对接接头应力集中的优化方案

由于焊接接头截面几何形状的突变性，造成焊接接头工作应力高于结构所受的名义应力。在所有的接头中，焊接对接接头的形状改变最少，对接接头的力线干扰较小，因而也就具有应力集中数值最小的特色。其疲劳强度也将高于其他接头形式。焊接对接接头中正应力的分布如图5-4 所示。一般正常焊接情况下，对接接头焊趾处的应力集中系数不超过1.6，焊根处的应力集中系数不超过1.5。减小过渡半径r 和增大加厚高h，应力集中系数会增加，当采用机加工方法去掉加厚高时，Kt=1，接头焊趾处的应力集中消失。按照国家有关标准，加厚高一般小于3 mm。

焊接对接接头的形状改变，只是由于焊缝的局部增高而产生的。在考虑电弧焊接过程中熔化金属由焊条向焊缝过渡的不均匀性的特点后，它必然是由某些工艺允差引起的。这个工艺允差的存在保证了焊缝在其整个长度上具有必要的厚度—— 不小于待接构件的厚度。这个工艺允差（焊缝的局部增高）的尺寸是比较小的，它是由电弧焊过程的特点所决定的。但这个工艺允差的存在，无论在什么程度上都不能与提高焊缝强度的需要相联系起来。

这样的加厚高实际上造成对焊件疲劳性能的显著削弱，不但引起了多余的生产消耗，而且在相当大的程度上降低了焊接接头的强度。

图5-4　对接接头的应力集中

应力集中对于承受动载荷对接接头的疲劳强度是非常不利的，所以要求接头的应力集中系数越小越好，通常采用削平加厚高或增大焊趾圆弧过渡半径r 的措施来降低应力集中，从而提高接头的疲劳性能。(www.xing528.com)

对接板的厚度对焊接接头应力集中系数的影响如图5-5 所示。从图中可以看出，在相同加厚高和相同过渡半径时，随着板厚度的增加，应力集中系数降低；在相同板厚和加厚高时，随着过渡半径的增大应力集中系数降低。不论过渡半径和板厚如何变化，随着加厚高的增加，接头的应力集中系数都是增加的，且随着过渡半径的增加，应力集中系数随加厚高的增加而增加的幅度减小。

图5-5　加厚高和过渡区半径与应力集中系数的关系

接头焊趾处应力集中系数Kt可表示[7-9]为

式中，d 为板的厚度，r 为焊趾处过渡半径。β，α 和λ 均为系数，在对接接头形式及拉伸加载方式下它们分别取为1、0.27（tanθ）0.25和0.5。