厚板多层多道焊角变形分析方法——焊接技术
116焊 接 学 报第25卷
图1 校正因子mi或mj与焊层i或j的关系
Fig.1 Interrelationbetween(mi,mjandwj图 M0产生示意图
Fig.2 Sketchofgenerationofsupposed
bendingmomenM0
,如文献[3]提出的公式能够对除第一层焊缝以外的每一层焊缝进行定量的计算,
β但Δi的计算有难度;文献[4]中的方法明确给出了多层焊中每层焊缝引起的角变形的变化趋势。以上两种方法对同一层中每道焊缝的区别均没有论述,另外校正因子的数值缺乏理论依据和经验数值的支持。
而工件刚度与工件厚度成正比,工件厚度与焊接层数直接相关。所以对刚度影响系数k1总结如下。
当前焊道填满当前层时
h
ξj-2 , (h≥k1=2);∑2j=2
当前焊道未填满当前层时
h
ξj-2 , (h≥k1
=3);∑2j=2式中:h为当前焊道的焊层数,关系项
j=2
ξ∑
h
j-2
中
2 多层多道焊角变形分析方法
如图2所示,构件AB在弯矩M0作用下,挠曲变形的力学公式为θA=θB=
,参见文献[5]。6EI
ξ根据不同材料取值不同。
pi为第i道焊缝在构件中引起的假想力,在此假想力的作用下,构件内产生弯矩M0,即
M0=pi zi,
式中:pi为当前焊道所在截面对工件施加的假想
力;zi为当前焊道中心与已完成焊缝截面中心的距离,如图3所示。
对于多层焊(图2中为两层焊缝的第二层),每一层焊缝引起的角变形也可理解为焊接残余应力在构件内部形成弯矩,导致构件发生角变形。每层焊缝形成弯矩的过程如图2所示,可以假设在焊接塑性变形区的两端作用假想力p,则
ΔBl=k1,
εs式中:l为接头塑性区宽度,即假想力p作用点间
距,与材料的屈服强度有关;ΔBi为假想当前焊道所在截面可以自由收缩时的横向收缩量;εs为材料屈服应变;k1为刚度影响系数,与焊接层数以及每道焊缝是否填满当前焊层有关。
在热输入相同的情况下,塑性变形区宽度与工件刚度有关。当工件刚度增加时,焊接时焊缝以及热影响区热膨胀受到的拘束增大,热塑性变形量增大,塑性变形区的宽度也随之按一定关系增大。
图3 焊缝中心偏心距zi示意图
Fig.3 Sketchofeccentricityziofweldcenter
假想力的大小与材料的屈服极限有关,可由下式确定,即
δpi=σL
,s i
式中:δi为当前焊道厚度;L为焊缝长度;σs为材料屈服极限。
所以根据力学公式,每道焊缝引起的角变形量可由下式确定,即βθi=2kA=k
ΔB lδ=4k, (i≥2);(3)3
3EIδjy
式中:EI为抗弯刚度;k为焊缝形状系数。