场桥轨道焊接接头形式对焊接残余应力的影响.pdf

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1、场桥轨道焊接接头形式对焊接残余应力的影响吴世品。朱平张华军1上海振华重工(集团)股份有限公司上海2001252上海海工装备高效智能焊接技术研究中心上海200125摘要：针对轨道焊接接头容易产生疲劳裂纹问题，利用Abaqus有限元分析软件分别模拟计算了横角焊、船型焊焊接残余应力，并以此研究了轨道焊接疲劳性。从分析结果可以看出，一道船型焊时，其应力集中最小，而采用横角一道焊时，应力集中最大，易从轨道侧焊趾位置开裂，与现场裂纹位置相吻合。关键词：疲劳；应力集中；横角焊；船型焊。中图分类号：TH218：U653．921文献标识码：A文章编号：1001—0785(20

2、14)08—0061—04Abstract：Inviewoffatiguecrackingeasilyoccurringinthetrackweldjoints，simulationcomputationisperformedforresidualstressofthehorizontalfilletweldingandship-typeweldingwithAbaqusfiniteelementsoftware，withthetrackfa—tiguestudiedaswel1．It’Sseenfromtheanalysisresultthatthemin

3、imumstressconcentrationisattheship—typeweld，whilethemaximumstressconcentrationisatthehorizontalfilletweldingandcrackingmayoccurattheweldtoeonthetrackside，whichmatcheswithon-sitecrackinglocation．Keywords：fatigue；stressconcentration；horizontalfilletwelding；ship—typeweld0前言结构疲劳失效是工程结构

4、失效的主要模式之一¨。J。据统计，工程结构失效中，有60％一80％是由疲劳导致的，尤其是高强钢焊接结构¨l4J。近年来国内具有焊接式轨道的产品(如场(a)(b)桥)频繁出现开裂问题(如图1)，此问题一直困(a)裂纹开裂(b)修补后仍然开裂扰着重工行业中集装箱装吊等作业的进行，抑制图1实际轨道开裂位置行业的发展。对于焊接结构，导致疲劳的原因多种多样，包括接头形式、残余应力及焊接缺陷等，应力)．均比横角焊时小，而采用两道和三道横角其中最主要的是应力集中、焊接缺陷及残余应角焊时，由于上焊趾处成型改善，其等效残余应力¨。本文以国内重工行业中频繁出现疲劳力也比一道横角

5、焊时小。开裂的场桥焊接轨道为例，从焊接接头形式对1轨道焊接3D建模轨道焊接残余应力的影响角度出发，研究轨道抗疲劳延寿技术，探讨合理的轨道焊缝形式，1．1轨道模型并为最终实现场桥焊接轨道的可靠性、保证质由于实际轨道较长，且具有对称特性，为减量及延长在役产品的使用寿命、节约成本等提少计算量同时保证计算精度，故选择1／2模型。为供理论基础。了研究传统单道焊产生裂纹的原因，对比不同接利用Abaqus有限元分析软件，从焊接残余应头形式对应力集中影响，分别计算了轨道在传统力的角度出发，通过模拟横角一道、两道、三道横角一道焊和改进的横角两道焊、三道焊(卡焊及一道船型焊焊后

6、应力分布，探讨不同焊缝形尔玛采用形式)以及改进的船型一道焊焊后的式对应力分布的影响。通过研究发现，采用船型残余应力情况，电流，：215A，电压U=28V，一道焊时，上焊趾的纵向应力和等效应力(Mises焊接速度V=5mm／s。4个模型除了焊缝形状《起重运输机械》2014(8)一6】一布女l1罔4所示由图4可知，焊后等效残余应力主要集中在上焊趾部位附近，为了查看每道焊后的应力计算结果，并考虑实际情况下破坏位置情况，本次选取上焊趾、下焊趾沿焊接方向路径，并分别对比各种焊缝形式焊后的纵向应力、横向应力及等效应力沿路径的分布情况。其中上焊趾处残余应力对比情况如图5所

7、示，下焊趾处残余应力对比情况如图6所示。2．2分析由应力分布图可知，采用船型焊时，上焊趾的等效应力最小，而采用横角一道焊时上焊趾的等效应力最大，这主要是由于：(a)横角一道焊(b)横角两道焊1)如图7，采用横角两道焊和横角道焊时，(c)横角道焊(d)一道船型焊上焊趾的过渡明要比横角一道焊时好，这是导陶4不同焊脚形式焊后残余应力分布致横角两道焊和j道焊上焊趾等效应力比横角一0050O00O501OO1502002503OO35Z坐标／mZ坐标，m(a)(b)(a)纵向应力(b)横向应力(c)等效应力(d)图示路径图5上焊趾处的应力对比道焊时小的原【大】。大纵向

8、应力为302MPa，而采用横角一道焊时最大2)由于焊