[发明专利]提高搭接角焊缝T型接头疲劳性能的焊接方法

说明书

本发明涉及一种提高搭接角焊缝T型接头疲劳性能的焊接方法，属于焊接技术领域。包括以下步骤：模型建立、热力学模拟熔池形状、拟合焊枪角度与焊缝形状尺寸的关系、力学模拟焊根处应力强度因子、拟合焊缝形状尺寸与焊根应力强度因子关系、选择焊枪角度、对实际试件进行焊接。该搭接角焊缝T型接头焊接方法具有保证焊接质量、有效避免焊根处焊接缺陷、提高构件力学性能及疲劳性能的优点。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种提高搭接角焊缝T型接头疲劳性能的焊接方法。

背景技术

搭接角焊缝T型接头(即T形接头搭接化)是一种由带有一定角度弯边的L形板与局部平板或曲面板搭接焊成的较为复杂的工程结构。在工作受载时搭接角焊缝T型接头表现出T 形接头的特点，但从接头形式上看该接头属于搭接接头。这一结构目前常出现在钢制组装式车轮轮辐轮辋的断续合成焊缝中，车轮运行中承受复杂的动态径向载荷、周向载荷和侧向载荷等，其中径向载荷是引起疲劳开裂的主要原因。该结构当前主要采用的焊接方法为使用埋弧焊或者气保焊对其进行单道焊接，该种焊接方法下的焊缝容易出现焊根形状缺陷，并且在该结构的焊根及焊趾处存在较大应力集中，存在焊接残余应力。焊根处的较大应力集中及焊接残余应力在径向疲劳拉伸过程中更容易导致结构的疲劳破坏。

目前，有限元技术已经在各种工程领域得到广泛运用。有限元模拟方法通过将模型进行划分再对划分后的有限小单元进行计算，给很多实际试验提供了理论支持。在焊接技术领域，有限元技术可以被用于计算焊接的残余应力及焊接变形等。但当函数不连续时，比如有裂纹出现的情况，在有限元模拟中需对有奇异性的裂纹尖端区域进行进一步细化处理。有限元方法在处理结构裂纹处由于网格细化及网格节点间的数据映射问题时效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高搭接角焊缝T型接头疲劳性能的焊接方法，解决了现有技术存在的焊根处应力集中导致疲劳性能下降的问题，有效避免了焊根处焊接缺陷，减小焊根缺口处的应力集中，在焊根处引入了强化机制，提高了焊缝的有效连接面积，增大了力臂，从焊缝组织及焊缝形状两个方面提高了焊接构件的性能。本发明结合有限元分析对搭接角焊缝T型接头结构进行焊接工艺方法的改进，优化其焊缝形状尺寸，减小焊缝应力集中，改善焊缝组织性能，进而提高该接头结构的疲劳性能。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

提高搭接角焊缝T型接头疲劳性能的焊接方法，包括以下步骤：

步骤S1、在有限元模拟软件中按照实际试件的规格进行整体模型建立，对模型进行网格划分、材料赋予及约束与加载条件的施加；

步骤S2、通过有限元模拟软件的热力学模拟功能对模型进行体热源的施加，编写子程序改变焊接角度对一至多道焊缝的熔池形状进行模拟；

步骤S3、测量不同焊接角度α下第x道焊缝的两板间连接长度L1_(α，x)及远离两板方向的焊缝连接长度L2_(α，x)。

步骤S4、在数值拟合软件中分别对两板间连接长度L1_(α，x)与角度α，焊缝连接长度L2_(α，x)与角度α的关系进行拟合，获得α与L1、L2的关系式；

步骤S5、结合试验及模拟结果找出结构受载时的危险点，对不同角度焊接的构件的危险点进行应力强度因子的计算；

步骤S6、在数值拟合软件中对两板间连接长度L1_(α，x)，焊缝连接长度L2_(α，x)与应力强度因子K的关系进行拟合，获得K与L1、L2的关系式；

步骤S7、结合α与L1、L2的关系式及K与L1、L2的关系式可得到焊接角度α与应力强度因子K的关系式；

步骤S8、根据焊接角度α与应力强度因子K的关系式及实际设备情况选择焊接角度，采用自动化焊接系统对实际试件进行焊接。