CN103596722B - 击打端头、锤击方法以及利用该方法的焊接接头 - Google Patents
击打端头、锤击方法以及利用该方法的焊接接头 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103596722B CN103596722B CN201280029299.2A CN201280029299A CN103596722B CN 103596722 B CN103596722 B CN 103596722B CN 201280029299 A CN201280029299 A CN 201280029299A CN 103596722 B CN103596722 B CN 103596722B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- impact
- toe
- termination
- millimeters
- weld
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
- B23K33/004—Filling of continuous seams
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
- C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
- C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
- C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
- C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
- C21D7/06—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
- Bridges Or Land Bridges (AREA)
Abstract
根据本发明,能够通过使用击打端头施加击打而进行的锤击以在焊趾部上形成击打区来改进焊接接头部的疲劳强度,击打端头的远端在击打端头的运动方向上具有从1毫米至10毫米的长度、并且在与运动方向正交的剖面中具有弧形形状—该弧形形状具有从1毫米至10毫米的曲率半径,焊趾部是从基体材料至焊接金属的范围内的区域,其中焊趾位于基体材料与焊接金属之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于形成焊接接头的击打端头和进行锤击的方法,其中焊接接头适用于例如钢桥之类的钢结构,在该钢结构中要求优良的疲劳特性。本发明旨在通过改进焊趾部的形状、借助减轻应力集中来改进焊接接头部的疲劳强度。
背景技术
近些年来,越来越多地报道了因钢桥的老化带来的腐蚀或疲劳所导致的损坏的情况。为了防止这些情况,首先必要的是建立检查系统。特别地,在疲劳损坏的情况下,仅仅减小通过的车辆等的作用外力是不够的;还必要的是从设计和制造的方面来改进焊接质量。
当例如为裂缝之类的缺陷存在于焊接部、从而导致焊趾的形状不适当时,易于产生应力集中。结果,循环应力与焊接残余应力的作用叠加,这可能导致疲劳缺口并且引起疲劳断裂。为了防止疲劳断裂,已经从多个不同方面提出了建议。
例如,JP2006-175512A(PTL1)涉及一种用于改进焊接部的疲劳强度的方法和一种使用该方法的焊接结构。PTL1公开了一种技术,根据该技术,通过使用加工装置—该加工装置在焊趾附近进行击打、同时执行超声振荡从而导致塑性变形—在预定的击打条件下加工具体尺寸的凹槽,以稳定方式迅速地改进了焊接结构的疲劳强度而与操作者的技术水平无关。
JP2006-159290A(PTL2)涉及一种进行激光震动敲击的方法,并且公开了利用以下方法将压缩残余应力引导至燃气涡轮发动机的风扇旋转叶片中:该方法使用来自激光源的脉冲激光束,以便使表面薄层或形成了等离子体的表面上的涂层瞬间汽化,并且该方法使用所产生的爆炸动力以在表面部分局部地产生压紧力。
JP2010-029897A(PTL3)公开了一种技术,该技术涉及用于击打 以改进焊接接头的疲劳特性的方法并且涉及使用该方法的装置,并且特别地公开了:使用具有远端—该远端具有特定的尺寸—的击打销,以在焊趾附近形成击打区并且压缩钢板表面,从而将压缩残余应力引导至焊接部中。
通常,在锤击期间,通过操作者将敲击装置保持成使得端头(也称为转换器或凿具,或者称为击打端头)的远端从上方以一定的角度击打焊趾、从而导致敲击装置的载荷施加至焊趾来减少工作载荷。
结果,如图1所示,当对平面外(异面)的角接焊接接头—其中肋2从基体材料1直立地突出—执行锤击时,敲击装置中的击打端头5的远端在焊趾4中形成了深的凹槽(击打区)6—该深的凹槽(击打区)6成为应力集中的位置,并且疲劳裂缝7可能从焊缝3的远端形成。
另一方面,对于通过锤击并通过TIG(钨极惰性气体)修理来改进高抗拉强度的钢(SM570)中的焊接接头部的疲劳强度,Kengo ANAMI、Chitoshi MIKI、Hideki TANI、Haruhito YAMAMOTO所著的《通过锤击TIG-修理改进焊接接头的疲劳强度(ImprovingFatigue Strength of Welded Joints by Hammer Peening TIG-Dressing)》(StructuralEng./Earthquake Eng.,JSCE,Vol.17,NO.1,57s-68s,2000年4月)(NPL1)公开了对新方法的研究结果,其中新方法用于进行锤击以针对上述问题—即执行锤击时疲劳裂缝形成并且焊接部的疲劳强度减小—而减小焊趾的应力集中和残余应力。
换言之,根据NPL1,在执行锤击之前利用磨削机预先磨削焊趾区段以及大约三道次地多次执行锤击,这对防止疲劳缺口(也称为疲劳裂缝)的形成是有效的。
引用清单
专利文献
PTL1:JP2006-175512A
PTL2:JP2006-159290A
PTL3:JP2010-029897A
非专利文献
NPL1:Kengo ANAMI、Chitoshi MIKI、Hideki TANI、Haruhito YAMAMOTO所著的《通过锤击TIG-修理改进焊接接头的疲劳强度(Improving Fatigue Strength of WeldedJoints by Hammer Peening TIG-Dressing)》(Structural Eng./Earthquake Eng.,JSCE,Vol.17,NO.1,57s-68s,2000年4月)。
NPL2:Zukai Yosetsu Yogo Jiten(《图解焊接术语词典》(Illustrated WeldingTerminology Dictionary)),Nikkan Kogyo(日刊工业),1971年9月20日,第4版,第53页。
发明内容
(技术问题)
当制造焊接结构时,会考虑工作环境、操作效率、以及焊接接头的性能,以便选择焊接方法,并且为了改进焊接部的疲劳强度,应用了以上的PTL1等中所引述的用于改进焊接部的疲劳强度的方法。如果弄清楚具有优良疲劳特性的焊接接头的特征,则正如选择焊接方法一样,也将会能够选择最优的方法以改进疲劳强度。
然而,在PTL1中公开的用于使用超声进行锤击的方法中所使用的装置相比于用空气压力来操作端头的常规装置来说是昂贵的,此外这种装置难以得到。
此外,PTL2中所引述的进行激光震动锤击的方法需要对材料进行预处理,并且需要大且昂贵的装置,因此使得该方法难以在钢桥的制造中使用。
而PTL3公开了具有优良耐疲劳性的焊接结构以及相比于具有大的将会出现疲劳裂缝的可能性的焊接部更为优选的焊接部,当对真正结构采用这种焊接部时,难以得到用以获得该焊接部的装置,并且也仍然存在加工效率的问题。PTL3中所公开的进行击打的方法使用了具有下述 远端的击打销,该远端的曲率半径为金属材料的厚度的1/2或更小,并且该曲率半径为2毫米至10毫米。该方法在基体材料的金属材料表面上在以下范围内提供了击打区:在该范围内击打销与焊接金属在击打期间不会接触。然而,击打端头的远端为半球形,这使得大数量的击打是必要的。因此难以将压缩残余应力充分地引导至焊接接头部中。
此外,即便是NPL1中所公开的技术,仍然存在加工效率的问题—例如需要预先磨削、或多次执行锤击。
鉴于以上情况而构思了本发明,并且本发明的目的是提供:能够在执行锤击时改进焊接接头部的疲劳强度的击打端头、使用该击打端头的方法、以及使用该方法并且具有优良的疲劳强度特性的焊接接头。
(解决问题的方案)
为了改进焊接接头的疲劳强度,发明人认真地研究了焊趾部的特征,在焊趾部处在特定情况下形成疲劳裂缝。结果,发明人发现:采用用于减小焊趾部上的应力集中、与此同时减小因焊接而引起的拉伸残余应力—也就是令用于锤击的击打端头的形状呈基本桶形形状—的手段,这允许即便在简单的空气压力振荡类型的装置中也能够改进趾部的形状与此同时将压缩残余应力引导至焊接部。
基于以上发现而构思了本发明。
本发明的主要特征如下。
1.一种用于通过向焊趾部施加击打来执行锤击从而改进焊接接头部的疲劳强度的击打端头,其中向焊趾部施加击打使用了利用空气压力来使所述击打端头振动的系统,
所述击打端头的远端在所述击打端头的运动方向上的长度为1毫米至10毫米,并且所述击打端头的远端在与所述运动方向正交的剖面中具有弧形形状,所述弧形形状的曲率半径为1毫米至10毫米。
2.根据1所述的击打端头,其中,所述击打端头的远端在所述正交的剖面中具有椭圆弧形形状,所述椭圆弧形形状的椭圆长半径与正交于所述运动方向和所述击打端头的轴线方向两者的方向平行,并且椭圆短半径至 少为1毫米。
3.一种通过使用空气压力振动系统中的击打端头向焊趾部施加击打从而改进焊接接头部的疲劳强度的锤击方法,包括以下步骤:
使用包括下述远端的所述击打端头来施加击打以在所述焊趾部上形成击打区,所述远端在所述击打端头的运动方向上的长度为1毫米至10毫米,并且所述远端在与所述运动方向正交的剖面中具有弧形形状,所述弧形形状的曲率半径为1毫米至10毫米,所述焊趾部为范围从基体材料至焊接金属的、焊趾位于其中的区域。
4.根据3所述的锤击方法,其中,当使用所述击打端头施加击打时,相对于所述基体材料的表面的击打角度处于60°±20°的范围内。
5.根据3或4所述的锤击方法,其中,在与所述击打端头的运动方向正交的所述剖面中,所述击打端头的远端具有椭圆弧形形状,所述椭圆弧形形状的椭圆长半径与正交于所述运动方向和所述击打端头的轴线方向两者的方向平行,并且椭圆短半径至少为1毫米。
6.根据3至5中任一项所述的锤击方法,其中,所述焊趾部为范围从焊接金属侧至少2毫米至基体材料侧至少2毫米的、焊趾位于其中的区域。
7.一种焊接接头,在所述焊接接头中利用根据权利要求3至6中任一项所述的锤击方法来向焊趾部施加击打,所述焊趾部包括基体材料和焊接金属,焊趾位于所述基体材料与所述焊接金属之间,
由所述击打形成的击打区的曲率半径至少为2毫米。
8.根据权利要求7所述的焊接接头,其中,所述焊趾部为范围从焊接金属侧至少2毫米至基体材料侧至少2毫米的、所述焊趾位于其中的区域。(发明的有益效果)
根据本发明,即便是利用通过常规的空气压力来驱动端头的装置—例如气动凿具,也能够有效地击打焊趾部。换言之,该技术容易地产生焊接部的改进疲劳强度的效果并且在工业上极为有用。
附图说明
以下将参照附图进一步地描述本发明,在附图中:
图1示出了在锤击期间在焊趾中发生的缺陷;
图2示意性地示出了根据本发明的通过焊接接头来改进趾形状的原理;
图3示出了根据本发明的用来击打焊接接头的击打端头的X方向、Y方向、以及Z方向;
图4A示出了根据本发明的用来击打焊接接头的击打端头的XZ剖面的形状,并且图4B示出了YZ剖面的形状;
图5A示出了根据本发明的用来击打焊接接头的另一击打端头的XZ剖面的形状,并且图5B示出了YZ剖面的形状;
图6A是已经进行环焊的环弧焊接接头的主视图和立面图;
图6B是已经进行环焊的另一环弧焊接接头的主视图和立面图;
图7示出了趾形状的轮廓;以及
图8示出了达到失效的循环次数与应力范围之间的关系。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。
要注意到,出于方便的原因,以下说明中所参照的附图示意性地示出了特征部分,以便易于对这些特征部分的理解。因此,组成元件的尺寸、比率等可能没有按比例示出。
本发明提供了用于通过以下步骤来改进焊接接头的疲劳强度的方法:施加所谓的锤击以将击打端头(以下简称为端头)压靠于焊缝的焊趾部,然后使击打端头在焊接线方向上运动。
要注意到,在对本发明的描述中,趾或焊趾指的是基体材料的表面与焊接金属的表面之间的相交线(见NPL2)。
可以采用常规的且已知的焊接接头中所使用的任何基体材料、肋、以及焊接金属以用于本发明。此外,本发明可以广泛地被采用于一个构件通过焊接附连到另一构件的焊接接头,而当针对以下焊接接头时本发明甚至更有效:该焊接接头具有焊接部或焊缝,在该焊接部或焊缝中基于例如使用位置处的结构或载荷状况之类的因素而易于形成疲劳裂缝。以上焊接部等的示例包括:桥梁中的桥梁主梁与桥梁基脚之间的焊接部、以及轮船中的肋板与侧板之间的焊接部。
图2示意性地示出了通过根据本发明的进行锤击的方法来改进疲劳特性的原理,并且示出了当肋2通过环焊而焊接至基体材料1时焊接接头部的与焊接线方向垂直的剖面。图2示出了如何通过以下方式而将压力施加到基体材料和焊接金属:以预定的角度将端头压靠于焊缝3的趾4,以产生已经经历了塑性变形的击打区8(图中由点线示出)。
图3示出了X方向限定为与击打的运动方向正交的方向(也就是与焊接线方向正交的方向)并且Y方向限定为击打的运动方向(也就是与焊接线方向平行的方向)的情况下的X方向、Y方向、以及Z方向。以下描述的X方向、Y方向、以及Z方向遵循这种限定。
图4A、4B以及5A、5B示出了根据本发明的击打端头的远端的形状。
根据本发明的击打端头是:如图4A和4B所示,在与运动方向(Y方向)正交的剖面(XZ剖面)中击打端头的远端在顶部处具有弧形形状的外周(图4A),该弧形形状的外周具有从1毫米至10毫米的曲率半径(r1),该顶部具有a1毫米的长度,并且击打端头的远端呈在运动方向(Y方向)上具有从1毫米至10毫米的长度b1毫米的基本桶形形状(图4B)。要注意到,长度a1优选为处于从5毫米到9.5毫米的范围内,并且更优选的是处于从5毫米到9毫米的范围内。其原因是:能够在宽的范围上击打基体材料和趾侧,这对于使焊接部中的趾形状平滑是有用的。
如果曲率半径(r1)小于1毫米,则发生在趾中易于产生应力集中的变形。另一方面,如果超过10毫米,则在击打时击打端头与趾部之间的接触面积变得过大,并且不能将足够的压缩残余应力引导至趾部 中。因此,将曲率半径(r1)设定成从1毫米至10毫米。
图5A和5B示出了根据本发明的另一示例的击打端头的形状。如图中所示,在与运动方向(Y方向)正交的剖面(XZ剖面)中击打端头的远端在顶部处具有椭圆弧形形状的外周,该椭圆弧形形状的外周具有a2毫米的长度和与正交于运动方向和击打端头轴线方向两者的方向平行的椭圆长半径(r3),椭圆短半径(r2)至少为1毫米(图5A)。与图4A和4B中示出的端头类似,该端头形成为在运动方向(Y方向)上具有从1毫米至10毫米的长度b2毫米的半圆形柱状(图5B)。应注意到,长度a2优选为处于5毫米到9.5毫米的范围内,并且更优选为处于从5毫米到9毫米的范围内。其原因是:能够在宽的范围上击打基体材料和趾侧,这对于使焊接部中的趾形状平滑是有用的。
在击打端头具有以上的椭圆弧形形状的外周的情况下,如果椭圆短半径(r2)小于1毫米,则发生在趾部中产生应力集中的变形,并且因此将椭圆短半径(r2)设定成至少为1毫米。尽管没有对上限进行特别的限制,但是优选为大约2毫米。
此外,如果椭圆长半径(r3)超过8毫米,则变得难以击打焊趾,并且因此优选为大于短半径、直至大约6毫米的值。
如上所述,图4A、4B、5A、以及5B中示出的击打端头在运动方向(Y方向)上具有从1毫米至10毫米的长度b1和b2。如果这些长度小于1毫米,则不仅压缩残余应力不能够有效地提供至趾,并且作用在击打端头上的力也增加,这使得远端会容易地碎裂并且需要经常更换远端。另一方面,如果这些长度超过10毫米,则不仅发生在趾部中产生应力集中的变形,并且还需要大的力以对趾部施加有效的击打,从而使得击打装置变得大型。因此,将b1和b2各自设定成处于从1毫米至10毫米的范围内。
此外,b1和b2优选为等于或小于a1和a2。其原因是:如果击打端头的接触面积变得过大,则每单位面积的力变弱,这使得难以获得稳定的形状。
在本发明中,重要的是:以相对于基体材料的表面成60°±20°的角度(以下称为击打角度)将击打施加至焊趾部。
其原因是:当击打角度超过80°时,对焊接金属施加有效的击打变得略难,而小于40°的击打角度可能会阻止有效的击打施加至基体材料。
在本发明中,用于调节击打角度的方法可以是常规的且已知的方法。例如,在快要开始击打之前,可以将在Y方向上具有恒定厚度的板以60°的顶角放置在基体材料上,气动凿具可以安装在该板上,并且在确认了角度之后可以开始击打。替代地,可以在安装于能够变化至任何角度的支架上之后施加击打,或者可以在使合作工人使用放置在侧部的透明的塑料量角器来视觉地确认角度的同时施加击打。
然而,在击打期间进行视觉确认是困难的并且也是危险的。因此,在击打开始时在击打端头的远端与击打位置相接触的情况下视觉地确认击打角度就足够了。
换言之,对于击打角度的确认,确认在一系列的操作期间初始击打是在范围内就足够了。其原因是:对于操作者来说难以确认击打角度,并且在全部操作期间进行确认会是低效的。
此外,对于本发明,在一个位置处对焊接部进行仅一次击打就能够充分地改进焊接接头的疲劳强度,而在趾部内则能够在以上角度范围内按需要改变击打角度。例如,当击打基体材料侧时,可以以大于60°的击打角度来施加击打,而当在趾附近进行击打时,击打角度可以为大约60°,并且当击打焊接金属侧时,可以以小于60°的击打角度来施加击打。要注意的是,可以从基体材料侧或是从焊接金属侧开始进行击打。此外,在本发明中,当多次执行击打加工时,至少一次地针对焊趾就足够了,并且可接受的是其它击打最终被施加至基体材料侧或焊接金属侧。然而,因此必要的是:使击打区形成在基体材料和焊接金属二者中。
在本发明中,焊趾部指的是形成有击打区的区域,其范围从基体材料至焊接金属、同时焊趾位于其间。将焊趾作为基准,测量出至击打区 的端部(边缘)的距离,并且该范围优选为从焊接金属侧的至少2毫米至基体材料侧的至少2毫米的区域。其原因是:如果每个值均小于2毫米,则对焊接接头部的疲劳强度的改进可能是不充分的。
尽管对上限没有进行特别的限制,但是极限可以是在焊接金属侧处大约8毫米并且在基体材料侧处大约10毫米。
根据本发明,在以上的锤击条件下对焊趾部施加击打,以形成具有改进疲劳强度的焊接接头。
在这一点上,至关重要的是:通过击打而形成的击打区的曲率半径至少为2毫米。
其原因是:如果击打区的曲率半径小于2毫米,则没有充分地获得通过施加击打而减轻应力集中的效果。尽管对于上限没有进行特别的限制,但是曲率半径优选为不超过焊接部的腿部长度。
此外,如上所述,在根据本发明的焊接接头中,焊趾部优选为处于以下范围内的区域:以焊趾作为基准,从焊接金属侧的至少2毫米至基体材料侧的至少2毫米。
除了上述形状之外,用在本发明中的击打端头可以是常规的且已知的击打端头,例如说比如为具有1000兆帕或更大的抗拉强度的工具钢等。
用于本发明的击打装置可以是常规的且已知的焊接部击打装置,而优选为以常规的空气压力来驱动端头的装置—例如气动凿具,这是由于能够减少装备成本。
(示例1)
准备了以下击打端头:在XZ剖面(与端头的运动方向正交的剖面)中在顶部处具有4.5毫米的曲率半径,并且在YZ剖面(端头的运动方向上的剖面)中具有5毫米的长度。还准备了以下击打端头:在XZ剖面(与端头的运动方向正交的剖面)中具有椭圆弧形形状,该椭圆弧形形状的长半径与正交于运动方向和击打端头轴线方向两者的方向平行— 长半径为6毫米并且短半径为3毫米,并且在YZ剖面(端头的运动方向上的剖面)中具有9毫米的长度。还准备了具有远端的半球形击打端头,其中远端具有1.5毫米的曲率半径。如图6A所示,在具有150毫米的平行部分宽度、500毫米的长度、以及12毫米的板厚的基体材料1(SM490Y)上,通过对75毫米乘50毫米的肋2(SM490Y)实施焊接(焊接线保护气体100%CO2,焊接电流240安培—焊接电压30伏特—焊接速度40CPM(厘米/分钟),焊接热输入10.8千焦/厘米)而准备了角接焊接接头。
在以下固定条件下由以上击打端头进行的锤击被施加至以上焊接接头的趾:大约6千克/平方厘米的空气压力,和90赫兹的频率,同时对基体材料的击打的角度的范围为45°至70°。要注意的是:在击打快要开始之前,由合作工人使用放置在侧部的透明的塑料量角器来视觉地确认击打角度。
表1列出了测试号以及以上的端头形状和击打角度。
通过硅橡胶浇铸来测量锤击之后的焊接接头的趾半径。
使用图6A中示出的测试样本、通过将基体材料1的边缘夹紧在疲劳测试机器中并且在肋2的长度方向上提供循环应力(应力比为0.1,频率为5赫兹至10赫兹)来考察失效的循环次数(应力范围:200兆帕)。要注意的是:在本发明中,对于200兆帕的应力范围,超过106的失效的循环次数被视为是良好的。
此外,测量了由以上击打端头所产生的击打区的区域(焊趾部)尺寸。具体地,通过使用游标卡尺,在进行击打之前,将肋端部作为基准,预先测量出从肋端部至焊趾的距离,并且在击打之后,再次将肋端部作为基准,在焊接金属侧和在基体材料侧测量出至击打区的边缘的距离。随后,通过采用焊接金属侧处与基体材料侧处的差异来求得从焊趾至击打区的每个边缘的距离。
击打区的曲率半径(趾半径)、失效的循环次数(应力范围:200兆帕)、以及焊趾部的范围的测量结果在表1中一并列出。
表1
(1)表示从焊趾至击打区的边缘的距离
(2)在夹紧部分处断裂
表1示出了当使用本发明的端头形状并且将相对于基体材料的表面 的角度设定为60°±20°时,在每种情况下击打区的曲率半径至少为2毫米。此外,在疲劳测试中,测试样品(基体材料)的夹紧部分先于焊接部的断裂而断裂,而对于200兆帕的应力范围焊接部的失效的循环次数在每种情况下至少超过106。另一方面,在没有进行处理的情况下,应力成为拉伸应力,并且当使用具有1.5毫米的曲率半径的半球形端头时,尽管击打区的曲率半径变得比没有处理的情况大,但是焊接部的失效的循环次数劣化。当击打端头的远端为半球形时,远端的强度是不充分的,并且在击打时压缩残余应力不能充分地引导至基体材料。此外,1.5毫米的半球形端头的远端在击打之后碎裂。
图7示出了根据本发明的趾形状和焊态下的趾形状的轮廓。图7示出:在根据本发明的焊趾部中,相比于处于焊态的情况,趾部具有平滑的形状。因此,清楚的是:通过改进的形状的效果,本发明实现了减轻上述应力集中的效果。
接下来,如图6B所示,使用基体材料1′来代替基体材料1,基体材料1′(SM490Y)具有100毫米至150毫米的平行部分宽度、700毫米的长度、以及16毫米的板厚,并且同样在环弧焊接接头上执行疲劳测试,其中通过对75毫米乘50毫米的肋2(SM490Y)实施环焊3(焊接线保护气体100%CO2,焊接电流240安培—焊接电压30伏特—焊接速度40CPM(厘米/分钟),焊接热输入10.8千焦/厘米)而产生该环弧焊接接头。
作为发明示例,准备了具有三个不同的远端曲率半径—也就是4.5毫米、3毫米、以及1.5毫米—以及三个不同的长度—也就是3毫米、5毫米、以及9毫米—的击打端头。作为对照,对比较示例执行了疲劳测试,其中比较示例包括利用磨削机处理的示例(比较示例A系列)和在焊接后未处理的示例(焊态下的比较示例B系列)。
表2列出了测试结果。
表2
图8示出了达到失效的应力循环次数与应力范围之间的关系。图8和表2示出:对于250兆帕或更小的应力范围,本发明的采用充分地满足了日本钢构造协会(JSSC)的C级设计曲线。特别地,对于具有曲率半径为1.5毫米的远端的击打端头,获得了足够的疲劳寿命。其原因是:远端是强固的并且凭借相比于半球形远端具有足够的强度而能够将足够的压缩残余应力引导至趾部。另一方面,比较示例A系列为大致D级,并且比较示例B系列为大致E级。因此,根据本发明,与焊态下的接头相比获得了至少两个等级的改进,并且与常规的磨削机处理相比获得了至少一个等级的改进。
附图标记清单
1、1′:基体材料
2:肋
3:焊接金属(焊缝)
4:趾
5:击打端头(凿具)
6:凹槽
7:疲劳裂缝
8:击打区
Claims (9)
1.一种用于通过向焊趾部施加击打来执行锤击从而改进焊接接头部的疲劳强度的击打端头,其中向焊趾部施加击打使用了利用空气压力来使所述击打端头振动的系统,
所述击打端头的远端具有沿所述击打端头的运动方向的梯形剖面,并且所述击打端头的远端在稍端处在所述击打端头的运动方向上的长度为1毫米至10毫米,并且所述击打端头的远端在与所述运动方向正交的剖面中具有弧形形状,所述弧形形状的曲率半径为1毫米至10毫米。
2.根据权利要求1所述的击打端头,其中,所述击打端头的远端在所述正交的剖面中具有椭圆弧形形状,所述椭圆弧形形状的椭圆长半径与正交于所述运动方向和所述击打端头的轴线方向两者的方向平行,并且椭圆短半径至少为1毫米。
3.一种通过使用空气压力振动系统中的击打端头向焊趾部施加击打从而改进焊接接头部的疲劳强度的锤击方法,包括以下步骤:
使用包括远端的所述击打端头来施加击打以在所述焊趾部上形成击打区,所述远端具有沿所述击打端头的运动方向的梯形剖面,并且所述远端在稍端处在所述击打端头的运动方向上的长度为1毫米至10毫米,并且所述远端在与所述运动方向正交的剖面中具有弧形形状,所述弧形形状的曲率半径为1毫米至10毫米,所述焊趾部为范围从基体材料至焊接金属的、焊趾位于其中的区域。
4.根据权利要求3所述的锤击方法,其中,当使用所述击打端头施加击打时,相对于所述基体材料的表面的击打角度处于60°±20°的范围内。
5.根据权利要求3或4所述的锤击方法,其中,在与所述击打端头的运动方向正交的所述剖面中,所述击打端头的远端具有椭圆弧形形状,所述椭圆弧形形状的椭圆长半径与正交于所述运动方向和所述击打端头的轴线方向两者的方向平行,并且椭圆短半径至少为1毫米。
6.根据权利要求3或4所述的锤击方法,其中,所述焊趾部为范围从焊接金属侧至少2毫米至基体材料侧至少2毫米的、焊趾位于其中的区域。
7.根据权利要求5所述的锤击方法,其中,所述焊趾部为范围从焊接金属侧至少2毫米至基体材料侧至少2毫米的、焊趾位于其中的区域。
8.一种焊接接头,在所述焊接接头中利用根据权利要求3至7中任一项所述的锤击方法来向焊趾部施加击打,所述焊趾部包括基体材料和焊接金属,焊趾位于所述基体材料与所述焊接金属之间,
由所述击打形成的击打区的曲率半径至少为2毫米。
9.根据权利要求8所述的焊接接头,其中,所述焊趾部为范围从焊接金属侧至少2毫米至基体材料侧至少2毫米的、所述焊趾位于其中的区域。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011090185 | 2011-04-14 | ||
JP2011-090185 | 2011-04-14 | ||
JP2012-091904 | 2012-04-13 | ||
PCT/JP2012/002605 WO2012140920A1 (ja) | 2011-04-14 | 2012-04-13 | 打撃端子およびハンマーピーニング処理方法並びにそれを用いた溶接継手 |
JP2012091904A JP5919986B2 (ja) | 2011-04-14 | 2012-04-13 | ハンマーピーニング処理方法およびそれを用いた溶接継手の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103596722A CN103596722A (zh) | 2014-02-19 |
CN103596722B true CN103596722B (zh) | 2016-10-05 |
Family
ID=47009109
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201280029299.2A Active CN103596722B (zh) | 2011-04-14 | 2012-04-13 | 击打端头、锤击方法以及利用该方法的焊接接头 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5919986B2 (zh) |
KR (1) | KR101799376B1 (zh) |
CN (1) | CN103596722B (zh) |
WO (1) | WO2012140920A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5252112B1 (ja) * | 2012-11-13 | 2013-07-31 | Jfeエンジニアリング株式会社 | ピーニング施工方法 |
WO2019064930A1 (ja) * | 2017-09-27 | 2019-04-04 | Jfeスチール株式会社 | 重ね隅肉溶接継手のピーニング処理方法および溶接構造物 |
JP6696604B1 (ja) * | 2019-03-08 | 2020-05-20 | Jfeスチール株式会社 | ニードルピーニング方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1288797A (zh) * | 2000-10-27 | 2001-03-28 | 重庆大学 | 黑色金属件的裂纹焊补方法 |
CN101218358A (zh) * | 2005-04-19 | 2008-07-09 | 艾贝尔公司 | 在焊接金属接头中获得加强的疲劳强度的方法以及在冷加工中使用的锤头 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3002229B2 (ja) * | 1990-05-14 | 2000-01-24 | 川崎製鉄株式会社 | 溶接継手の疲労強度向上法 |
JP3899007B2 (ja) * | 2002-10-08 | 2007-03-28 | 新日本製鐵株式会社 | 重ね隅肉溶接継手の疲労強度向上方法 |
JP2006082127A (ja) | 2004-09-17 | 2006-03-30 | Nippon Steel Corp | 液相拡散接合部品の疲労特性向上方法および液相拡散接合部品 |
JP2006320960A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-30 | Nippon Steel Corp | 疲労き裂発生・進展抑止特性に優れた金属部品または金属製構造物およびそれらの製造方法 |
JP2008110374A (ja) * | 2006-10-30 | 2008-05-15 | Nippon Steel Corp | 摩擦攪拌接合方法及び装置 |
JP5364981B2 (ja) * | 2007-05-25 | 2013-12-11 | 新日鐵住金株式会社 | 疲労耐久性に優れた船舶および船舶の疲労耐久性向上方法 |
JP4987816B2 (ja) * | 2008-07-28 | 2012-07-25 | 新日本製鐵株式会社 | 溶接継手の疲労特性を改善する自動打撃処理方法及び自動打撃処理装置 |
JP5844551B2 (ja) * | 2010-05-31 | 2016-01-20 | Jfeスチール株式会社 | 溶接継手の製造方法 |
-
2012
- 2012-04-13 WO PCT/JP2012/002605 patent/WO2012140920A1/ja active Application Filing
- 2012-04-13 CN CN201280029299.2A patent/CN103596722B/zh active Active
- 2012-04-13 KR KR1020137029931A patent/KR101799376B1/ko active IP Right Grant
- 2012-04-13 JP JP2012091904A patent/JP5919986B2/ja active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1288797A (zh) * | 2000-10-27 | 2001-03-28 | 重庆大学 | 黑色金属件的裂纹焊补方法 |
CN101218358A (zh) * | 2005-04-19 | 2008-07-09 | 艾贝尔公司 | 在焊接金属接头中获得加强的疲劳强度的方法以及在冷加工中使用的锤头 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Effect of Prestrain and Hammer Peening on Fatigue Strength;Isao MASUMOTO et al;《Japan Welding Society》;19841031;第15卷(第2期);第14-20页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5919986B2 (ja) | 2016-05-18 |
JP2012228732A (ja) | 2012-11-22 |
WO2012140920A1 (ja) | 2012-10-18 |
KR101799376B1 (ko) | 2017-11-20 |
CN103596722A (zh) | 2014-02-19 |
KR20130137047A (ko) | 2013-12-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2010013658A1 (ja) | 溶接継手の疲労特性改善打撃処理方法及びその疲労特性改善打撃処理装置並びに耐疲労特性に優れた溶接構造物 | |
CN103596722B (zh) | 击打端头、锤击方法以及利用该方法的焊接接头 | |
JP5720798B2 (ja) | 金属部材の疲労亀裂進展抑制方法及び疲労亀裂進展抑制された金属部材 | |
JP2014014831A (ja) | 溶接部の疲労強度向上方法および溶接継手 | |
JP2011131260A (ja) | 溶接部の疲労強度向上方法および溶接継手 | |
US11633811B2 (en) | Method of peening lap fillet welded joint and welded structures | |
KR101577261B1 (ko) | 용접 구조물의 피로 손상 억제 방법, 타격흔 형성용 공구 및, 용접 구조물 | |
JP5844551B2 (ja) | 溶接継手の製造方法 | |
JP4895407B2 (ja) | ピーニング施工方法とそれを用いた溶接継手 | |
CN102470489A (zh) | 焊趾部的多重敲击处理方法 | |
JP5898498B2 (ja) | 溶接部の疲労強度向上方法および溶接継手 | |
JP2013233590A (ja) | 疲労特性に優れる溶接継手 | |
JP5977077B2 (ja) | 溶接部のピーニング方法 | |
JP6495569B2 (ja) | 打撃痕形成用工具 | |
JP2019155470A (ja) | 重ね隅肉溶接継手のピーニング処理方法および溶接構造物 | |
JP6747416B2 (ja) | 打撃痕形成用工具および溶接継手の作製方法 | |
JP5599652B2 (ja) | 溶接継手 | |
WO2012164774A1 (ja) | 溶接継手 | |
JP6696604B1 (ja) | ニードルピーニング方法 | |
JP5252112B1 (ja) | ピーニング施工方法 | |
WO2006111829A1 (en) | Method for obtaining enhanced fatigue strength in welded metal joints and hammer head for use at cold working | |
JP2013136094A (ja) | 鋼材の溶接構造物 | |
JP6051817B2 (ja) | 溶接構造物の疲労損傷抑制方法、その方法に用いられる打撃痕形成用工具、および溶接構造物 | |
JP2013136092A (ja) | 溶接構造物の疲労損傷抑制方法 | |
JP2013136096A (ja) | 溶接構造物の疲労損傷抑制方法および打撃痕形成用工具 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |