喷熔修形法改善焊接结构疲劳性能的研究

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1、中文摘要疲劳断裂是焊接结构主要的破坏形式，且大部分焊接结构件的断裂发生在焊趾部位。原因是焊趾部位存在应力集中和焊接残余拉伸应力，使得接头处的疲劳强度远低于基体金属的疲劳强度。提高和改善焊接接头的疲劳性能是长期来国内外有关专家研究的热点课题。目前国内外有关采用喷熔修形法提高焊接结构疲劳性能研究的文献尚未见到。通过喷熔修形，获得了较大的焊趾区过渡半径。通过高周疲劳试验得出如下结论：原始焊态的2×106条件疲劳强度为146．5MPa，Ni60喷熔处理十字接头试件的2×106条件疲劳强度为241MPa，比原始焊态提高64．5％左右，Fe

2、38喷熔处理十字接头试件的2×106条件疲劳强度为208MPa，比原始焊态提高42％左右。计算Ni60喷熔修形态、Fe38喷熔修形态在寿命为107次所对应应力幅下的焊态疲劳寿命，粗略的估计Ni60喷熔修形态比焊态试件疲劳寿命提高20倍左右，Fe38喷熔修形态比焊态试件疲劳寿命提高11倍左右。用ANSYS建立焊态、Ni60喷熔态、Fe38喷熔态三种十字接头的有限元模型，计算出了其应力集中系数分别为2．4613、1．0459、1．5504。通过对应力集中系数的有限元模拟计算，分析了焊缝高宽比、焊缝高度、焊趾区过渡半径等几何因素对应力

3、集中系数的影响。证明喷熔修形法主要是通过提高焊接接头焊趾区过渡半径，降低了该区域的应力集中程度，从而使焊接接头的疲劳强度获得较大提高。关键词：喷熔修形焊接接头疲劳强度焊趾应力集中系数合金粉末有限元分析ABSTRACTFatiguefractureisthemostimportantfailuremode．Andmostofendurancefailuresofweldedconstructionareoccurredinthetoeofweld．Stressconcentrationandweldingresidualstret

4、chingstressarethemainreasonsofthefailure．Mostly，thefatiguevalueofweldedspliceiswellinferiortothevalueofparentmetal．Sothefatiguevalueoftheweldedconstructionisdependentonthefatiguestrengthoftheparentmetal．Improvingthefatiguestrengthisoneofresearchhotspotforsomeexpertsa

5、thomeandabroad．Now,thereportsabouttheresearchofmodificationofsprayfusingonimprovingthefatiguestrengthofweldedconstructionarenotfoundyet·Afterbeingmodifiedthroughsprayfusing，theknuckleradiusofthetoezonebecamelarger．Conclusionscanbeendrawnbyhighcyclefatiguetesting：2×10

6、0offsetendurancestrengthofweldedjointis146．5MPa，2x106offsetendurancestrengthoftheweldediointsprayfusedbyNi60is241MPa，increasedby64．5％．2x106offsetendurancestrengthoftheweldedjointsprayfusedbyFe38is208MPa，42％morethanweldedjoint．Thefatigue．strengthofweldedjointwhichthen

7、umberofstressamplitudecorrespondingtothefatiguestrengthofthejointsprayedbyNi60andFe38at10’cycleS．Cursoryestimatecanbedrawn：thefatiguestrengthofthejointsprayedbyNi60isincreasedby20timesthanthestrengthofweldedjoint；thefatiguestrengthofthejointsprayedbyFe38isincreasedby

8、1timesthanthestrengthofweldedjoint．Finiteelementmodelofweldedjoint，weldedjointsprayedbyNi60，weldedjointsprayedbyFe38arebuilt．stress