焊接接头的应力分布

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1、焊接接头的工作应力分布授课教师：潘孚常用焊接接头的工作应力分布1）应力集中概念由于焊缝形状和分布的特点，实际焊接接头中往往存在着变形或某种缺陷，导致接头中工作应力分布不均匀。这种在几何形状突变处或不连续出应力突然增大的现象称为“应力集中”。应力集中程度的大小，常以应力集中系数KT表示。1、应力集中2）焊接接头产生应力集中原因引起焊接接头应力集中的原因涉及结构方面、工艺方面等多种因素焊缝中的工艺缺陷如气孔、夹渣、裂纹和未焊透等。其中裂纹和未焊透引起的应力集中较严重。焊接接头处几何形状的改变如对接接头

2、中，由于余高的存在在母材与余高过渡处有应力集中。不合理的接头形式和焊缝外形如接头处截面突变、加盖板的对接接头，单侧焊缝的T形接头等，都会引起较大的应力集中。2、电弧焊接头的工作应力分布1）焊缝常用术语焊趾焊缝表面与母材的交接处余高超出母材表面连线上面的那部分焊缝金属的最大高度焊缝宽度焊缝表面两焊趾之间的距离焊根焊缝背面与母材的交界处2）对接接头的工作应力分布在焊接接头处，通常都有余高存在，致使焊缝与母材的过渡处的截面发生变化，使此处产生应力集中。应力集中系数KT的大小取决于焊缝宽度c、余高h、焊趾

3、处的θ角及转角半径r。在其他因素不变的情况下，余高h增加，焊缝宽度c减少，θ角增大，r减小等都会使KT增加。由于余高带来的应力集中对动载结构的疲劳强度是不利的，所以对重要的动载构件，有时采用削平余高(余高为零，KT=1，应力集中消失)或增大过渡半径的措施来降低应力集中，以提高接头的疲劳强度。各种接头中，对接接头是最好的接头形式。不但静载强度高，且疲劳强度也很高。3）T形(十字)接头的工作应力分布T形(十字)接头焊缝向母材的过渡处形状变化较大，在角焊缝的过渡处和根部都有很大的应力集中。(a)未开坡口

4、的T形(十字)接头(见a图)，此种接头应力集中部位：一是焊缝根部，这是由于根部没有焊透造成的；另一部位在焊趾截面B—B上，B点的应力集中系数随角焊缝θ角减小而减小，也随焊脚尺寸增大而减小。注：图中数字是表示应力集中系数KT值(b)开坡口并焊透的T形(十字)接头(见b图)这种接头的应力集中大大降低。可见开坡口或采用深熔焊接以保证焊透是降低应力集中的重要措施之一。注：图中数字是表示应力集中系数KT值在T形(十字)接头中，应尽可能将其焊缝形式由承载状态转化为非承载状态。若两个方向都受拉力，则宜采用圆形、

5、方形或特殊形状的轧制、锻造插入件，把角焊缝变成对接焊缝，如图所示。几种插入件形成的十字接头4）搭接接头的工作应力分布在搭接接头中，根据搭接角焊缝受力方向的不同，可分为：正面搭接角焊缝接头侧面搭接角焊缝接头正面和侧面联合角焊缝接头a)正面搭接角焊缝的工作应力分布由图可知，在角焊缝的根部A点和焊趾B点都有较大的应力集中，其数值与许多因素有关，如焊趾B点的应力集中系数就是随角焊缝的斜边与水平边的夹角θ而变的，减小其夹角θ、增大熔深及焊透根部等都可降低应力集中系数。正面搭接角焊缝中各截面的应力分布搭接接头

6、的正面角焊缝受偏心载荷作用时，在焊缝上会产生附加弯曲应力，导致弯曲变形，见图。为了减少弯曲应力，两条正面角焊缝之间的距离L应不小于其板厚δ的4倍。正面搭接接头的弯曲变形b)侧面搭接角焊缝的工作应力分布侧面搭接角焊缝的工作应力分布更为复杂，在焊缝中既有正应力，又有切应力。主要特点：切应力沿焊缝长度上的分布及不均匀，焊缝两端应力值高，中间应力值低，应力分布呈悬索状。产生的主要原因：搭接板材不是绝对刚体，在外力作用下会产生弹性变形，如果在拉力作用下，就要产生拉伸变形。这种弹性位移的结果，势必有部分外力功

7、转化为弹性变形能，因而通过搭接区段内各截面的外力是不同的。如图所示，上板的截面通过的拉力Fχ´，从左到右逐渐由F降至零；下板截面通过的拉力Fχ″从左到右逐渐由零升高到F。两块板的弹性变形自左至右相应地减小和增大。这样两板各对应点之间的相对位移就不均匀，而是两端位移量大，中间位移量小，因而夹在两板中的焊缝单位长度上所传递的剪切力qxa也必然是两端高中间低。侧面搭接角焊缝应力集中的严重程度主要与搭接长度L有关，即焊缝越长，应力分布越不均匀。因此，一般规定侧面角焊缝构成搭接接头的焊缝长度不得大于焊脚长的

8、50倍。如果两个被连接件的断面不相等(A1≠A2)，切应力的分布并不对称于焊缝中点，最大应力值位于小断面一侧的端部，如图所示。侧面搭接角焊缝接头的应力分布c)联合角焊缝的工作应力分布这种接头，在侧面角焊缝的基础上增添正面角焊缝后，如图所示，在B～B截面上正应力分布比较均匀，最大切应力τmax降低，故在B—B截面两端点的应力集中得到改善。由于正面角焊缝承担一部分外力，以及正面角焊缝比侧面角焊缝刚度大，变形小，所以侧面角焊缝的切应力分布得到改善。设计搭接接头时，增加正面角焊缝，不但可以