[发明专利]含I型中心裂纹对接接头实现等承载的对接接头设计方法

摘要

含I型中心裂纹对接接头实现等承载的对接接头设计方法，属于焊接技术领域，解决了含I型中心裂纹对接接头承载能力低于母材的问题。对于焊缝含I型中心裂纹同时母材也存在裂纹的对接接头，主要步骤为：计算接头断裂韧度匹配比、求得母材区的应力强度因子、确定满足母材与焊缝区都存在裂纹时的等承载的焊缝区的应力强度因子、求出含I型中心裂纹对接接头的K因子公式、获得所需的焊缝几何参数值。对于焊缝含中心裂纹而母材无缺陷的对接接头，主要步骤为：测量母材金属的抗拉强度以及焊缝熔敷金属的断裂韧度、求出含I型中心裂纹对接接头的K因子公式、确定等承载的接头几何参数满足的条件、获得所需的焊缝几何参数值。本发明适用于双面施焊的平板对接接头。

主权项

一种含I型中心裂纹对接接头实现等承载的对接接头设计方法，其特征在于：所述对接接头设计方法是基于焊缝和母材中的应力强度因子之比与接头断裂韧度匹配比相等、降低焊趾应力集中系数来实现等承载的；根据承载特点，对接接头的焊缝形状确定为余高与母材之间采用简单的圆弧曲线过渡的焊缝形状；所述对接接头设计方法为：步骤一、计算接头断裂韧度匹配比m(焊缝熔敷金属断裂韧度KICw与母材断裂韧度KICb的比值)；步骤二、求得母材区的应力强度因子KIb：以母材中含有中心裂纹的情况举例，在板厚、母材区裂纹尺寸、工作载荷已知时，带入下式或者任一断裂力学教材中的有限宽板中心裂纹应力强度因子公式求得母材区的应力强度因子KIb； K I b = t t 2 - a 2 σ πa 式中，t为板厚一半、σ为外加载荷、a为中心裂纹尺寸的一半；步骤三、确定满足母材与焊缝区都存在裂纹时的等承载的焊缝区的应力强度因子KIw：由等承载条件 K I w K I b = K IC w K IC b = m 求得 K I w = mK I b 其中，m为步骤一中求出的接头断裂韧度匹配比，KIb为步骤二中求出的母材区的应力强度因子；步骤四、求出含I型中心裂纹对接接头的K因子公式： K I = { 1 + ( 0.85038 + 0.84549 h h + t ) exp [ - ( w - h ( 2 r - h ) t + h ) 0.17841 + 0.63191 h h + t 0.3 + 0.6 h t ] } t ( t + h ) 2 - a 2 σ πa 式中，t为板厚一半、σ为外加载荷、a为中心裂纹尺寸的一半；步骤五、确定焊趾圆弧过渡半径r：对接接头焊趾半径r的大小依据现有机械加工或者其它成形条件，尽量选择较大的砂轮半径或者焊趾成形半径，以获得较小的焊趾应力集中系数；这里所述砂轮半径或者焊趾成形半径即为焊趾半径r；步骤六、确定w、h的关系：把步骤五确定的r代入步骤四的公式，结合步骤三确定KIw的值，求出w与h的关系，即w＝nh；步骤七、确定接头余高h：把步骤五确定的r与步骤六确定的w＝nh代入接头余高面积公式，求出满足S最小的余高h，即为最终满足要求的h； S = wh + ( r - h ) 2 rh - h 2 - r 2 arccos r - h r 步骤八、确定盖面焊道半宽w：把步骤七确定的接头余高h代入步骤六确定的w＝nh即可求出接头的盖面焊道半宽w；步骤九、根据余高高度h、焊趾半径r、盖面焊道总半宽w即可获得焊缝含I型中心裂纹母材含裂纹的对接接头所需的焊缝形状及其几何参数值。