CN114987678B - 互嵌焊接组件及包括其的船舶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种互嵌焊接组件及包括其的船舶，该互嵌焊接组件包括基板和嵌件，嵌件嵌入基板的开槽中，嵌件与基板之间形成焊接坡口，焊接坡口包括至少一个平面，每个平面与相邻的表面的连接处形成过渡部，焊接坡口垂直于基板的厚度方向上的横截面，在位于过渡部的位置处的轮廓均为弧线。该互嵌焊接组件及包括其的船舶焊接坡口在过渡部处是平滑过渡，而不是尖角过渡，避免了焊接后温度冷却的过程中，尖角过渡部的各位置点冷却不均匀而造成应力集中，从而容易产生疲劳裂纹，提高了整体疲劳寿命。

Description

互嵌焊接组件及包括其的船舶
技术领域
本发明涉及海工装备的技术领域，特别涉及互嵌焊接组件及包括其的船舶。
背景技术
在海工设计中，由于海工装备的特殊及复杂性，存在悬出船体外的悬臂或者外挂舷侧外板上的附体结构作为设备基座。在考虑常规船舶的总纵强度的同时，此类附属结构受力往往垂直于甲板或外板，因此形成X/Y,Y/Z,X/Z多方向的应力集中点。此类结构往往采用十字互嵌板的设计，常规设计一般采用方形开槽带小R角止裂孔形式，焊接多用全融透处理。
此类十字互嵌板的常规形式，一般其板厚较大，其焊接坡口在开槽角落不好处理，焊道在止裂孔位置成型易出现瑕疵，其疲劳寿命往往较短，容易产生疲劳裂纹。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中互嵌焊接的焊接坡口易产生应力集中而出现疲劳裂纹的缺陷，提供一种互嵌焊接组件及包括其的船舶。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种互嵌焊接组件，所述互嵌焊接组件包括基板和嵌件，所述嵌件嵌入所述基板的开槽中，所述嵌件与所述基板之间形成焊接坡口，所述焊接坡口包括至少一个平面，每个所述平面与相邻的表面的连接处形成过渡部，所述焊接坡口垂直于所述基板的厚度方向上的横截面，在位于所述过渡部的位置处的轮廓均为弧线。
在本方案中，通过将焊接坡口垂直于基板的厚度方向上的横截面，在位于过渡部的位置处的轮廓均设置为弧线，使得横截面在过渡部处是平滑过渡，而不是尖角过渡，避免了焊接后温度冷却的过程中，尖角过渡部的各位置点冷却不均匀而造成应力集中，从而容易产生疲劳裂纹，影响焊接组件的疲劳寿命；沿垂直于基板厚度方向每个高度层面上的横截面都采用平滑过渡，保证了焊接坡口整个立体结构内的过渡部均是平滑过渡，避免了应力集中，提高了整体疲劳寿命。
较佳地，所述横截面沿嵌入方向的首端的面积不大于末端的面积。
在本方案中，将横截面沿嵌入方向的首端的面积设置为不大于末端的面积，使得首端的焊接材料少于末端的焊接材料，平衡了由于填充先后顺序而引起的首末端的冷却时间长短差异，使得整体的冷却速度均匀一致，避免了冷却快慢造成应力集中，提高了焊接强度。即先填充的首端焊料先开始冷却，到末端焊料冷却结束时，首端焊料的冷却时间长，末端焊料后开始冷却，冷却时间短；但另一方面，由于首端焊料少于末端焊料，又缩短了冷却时间，从而平衡了首端与末端的冷却时间差异。
较佳地，所述焊接坡口在所述基板的表面包括至少一个所述过渡部，为外过渡部；所述焊接坡口在所述嵌件的表面于所述外过渡部的对应位置处还包括另一所述过渡部，为内过渡部；所述横截面在所述外过渡部和所述内过渡部的轮廓为同心圆弧线。
在本方案中，将横截面在外过渡部和内过渡部的轮廓设为同心圆弧线，使得横截面在内外过渡部均是平滑过渡，进一步减少了应力集中的可能。
较佳地，所述焊接坡口包括第一坡口区，所述第一坡口区包括位于所述平面和所述过渡部的区域，所述横截面在所述第一坡口区沿所述嵌件的轮廓线上的宽度相等。
在本方案中，将横截面在第一坡口区沿嵌件的轮廓线上的宽度设置为相等的宽度，使得第一坡口区的焊接厚度均匀一致，减小了因厚薄不一而引起应力集中的可能。
较佳地，所述焊接坡口还包括第二坡口区，所述第二坡口区包括与所述第一坡口区的所述平面相邻的另一所述平面区域，所述横截面沿所述第一坡口区向所述第二坡口区的延伸方向平滑过渡。
在本方案中，横截面沿第一坡口区向第二坡口区的延伸方向的宽度采用平滑过渡，使得两个坡口区域的过渡部分不出现焊接厚度突变的情况，避免焊接厚度突变而造成应力集中。
较佳地，所述横截面在所述第一坡口区和所述第二坡口区的宽度相等。
在本方案中，将横截面在两个坡口区的宽度设置为相等的宽度，使得两个坡口区的焊接厚度均匀一致，提高了整体焊接稳定性。
较佳地，所述嵌件为嵌板，所述嵌板包括正面、背面和侧面，所述正面、所述背面和所述侧面均包括至少一个所述平面；
所述第一坡口区为位于所述侧面和与所述侧面相邻的所述过渡部的区域，所述第二坡口区为位于所述正面或所述背面的区域。
在本方案中，将嵌板分为第一坡口区和第二坡口区，并且两个坡口区采用上述设置，使得嵌板在两个坡口区的焊接厚度均匀一致，并且两个坡口区的过渡部分是圆弧形，从而形成了U形的焊接结构，避免了应力集中，提高了整体焊接稳定性。
较佳地，所述嵌件垂直嵌入所述开槽中。
相比于嵌件倾斜嵌入开槽中，在本方案中，将嵌件垂直嵌入开槽中，有利于提高焊接强度。
一种船舶，所述船舶包括如上述的互嵌焊接组件，所述基板为所述船舶的主体结构板，所述嵌件为所述船舶的附属结构板，所述附属结构板用于承载或悬挂所述船舶上的重物或功能设备；所述附属结构板垂直嵌入所述主体结构板中。
在本方案中，当附属结构板因为承载或悬挂所述船舶上的重物或功能设备而增加厚度时，船舶采用上述互嵌焊接组件，将附属结构板焊接在船舶的主体结构板上，避免了应力集中，提高了疲劳寿命。
较佳地，所述主体结构板为甲板或船体外板中的至少一种，所述附属结构板为船体悬臂或舷侧板中的至少一种。
在本方案中，当船体悬臂或舷侧板因为承载或悬挂所述船舶上的重物或功能设备而增加厚度时，船舶采用上述互嵌焊接组件，将船体悬臂焊接在甲板或船体外板上，或将舷侧附体结构焊接在船体外板上，避免了应力集中，提高了疲劳寿命。
本发明的积极进步效果在于：该互嵌焊接组件及应用其的船舶通过将焊接坡口垂直于基板的厚度方向上的横截面，在位于过渡部的位置处的轮廓均设置为弧线，使得横截面在过渡部处是平滑过渡，而不是尖角过渡，避免了焊接后温度冷却的过程中，尖角过渡部的各位置点冷却不均匀而造成应力集中，从而容易产生疲劳裂纹，影响焊接组件的疲劳寿命；沿垂直于基板厚度方向每个高度层面上的横截面都采用平滑过渡，保证了焊接坡口整个立体结构内的过渡部均是平滑过渡，避免了应力集中，提高了整体疲劳寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1的互嵌焊接组件的结构示意俯视图。
图2为本发明实施例1的互嵌焊接组件的剖面结构侧视图。
附图标记说明：
互嵌焊接组件1
基板2
开槽3
嵌板4
正面5
背面6
侧面7
过渡部8
外过渡部81
内过渡部82
焊接坡口9
第一坡口区10
第二坡口区11
横截面12
首端13
末端14
嵌入方向A。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供了一种互嵌焊接组件1，可用于船舶制造，该互嵌焊接组件1包括基板2和嵌件，基板2具体为很厚的钢板，嵌件为另一块平的、厚的嵌板4。
如图1和图2所示，基板2上预先切割出用于焊接的开槽3，使得开槽3具有与嵌板4的外轮廓相同的形状，以适应嵌板的外形，嵌板4嵌入开槽3中，嵌板4与基板2之间形成焊接坡口9，焊接材料将此焊接坡口9填充，将嵌板4与基板2焊接在一起。
焊接坡口9分为第一坡口区10和两个第二坡口区11，第一坡口区10为嵌板4的侧面7区域和与侧面7相邻的过渡部8区域，两个第二坡口区11分别为嵌板4的正面5区域和背面6区域，形成直线的双边焊接坡口9。
其中，嵌板4包括正面5、背面6和侧面7，正面5、背面6和侧面7均包括一个平面，每个平面与相邻的表面的连接处形成过渡部8，为了提高焊接效果，避免应力集中，分别对嵌板4和基板2在过渡部8做些加工，使得焊接坡口9垂直于基板2的厚度方向(即为嵌板4的嵌入方向A)上的横截面12，在位于过渡部8的位置处的轮廓均为弧线。从而使得横截面12在过渡部8处是平滑过渡，而不是尖角过渡，避免了焊接后温度冷却的过程中，尖角过渡部8的各位置点冷却不均匀而造成应力集中，从而容易产生疲劳裂纹，影响焊接组件的疲劳寿命；沿垂直于基板2厚度方向每个高度层面上的横截面12都采用平滑过渡，保证了焊接坡口9整个立体结构内的过渡部8均是平滑过渡，避免了应力集中，提高了整体疲劳寿命。
在其他实例中，嵌件也可以是其他用于互嵌焊接的平板或非完全平面的嵌入件，根据嵌件的外形不同，其具有的平面数量会相应不同，例如，嵌件可以是只有一面是平面，其他面是弧形面的嵌入件，或者，嵌件也可以是具有多个平面的不规则平面嵌入件，则过渡部的数量也会相应地增加或减少。当嵌件是其他外形时，开槽的形状也会相应地调整，以在嵌件和基板之间留有适合焊接的空间，保证焊接强度，减少局部应力集中的可能。如图2所示，横截面12沿嵌入方向A的首端13的面积不大于末端14的面积，使得焊接坡口9形成一个倒锥形的焊接体。使得首端13的焊接材料少于末端14的焊接材料，平衡了由于填充先后顺序而引起的首末端14的冷却时间长短差异，使得整体的冷却速度均匀一致，避免了冷却快慢造成应力集中，提高了焊接强度。即先填充的首端13焊料先开始冷却，到末端14焊料冷却结束时，首端13焊料的冷却时间长，末端14焊料后开始冷却，冷却时间短；但另一方面，由于首端13焊料少于末端14焊料，又缩短了冷却时间，从而平衡了首端13与末端14的冷却时间差异。
其中，焊接坡口9在基板2的焊接表面包括外过渡部81；焊接坡口9在嵌板4的焊接表面于外过渡部81的对应位置处还包括内过渡部82；横截面12在外过渡部81和内过渡部82的轮廓为同心圆弧线。使得横截面12在内外过渡部均是平滑过渡，进一步减少了应力集中的可能。
其中，横截面12在第一坡口区10沿嵌板4的轮廓线上的宽度相等。使得第一坡口区10的焊接厚度均匀一致，减小了因厚薄不一而引起应力集中的可能。
其中，横截面12沿第一坡口区10向第二坡口区11的延伸方向平滑过渡。使得两个坡口区域的过渡部8分不出现焊接厚度突变的情况，避免焊接厚度突变而造成应力集中。
其中，横截面12在第一坡口区10和第二坡口区11的宽度相等。使得两个坡口区的焊接厚度均匀一致，提高了整体焊接稳定性。从而形成了U形的焊接结构，避免了应力集中，提高了整体焊接稳定性。
其中，嵌板4垂直嵌入开槽3中。相比于嵌板4倾斜嵌入开槽3中，将嵌板4垂直嵌入开槽3中，有利于提高焊接强度。当然，在其他实施例中，嵌板4也可以采用倾斜等非垂直嵌入的方式，但相比于垂直嵌入方式，采用非垂直嵌入方式，将可能增加基板2上开槽和加工嵌件外形的难度，从而可能影响焊接效果。
实施例2
本实施例提供了一种船舶，该船舶包括了如实施例1的互嵌焊接组件，基板为船舶的船体外板，是很厚的钢板，用作为船舶的主体结构板，是主要承重结构，在其他实例中，基板也可以是其他用于焊接的平板，例如，甲板。
嵌件为船舶的附属结构板，具体为一块平的、厚的舷侧板，舷侧板嵌入船体外板的开槽中，并焊接在船体外板上，用于承载或悬挂所述船舶上的重物或功能设备，在其他实例中，嵌件也可以是船舶其他用于互嵌焊接的平板(例如，船体悬臂)或非完全平面的嵌入件(例如，只有一面是平面，其他面是弧形面的嵌入件)。
船舶采用上述互嵌焊接组件，将舷侧附体结构焊接在船体外板上，避免了应力集中，提高了疲劳寿命。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种互嵌焊接组件，所述互嵌焊接组件包括基板和嵌件，所述嵌件嵌入所述基板的开槽中，所述嵌件与所述基板之间形成焊接坡口，所述焊接坡口包括至少一个平面，其特征在于，
每个所述平面与相邻的表面的连接处形成过渡部，所述焊接坡口垂直于所述基板的厚度方向上的横截面，在位于所述过渡部的位置处的轮廓均为弧线；
所述焊接坡口包括第一坡口区，所述第一坡口区包括位于所述平面和所述过渡部的区域，所述横截面在所述第一坡口区沿所述嵌件的轮廓线上的宽度相等；
所述焊接坡口还包括第二坡口区，所述第二坡口区包括与所述第一坡口区的所述平面相邻的另一平面区域，所述横截面沿所述第一坡口区向所述第二坡口区的延伸方向平滑过渡；
所述横截面在所述第一坡口区和所述第二坡口区的宽度相等；
所述嵌件为嵌板，所述嵌板包括正面、背面和侧面，所述正面、所述背面和所述侧面均包括至少一个所述平面；
所述第一坡口区为位于所述侧面和与所述侧面相邻的所述过渡部的区域，所述第二坡口区为位于所述正面或所述背面的区域。
2.如权利要求1所述的互嵌焊接组件，其特征在于，所述横截面沿嵌入方向的首端的面积不大于末端的面积。
3.如权利要求1所述的互嵌焊接组件，其特征在于，所述焊接坡口在所述基板的表面包括至少一个所述过渡部，为外过渡部；所述焊接坡口在所述嵌件的表面于所述外过渡部的对应位置处还包括另一所述过渡部，为内过渡部；所述横截面在所述外过渡部和所述内过渡部的轮廓为同心圆弧线。
4.如权利要求1所述的互嵌焊接组件，其特征在于，所述嵌件垂直嵌入所述开槽中。
5.一种船舶，其特征在于，所述船舶包括如权利要求1-4中任一项所述的互嵌焊接组件，所述基板为所述船舶的主体结构板，所述嵌件为所述船舶的附属结构板；所述附属结构板垂直嵌入所述主体结构板中。
6.如权利要求5所述的船舶，其特征在于，所述主体结构板为甲板或船体外板中的至少一种，所述附属结构板为船体悬臂或舷侧板中的至少一种。
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