[發明專利]提高搭接角焊縫T型接頭疲勞性能的焊接方法

有效

• 申請號: 202211244401.2
• 申請日: 2022-10-12
• 公開（公告）號: CN115488539B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 徐國成;金歌;徐德生;趙小輝
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K31/12
• 分類號: B23K31/12;B23K9/18;B23K9/32
• 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

本發明涉及一種提高搭接角焊縫T型接頭疲勞性能的焊接方法，屬于焊接技術領域。包括以下步驟：模型建立、熱力學模擬熔池形狀、擬合焊槍角度與焊縫形狀尺寸的關系、力學模擬焊根處應力強度因子、擬合焊縫形狀尺寸與焊根應力強度因子關系、選擇焊槍角度、對實際試件進行焊接。該搭接角焊縫T型接頭焊接方法具有保證焊接質量、有效避免焊根處焊接缺陷、提高構件力學性能及疲勞性能的優點。

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，具體涉及一種提高搭接角焊縫T型接頭疲勞性能的焊接方法。

背景技術

搭接角焊縫T型接頭(即T形接頭搭接化)是一種由帶有一定角度彎邊的L形板與局部平板或曲面板搭接焊成的較為復雜的工程結構。在工作受載時搭接角焊縫T型接頭表現出T?形接頭的特點，但從接頭形式上看該接頭屬于搭接接頭。這一結構目前常出現在鋼制組裝式車輪輪輻輪輞的斷續合成焊縫中，車輪運行中承受復雜的動態徑向載荷、周向載荷和側向載荷等，其中徑向載荷是引起疲勞開裂的主要原因。該結構當前主要采用的焊接方法為使用埋弧焊或者氣保焊對其進行單道焊接，該種焊接方法下的焊縫容易出現焊根形狀缺陷，并且在該結構的焊根及焊趾處存在較大應力集中，存在焊接殘余應力。焊根處的較大應力集中及焊接殘余應力在徑向疲勞拉伸過程中更容易導致結構的疲勞破壞。

目前，有限元技術已經在各種工程領域得到廣泛運用。有限元模擬方法通過將模型進行劃分再對劃分后的有限小單元進行計算，給很多實際試驗提供了理論支持。在焊接技術領域，有限元技術可以被用于計算焊接的殘余應力及焊接變形等。但當函數不連續時，比如有裂紋出現的情況，在有限元模擬中需對有奇異性的裂紋尖端區域進行進一步細化處理。有限元方法在處理結構裂紋處由于網格細化及網格節點間的數據映射問題時效率較低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高搭接角焊縫T型接頭疲勞性能的焊接方法，解決了現有技術存在的焊根處應力集中導致疲勞性能下降的問題，有效避免了焊根處焊接缺陷，減小焊根缺口處的應力集中，在焊根處引入了強化機制，提高了焊縫的有效連接面積，增大了力臂，從焊縫組織及焊縫形狀兩個方面提高了焊接構件的性能。本發明結合有限元分析對搭接角焊縫T型接頭結構進行焊接工藝方法的改進，優化其焊縫形狀尺寸，減小焊縫應力集中，改善焊縫組織性能，進而提高該接頭結構的疲勞性能。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

提高搭接角焊縫T型接頭疲勞性能的焊接方法，包括以下步驟：

步驟S1、在有限元模擬軟件中按照實際試件的規格進行整體模型建立，對模型進行網格劃分、材料賦予及約束與加載條件的施加；

步驟S2、通過有限元模擬軟件的熱力學模擬功能對模型進行體熱源的施加，編寫子程序改變焊接角度對一至多道焊縫的熔池形狀進行模擬；

步驟S3、測量不同焊接角度α下第x道焊縫的兩板間連接長度L1_(α，x)及遠離兩板方向的焊縫連接長度L2_(α，x)。

步驟S4、在數值擬合軟件中分別對兩板間連接長度L1_(α，x)與角度α，焊縫連接長度L2_(α，x)與角度α的關系進行擬合，獲得α與L1、L2的關系式；

步驟S5、結合試驗及模擬結果找出結構受載時的危險點，對不同角度焊接的構件的危險點進行應力強度因子的計算；

步驟S6、在數值擬合軟件中對兩板間連接長度L1_(α，x)，焊縫連接長度L2_(α，x)與應力強度因子K的關系進行擬合，獲得K與L1、L2的關系式；

步驟S7、結合α與L1、L2的關系式及K與L1、L2的關系式可得到焊接角度α與應力強度因子K的關系式；

步驟S8、根據焊接角度α與應力強度因子K的關系式及實際設備情況選擇焊接角度，采用自動化焊接系統對實際試件進行焊接。