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模塊一電弧焊接頭的應(yīng)力分布一、應(yīng)力集中1.應(yīng)力集中的定義在焊接接頭的幾何形狀突變處或不連續(xù)處,應(yīng)力值突然增大,高于平均應(yīng)力的現(xiàn)象,稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中程度的大小,常以應(yīng)力集中系數(shù)KT表示:KT越高,應(yīng)力集中程度越大。2.應(yīng)力集中產(chǎn)生的原因在焊接接頭中引起應(yīng)力集中的主要原因有:1)焊縫中有工藝缺陷。如氣孔、夾雜、裂紋和未焊透等,在其周圍都會引起應(yīng)力集中,其中裂紋和未焊透引起的應(yīng)力集中最嚴重。2)焊縫外形不合理。如對接焊縫的余高過大,角焊縫為凸角焊縫等,在焊趾處都會形成較大的應(yīng)力集中。3)焊接接頭設(shè)計不合理。如接頭截面的突變、加蓋板的對接接頭等,均會造成嚴重的應(yīng)力集中。焊縫布置不合理,如只有單側(cè)焊縫的T形接頭,也會引起應(yīng)力集中。二、電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布1.對接接頭的工作應(yīng)力分布在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中,對接接頭的焊縫中略高于母材金屬板面的部分稱為余高。由于余高造成了構(gòu)件表面不平滑,在焊縫與母材金屬的過渡處引起應(yīng)力集中,如圖3-1所示。KT的大小與余高h和焊縫向母材金屬過渡的半徑r有關(guān)。減小r和增大h,均使KT增加。當余高h為零時KT=1,應(yīng)力集中消失。由余高帶來的應(yīng)力集中,對動載結(jié)構(gòu)的疲勞強度是十分不利的,所以此時要求它越小越好。對重要的動載結(jié)構(gòu),可采用削平余高或增大過渡圓弧的措施來降低應(yīng)力集中,以提高接頭的疲勞強度。對接接頭外形的變化不大,所以它的應(yīng)力集中較小,而且易于降低和消除。因此,對接接頭是最好的接頭形式,不但靜載可靠,而且疲勞強度也較高。2.T形接頭(十字接頭)中的工作應(yīng)力分布
T形接頭(十字接頭)焊縫向母材金屬過渡較急劇,接頭中應(yīng)力分布極不均勻,在角焊縫的根部和過渡處,易產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中,如圖3-2所示。未開坡口T形(十字)接頭中,正面焊縫的應(yīng)力分布狀況如圖3-2a所示。由于整個厚度沒有焊透,焊縫根部應(yīng)力集中很大。在焊趾截面B-B上應(yīng)力分布也不均勻,B點的應(yīng)力集中系數(shù)KT值隨角焊縫的形狀而變。應(yīng)力集中KT隨θ角減小而減小,隨焊腳尺寸K增大而減小。開K形坡口并焊透的T形(十字)接頭如圖3-2b所示。這種接頭使應(yīng)力集中程度大大降低。由此可見,保證焊透是降低T形(十字)接頭應(yīng)力集中的重要措施之一。因此,在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中,對重要的T形(十字)接頭必須開坡口焊透或采用深熔法進行焊接。3.搭接接頭中的工作應(yīng)力分布根據(jù)搭接角焊縫受力的方向,可以將搭接角焊縫分為正面角焊縫、側(cè)面角焊縫和斜向角焊縫三種,如圖3-3所示。焊縫與力的作用方向相垂直的角焊縫稱為正面角焊縫(L3段);而相平行的稱為側(cè)面角焊縫(L1、L5段);介于兩者之間的稱為斜向角焊縫(L2、L4段)。(1)正面角焊縫的工作應(yīng)力分布在正面角焊縫的搭接接頭中,應(yīng)力分布很不均勻,如圖3-4所示。在角焊縫的焊根A點和焊趾B點,都有較大的應(yīng)力集中。減小θ角和增大熔深,焊透根部,都可以降低應(yīng)力集中系數(shù)。(2)側(cè)面角焊縫的工作應(yīng)力分布應(yīng)力分布如圖3-5所示,其特點是最大應(yīng)力在兩端,中部應(yīng)力最小,而且焊縫較短時應(yīng)力分布較均勻,焊縫較長時,應(yīng)力分布不均勻的程度就增加。因此,采用過長的側(cè)面角焊縫是不合理的。通常規(guī)定側(cè)面角焊縫不得大于50K(K為焊腳尺寸)。(3)聯(lián)合角焊縫的工作應(yīng)力分布既有側(cè)面角焊縫又有正面角焊縫的搭接接頭稱為聯(lián)合角焊縫搭接接頭。增加正面角焊縫后
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