在焊接构造物中,使用肋板与法兰把各种连接件组合焊接起来的工程例子很多,连接件有直角焊缝连接件、端面对接焊缝连接件和丁字形焊缝连接件等。根据肋板的配置和形状设计,如果把肋板和法兰都集中到一个地方,那么焊接接口也会集中到一个地方,如果此时进行焊接,那么温度和热影响也会高度集中,应力也会集中,焊缝冷却时甚至会出现裂纹,这样的设计原则上应当回避。
不仅是直角焊缝,对接焊缝和丁字形焊缝都一样也会受到焊接高温热影响,造成疲劳强度和冲击强度不足,所以必须在焊后进行退火热处理,以消除残余应力和使焊缝区域的金相组织均质化,否则使用时,尤其是承受反复外力动载荷时,在焊缝脆化区的应力集中极易使材料出现脆性裂纹,疲劳强度迅速降为零而断裂,造成事故。
根据焊接连接件上承受的外力载荷的种类来判断,所使用的焊接构造不一定都能适应,有时因构造物不能将承受的外力载荷分散而造成超载破坏。因此,从结构上来思考,需要找出能适应不同外力载荷的焊接结构,比如适应于拉伸外力载荷的焊接连接件的结构,适用于压缩外力载荷的焊接结构,适用于疲劳载荷的焊接结构和能够承受冲击载荷的焊接结构。
图3.38.1所示为回避应力集中的肋板和法兰连接方法。
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图3.38.1 回避应力集中的肋板和法兰连接方法
a)不适用于拉伸法兰(可用于压缩法兰) b)、c)可用于拉伸法兰 d)可用于拉伸与压缩工况 e)不适用于严格的反复应力工况下 f)良好 g)、h)合适
为了避免应力集中,就必须从设计构造上杜绝肋板和法兰的集中配置,当不得不把肋板等集中到一处时,可以设置一个中间板,把肋板分散连接到中间板上,然后再把中间板连接到法兰上。特别是在使用直角焊缝十字形连接件时,可以把肋板悬空一个距离,至少离开直角焊缝区域的焊口尺寸的4倍,以避免垂直焊缝的集中交叉,即避免焊缝热影响区的集中交叉,以保证各条焊缝的焊接高温热影响区相隔一定的距离。
当肋板从两个以上的方向向一个地方集中时,其中一个肋板已经焊接到法兰上,其他的肋板可以开一个“窗口”避开它,不仅要直接避免焊缝的交叉,更重要的是要避免各条焊缝热影响区的交叉,为此这个“窗口”的距离必须在焊口尺寸的4倍以上。在设计时不能忽视作业空间的问题,即肋板和法兰的配置空间必须使人工焊接可以有活动的空间距离保证。
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