電弧焊接頭的應(yīng)力分布講解

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(yán)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(yán)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(yuǎn)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(dāng)余高h(yuǎn)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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