[實用新型]具有高疲勞壽命的新型十字焊接接頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420272924.2
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN203843384U
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設計）人: 趙小輝;劉宇;鄧彩艷;劉永;趙帥捷;呂殿雷;高原;張哲;劉剛
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K33/00
• 分類號: B23K33/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

技術領域

????本實用新型涉及焊接領域，特別涉及一種具有高疲勞壽命的新型十字焊接接頭。

背景技術

?焊接是伴隨著鋼鐵等金屬材料的冶煉及各種熱源的應用而產生的，春秋戰(zhàn)國時期就已經出現(xiàn)采用釬焊連接而成的大型焊接結構件。進入20世紀，隨著各種焊接材料及焊接方法的產生，焊接已經廣泛應用于復雜金屬結構、異種材料之間的連接。我國45%以上的鋼鐵產量都應用于焊接結構中，工業(yè)水平發(fā)達的國家這一比例更高。隨著焊接結構的廣泛應用，不斷發(fā)生焊接結構的疲勞斷裂事故。在國外，80年代日本的Alexan-derkeyland號鉆井平臺因疲勞失效在北海翻沉。在國內，90年代的高速列車轉向架經常發(fā)生疲勞斷裂失效，給國家造成了巨大的經濟損失和安全隱患。

構成焊接結構的焊接接頭焊趾部位存在的應力集中、焊接殘余拉應力和各種焊接缺陷的聯(lián)合作用是焊接結構疲勞斷裂事故多發(fā)的主要原因。鑒于焊接接頭為薄弱環(huán)節(jié)，在各種標準及規(guī)范制定時不再采用基本金屬的疲勞數據作為整體結構強度的校核指標，這樣會造成材料的大量浪費，同時也增加了制造周期和成本，即使以焊接接頭作為疲勞強度的校核指標，在接頭局部應力集中作用下仍然會發(fā)生整體結構的過早疲勞失效。因此，提高焊接接頭疲勞強度一直都是國際相關專家研究的熱點。針對焊接接頭焊趾處疲勞裂紋的起裂性能，專家學者們主要從以下兩個方面來尋求改善措施：

(1)?改善焊縫的幾何外形，增加焊趾處的過渡半徑，降低焊趾部位的應力集中，如TIG熔修和焊趾打磨。

(2)?調整焊接接頭表層的殘余應力場，降低焊趾部位的殘余拉應力，甚至轉變?yōu)闅堄鄩嚎s應力，如Shot?blasting和Hammering?method。

這些改善焊接接頭疲勞強度的方法和措施使用的場合和方式各不相同，具有各自的優(yōu)點，但都不同程度的提高了焊接接頭的疲勞性能。上述各種方法雖然都在一定程度上提高了焊接接頭的疲勞性能，然而都存在一定的問題。TIG熔修通過氬弧調整接頭焊趾處的形狀容易導致該位置的強度降低；Weld?grinding也存在強度降低的問題；過載和擠壓法容易引起非焊接接頭部位材料力學性能的變化；局部加熱和噴丸法等工藝流程復雜；錘擊法噪音嚴重等；超聲沖擊法因其不能較大程度的改變焊縫表面的幾何外形而使得焊接接頭表層形成的殘余壓應力極容易因載荷的突變而釋放，即無法保證殘余壓縮應力自始至終在焊接接頭表層存在；低相變點焊條(Low?Transformation?Temperature?Welding?Electrode,?LTTE)法在焊趾處形成了較大的殘余壓縮應力，但是焊條的制備過程復雜、費用高、效率較低，同時通過焊條也不能較大程度的改善焊趾處的幾何外形。低相變點噴涂法采用低相變點合金粉末代替低相變點焊條直接噴射于十字焊接接頭表層可以獲得較好的幾何外形，同時在焊趾處形成了較大的殘余壓縮應力，有效提高了焊接接頭的疲勞強度。然而這種提高僅限于高周疲勞，低周疲勞時會因噴涂層較脆以及噴涂層與基體間較弱的結合力而導致涂層與基體焊縫剝離，反而降低結構件的疲勞壽命。為此，尋求一種既能改變焊趾處的幾何外形，又能在焊趾處產生殘余壓縮應力的新型十字焊接接頭具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內容

本實用新型的目的在于提供一種具有高疲勞壽命的新型十字焊接接頭，解決了現(xiàn)有技術存在的上述問題及常規(guī)十字焊接接頭疲勞性能較弱的缺點。本實用新型既能降低焊趾處的應力集中又能在焊趾表層形成殘余壓縮應力，同時接頭整體力學性能增強。

本實用新型的上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

具有高疲勞壽命的新型十字焊接接頭，在接頭基體1的表面設置金屬粉末噴焊涂層2，其中，焊趾部位3的金屬粉末噴焊涂層2的厚度為2~5mm，接頭基體1表面的金屬粉末噴焊涂層2的厚度為0~2mm。

所述的金屬粉末噴焊涂層2的外表面為圓滑弧形過渡外形4。