[发明专利]可使低匹配丁字接头按母材强度承载的焊缝形状设计方法

摘要

可使低匹配丁字接头按母材强度承载的焊缝形状设计方法，它涉及一种焊缝形状设计方法，解决了低匹配丁字接头承载能力低于等强以上匹配丁字接头的问题。主要步骤：计算低匹配接头屈服强度匹配比μMMR，确定应力集中最小化的焊缝形状方案，建立该焊缝形状方案下丁字接头形状参数与焊趾处和焊根处的应力集中系数间的关系方程，求得焊脚尺寸h、焊趾半径r、盖面焊道总宽度w，获得焊缝形状参数值。本发明使承受拉伸和弯矩载荷的高强钢或超高强钢焊接结构既可以采用显著降低冷裂纹发生率的低匹配的接头组配方式，又可保证低匹配丁字接头的静载承载能力不低于等匹配丁字接头、且疲劳强度明显高于焊态等匹配丁字接头。适用于K形焊缝双面施焊的低匹配丁字接头。

主权项

一种可使低匹配丁字接头按母材强度承载的焊缝形状设计方法，其特征在于：所述焊缝形状设计方法是基于焊根应力集中系数与低匹配接头屈服强度匹配比相等、焊趾应力集中系数最小化来实现的；所述焊缝形状设计方法的具体设计过程为：步骤A、确定焊缝形状：根据水平板端面焊于竖直板一侧表面形成的丁字接头的结构特点和承载特点确定焊缝形状：机械加工水平板的焊接端，水平板的焊接端与竖直板之间形成的坡口角度α为45°，使竖直板与水平板之间的焊缝形状为K形；竖直板与水平板之间的焊缝轮廓线由一条45°的折线和一条圆弧曲线连接组成，其中，竖直板与45°折线相连，水平板表面与圆弧曲线相连并相切；步骤B、确定焊缝形状的相关参数：步骤B1、计算低匹配接头屈服强度匹配比μMMR，即焊缝熔敷金属屈服强度与母材屈服强度的比值；步骤B2、确定焊脚尺寸h：设水平板板厚为2t，竖直板板厚为2kt，k为竖直板与水平板板厚的比值，k＞0；在低匹配接头屈服强度匹配比μMMR已经确定的情况下，通过按最大主应力计算的式(1)或通过按等效Von Mises应力计算的式(2)，即可确定焊脚尺寸h的最小值，式中，w0＝kt； μ MMR = 0.05405 ( t + h w 0 ) 2 - 0.42926 t + h w 0 + 1.30677 - - - ( 1 ) μ MMR = 0.03154 ( t + h w 0 ) 2 - 0.29865 t + h w 0 + 1.18464 - - - ( 2 ) 步骤B3、确定焊趾半径r：以焊趾应力集中系数Ktoe在1.05以内为焊趾应力集中最小化设计标准；将上述已确定的几何参数t、h值代入式(3)和式(4)、可确定按最大主应力计算的设计所需的最小焊趾半径r值；将上述已确定的几何参数t、h值代入式(3)和式(5)可确定按等效Von Mises应力计算的设计所需的最小焊趾半径r值； K toe = 1 + αr ( 0.403 t h + t - 1.031 ) = 1.05 - - - ( 3 ) 式中α——焊趾应力集中形状系数；按最大主应力计算时， α = 3.285 - 2.541 ( t h + t ) 2 - - - ( 4 ) 按等效Von Mises应力计算时， α = 3.030 - 2.300 ( t h + t ) 2 - - - ( 5 ) 步骤B4、确定盖面焊道总宽度w：根据直角三角形边长关系，将焊趾半径r代入式(6)确定焊缝轮廓线中圆弧曲线部分对应的焊道宽度wr，根据丁字接头的几何参数关系，将获得的wr代入式(7)确定盖面焊道总宽度w； w r = [ r 2 - ( r - h 2 ) 2 ] 0.5 - - - ( 6 ) w = h 2 + w r - - - ( 7 ) 步骤B5、根据确定的焊缝形状、焊脚尺寸h、焊趾半径r、圆弧曲线部分对应的焊道宽度wr和盖面焊道总宽度w即可获得所需的焊缝形状。