低匹配焊接接頭彎曲等承載設計及隨焊整形.pdf

1、低匹配接頭承載能力較母材或等匹配接頭有所降低，限制了其廣泛應用?；趶姸葏⒘恳约皵嗔褟姸纫蜃訁⒘繉Φ推ヅ淅斓瘸休d接頭設計已有相關的研究，但是對于低匹配接頭彎曲等承載設計方面的研究還未見報道。因此，為提高低匹配接頭的彎曲承載能力，使其彎曲承載能力能夠達到母材，本文在假定無焊接缺陷、忽略冶金作用和殘余應力的前提下，通過理論研究、有限元分析與試驗驗證相結合的方法，分別針對彈性狀態(tài)與塑性狀態(tài)，提出了彎曲等承載的判據(jù)及實現(xiàn)條件，并提出了彎曲等承

2、載接頭設計準則，按照該設計準則可以設計出彎曲承載能力與母材相當?shù)牡推ヅ浜附咏宇^。
　　基于材料力學理論，研究了彈性狀態(tài)焊縫金屬與母材存在不同力學性能情況下滿足彎曲等承載能力的臨界條件，推導出彈性狀態(tài)低匹配對接接頭滿足彎曲等承載條件的幾何形狀臨界曲線，在給定的相同彎曲載荷的條件下，以低匹配接頭不先于母材發(fā)生屈服為約束條件，并通過接頭余高高度、熔寬寬度以及焊趾半徑等幾何形狀細節(jié)設計，給出了彈性狀態(tài)非均質變截面低匹配焊接接頭彎曲等承載設

3、計準則?；谒苄詮澢碚?，研究了塑性狀態(tài)焊縫金屬與母材存在不同力學性能情況下滿足彎曲等承載能力的臨界條件，推導出塑性狀態(tài)低匹配對接接頭滿足彎曲等承載條件的幾何形狀臨界曲線，在給定的相同彎曲載荷的條件下，以塑性狀態(tài)低匹配接頭不先于母材達到抗拉強度為約束條件，并通過接頭幾何形狀細節(jié)設計，給出了塑性狀態(tài)非均質變截面低匹配焊接接頭彎曲等承載設計準則。通過有限元法分別驗證了彈性階段與塑性階段低匹配接頭彎曲等承載設計準則的正確性。
　　理論研

4、究表明，塑性狀態(tài)不能使用抗拉強度匹配比用于彎曲等承載設計,因此提出了表征塑性狀態(tài)彎曲等承載設計的指標參量（當量應力）。當量應力是一個反映材料性能的指標，只與材料其他性能參數(shù)有關，表征了材料最大應力達到材料抗拉強度時極限塑性載荷與當量應力之間的關系。定義當量應力匹配比為焊縫當量應力與母材當量應力的比值，當量應力匹配比可用于塑性狀態(tài)焊接接頭彎曲等承載設計。
　　理論推導彎曲等承載接頭的臨界曲線為拋物線形狀，考慮工程應用的因素，進行了圓

5、弧替代拋物線形狀的可行性分析。基于彎曲等承載設計準則，分別給出了彈性階段與塑性階段適合工程應用的三圓相切低匹配對接接頭彎曲等承載設計方法。分別通過有限元法和試驗方法驗證了三圓相切低匹配對接接頭彎曲等承載設計方法的正確性，驗證結果均表明設計的低匹配彎曲等承載對接接頭彎曲承載能力能夠達到母材且遠高于余高削平的低匹配對接接頭，滿足彎曲等承載設計要求。
　　針對現(xiàn)有獲得等承載接頭方法的不足，本文設計了三圓相切隨焊整形輪，并實現(xiàn)了等承載接頭

6、的隨焊整形，獲得了所需要的接頭幾何形狀。針對固定形狀的整形輪只能對單一形狀尺寸等承載接頭進行隨焊整形的局限性，設計了寬度可調節(jié)的平余高形狀隨焊整形輪，拓寬了隨焊整形的使用范圍。對等承載接頭隨焊整形效果進行了相關的力學性能實驗，結果表明：隨焊整形等承載接頭基本達到母材的彎曲承載能力，滿足彎曲等承載要求；焊縫區(qū)硬度較原始焊態(tài)接頭有較大的提高，對作用區(qū)域有加工硬化的效果；隨焊整形能夠降低殘余應力，甚至引入有益的壓應力。
　　彎曲等承載設