專利名稱：低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對接接頭設(shè)計方法，具體涉及一種可使低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)鋼焊接時，如果按照“等匹配原則”進(jìn)行焊接材料的選擇，則容易出現(xiàn)焊接冷裂紋、熱影響區(qū)的軟化及脆化以及焊縫韌性儲備不足等現(xiàn)象，這些問題都將導(dǎo)致高強(qiáng)鋼母材的優(yōu)異性能得不到充分發(fā)揮。另外，可供選擇用于高強(qiáng)鋼焊接的焊接材料種類有限，工藝性能不佳，增加了獲得高質(zhì)量焊接接頭的難度。單從調(diào)整鋼材的化學(xué)成分的角度很難完全解決這些問題。針對高強(qiáng)鋼接頭冷裂紋的突出問題，目前主要有兩種控制措施，一種是焊前預(yù)熱和焊后熱處理等措施，但預(yù)熱會使焊接熱影響區(qū)韌性降低，加劇熱影響區(qū)的軟化和脆化現(xiàn)象，而且預(yù)熱和焊后熱處理會惡化工人的工作環(huán)境。另一種是研發(fā)專用抗裂焊材，這不但加大了資金的投入，而且也需要較長的周期。若能在不預(yù)熱條件下進(jìn)行焊接，對簡化焊接工藝、提高焊接接頭性能和改善勞動條件均具有重要意義。通過實驗證明，選用強(qiáng)度低于母材且塑韌性較高的焊接填充材料進(jìn)行高強(qiáng)鋼焊接，即采用高強(qiáng)鋼低匹配接頭，既可以降低焊前預(yù)熱溫度甚至不預(yù)熱焊接，而且還可以達(dá)到降低冷裂紋傾向、提高焊縫韌性的目的。然而最突出的缺點，低匹配接頭達(dá)不到母材或等匹配接頭的承載能力，即低匹配接頭承載能力不足。低匹配接頭目前主要應(yīng)用于受壓載荷的結(jié)構(gòu)，較少應(yīng)用于承受拉伸與彎曲載荷的情況。綜上所述，針對高強(qiáng)鋼等強(qiáng)施焊會造成焊縫韌性儲備不足、產(chǎn)生冷裂紋等問題，采用低匹配焊接材料施焊可以有效地解決以上問題。但低匹配接頭承載能力較低，迄今為止已有從幾何形狀設(shè)計的角度降低接頭危險部位的應(yīng)力集中程度來提高高強(qiáng)鋼低匹配接頭的靜載拉伸與疲勞承載能力方面的相關(guān)研究。目前從可查到的資料來看，尚無從提高低匹配接頭彎曲承載能力角度開展相關(guān)研究的報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種使低匹配對接接頭與母材具有相等彎曲承載能力的對接接頭設(shè)計方法，以解決低匹配對接接頭彎曲承載能力低于母材或等強(qiáng)以上匹配接頭的問題。本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思:使低匹配接頭達(dá)到母材的彎曲承載能力，即為“等彎曲承載”。以使低匹配接頭屈服時施加的彎曲載荷不低于使母材發(fā)生屈服時的彎曲載荷(即低匹配接頭不先于母材發(fā)生屈服)，同時低匹配焊縫屈服時的撓度低于母材屈服時的撓度為判據(jù)，按照“等彎曲承載”設(shè)計思想進(jìn)行接頭設(shè)計，應(yīng)當(dāng)滿足低匹配對接接頭焊縫底部中心部位(

圖1中J點)彎曲應(yīng)力集中系數(shù)與低匹配接頭屈服強(qiáng)度匹配比相等且焊趾部位(圖1中A點)應(yīng)力集中系數(shù)最小化的“等彎曲承載”為實現(xiàn)條件。根據(jù)這個接頭設(shè)計思想及實現(xiàn)條件對接頭的幾何形狀進(jìn)行設(shè)計，確定接頭幾何形狀參數(shù)對焊縫底部中心部位及焊趾部位應(yīng)力集中系數(shù)的影響，建立接頭幾何形狀參數(shù)與應(yīng)力集中系數(shù)的關(guān)系方程，再根據(jù)不同匹配比及等彎曲承載條件來確定合適的接頭幾何形狀參數(shù)(如圖3)。該接頭設(shè)計原理為:借助于接頭幾何形狀參數(shù)設(shè)計能夠調(diào)整接頭內(nèi)部的彎曲應(yīng)力應(yīng)變分布，降低焊縫底部中心部位及焊趾部位彎曲承載薄弱區(qū)的應(yīng)力集中程度，從而使低強(qiáng)焊縫區(qū)的彎曲承載能力提高，接頭設(shè)計在一定程度上使低匹配接頭的彎曲承載薄弱區(qū)由焊縫向母材轉(zhuǎn)移，使焊接結(jié)構(gòu)可按照母材強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計。本發(fā)明的技術(shù)方案:
所述的低匹配等彎曲承載接頭設(shè)計方法為:
步驟一、確定低匹配接頭屈服強(qiáng)度匹配比(焊縫熔敷金屬屈服強(qiáng)度A11 與母材屈服強(qiáng)度元^的比值)；即:
權(quán)利要求
1.低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法，其特征在于所述接頭的設(shè)計方法具體步驟如下: 步驟一、計算低匹配接頭屈服強(qiáng)度匹配比:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法，其特征在于所述設(shè)計方法和公式適用于屈服強(qiáng)度匹配比在0.5^1.0之間的、雙面施焊的平板對接接頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法，其特征在于對平板開Z形坡口，坡口的角度為60°，坡口間隙2mm，鈍邊高度2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法，其特征在于所述步驟三中，按照正應(yīng)力計算:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法，其特征在于所述步驟三中，按照等效Von Mises應(yīng)力計算:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法，其特征在于所述步驟四中，按照正應(yīng)力計算:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法，其特征在于所述步驟四中，按照等效Von Mises應(yīng)力計算:
8.低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法，其特征在于所述接頭的設(shè)計方法具體步驟如下:步驟一、計算低匹配接頭屈服強(qiáng)度匹配比:
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法，其特征在于所述設(shè)計方法和公式適用于屈服強(qiáng)度匹配比在0.5^1.0之間的、雙面施焊的平板對接接頭。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法，其特征在于對平板開I形坡口，坡口的角度為60°，坡口間隙2mm，鈍邊高度2mm。
全文摘要
低匹配對接接頭達(dá)到與母材等彎曲承載的接頭形狀設(shè)計方法，涉及一種對接接頭設(shè)計方法。本發(fā)明的方法如下步驟一、計算低匹配接頭屈服強(qiáng)度匹配比；步驟二、通過材料力學(xué)公式，根據(jù)等彎曲承載條件計算得到焊縫余高高度h；步驟三、確定蓋面焊道半寬w；步驟四、確定焊趾半徑r；步驟五、根據(jù)所求出的焊縫余高高度h、蓋面焊道半寬w和焊趾半徑r，獲得等彎曲承載所需的低匹配接頭幾何形狀參數(shù)。本發(fā)明適用于X形坡口雙面施焊的低匹配平板對接接頭。本發(fā)明使高強(qiáng)鋼的焊接結(jié)構(gòu)可以采用低匹配的接頭組配形式。高強(qiáng)鋼焊接采用低匹配焊接接頭不但可以保證彎曲承載能力不低于母材，而且塑韌性較等匹配焊接接頭相比有顯著的提高。
文檔編號B23K33/00GK103143853SQ20131009832
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者方洪淵, 王佳杰, 董志波, 劉雪松, 楊建國, 張敬強(qiáng), 王濤, 劉濤, 姜斌 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)