CN112658859A - 一种改善焊接疲劳强度的凹口结构及其打磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善焊接疲劳强度的凹口结构及其打磨方法，所述凹口结构包括打磨出的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽设置在第一母材的内边缘并延伸入第一母材与第二母材连接处的焊缝内，所述第二凹槽设置在焊缝的焊趾位置并与第一凹槽圆滑对接从而形成一个凹形缺口。本发明通过在两个母材的焊接接头处打磨出一个凹形缺口，来改变焊接接头的几何形状，将危险点的峰值应力降下来，进而有效地提高构件的疲劳强度或延长其疲劳寿命，并起到轻量化的作用。

Description

一种改善焊接疲劳强度的凹口结构及其打磨方法

技术领域

本发明涉及船舶建造技术领域，尤其涉及一种改善焊接疲劳强度的凹口结构及其打磨方法。

背景技术

船体零件或构件由于交变波浪载荷的反复作用，在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力的情况下，船体零件或构件的局部位置会产生疲劳裂纹并扩展，最后突然断裂，这种现象被称为疲劳破坏。

疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性，而在疲劳断裂时又具有瞬发性，因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏，所以船体零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代，属于动强度设计。

随着现代传播向高速、大功率和无限航区方向的迅速发展，其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。近几年发生了多起疲劳断裂事故，因此，船体零件或构件的疲劳裂纹越来越受到人们的重视。疲劳强度设计及其研究正在成为船舶设计当中的一项不可缺少的和重要的工作。

疲劳断裂是因为在船体零件或构件表层上的高应力或强度比较低弱的部位区域产生疲劳裂纹，并进一步扩展而造成的。这些危险部位小到几个毫米甚至几十个微米的范围，零件或构件的几何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕伤痕及材料的内部缺陷等往往是这种危险部位。钢质船舶的疲劳裂纹经常发生在焊接接头处，焊接接头的几何形状引突变会引起应力集中，且焊缝会降低母材的疲劳强度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种改善焊接疲劳强度的凹口结构及其打磨方法，通过在两个母材的焊接接头处打磨出一个凹形缺口，来改变焊接接头的几何形状，将危险点的峰值应力降下来，进而有效地提高构件的疲劳强度或延长其疲劳寿命，并起到轻量化的作用。

一种改善焊接疲劳强度的凹口结构，包括打磨出的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽设置在第一母材的内边缘并延伸入第一母材与第二母材连接处的焊缝内，所述第二凹槽设置在焊缝的焊趾位置并与第一凹槽圆滑对接从而形成一个凹形缺口。

优选地，所述第一凹槽为弧形凹槽，其打磨半径与打磨深度的比值大于4。

优选地，所述第一凹槽的打磨半径与第一母材的板厚的比值大于0.25。

优选地，所述第一凹槽的打磨深度不超过1mm。

优选地，所述第一母材与第二母材之间的焊缝为对接焊缝、角焊缝、十字接头焊缝或包角焊缝。

一种改善焊接疲劳强度的凹口打磨方法，具体包括以下步骤：

S1，根据第一母材与第二母材之间的焊缝大小在气磨机上安装合适规格的打磨头；

S2，启动气磨机，在第一母材内边缘靠近焊缝的位置打磨出第一凹槽，所述第一凹槽伸入焊缝；

S3，以焊缝趾端为打磨起点，在第二母材上打磨出第二凹槽，所述第二凹槽与第一凹槽圆滑对接从而形成一个凹形缺口。

优选地，所述步骤S2中打磨第一凹槽时，气磨机的打磨头与水平方向成30°-45°并沿着焊缝应力方向做往复运动进行打磨。

优选地，所述步骤S3中打磨第二凹槽时，气磨机的打磨头与水平方向成45°-60°并沿着焊缝应力方向做往复运动进行打磨。

优选地，所述第一凹槽为弧形凹槽，其打磨半径与打磨深度的比值大于4。

优选地，所述第一凹槽的打磨半径与第一母材的板厚的比值大于0.25。

本发明的有益效果是：

本发明通过在第一母材与第二母材的连接焊缝上打磨出一个凹形缺口来改变焊接焊缝的几何形状，将危险点的峰值应力降下来，从而改善提高焊接接头处结构的疲劳强度或延长其疲劳寿命，并起到轻量化的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明凹口结构的示意图。

图2是凹形缺口的放大图。

图3是打磨第一凹槽的示意图。

图4是打磨第二凹槽的示意图。

图中标号的含义为：

1为第一母材，2为第二母材，3为第一凹槽，4为第二凹槽，5为焊缝，6为焊趾位置，7为凹形缺口。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明给出一种改善焊接疲劳强度的凹口结构，包括打磨出的第一凹槽3和第二凹槽4。

所述第一凹槽3设置在第一母材1的内边缘并延伸入第一母材1与第二母材2连接处的焊缝5内。

第一凹槽3为弧形凹槽，其打磨半径r与打磨深度d的比值大于4，第一凹槽3的打磨半径r与第一母材1的板厚t的比值大于0.25。

本实施例中，第一凹槽3的打磨深度不超过1mm。

所述第二凹槽4设置在焊缝5的焊趾位置6并与第一凹槽3圆滑对接从而形成一个凹形缺口7。

所述第一母材1与第二母材2之间的焊缝为对接焊缝、角焊缝、十字接头焊缝或包角焊缝。

当第一母材1与第二母材2之间的焊缝为对接焊缝时，凹形缺口7设置在对接焊缝的根部。

当第一母材1与第二母材2之间的焊缝为角焊缝时，凹形缺口7设置在角焊缝的根部。

当第一母材1与第二母材2之间的焊缝为十字接头焊缝时，凹形缺口7设置在十字接头焊缝的根部。

当第一母材1与第二母材2之间的焊缝为包角焊缝时，凹形缺口7设置在包角焊缝的最外沿处。

本发明的改善焊接疲劳强度的凹口打磨方法，具体包括以下步骤：

S1，根据第一母材1与第二母材2之间的焊缝大小在气磨机上安装合适规格的打磨头。

S2，启动气磨机，在第一母材1内边缘靠近焊缝的位置打磨出第一凹槽3，所述第一凹槽3伸入焊缝5。

打磨第一凹槽3时，气磨机的打磨头与水平方向成30°-45°并沿着焊缝5应力方向做往复运动进行打磨。

S3，以焊缝趾端6为打磨起点，在第二母材2上打磨出第二凹槽4，所述第二凹槽4与第一凹槽3圆滑对接从而形成一个凹形缺口7。

打磨第二凹槽4时，气磨机的打磨头与水平方向成45°-60°并沿着焊缝5应力方向做往复运动进行打磨。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种改善焊接疲劳强度的凹口结构，其特征在于，包括打磨出的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽设置在第一母材的内边缘并延伸入第一母材与第二母材连接处的焊缝内，所述第二凹槽设置在焊缝的焊趾位置并与第一凹槽圆滑对接从而形成一个凹形缺口。

2.根据权利要求1所述的改善焊接疲劳强度的凹口结构，其特征在于，所述第一凹槽为弧形凹槽，其打磨半径与打磨深度的比值大于4。

3.根据权利要求2所述的改善焊接疲劳强度的凹口结构，其特征在于，所述第一凹槽的打磨半径与第一母材的板厚的比值大于0.25。

4.根据权利要求1或2所述的改善焊接疲劳强度的凹口结构，其特征在于，所述第一凹槽的打磨深度不超过1mm。

5.根据权利要求1所述的改善焊接疲劳强度的凹口结构，其特征在于，所述第一母材与第二母材之间的焊缝为对接焊缝、角焊缝、十字接头焊缝或包角焊缝。

6.一种改善焊接疲劳强度的凹口打磨方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1，根据第一母材与第二母材之间的焊缝大小在气磨机上安装合适规格的打磨头；

S2，启动气磨机，在第一母材内边缘靠近焊缝的位置打磨出第一凹槽，所述第一凹槽伸入焊缝；

S3，以焊缝趾端为打磨起点，在第二母材上打磨出第二凹槽，所述第二凹槽与第一凹槽圆滑对接从而形成一个凹形缺口。

7.根据权利要求6所述的改善焊接疲劳强度的凹口打磨方法，其特征在于，所述步骤S2中打磨第一凹槽时，气磨机的打磨头与水平方向成30°-45°并沿着焊缝应力方向做往复运动进行打磨。

8.根据权利要求6所述的改善焊接疲劳强度的凹口打磨方法，其特征在于，所述步骤S3中打磨第二凹槽时，气磨机的打磨头与水平方向成45°-60°并沿着焊缝应力方向做往复运动进行打磨。

9.根据权利要求6所述的改善焊接疲劳强度的凹口打磨方法，其特征在于，所述第一凹槽为弧形凹槽，其打磨半径与打磨深度的比值大于4。

10.根据权利要求9所述的改善焊接疲劳强度的凹口打磨方法，其特征在于，所述第一凹槽的打磨半径与第一母材的板厚的比值大于0.25。

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