焊缝余高对焊接接头疲劳性能影响的定量分析

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1、焊缝宽度高余熔深高余图1焊缝余高示意图Fig.1Thediagramofexcessweldmetal邵辉成1，康建雄1，刘庆华2，岳珠峰1(1.西北工业大学工程力学系，陕西西安710072；2.中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司，陕西汉中723213)摘要：为了研究焊缝余高对焊接接头疲劳性能的影响，采用名义应力法对含有焊缝余高的焊接结构连接件进行了有限元分析及寿命预测。结果发现：结构的疲劳寿命受焊缝坡度影响，随着焊缝坡度的增大，接头疲劳寿命先增大后减小，呈抛物线变化趋势。焊缝余高的变化也影响

2、着结构疲劳性能，当焊缝余高为0.4mm、焊缝坡度为65°时，焊接接头疲劳寿命最大。关键词：焊缝余高；焊缝坡度；疲劳寿命；名义应力法中图分类号：TG405文献标识码：A文章编号：1001-3814(2011)13-0012-03AnalysisonEffectofExcessWeldMetalonFatiguePeformanceofWeldedJointSHAOHuicheng1，KANGJianxiong1，LIUQinghua2，YUEZhufeng1（1.DepartmentofMecha

3、nics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi′an710072,China；2.AVICShaannxiAircraftIndustry(Group)CorporationLtd.,Hanzhong723213,China）Abstract：Inordertoinvestigatetheeffectsofexcessweldmetalonfatigueperformanceofweldedjoint,theweldedjointstructurewith

4、excessweldmetalwereanalyzedbyfiniteelementmethod.Thefatiguelifewasthenpredictedbynominalstressapproach.Theresultsshowthatthefatiguelifeofthestructureisinfluencedbytheweldslope.Thefatiguelifefirstlyincreasesandthenreduceswiththeincreaseoftheweldslope,

5、andaparabolarelationshipcanbefoundbetweenfatiguelifeandweldslope.Theexcessweldmetalalsohasaneffectonthefatiguelife.Thebestfatiguelifeisachievedwhentheexcessweldmetalandtheweldslopeis0.4mmand65o,respectively.Keywords：excessweldmetal;weldslope;fatiguel

6、ife;nominalstressapproach焊接过程是一个热循环过程，焊后往往存在着残余应力。焊接残余应力的存在是导致焊接裂纹、使接头的疲劳强度和韧性下降的重要原因，是直接影响焊接结构性能、安全可靠性和制造工艺性的重要因素。据统计，有45%的结构失效与焊接接头有关，而这类失效中又有一半以上是由于焊接残余应力引起的。因此，为了防止焊接裂纹，保证结构的安全使用，准确地了解焊接残余应力的大小和分布规律以便调控残余应力和焊接变形极为重要。对于此国外学者作了一些研究，得到了一些成果[1-9]。但在实

7、际工作中，焊接处往往不是十分平整，存在焊缝余高。如图1所示，在焊接结构的生产过程中，通常是对接焊接接头的焊缝略高于母材金属板面，超出母材表面连线上的那部分焊缝金属的最大高度称之为焊缝余高。由于焊缝余高造成构件表面的不光滑，在焊缝和母材的过度处引起应力集中。由焊缝余高带来的应力集中对动载荷的疲劳强度是十分不利的，所以要求它越小越好。因此，本文对含有焊缝余高的焊接接头进行了有限元分析，并应用名义应力法对得到的结果进行寿命预估。疲劳寿命预估公式一般认为应力集中系数对疲劳寿命影响很大，郑修麟[10]给出

8、的较完善的疲劳裂纹起始寿命表达式，可以分析不同存活率下的疲劳寿命。所给公式如下：1收稿日期:2011-05-19基金项目:国家自然科学基金资助项目(50775183,50805118)；高等学校学科创新引智计划项目(NO.bo7050)作者简介:邵辉成(1963-),男,陕西户县人,博士生,研究员,研究方向：结构的失效预测研究工作；电话：13991993562；E-mail：shaohc@eqsn.gov.cn22-21+n1+nN=Ci[△σeqv-(△σeqv)th](1)1姨2(1-R)△