有限元软件ABAQUS计算不同焊趾过渡圆弧半径、焊趾倾角下接头的应力集中系数,并通过Origin软件分析建立应力集中系数(Kt)与焊趾过渡圆弧半径(r)、焊趾倾角(θ)的关系。结果当r=0.2 mm,θ分别为10°,20°,30°,40°,50°,60°时,Kt分别为1.391,1.747,1.976,2.263,2.425,2.525;当θ=30°,r分别为0.2,0.5,1,1.5,2,2.5,3,4 mm时,Kt分别为1.976,1.763,1.535,1.419,1.345,1.306,1.257,1.201。结论应力集中在对接接头焊趾处较大,r和θ对Kt有显著影响。r相同时,Kt随θ的增大而增大;θ相同时,Kt随r的增大而减小。应力集中系数关系方程对于焊趾处应力集中的改善以及转向架对接接头的超声疲劳试样设计具有指导意义。     

随焊冲击碾压整形对低匹配等承载接头硬度与残余应力的影响

随焊冲击碾压整形(weld shaping with trailing impact rolling,WSTIR)是一种能够降低应力变形、提高承载能力的随焊整形新方法.分别对原始焊态的低匹配等承载接头与随焊冲击碾压整形的低匹配等承载接头进行了硬度试验和残余应力试验.结果表明,随焊整形等承载接头焊缝表面、焊趾处表面的硬度显著高于原始焊态等承载接头的硬度,说明随焊冲击碾压整形对接头承载的关键区域有加工硬化的效果;随焊整形低匹配等承载接头各点的纵向和横向残余应力明显低于原始焊态等承载接头相应位置的纵向和横向残余应力,甚至在随焊整形接头的焊缝中心以及焊趾附近纵向均出现了残余压应力,残余压应力的引入必然能显著地提高低匹配接头承载能力.     

考虑接头几何参数的I-core全钢三明治板的刚度分析

激光焊接I-core三明治板常用的刚度设计公式,没有考虑接头几何参数的影响,在实际应用中其准确性受到影响. 通过外伸三点弯曲试验,对六种接头几何参数的I-core全钢三明治板的弯曲刚度和剪切刚度进行测量,并结合有限元计算,分析了接头几何参数对弯曲刚度和剪切刚度的影响. 结果表明,增加焊缝宽度可显著提高弯曲刚度和剪切刚度,而焊缝宽度大于60%芯板厚度后,焊缝宽度对刚度的影响减小. 间隙对刚度的影响可忽略.基于此结果,对三明治板设计时常用的刚度公式进行了修正.