咬边缺陷对网架焊接空心球节点钢管焊趾处应 力集中的影响分析
焊接咬边缺陷产生原因及防止措施
焊接咬边缺陷产生原因及防止措施一、焊接咬边缺陷产生原因。
1.1 焊接电流过大。
焊接的时候啊，如果电流太大了，就像洪水猛兽一样，那熔池里的金属液就会被冲得七零八落的。
焊条或者焊丝熔化得太快啦，这个时候，熔池边缘的母材就来不及被液态金属填满，就出现咬边了。
这就好比你往杯子里倒水，水流量太大，杯子边缘就会有地方没被水覆盖到。
1.2 电弧过长。
电弧这玩意儿啊，要是太长了，就像放风筝放得太远，力量就分散了。
它的热量就不能集中在熔池上，而是在熔池边缘的母材上也分散了很多热量。
这样的话，母材就被熔化得比较多，等到熔池凝固的时候，就没有足够的金属来填充被熔化掉的部分，咬边就产生了。
这就如同拿根蜡烛，离得远了，火焰分散，不该烧到的地方也被烧到了。
1.3 焊条角度不对。
焊条的角度要是不合适，就像是拿筷子的姿势不对一样别扭。
如果焊条角度偏向一侧，那一侧的母材就会被电弧吹力和热量过度熔化，而另一侧的熔池又不能很好地流淌过去填充，咬边就在角度偏向的那一侧出现了。
这就好比走路姿势不对，总是偏向一边，那一边的鞋子就会磨损得快。
二、防止措施。
2.1 合理调整焊接电流。
电流得合适才行啊，不能太大也不能太小。
这就像是做饭放盐，得不多不少刚刚好。
要根据焊件的厚度、材质等因素来确定合适的电流。
多做些试验，找到那个最佳的电流值，就像找宝藏一样，找到了就能避免因为电流过大造成的咬边问题。
2.2 控制电弧长度。
电弧长度要短一点，就像拳击手出拳，要短而有力。
一般来说，碱性焊条的电弧长度要控制在短弧范围，酸性焊条的电弧长度也不能太长。
要让电弧的热量集中在熔池上，这样熔池边缘的母材就不会被过度熔化，咬边也就不容易出现了。
2.3 正确掌握焊条角度。
焊条的角度那可得拿捏好啊，就像画家画画拿笔的角度一样重要。
在焊接的时候，要根据焊接的位置和焊缝的形状来调整焊条的角度。
比如在平焊的时候，焊条角度要与焊件表面保持合适的角度，使得熔池能够均匀地填充焊缝，避免咬边的产生。
焊接残余应力对网架负荷加固的影响分析
（ １ ． Ｂ ｅ ｌ ｉ ｔ ｎ ｇ Ａ ｓ ｉ ａ一尸 ０ ｃ 缸 Ｋ ｅ Ｊ ｉ ａ ｎ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ３ Ｄ ｅ — ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ＋ ， Ｌ ｉ ｄ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ２ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ｒ ｕ ｒ ａ ｌ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ — ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ￣ｎ Ｃ Ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ， Ｘ ｉ ｎ ｇ ｔ ａ ｉ ０ ５ ４ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ． Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｂ ｏ ｏ ｎ Ｅ － ｄ ａ ｍ Ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ７ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ４ ． ／ ｎ —
焊 接 残 余 应 力 对 网 架 负 荷 加 固 的 影 响 分 析
张艳娟 ，张颜娇 ，赵成。 ，张燕鹏 ，李亚超
（ １ ．北京亚太可建钢结构技术研发有限公司 ，北京 １ ０ ０ ０ ２ ２ ； ２ ．河北 田园建筑设计有限公 司，河北 邢 台 ０ ５ ４ ０ ０ ０ ； ３ ．北京宝盾门业技术有限公司 ，北京 １ ０ ０ １ ７ ６ ； ４ ．河北工程大学城市建设学院，河北 邯 郸 ０ ５ ６ ０ ３ ８ ；５ ．南京 钢铁 股份 有限公 司 ，江苏 南 京 ２ １ ０ ０ ３ ５ ）
ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｕ ｒ ｂ ａ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，
钢结构焊接工艺中的缺陷检测与修复
钢结构焊接工艺中的缺陷检测与修复钢结构作为一种重要的建筑材料，广泛应用于现代工程领域。
正确认识钢结构焊接工艺中的缺陷，并且采取有效的检测和修复措施，对保障钢结构的安全性和可靠性具有重要意义。
本文将针对钢结构焊接工艺中的常见缺陷进行探讨，并分析相应的检测方法及修复技术。
一、焊接工艺中的常见缺陷1. 焊缝咬边缺陷：焊缝咬边缺陷是指焊缝与母材之间存在缺陷或者缺少金属堆积的情况。
其主要原因是焊接电弧由于一些外部因素的影响，导致焊缝边缘没有充分熔化或凝固，从而形成焊缝咬边缺陷。
为了检测咬边缺陷，可以使用超声波探伤等无损检测方法。
2. 气孔缺陷：气孔缺陷是指焊接过程中由于焊膏中的气体无法完全释放，导致在焊缝内部形成气孔的现象。
气孔缺陷对钢结构的强度和密封性产生严重影响。
常用的检测方法包括X射线和γ射线检测。
3. 焊接接头裂纹：焊接接头裂纹是指焊缝和母材之间或者焊缝内部出现的裂纹。
接头裂纹可能由于焊接过程中的温度变化和残余应力的影响而产生。
对于检测接头裂纹，可以采用磁粉探伤法或者渗透液探伤法。
二、缺陷检测方法1. 超声波探伤法: 超声波探伤是一种常用的无损检测方法，通过超声波的传播和反射来判断材料内部是否存在缺陷。
超声波探伤方法对于检测焊接缺陷具有较高的精度和可靠性。
2. X射线和γ射线检测: X射线和γ射线检测是常用的检测方法，可以有效检测焊接缺陷中的气孔、裂纹等缺陷。
这些方法对于检测较大厚度的钢结构具有较好的穿透能力。
3. 磁粉探伤法: 磁粉探伤法是一种利用电磁感应原理进行检测的方法，适用于检测钢结构焊缝中的裂纹等缺陷。
该方法灵敏度高，对于表面裂纹的检测效果较好。
三、缺陷修复技术1. 补焊修复: 对于焊缝缺陷较小的情况，可以通过补焊的方式进行修复。
补焊时需要注意焊接参数的选择和焊接工艺的合理控制，以确保修复焊缝的质量。
2. 切割修复: 对于严重的焊缝缺陷，可以采用切割修复的方式。
切割修复需要根据缺陷的具体情况，选择合适的切割方法和设备，并在修复后重新进行焊接工艺验证。
咬边缺陷对压力管道焊接接头应力集中的研究分析
咬边缺陷对压力管道焊接接头应力集中的研究分析摘要：当今我国石油化工行业中压力管道的使用愈加广泛，其中焊接工艺对推动管道事业的发展起到了巨大推进作用，并逐渐朝向多样化、规模化、复杂化方向发展。
而如何处理咬边缺陷是当今压力管道领域重点关注的问题。
基于此，本文重点对咬边缺陷对压力管道焊接结构应力集中方面进行研究。
关键词：咬边缺陷；压力管道；焊接接头；应力集中；分析引言压力管道在当今石油化工领域中的应用十分广泛，作为一种大型压力管道设备，在实际运行中内部会产生极大的液体压力。
在压力管道生产当中，因为焊接造成的缺陷问题十分常见，特别是咬边问题。
焊接缺陷主要是采用焊接修补。
焊接缺陷种类非常多，但是由于关节轴承结合尺寸问题就造成了应力集中，减少了接头位置的强度、疲劳强度，提高焊接部位的脆性，对应力腐蚀造成了极大的影响，这就需要对焊接咬边缺陷进行力学分析以及安全评价。
在日常生产、安装中，需要重点分析焊接咬边缺陷，并结合行业所提出的规定标准，咬边程度不同采用不同的安全评价等级，针对咬边问题提供可靠的力学依据，保证管道工程质量。
1压力管道和焊接接头应力集中以及影响1.1应力集中在管道工程中，压力管道是重要的组成部分，用于液体输送、分配、分离、排放、测量、控制等。
压力管道系统之间相互影响，如果一个系统出现了问题就会影响整个系统。
长径比压力管道非常大，在实际使用当中确定性有待提高，并且压力管道维持压力相比压力容器更加复杂。
压力管道内部的流体流径较长，即使是管道系统中的缓冲室，因为工作条件变化、频率变化也会影响管道运行质量，如压力、温湿度等都会对管道应力造成影响。
同时，管道部件、支架所采用的零部件都有所差异，很多材料内部结构也十分复杂。
管道由于较长，所以在运行过程中其泄漏点也非常多，这就导致在管道设计、安装当中具有很多影响因素。
在无线平板情况下，K=3的圆孔边缘为：由于板厚度半径中的圆孔比率不同，所以该板厚度比K在1.8-3之间；在扭转状态下，厚度比K的取值范围在1.6-4.带圆孔采用轴向拉伸形式，结合日常工作经验总结可知，管道局部孔应力相对均匀，也就是应力集中，随着截面尺寸变化，局部应力会逐渐聚集生成集中应力。
钢结构焊接中常见的缺陷及控制
钢结构焊接中常见的缺陷及控制发表时间：2019-07-03T16:26:23.960Z 来源：《基层建设》2019年第10期作者：赵阳紫白亚飞[导读] 摘要：随着我国经济水平的不断提高，工业也得到了很好的发展，焊接技术作为港口机械制造、造船、航空、建筑等工业生产中重要的技术之一，主要被用于工业产品的钢结构制造加工中，如果出现焊接缺陷，会对产品质量造成严重影响，而且还会危害到产品的正常运行。
上海振华重工（集团）股份有限公司长兴分公司上海 201913摘要：随着我国经济水平的不断提高，工业也得到了很好的发展，焊接技术作为港口机械制造、造船、航空、建筑等工业生产中重要的技术之一，主要被用于工业产品的钢结构制造加工中，如果出现焊接缺陷，会对产品质量造成严重影响，而且还会危害到产品的正常运行。
关键词：焊接缺陷；成因；措施1钢结构焊接缺陷的影响因素1.1焊接人员钢结构施工过程中，焊工是施工过程中的操作人员，钢结构质量的好坏往往与焊工水平直接相关。
首先，焊工必须具备上岗证书，这是衡量焊工的基本技术证明；然后焊工需要对相关的焊接方法较为熟悉，并且具备较高的实践动手能力；此外，焊工还需要在实践操作的时候必须要有强烈的责任心与严谨的工作作风。
因此作为一名合格的焊工，相关的职业培训是极其有必要的，这是因为焊工职业培训不仅可以提高理论水平，同时也使焊工初学者掌握了一定的实际操作水平。
但是，由于焊工本身责任心不够强，很多持有焊工证，拥有培训证明的焊工并没有所应具备的职业素质，实践经验极其缺乏，因此常常造成焊工的焊接工作效果不尽人意，导致钢结构焊接过程中产生缺陷。
1.2焊接机设备在焊接过程中，焊接设备地位举足轻重。
一个优秀的焊接工如果没有质量可靠的焊机就如同巧妇难为无米之炊。
因此要想保证焊机的质量，就必须定期的检查、维护和保养设备，实施必要的维修养护。
一般而言对机器设备上的各种精密仪表需要仔细检查，保证焊接过程中各项指标（电压、电流）显示准确。
施工质量对焊接球节点网架结构可靠性影响的有限元分析
第16卷第3期2007年9月计算机辅助工程COMP UTER A I D ED ENGI N EER I N GVol.16No.3Sep t.2007文章编号:100620871(2007)0320043204施工质量对焊接球节点网架结构可靠性影响的有限元分析齐高龙, 姜建华(同济大学航空航天与力学学院,上海 200092)摘 要:针对焊接球节点网架结构施工中存在的缺陷,提出用刚度退化法仿真施工质量对焊接球节点网架结构可靠性的影响.对网架节点部位采用弹性模量退化法仿真施工过程中存在的质量缺陷,并在考虑施工质量缺陷的基础上,基于蒙特卡罗法运用AP DL(ANSYS Para metric Design Lan2 guage)编制命令流.以结构竖向最大位移作为工程可靠性能的主要指标,对某网架进行可靠性数值分析.计算结果证明施工工艺质量对结构可靠性有较大影响.该方法能帮助工程设计部门在复杂网架的可靠性计算方面考虑施工工艺质量的影响.关键词:网架结构;焊接球节点;可靠性;施工质量;刚度退化法;蒙特卡罗法;有限元;ANSYS 中图分类号:T U357;T U311.2;T B115 文献标志码:A收稿日期:2007205223 修回日期:2007206219作者简介:齐高龙(19822),男,山西原平人,硕士研究生,研究方向为工程力学,(E2mail)qigaol ong@;姜建华(19612),男,江苏溧阳人,教授,博导,博士,研究方向为工程力学,(E2mail)tk985-j@mail.t F i n ite ele m en t ana lysis on effects of con structi on qua lity on reli a b ility of gr i d structure w ith welded spher i ca l jo i n tsQ I Gaol ong,J I A NG J ianhua(School of Aer os pace Eng.&App lied Mechanics,Tongji Univ.,Shanghai200092,China)Abstract:W ith the quality defects in constructi on of grid structureswith welded s pherical j oints,stiffness degenerati on method is p r oposed t o si m ulate the effects of constructi on quality on reliability of grid struc2 ture with welded s pherical j oints.The constructi on defects are si m ulated by app lying elastic modulus de2 generati on method t o j oints.Based on these defects and Monte Carl o method,command stea m is devel2 oped by ANSYS Para metric Design Language(AP DL).The nu merical analysis on reliability of a grid structure is done,in which the biggest vertical dis p lace ment of structure is taken asmain criteria on relia2 bility.The results p r ove that the influence of constructi on quality on reliability of grid structures is great. The method can hel p t o consider the effects of constructi on quality while evaluating reliability of comp lex grid structures for engineering design depart m ents.Key words:grid structure;welded s pherical j oint;reliability;constructi on quality;stiffness degenera2 ti on method;Monte Carl o method;finite ele ment;ANSYS0 引 言 近年来,在形式众多的复杂结构中,空间网格结构造型美观,具有多向受力性能、整体刚度大、抗震性能好等特点,适用于各种跨度、载荷、平面形状、体型的工业与民用建筑,设计计算快捷,制作、安装方便,价格低廉,在设计市场被广泛应用.网格结构是将杆件按一定规律布置,通过节点连接而成的一种空间杆系结构,其外形呈曲面状时为网壳,呈平板状时即为网架.[1]在网架结构中,可靠性设计一直是结构计算和设计的重要组成部分.目前越来越多的网架进入我们的生活,并且大多数结构都在高空服役,一旦出现问题难以加固和修理,因此网架结构的可靠性设计显得尤为重要.在通常的网架可靠性研究中,采用随机变量或随机过程描述的大多为外载荷、材料强度、构件几何尺寸和材料属性等基本变量,很少考虑施工工艺质量对结构可靠性的影响.在空间网架结构中,节点数量较多,位于节点处的杆件连接工艺较为复杂,并且在安装及使用中容易出现各种缺陷,以致节点部位的应力集中现象较其他部位严重.施工质量的优劣,尤其是网架节点部位的施工质量对整体结构的可靠性将产生较大影响.本文提出刚度退化法模拟网架节点施工工艺质量对整体结构可靠性的影响,即采用弹性模量退化方法模拟施工过程中网架节点处存在的工艺缺陷,并通过实例计算研究施工质量对网架结构可靠性的影响.1 网架节点的工艺影响及其可靠性计算方法1.1 网架节点的施工工艺影响 网架的杆件连接主要有焊接球节点、螺栓球节点和板节点3种.对已建成的网架统计可知,焊接球和螺栓球节点应用较多,板节点较少.由于焊接空心球节点刚度大、制作工艺简单、造价较低,在网架结构中得到广泛使用.在现有关于网架结构可靠性的研究中,随机变量或随机过程仅取外载荷、材料强度、截面几何尺寸和材料属性等,而忽略施工工艺质量对结构可靠性的影响.其实在施工过程中,焊接缺陷、安装工艺及水平等对结构可靠性影响也不可忽略.焊接节点多采用坡口对接等强焊,这种节点现场焊接工作量大,杆件与节点连接的空间方向角控制较难,焊接过程中存在裂纹、夹渣、根部未焊透等缺陷,并且此类网架结构安装和施工质量难以控制,杆件端部由于焊接过程中的高温使得材料的物理性能和力学性能发生变化,焊接接口处容易产生应力集中,对结构受力十分不利.鉴于目前焊接球节点在我国应用广泛的情况,本文采用杆件端部弹性模量修正的方法模拟焊接缺陷,研究焊接缺陷产生的应力集中对结构可靠性的影响,杆件端部弹性模量修正尺寸按照圣维南原理取杆件直径的1～3倍.1.2 结构可靠性计算方法的实现[2] 目前可靠性分析中大多采用的方法如数值积分法、一次二阶矩法及其改进方法等,都是针对功能函数G(X)具有明确表达式的情况.在实际工程中,由于结构本身构造复杂,作用形式多样,要得到所感兴趣的结构行为,往往需借助于结构分析程序,此时不能给出功能函数的明确表达式,若直接应用上述方法就会遇到困难.目前解决这类复杂结构问题的常用方法有蒙特卡罗法和响应面法等.这里采用蒙特卡罗法实现结构可靠性的计算.蒙特卡罗法实质上是一种概率设计方法,其基本思想就是以频率逼近概率,即通过多次随机抽样,将每次抽样的具体数值带入功能函数并判断其失效与否,最后得出结构构件的失效频率(基于抽样次数)以估算其失效概率.蒙特卡罗法适用面广,只要建模准确,模拟次数足够多,所得结果就是可信的.现代计算机的良好性能为蒙特卡罗法提供了硬件基础.由于其他各种可靠性分析方法所作假设会引入系统误差且在数学上实现困难,所以蒙特卡罗模拟是目前可靠性分析结果正确性验证的唯一手段.2 施工工艺对网架结构可靠性影响的有限元分析 运用ANSYS软件实现施工工艺对网架结构可靠性影响的分析,其原理就是采用AP DL(ANSYS Pa2 ra meric Design Language)编制命令流对结构进行分析,然后与概率设计系统(Pr obabilistic Design Syste m, P DS)模块的随机模拟分析功能相结合.具体实现过程[3]为:(1)确定性的有限元分析,创建分析文件.包括前处理(Prep t);求解(S oluti on);后处理(Post1/ Post26);最后形成分析文件(Loop File);(2)定义随机输入变量(Rando m I nput Variables)和随机输出变量(Random Out put Para meters);(3)确定随机分析方法,进行模拟分析.ANSYS 提供多种随机分析方法,此处选用蒙特卡罗模拟法抽样次数取5000次;(4)分析蒙特卡罗模拟结果:失效概率Pf及可靠指标β的运算值.44计 算 机 辅 助 工 程 2007年 2.1 网架实例描述 某多点支撑正放四角锥网架,平面尺寸为24m ×30m ,网格为3m ×3m ,网格高度为2.121m.网架的支撑条件均为周边支撑.网架杆件和焊接空心球的钢材均为Q235,焊接用E43XX 型焊条,手工焊.杆件与焊接球节点采用钢管开坡口的对接等强焊缝连接.[4]正放四角锥网架的正视图和侧视图见图1,结构构件材料见表1,网架上作用的载荷见表2.图1 正放四角锥网架的正视图和侧视图表1 构件材料表杆件型号规格/mm根数1Φ60×3.55562Φ75.5×3.8583Φ88.5×4184Φ114×48表2 载荷等级表载荷等级外载荷标准值Q K /kN ・m -2外载荷设计值Q /kN ・m -2上弦节点荷载荷设计值P =9Q kN11.01.311.702.2 网架结构有限元分析模型 在整个网架结构的有限元分析中,建立模型是关键,即如何将施工工艺质量的影响在网架结构模型中表现出来.通常的网架结构可靠性分析,因不考虑施工工艺质量的影响,在基于只承受轴向力且不考虑单元弯曲的假定下,大多取三维杆单元L I N K8单元,且将每根杆只划分为1个单元.这种建模忽略焊接缺陷所带来的应力集中影响,无法将其在单元中表述.考虑到本文研究问题的特点,采用三维梁单元BEAM44单元,并将每根杆划分为3个单元,端部单元采用修正后的BEAM44单元,即将BEAM44单元释放3个自由度ROT X ,ROT Y ,ROT Z 形成铰节点,来保证杆件只承受轴向力,端部单元考虑刚度退化即弹性模量的折减,刚度退化单元长度根据圣维南原理统一取为15c m ,整个杆件采用相同的截面形状和面积,单元截面形状取为环形,通过随机变量内径和外径定义截面面积大小.杆件的端部单元通过弹性模量折减来模拟施工工艺质量的影响.定义折减系数为X ,网架支座处为周边支撑,根据网架变形特点在ANSYS 建模过程中周边节点支撑处理为竖向和径向固定、切向自由.将结构中通过节点最大竖向位移作为焊接缺陷对结构可靠性影响的主要指标.在ANSYS 有限元分析中,求解(Soluti on )设定为静力分析(Static ),且在后处理(Post1/Post26)中提取节点的竖向最大位移,以此作为可靠性影响的主要指标.后处理(Post1/Post )中节点的竖向最大位移提取的实现: NS ORT,U,Y,1,1,,0 3GET,DMAX,S ORT,0,MAX DMAX =ABS (DMAX ) 形成分析文件后,开始随机变量的选取.随机输出变量取为节点竖向最大位移D max ,随机输入变量的选取见表3.表3 随机输入变量取值表序号随机变量平均值方差分布类型1网架杆件1内径/mm 26.50.265对数正态2网架杆件1外径/mm 30.000.300对数正态3网架杆件2内径/mm 33.950.339对数正态4网架杆件2外径/mm 37.750.377对数正态5网架杆件3内径/mm 40.250.402对数正态6网架杆件3外径/mm 44.250.442对数正态7网架杆件4内径/mm 53.000.530对数正态8网架杆件4外径/mm 57.000.570对数正态9弹性模量/MPa 20600012360正态分布10外载荷F /kN 11.7 1.755正态分布11弹性模量折减系数X0.50.03均匀分布2.3 网架结构的可靠性计算结果及分析 不同情况下竖向最大位移与可靠性关系见图2和3.54第3期齐高龙,等:施工质量对焊接球节点网架结构可靠性影响的有限元分析图2 不考虑施工影响下D max和可靠性的关系图3 考虑施工影响下D max 和可靠性的关系 经过图表的整理计算,在相同可靠性和失效概率情况下,结构最大竖向位移值见表4.表4 结构竖向最大位移及其失效概率可靠性指标β3.042.852.422.392.352.182.07失效概率(10-3) 1.183 2.1867.768.4249.38714.6319.23D max1/mm 63615957555351D max2/mm54504544434140 表4中,D max1为考虑施工影响的竖向最大位移;D max2为不考虑施工影响的竖向最大位移.由表4可以看出,在考虑施工质量造成的焊接缺陷情况下,网架结构竖向最大位移明显增大,最大增大幅度为原位移的30%,故由施工带来的焊接缺陷对结构可靠性的影响是不可忽略的.3 结束语 (1)采用大型通用有限元程序ANSYS 提供的AP DL 将结构分析与其P DS 模块的统计分析能力相结合,利用蒙特卡罗法很好地实现结构可靠性计算.(2)通过对实例计算结果的分析,网架结构竖向位移对弹性模量取值较为明显,故必须考虑施工引起应力集中带来的弹性模量折减.(3)实例取于规范,结构可靠性较高.随着计算机硬件的发展,在实际工程中取样次数足够多的情况下,可以比较准确地计算更复杂网架结构的施工影响,为以后复杂网架的可靠性研究提供帮助.参考文献:[1] 沈祖炎,陈扬骥.网架与网壳[M ].上海:同济大学出版社,1997:12213.[2] 张士铮.建筑结构可靠性基本分析方法及其在ANSYS 上的实现[J ].广西大学学报:自然科学版,2006,31(6):2602261.[3] 任重.ANSYS 实用分析教程[M ].北京:北京大学出版社,2003:2482261.[4] 网架结构设计手册编辑委员会.网架结构设计手册[K].北京:中国建筑工业出版社,1998:1332134,2622264.(编辑 廖粤新)64计 算 机 辅 助 工 程 2007年 。
咬边缺陷分析
咬边缺陷分析
李青松
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2009(000)034
【摘要】本文阐述了焊接过程中咬边产生的原因,对构件产生的影响,进而提出了在焊接过程中避免产生咬边缺陷需要采取的措施.
【总页数】1页(P310)
【作者】李青松
【作者单位】河北省电力研究院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.直缝埋弧焊管焊缝单侧咬边和焊偏缺陷原因分析 [J], 王立柱;张婷婷;王亚彬;刘涛;游方芳;徐佳
2.直缝埋弧焊管焊缝产生咬边缺陷原因分析 [J], 王立柱;龚健;孟凡佳;袁超;吴镇宇;秦楠
3.球面咬边缺陷对焊接空心球节点应力集中影响的有限元分析 [J], 郝潇逸;雷宏刚;张建丽;焦晋峰
4.咬边缺陷对网架焊接空心球节点钢管焊趾处应力集中的影响分析 [J], 赵晨波;雷宏刚;闫亚杰;
5.球面咬边缺陷对焊接空心球节点应力集中影响的有限元分析 [J], 郝潇逸; 雷宏刚; 张建丽; 焦晋峰
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咬边缺陷分析及对策
啦
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坦
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由图 【 所示 的二 维模式 来分析 。正 常 图 １ 在一定条件 下咬 边 的摸 式 焊 波 与 咬边 焊 渡 的表 面 能量 差 Ａ
★来 稿 日期 ：０ １— ６—０ ２０ ０ ８
Ｖ１ ２ ／ ２ ，
图 ４ ＴＣ 焊接规 范与产生咬边的 囤５ ｃ ， 掉提范与产生咬边的 Ｉ － ０ 保护 临界焊接速度之间 的关 系 临界掉接遵度之问的关系
小 尤 显 。墨 时 其著
电弧 欢 力小 ，焊
， ｎ ｌ 呻
１ ２ 狭 型或极 狭 型咬边
与宽型咬边相反 ．沟槽几乎为焊缝 填满。 目测沟槽底部 的 透 角小于 ３ 。 Ｏ情
形 貌 受 到 限 制 ，难 以 评 定 缺 陷 。 可 用 干 式渗 透 或 磁 粉检 测 梗 得 况 下 ．焊 透 角 与 ｉ
１ ３ 浅 狭型 咬边 ．
维裂缝的性质。 它一般在 ０ ２ ｒ ． ５ ｍ深度 以内出现 ． ａ 这种沟槽是 由 焊趾部位存在冶金残 渣 ，并在邻近焊趾的基本金属上有 “ 粘稠
并顾及 电弧刨槽中锕液的内压力．则 ＂ｇ ｒ ｉ 此类咬边与上述 两类宏观缺 陷的咬边相 比，基本上属于纤 表面缺陷之间的关系． 焊 ， 旺 焊接 Ｉ Ｉ Ｃ 产生咬边的临界焊接速度 Ｖ（ｍ／ ｌ） ３ ￣ｅ ｍｎ 分别为：
以ｎ ｎ ｎ 。 Ⅱ， 。＾ｃ ∞ ｐ ｎ ｅ ｍ
中图分 类号 ：Ｇ ７． Ｔ Ｉ２２
咬边是由基本金属 消耗引起的， 措焊缝焊趾产生的淘槽或凹 为 ： 缝。 它是成形缺 陷中的一种。 它对￣４， ３ｑ性能的影响不及裂缝、 孔穴
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焊接空心球节点，有限元分析，咬边，应力集中系数SCF
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Table 1. Non-defective steel pipe weld toe stress concentration analysis table 表 1. 无缺陷钢管焊趾应力集中分析表
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
空心球规格
D/mm
赵晨波 等
摘要
针对钢结构设计施工中存在的焊接空心球节点焊接缺陷问题，本文拟采用有限元分析软件ABAQUS，模 拟分析研究无缺陷时空心球直径壁厚和钢管直径壁厚对焊接空心球节点钢管焊趾处应力集中的影响，以 及钢管焊趾存在咬边时对焊接空心球节点应力集中的影响。结果表明，随着钢管咬边深度及锐度的增大， 钢管焊趾处应力集中系数显著增大，导致钢管焊趾处的疲劳破坏，所以钢管焊趾处咬边应引起足够重视。 拟合出关于钢管焊趾处咬边的应力集中系数的通用公式。
众多学者对焊接空心球节点进行了一系列理论和试验研究。1990 年，文献[4]对 50 余种不同构造细 节的焊接空心球节点进行有限元分析。结果表明了焊接空心球节点的应力分布规律，应力最大值位于焊 接空心球和无缝钢管的连接处，此处最大应力为径向应力；焊缝处应力集中的程度随节点相应构造尺寸 呈规律变化，绘制出了相应变化规律曲线。文献[5] [6]研究了采用坡口焊的焊接空心球节点在弹性阶段下， 单向受拉时球面应力的分布规律，并基于薄壳理论求出了应力集中系数的数值解。文献[7] [8] [9] [10]定 量分析了焊接空心球直径壁厚、无缝钢管直径壁厚以及焊脚尺寸对应力集中的影响并拟合公式，除考虑 单个因素对应力集中的影响外，还分析了构造尺寸对应力集中的综合影响，求解出焊接空心球节点的应 力集中公式。文献[11]提出了当管–球采用角焊缝的连接形式时的应力集中计算公式。
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1. 引言
空间网格结构具有自重轻、跨度大、施工快、造型美观等优点，在我国各类建筑中应用广泛[1]。焊 接然而在其焊接过程中，焊接缺陷普遍存 在。焊接缺陷对节点应力集中的影响特别大。在交变荷载的作用下，焊接缺陷导致的应力集中很容易产 生疲劳裂纹。存在焊接缺陷的构件疲劳强度相比无焊接缺陷的构件要低很多。疲劳问题一直以来都是制 约网架结构推广应用的重要原因[3]。
T/mm
350
10
380
10
400
10
420
10
450
10
400
8
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9
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400
10
400
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10
400
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400
10
400
10
钢管规格
d/mm
t/mm
152
5.5
152
5.5
152
5.5
152
5.5
152
5.5
152
5.5
152
5.5
152
5.5
Keywords
Welded Hollow Ball Joint, Finite Element Analysis, Undercut, Stress Concentration Factor SCF
咬边缺陷对网架焊接空心球节点钢管焊趾处应 力集中的影响分析
赵晨波，雷宏刚，闫亚杰
太原理工大学，山西 太原
Analysis of the Influence of Undercut Defect on the Stress Concentration at the Weld of the Steel Tube of the Welded Hollow Ball Joint
Chenbo Zhao, Honggang Lei, Yajie Yan
咬边是指在焊接过程中，由于焊条的运速过快、焊接电流过大、焊条角度不合理等原因，最终导致 母材的一部分被熔化，而填充金属未能及时填补形成的，是焊接空心球节点中常见的焊接缺陷。由于焊 接空心球节点中无缝钢管壁厚较薄，钢管焊趾处咬边会使钢管截面积显著减小，在咬边处也会产生应力 集中，加速焊接空心球节点的疲劳破坏。因此研究焊接空心球节点钢管焊趾处咬边的意义重大。
Figure 1. (a) Pipe connection node; (b) Undercut defect diagram 图 1. (a) 管球连接节点；(b) 咬边缺陷示意图
(a)
(b)
Figure 2. (a) Local mesh encryption diagram; (b) Local mesh encryption diagram 图 2. (a) 局部网格加密示意图；(b) 局部网格加密示意图
Taiyuan University of Technology, Taiyuan Shanxi
Received: Feb. 25th, 2019; accepted: Mar. 12th, 2019; published: Mar. 19th, 2019
Abstract
In view of the welding defects of welded hollow ball joints in steel structure design and construction, this paper intends to use finite element analysis soft ABAQUS to simulate and analyze the effect of the wall thickness of hollow spheres and the diameter of steel pipe diameter without defects on welded hollow ball joints, and the effect of stress concentration at the toe and the influence of the undercut on the stress concentration of the welded hollow ball joints. The results show that with the increase of the undercut and sharpness of the steel pipe, the stress concentration factor at the weld toe of the steel pipe increases remarkably, which leads to the fatigue damage at the weld toe of the steel pipe. Therefore, the undercut at the weld toe of the steel pipe should be paid enough attention. A general formula for the stress concentration factor of the undercut at the weld toe of the steel tube is fitted.
152
5.5
152
5.5
135
5.5
145
5.5
160
5.5
170
5.5
152
5
152
6
152
7
152
8
d/t
27.6364 27.6364 27.6364 27.6364 27.6364 27.6364 27.6364 27.6364 27.6364 27.6364 24.5455 26.3636 29.091 30.9091
30.4 25.3333 21.7143
19
D/T
35 38 40 42 45 50 44.4444 36.3636 30.7692 28.5714 40 40 40 40 40 40 40 40
SCF
1.70665 1.74942 1.78048 1.81366 1.86294 1.91307 1.84225 1.7277 1.6421 1.60775 1.81022 1.79037 1.7735 1.76921 1.76247 1.79598 1.8568 1.91198
Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2019, 8(2), 337-348 Published Online March 2019 in Hans. /journal/hjce https:///10.12677/hjce.2019.82041
咬边情况下管球连接节点示意图如图 1 所示。本文利用有限元分析软件 ABAQUS 对焊接空心球节点 建模。为简化计算并与静力或疲劳试验所采用的试件保持一致，利用模型几何形状、边界条件和外部荷
载的对称性，只取一半球体建模，半球边界设为固定边界。焊接空心球与无缝钢管连接采用剖口焊，焊 缝与母材视为各向同性的同种材料。假定材料在线弹性范围内工作，其弹性模量取 E = 2.06 × 105 N/mm2， 泊松比取 0.3。模型单元定义为实体单元，单元类型为 C3D8R。本模型在进行有限元网格划分的时候， 在远离焊缝区域的地方网格划分适当放宽，以减小计算成本，在焊缝处细化网格，网格大小取 0.5 mm (图 2)。荷载为 1 N/mm2 的轴拉力，施加在钢管端部的横截面上。