具有应力保护的坡口焊缝的结构和形成具有应力保护的坡口焊缝的结构的结构构件的制作方法

本公开总体上涉及应力保护的坡口焊缝，并且更具体地涉及形成具有应力保护的坡口焊缝的结构的结构构件。

背景技术：

坡口焊缝可用于连接结构构件以形成多种不同类型结构的一个或多个焊接件。特别地，坡口焊缝可以是这样一种方式，通过该方式，由于相邻和/或配合边缘或表面之间的相互热结合转换，两个结构构件或其他金属部件通过相邻和/或配合边缘或表面的固定而连接在一起，所述热结合转换可以至少部分地由加热的填充材料提供。坡口焊缝内部的至少一部分可以由填充材料构成，该填充材料可以与结构构件或其他金属部件的预先存在的母体材料的相邻表面和边缘，包括在坡口焊缝和结构构件的顶部或“趾部”和底部或“根部”部分处接合并热结合。

尽管坡口焊缝可以广泛地用作将结构构件连接以形成多种不同类型结构的有效手段，但是典型地，常规的坡口焊缝随后可能易于断裂或故障。例如，焊接结构可经受循环负载、力和/或应力，其可部分地包括在焊缝和结构构件上产生应力的拉伸力或弯曲力。当负载、力和/或应力施加到结构和坡口焊缝时，坡口焊缝的部分，比如其根部和/或趾部，可能不能吸收和承受施加到其上的负载、力和/或应力，因此可能特别容易断裂或故障。

标题为“焊接部分构造与焊接方法(weldingportionconstitutionandweldingmethod)”的美国专利第7,374,823号公开了一种焊接组件，其包括具有通过焊缝连接的成角度部分的第一构件和第二构件。然而，因为焊缝根部和/或焊缝趾部仍然承受高应力，所以坡口焊缝接头的故障在本领域中一直是成问题的。

本发明旨在解决上述一个或多个缺陷和缺点。

技术实现要素：

在本公开的一个方面，公开了一种结构构件。该结构构件包括本体，该本体具有第一表面、第二表面和位于该结构构件的端部的端面。结构构件的端部包括根突部，该根突部从结构构件的第二表面沿着根突部半径径向向外延伸到根突部的外端，以限定从结构构件的第二表面延伸到根突部的外端的根突部高度。根突部还包括在根突部的外端的内边缘和外边缘之间延伸的根突部宽度。根突部半径、根突部高度和根突部宽度被配置成限定应力保护的焊缝根部区域，该应力保护的焊缝根部区域被隔离超过和远离通过该结构构件的本体传播的根部应力流动路径。

在本公开的另一方面，公开了一种结构。该结构包括通过至少一个坡口焊缝连接的至少两个结构构件。该至少两个单独的结构构件包括第一结构构件和第二结构构件。第一结构构件和第二结构构件中的每一个包括本体，该本体具有第一表面、第二表面和在端部的端面。该端部包括根突部，该根突部从第二表面沿着根突部半径径向向外延伸到根突部的外端，以限定从该第二表面延伸到该根突部的外端的根突部高度。根突部包括在根突部的外端的内边缘和外边缘之间延伸的根突部宽度。第一结构构件的根突部的根突部半径、根突部高度和根突部宽度以及第二结构构件的根突部配置成将焊缝根部定位在应力保护的焊缝根部区域内，该应力保护的焊缝根部区域包括：对应于可忽略的根部应力集中区域，该根部应力集中区域被隔离超过和远离通过第一结构构件的本体和第二结构构件的本体传播的根部应力流动路径，使得在焊缝根部中不发生断裂故障。

在本公开的又一方面，公开了一种结构。该结构包括通过至少一个坡口焊缝连接的至少两个结构构件。该至少两个单独的结构构件包括第一结构构件和第二结构构件。第一结构构件和第二结构构件中的每一个包括本体，该本体具有第一表面、第二表面和在端部的端面。端部包括趾突部，该趾突部从第一表面沿趾突部半径径向向外延伸到趾突部的外端，以限定从第二表面延伸到趾突部的外端的趾突部高度。趾突部包括趾突部宽度，该趾突部宽度在趾突部的外端的内边缘和外边缘之间延伸。第一结构构件的趾突部的趾突部半径、趾突部高度和趾突部宽度以及第二结构构件的趾突部配置成将焊缝趾部定位在应力保护的焊缝趾部区域内，该应力保护的焊缝趾部区域对应于可忽略的趾部应力集中区，该趾部应力集中区被隔离超过并远离该趾部应力流动路径，该趾部应力流动路径通过第一结构构件的本体和第二结构构件的本体传播，使得在焊缝趾部中不发生断裂故障。

附图说明

图1是根据本公开的示例性实施例的结构构件的侧视图示出；

图2是根据本公开的示例性实施例的由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构的侧视图；

图3是根据图1所示的本公开的示例性实施例的由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构的放大侧视图；

图4是根据本公开的示例性实施例的由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构的侧视图；

图5是根据本公开的示例性实施例的由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构的侧视图；

图6是根据本公开的示例性实施例的由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构的侧视图；

图7是根据本公开的示例性实施例的由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构的侧视图；

图8是根据本公开的示例性实施例的由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构的侧视图；

图9是根据本公开的示例性实施例的由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构的侧视图；

图10是根据本公开的示例性实施例的由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构的侧视图；

图11是描绘根据图10所示的本公开的示例性实施例的制造结构构件的方法的侧视图；

图12是根据本公开的示例性实施例的由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构的侧视图；

图13是根据本公开的应力模拟分析的示意图，该应力模拟分析描绘了由于施加到结构上的拉伸应力而在由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构内形成的应力区域；

图14是根据本公开的应力模拟分析的示意图，该应力模拟分析描绘了由于施加到结构上的弯曲应力而在由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构内形成的应力区域；

图15是根据本公开的描绘根部应力、突部高度、突部宽度和突部半径之间的关系的四维图示示；

图16是根据本公开的应力模拟分析的示意图，该应力模拟分析描绘了由于施加到结构上的拉伸应力而在由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构内形成的应力区域；

图17是根据本公开的应力模拟分析的示意图，该应力模拟分析描绘了由于在第一方向上施加到结构的弯曲应力而在由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构内形成的应力区域；

图18是根据本公开的应力模拟分析的示意图，该应力模拟分析描绘了由于在第二方向上施加到结构的弯曲应力而在由通过坡口焊缝连接的结构构件形成的结构内形成的应力区域；

图19是根据本公开可以将该结构并入其中的各种结构的示意图；

图20是根据本公开的具有至少一个坡口焊缝的示例性总体结构的透视图，该示例性总体结构被示出为结合了包括通过至少一个坡口焊缝连接的两个或更多个结构构件的结构的悬臂结构；

图21是根据本公开的具有至少一个坡口焊缝的示例性总体结构的横截面图，该坡口焊缝被示出为结合了包括通过至少一个坡口焊缝连接的两个或更多个结构构件的结构的液压缸。

虽然以下详细说明是针对某些说明性实施例给出的，但应了解，此类实施例不应解释为限制性的，而是本发明有权享有与所有实施例、修改、替代构造及其等效物一致的保护范围。

具体实施方式

本公开涉及根据本文公开的任何一个或多个实施例的由通过至少一个坡口焊缝连接的至少两个结构构件5组成的任何结构1。虽然在某些实施例中，结构1可以被描述和示出为包括第一结构构件10和第二结构构件12，用于提供对结构构件10、12的特征和每个公开的实施例的坡口焊缝的示例性描述应当理解的是，结构1可以包括多个结构构件5(例如，第三结构构件、第四结构构件、第五结构构件等)，这些结构构件通过多个坡口焊缝连接并且包括根据本文公开的任何一个或多个实施例的任何一个或多个受保护的几何形状和特征。现在将详细参照具体实施例或特征，其示例在附图中示出。通常，当可能时，在所有附图中使用相应或类似的附图标记来表示相同或相应的部分。包括在附图中并在本文描述的示意图中的元件可以不以尺寸或比例绘制，而是可以绘制以说明本公开的不同方面。

现在参照附图，描绘了结构构件5或第一结构构件10。第一结构构件10可以是任何结构构件5，其配置成通过坡口焊缝14连接到另一结构构件5或第二结构构件12以形成焊件和所得结构1或其任何部分，如本文进一步公开的。照此，本文公开的结构构件5中的每一个，部分地包括第一结构构件10和第二结构构件12(以及其各自的本体40、240，如在本文进一步讨论的)是由金属构成的，包括但不限于铁、钢、铝或能够经由如本文公开的坡口焊缝14连接的任何金属或其任何合金。出于本公开的目的，术语“焊接”(“welding或weld”)包括任何工艺或其结果，其中两个结构构件10、12或其他金属部件通过由于它们之间的相互热、摩擦或任何其他类型的结合转变而固定相邻和/或配合边缘或表面而连接在一起。坡口焊缝14可以包括但不限于屏蔽金属电弧焊接、气体钨电弧焊接或钨极惰性气体焊接、气体金属电弧焊接或金属惰性气体焊接、药芯电弧焊接、埋弧焊、电渣焊等，并且还可以包括覆层、铜焊、钎焊、摩擦搅动焊接、激光焊接和混合激光电弧焊接。结构构件5、10、12(以及其主体41、241，如在本文进一步公开的)可以被形成为体现或包括多种形状、轮廓、外形、本体、物体、结构中的任一种，或如形成任何合适或希望的结构所必需的其任何一个或多个组合，包括但不限于本文公开的一个或多个结构1和/或总体结构1000。具体地，结构构件5、10、12(及其主体41、241，如本文进一步公开的)可以是平面的以限定板。可选地，结构构件5、10、12(及其主体41、241，如在本文进一步公开的)可以包括轮廓形状或外形，结构构件5、10、12(及其主体41、241)的轮廓形状或外形的全部或一部分可以是和/或可以包括平面形状、弧形形状、圆柱形形状、凹形形状、凸形形状和内凹形状中的任何一个或多个(以及它们的各种组合中的任何一个)，以形成成型结构构件、面板和/或板(例如，如图20所示的结构面板或板构件3110和3112)。在又一个非限制性示例中，结构构件5、10、12(及其主体41、241)可以是管状的，并且可以是圆柱形的或弯曲的以形成圆柱形管，或者可以形成非圆柱形管。

图1-3示出了由两个或更多个结构构件5形成的结构1的实施例，所述结构构件5示出为通过坡口焊缝14连接的第一结构构件10和第二结构构件12。在图2-3所示的示例性实施例中，第一结构构件10和第二结构构件12包括相应的等同的、相对的、对准的定向、几何形状和特征。然而，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，被描绘为第一结构构件10和/或第二结构构件12的结构构件5可以具有不同的和/或另外的定向、几何形状和/或特征，包括如图4-11所示的实施例中所描述的那些。参照图1-3，第一结构构件10包括第一表面16、第二表面18和包括根突部22的至少一个端部20，类似地，第二结构构件12包括第一表面76，第二表面78和包括根突部32的至少一个端部30。端部20、30和根突部22、32被包括在第一结构构件10和第二结构构件12的任何一个或多个外边缘、侧面、延伸部或边界中的每一个处，所述外边缘、侧面、延伸部或边界被配置成经由坡口焊缝连接相对的第二结构构件12或第一结构构件10(或任何其他结构构件5，部分地包括根据本公开的任何根突部)的相邻的、相应的、相对的端部30、20和根突部32、22，以形成结构1。第一表面16、76可以限定第一结构构件10和第二结构构件12以及所得结构1的外表面或上表面。第二表面18、78可以限定第一结构构件10和第二结构构件12以及所得结构1的内表面或下表面。在替代方案中，第一表面16、76可限定第一结构构件10和第二结构构件12以及所得结构1的内表面或下表面，且第二表面18、78可限定外表面或下表面第一结构构件10和第二结构构件12以及所得结构1的上表面取决于结构1附带的类型、用途、应用、约束或其他考虑因素，包括但不限于其形成。照此，尽管可以使用相对术语”上方”、”外部”、”上部”、”升高”、”下方”、”下部”、”下部的”或”内部”，但是这些术语仅用于标识和公开在本文相对于并且相对于所示出的附图的定向的本公开的各种特征的目的。但不应被解释为将本公开的范围限制为排除可能不同于所示附图的定向，而是在所有其他方面是等同的。

第一结构构件10和第二结构构件12分别包括本体40、240，其中本体40、240可以形成和限定第一结构构件10和第二结构构件12的组成和特征。第一结构构件10的本体40和第二结构构件12的本体240可以由能够通过坡口焊缝14(如上所述)连接的任何金属或其合金构成和形成，为了实现上述目的本公开可以被限定为”母体材料”，该母体材料可以比所得的坡口焊缝14和形成该坡口焊缝14的一种或多种材料(部分地包括填充材料52)更强、更耐用，或以其他方式更耐应力、断裂和/或故障。第一结构构件10和第二结构构件12的相应本体40、240可以被限定为其整体本体，该整体本体可以包括根突部22、32(以及趾突部23、33)，使得根突部22、32(以及趾突部23、33)可以是第一结构构件10和第二结构构件12的相应整体本体40、240的组成部分并且包括为与第一结构构件10和第二结构构件12的相应整体本体40、240一体，并且可以由相同的母体材料形成，或者形成为包括为其相同整体本体的整体部分，如在本文进一步讨论的。第一结构构件10的本体40和第二结构构件12的本体240还可以分别包括主体41和主体241，该主体41和主体241可以被限定为完全由母体材料形成并且包括其所有特征，但是不包括根突部22、32(以及趾突部23、33)的第一结构构件10的整个本体40和第二结构构件12的整个本体240的主要部分。在一个实施例中，第一结构构件10的主体41的端部20包括从第一表面16延伸到第二表面18的厚度t1。以及在一个实施例中，第二结构构件12的主体241的端部30包括从第一表面76延伸到第二表面78的厚度t2。第一结构构件10的端部20由第一表面16和第二表面18的末端或端部或区段限定，并且部分地包括第一表面16和第二表面18的末端或端部或区段，该末端或端部或区段限定第一结构构件10(及其主体41)的外边缘、侧面、延伸部或边界，该第一结构构件10被配置成邻近第二结构构件12的端部30放置(类似地由第一表面76和第二表面78的末端或端部或区段限定并包括该末端或端部或区段，该末端或端部或区段限定第二结构构件12(及其主体241)的外边缘、侧面、延伸部或边界)并经由如图2和图3所示的坡口焊缝14连接到其上。特别地，端部20包括第一表面16和第二表面18的端部或端部以及至少一个端面42，该端面42限定了第一结构构件10的端部、外边缘、延伸部或边界，以通过如图2和图3所示的坡口焊缝14连接到第二结构构件12。类似地，第二结构构件12的端部30包括第一表面76和第二表面78的端部或端部以及至少一个端面112，该端面112限定了第二结构构件12的端部、外边缘、延伸部或边界，以通过如图2和图3所示的坡口焊缝14连接到第一结构构件10。这样，端面42和112包括在通过包括但不限于其填充材料52的坡口焊缝14的热量和能量热结合和转换的表面中，使得第一结构构件10通过坡口焊缝14连接或固定到第二结构构件12。端面42从第一端54延伸，该第一端54限定了第一结构构件10(及其主体41)的第一表面16的末端，该第一表面16的末端被定向成邻近坡口焊缝14(如图2所示)并且被定位在第一结构构件10的端部20内，朝向第二表面18至位于第二表面18下方或之外的第二端56。类似地，第二结构构件12的端面112从第一端154延伸，该第一端154限定了第二结构构件12(及其主体241)的第一表面76的末端，该末端被定向为靠近坡口焊缝14(如图2所示)并定位在第二结构构件12的端部30内，朝向第二表面78到达第二端106，该第二端106定位在第二结构构件12的第二表面78下方或之外。尽管第一结构构件10的端面42和第二结构构件12的端面112各自在图1-3(以及某些另外的图)中示出为以恒定角度线性延伸的单个表面，但是第一结构构件10的端面42和第二结构构件12的端面112可以另外是弯曲的、弧形的和/或部分凹入和/或凸出，或可以包括从第一结构构件10和第二结构构件12的相应的第一端54、154延伸至相应的第二端56、106的变化的弯曲的、弧形的和/或部分凹入、凸出和/或线性的几何形状和/或角度(或可以包括足以通过坡口焊缝14连接并且接收其填充材料52的任何其他几何形状和/或附加表面)的多个区段，并且由这些区段形成而不脱离本公开的范围。另外，如图1-3的实施例中所示的表面42、112的角度(以及，图4-12的那些部分)不应被解释为限制本公开的范围，因为一个或多个表面42、112的角度可以更接近于垂直，比如，以提供非限制性示例，相对于焊缝根部72的中心竖直轴线70窄至5度(或更小)以内，或者可选地一个或多个表面42、112的角度可以比任何所示实施例中所示的那些角度更宽，或者可以比能够应用在其上应用的任何工艺以通过本文限定的任何焊缝将第一结构构件10连接到第二结构构件12而不脱离本公开的精神和范围的任何其他角度、形状和/或定向更宽。

第一结构构件10的端部20还包括根突部22，该根突部22在第一结构构件10的端部20处延伸超过第二表面18并从第二表面18向外突出。根突部22可包括端面42的一部分，该部分靠近并包括端面42的第二端56，该端面42的第二端56延伸超过第二表面18，并且还包括外部根部延伸表面62，该外部根部延伸表面62靠近坡口焊缝14定位在第一结构构件10的端部20内的第二表面18的末端的外部线性边界下方或完全延伸超过该第二表面18的末端的外部线性边界(以及第一结构构件10的主体41)，使得根突部22限定并且定位在应力保护的焊缝根部区域160内，如在本文进一步讨论的。类似地，如图2-3所示，第二结构构件12的端部30还包括在第二结构构件12的端部30处延伸超过第二表面78并从第二表面78向外突出的根突部32。第二结构构件12的根突部32可包括靠近并包括端面112的第二端106的端面112的一部分，该端面112的第二端106延伸超过第二表面78，并且还包括外部根部延伸表面68，该外部根部延伸表面68从外部向外延伸并靠近坡口焊缝14定位在第二结构构件12的端部30内的第二表面78的末端(以及第二结构构件12的主体241)的外部线性边界下方或完全延伸超过该第二表面78的末端的外部线性边界，使得根突部32限定并且定位在应力保护的焊缝根部区域160内，如在本文进一步讨论的。

第一结构构件10的根部延伸表面62被定向为面向外并且远离第一结构构件10的主体41，并且根部延伸表面68被定向为面向外并且远离第二结构构件12的主体241。第一结构构件10的根部延伸表面62可以从端面42的第二端56进一步向外延伸、超过并远离由第二表面18限定的第一结构构件10的主体41的外边界或下边界，以终止于根突部22的外端82的外边缘80。类似地，第二结构构件12的根部延伸表面68可从端面112的第二端106进一步向外延伸、超过并远离由第二表面78限定的第二结构构件12的主体241的外边界或下边界，以终止于第二结构构件12的根突部32的外端122的外边缘120。第一结构构件10和第二结构构件12的根突部22、32的几何形状和尺寸配置成使得第一结构构件10的根部延伸表面62的长度的至少一部分定向成面向第二结构构件12的第二根部延伸表面68的长度的至少一部分，在图2-3(以及图4-12)所示的示例性实施例中，当第一结构构件10和第二结构构件12的端部20、30彼此相邻放置以形成坡口焊缝14时，在这两个延伸表面之间具有焊缝间隙230，使得焊缝根部72位于第一结构构件10的根部延伸表面62和第二结构构件12的根部延伸表面68的相邻面对的区段之间(或从坡口焊缝14向外突出延伸)，该区段定位在第一结构构件10的第二表面18和第二结构构件12的第二表面78的下方和旁边的位置处或定位在向外远离第一结构构件10的第二表面18和第二结构构件12的第二表面78的位置处，(或者，如在本文进一步讨论的，是下部或最外部(或最接近焊缝根部)的第二表面18或78)(以及其主体41、241)，使得焊缝根部72定位在应力保护的焊缝根部区域160内，并且隔离超过并远离根部应力流动路径200，如图4-10所示，并且如在本文参照图13-15进一步讨论的。在图1-3所示的示例性实施例中，第一结构构件10的根部延伸表面62(以及第二结构构件12的根部延伸表面68)可大致平行于焊缝根部72的中心竖直轴线70。如图1-3所示的示例性实施例进一步所示，第一结构构件10的根部延伸表面62、68(以及如图2和图3所示的第二结构构件12的根部延伸表面)可以与如图2和图3所示的第二结构构件12的相应的第二根部延伸表面68共面。图1-3的实施例中所示的根部延伸表面62、68也显示出为垂直于第一结构构件10的本体40的端部20的横截面轮廓的中心中间轴线60。根部延伸表面62、68还可以垂直于第一结构构件10的第一表面16和第二表面18以及第二结构构件12的第一表面76和第二表面78中的一个或多个。然而，在其他实施例中，包括在本文讨论的那些实施例，当根部延伸表面62、68从端面42、112的第二端56、106延伸到根突部22、32的外端面82、122的外边缘80、120时，根部延伸表面62、68中的一个或多个可以是略微成角度的或略微弯曲的，并且可以分别以一定角度或沿着曲线向内朝向中心竖直轴线70和相对的根部延伸表面62、68延伸。应当理解，在图1-3中所示的实施例之间可以存在差异，部分地包括具有各种不同形状、轮廓、定向等中的任一种的一个或多个单独表面，包括但不限于以上提及的那些，但仍落入将突部22、32形成为具有包括半径rpr、根突部高度rph和宽度rpw的几何形状和相对尺寸的本公开的范围内，这些几何形状和相对尺寸被配置成用于在应力保护的焊缝根部区域160内将焊缝根部72限定、形成、定位和隔离并超过根部应力流动路径200、低于和远离根部应力流动路径200，如在本文进一步讨论的。

根突部22的外端82可以相对于其第二表面18并且远离其第二表面18延伸来限定第一结构构件10的根突部22的最外边界。并且根突部32的外端122可以相对于其第二表面78并且远离其第二表面78延伸来限定第二结构构件12的根突部32的最外边界。外端82、122还可以限定向外延伸的肋部或接缝，该肋部或接缝沿着并贯穿焊缝根部72和结构构件10、12的端部，如图2和图3以及图4-10、19和20(并且如在本文参照图13-15进一步讨论的)进一步所示在应力保护的焊缝根部区域160内延伸。

如在本文进一步讨论的，根突部22、32的大小、形状和/或尺寸中的一个或多个可以至少部分地由在分别与第一结构构件10的根部延伸表面62和第二结构构件12的根部延伸表面68相对的根突部22、32的一侧上定向的根突部22、32的弧形内表面178、188(并且在一个实施例中，其半径rpr)的尺寸限定。弧形内表面178位于第一结构构件10的端部20内，并且可以被限定为过渡表面，通过该过渡表面，根突部22从第二表面18向外延伸并且远离根部应力流动路径200。特别地，第一结构构件10的根突部22的弧形内表面178从初始径向端180径向向外延伸，该初始径向端180限定第二表面18的末端(以及第一结构构件10的主体41的末端和外边界)，该末端和外边界沿着半径pr靠近坡口焊缝14(如图2和图3所示)定向到弧形内表面178的末端径向端182，该末端径向端182可以位于根突部22的外端82的内边缘184处，或者靠近根突部22的外端82的内边缘184，并且在一个实施例中，与根突部22的外端82的内边缘184竖直对准。

弧形内表面178沿其延伸的半径rpr可以限定弧形内表面178的尺寸，并且还可以部分地限定根突部22及其外端82的横截面宽度rpw。第二结构构件12的弧形内表面188位于第二结构构件12的端部30内，并且可以被限定为过渡表面，通过该过渡表面，根突部32从第二表面78向外延伸并且远离根部应力流动路径200。具体地，第二结构构件12的根突部32的弧形内表面188从初始径向端部196径向向外延伸，该初始径向端部196限定第二表面78的末端(以及第一结构构件10的主体41的末端和外边界)，该末端和外边界被定向为接近坡口焊缝14(如图2和图3所示)、沿着半径rpr到弧形内表面188的末端径向端192，该末端径向端192可以位于第二结构构件12的根突部32的外端122的内边缘194处，或者靠近第二结构构件12的根突部32的外端122的内边缘194，并且在一个实施例中与第二结构构件12的根突部32的外端122的内边缘194竖直对准。横截面宽度rpw可以被限定为各个根部延伸表面62、68和/或外端82、122的外边缘80、120中的一个或多个之间的水平线性距离；以及第一结构构件10的弧形内表面178的末端径向端182和第二结构构件12的弧形内表面188的末端径向端192和/或第一结构构件10的相应突部22的外端82的内边缘184和第二结构构件12的相应突部32的外端122的内边缘194。在一个实施例中，第一结构构件10的根突部22的弧形内表面178的半径rpr和第二结构构件12的根突部32的弧形内表面188的半径rpr可以是基本恒定的，或者可以是可变的。第一结构构件10的根突部22的弧形内表面178(并且在一个实施例中，其半径rpr)的尺寸可以进一步部分地限定根突部高度rph，该根突部高度rph是根突部22从由第二表面18限定的第一结构构件10(及其主体41)的外边界向外延伸并超过第一结构构件10的外边界的线性距离。这被限定为从弧形内表面178的初始径向端180(和/或第二表面18的末端)线性地且垂直地向外延伸到根突部22的外端82的距离。第二结构构件12的根突部32的弧形内表面188的尺寸(并且在一个实施例中，其半径rpr)可以进一步部分地限定第二结构构件12的根突部高度rph，该高度是根突部32从由第二表面78限定的第二结构构件12(及其主体241)的外边界向外延伸并超过该外边界的线性距离。这被限定为从弧形内表面188的初始径向端196(和/或第二表面78的末端)线性地且垂直地向外延伸到第二结构构件12的根突部32的外端122的距离。

通过第一结构构件10和第二结构构件12传播的根部应力流动路径200的轴向、拉伸和弯曲负载路径和应力集中在图3-10中示出。如在本文进一步讨论的，并且如将在图13-18中示出的，分别选择并配置弧形内表面178、188的半径rpr的几何形状和相对尺寸以及第一结构构件10的根突部22和第二结构构件12的根突部32的根突部高度rph、根突部宽度rpw，以及所得的总焊缝根突部宽度wrpw以在应力保护的焊缝根部区域160内向外、超过、低于和远离根部应力流动路径200限定、形成、定位和隔离焊缝根部72，并且偏转、改变和重新引导并隔离第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241及其母体材料内的根部应力流动路径200，并远离应力保护的焊缝根部区域160以及位于其中的焊缝根部72。根部应力流动路径200在图3-10中示出。根部应力流动路径200被施加、传递和/或传播通过远离焊缝根部72的结构和焊接件，并到达第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241的更坚固的母体材料。因此，焊缝根部72通过根部延伸表面62、68定位、保持和向外固定在应力保护的焊缝根部区域160内和根部应力流动路径200下方和之外并远离根部应力流动路径200。形成在填充材料52与第一结构构件10和第二结构构件12之间并且靠近焊缝根部72的结合与这种负载路径和应力集中隔离，并且定位在可忽略的应力集中区域中，使得在焊缝根部72和应力保护的焊缝根部区域160中的一个或多个中不会发生断裂故障。

如本文所公开的第一结构构件10的端部20和根突部22，以及如本文所讨论的其几何形状和尺寸(以及第二结构构件12的端部30和根突部32)可以使用任何合适的一个或多个金属制造工艺来形成，这可以取决于类型、用途、应用、约束，或所得结构附带的其他注意事项。在一个实施例中，第一结构构件10的整个本体40(以及第二结构构件12的本体240)可以通过铸造工艺形成，使得一个或多个端部在外部第一结构构件10的边缘、延伸部或边界包括端部20和根突部22，以及它们的几何形状和尺寸，并且由于单个铸造工艺而相互形成和包括。或者，第一结构构件10的端部20和根突部22可以通过一个或多个轧制、锻造、挤压、弯曲、机加工和/或附加制造工艺形成，比如金属3d印刷制造工艺。还可以设想，第一结构构件10的端部20和根突部22可以通过两种或多种制造工艺，比如铸造、轧制、锻造、延伸、弯曲、机加工和/或附加制造工艺，例如金属3d印刷制造工艺的组合形成。尽管针对第一结构构件10进行了讨论，但是前述公开和实施例同样适用于第二结构构件12。

图2和图3示出了由至少两个单独的结构体构件组成的结构，即，如图2和图3所示的第一结构构件10和第二结构构件12，它们通过至少一个坡口焊缝14连接以形成焊接件和所得到的结构1。为了本公开的目的，如图2和图3中所示，并且如图4-10、19、20和21中进一步所示以及在本文进一步讨论的，结构1可以是任何结构、零件、部件、物品，或者任何一个或多个前述结构的任何部分，其包括连接两个结构构件10、12的至少一个坡口焊缝14。在图2和图3中，具有端部20的第一结构构件10邻近第二结构构件12的端部30放置并面对第二结构构件12的端部30，以在其间限定开口空间或凹槽，该开口空间或凹槽接收坡口焊缝14(及其填充材料52)，每个坡口焊缝14的根部延伸表面62、68基本上对准并彼此面对。根突部22、32的横截面宽度rpw和第一结构构件10的根突部22的外端82和第二结构构件12的根突部32的外端122以及在它们之间形成的焊缝间隙230限定了结构的焊缝根部72的总焊缝根突部宽度wrpw。相邻的、面对的端面42、112之间的开放空间或凹槽以及相邻的、面对的根部延伸表面62、68的至少一部分或全部在焊接过程中接收坡口焊缝14的填充材料52，使得加热的填充材料52与端面42、112(以及以下的至少一部分：或者整个相邻的、面对的根部延伸表面62、68)热结合。第一结构构件10通过坡口焊缝14连接或固定到第二结构构件12。此外，第一结构构件10的根部延伸表面62和第二结构构件12的根部延伸表面68彼此面对(并且，在如图2和图3所示的特定实施例中，沿着焊缝根部72的中心竖直轴线70对准并且大致平行于焊缝根部72的中心竖直轴线70)，以在它们之间限定焊缝间隙230，该焊缝间隙230被配置成用于接收加热的填充材料52。此外，在一个实施例中，焊缝间隙230还配置成在焊接过程中保持加热的填充材料52。

仍然参照图2和图3，在焊接过程中，加热的填充材料52能够穿透并流入焊缝间隙230。加热的填充材料52沿着并贯穿从端面42、112的第二端56、106延伸到外端82的外边缘80、120的根部延伸表面62、68的根部延伸高度rh的至少一部分或全部接合并热结合根突部22、32的根部延伸表面62、68。在一个实施例中，填充材料152能够沿线性距离从端面42的第二端56和端面112的第二端106朝向根突部22的外端面82的外边缘80和根突部32的外端面122的外边缘120穿透并流入焊缝间隙230，并与根部延伸表面62、68接合或热结合。线性距离可以小于根部延伸表面62、68的根部延伸高度rh，使得填充材料52和焊缝根部72，如图3所示，可以完全保持在应力保护的焊缝根部区域160内的焊缝间隙230内，如图3所示，或者可选地保持线性距离可以等于或大于根部延伸高度rh，其中焊缝根部延伸或伸出超过或伸出焊缝间隙230并且经过根突部22的外端82的一个或多个外边缘80、根突部32的外端122的一个或多个外边缘120并且在应力保护的焊缝根部区域160内。

如图1-3所示和以上讨论的实施例代表了本公开的一个示例，该示例被示出为具有厚度相等或几乎相等的第一结构构件10和第二结构构件12(其中第一结构构件10的厚度t1＝第二结构构件12的厚度t2)；对准的或几乎对准的第一表面16、76和第二表面18、78以及根突部22、32具有相等的根突部高度和宽度rph、rpw，并且对准的、平行的、共面的根部延伸表面62、68具有相等的根部延伸高度rh。然而，前述公开不应操作以限制本公开的范围，因为本公开旨在等同地包括具有一个或多个不同厚度t1、t2的第一结构构件10和第二结构构件12、一个或多个成角度的或非对准的第一表面16、76和第二表面18、78、不同的根突部高度和宽度rph、rpw以及偏移的、成角度的、不同的和/或弯曲的或弧形的根部延伸表面62、68，包括但不限于在图4-10的示例性实施例中示出和讨论的。

除了如在本文讨论和标识的图4-10的实施例中所示的不同的和/或另外的定向、几何形状和/或特征之外，图4-10的实施例中的每一个另外包括并结合以上图1-3的实施例的公开的元件、特征和属性。如上所提供的，图4-10各自公开了结构1的另外的实施例，该结构1由两个或更多个结构构件5形成，该结构构件5示出为第一结构构件10和第二结构构件12，以及它们的根突部22、32，该结构构件5通过坡口焊缝14连接以形成如上关于图1-3所述的最终结构1。与图1-3的实施例一致，图4-10的每个实施例的第一结构构件10和第二结构构件20包括根突部22、32，该根突部22、32形成为具有几何形状和相对尺寸，该几何形状和相对尺寸被配置成限制焊缝根部区域160内并靠近焊缝根部72处的应力路径延伸超过其内的第二表面18、78并从其内的第二表面18、78向外延伸的深度，并且保持或定位和固定焊缝根部72，使其从主体41、241向外并且经由根部延伸表面62、68在应力保护的焊缝根部区域160内，并且在根部应力流动路径200下方和之外并且远离根部应力流动路径200。具体地，并且与图1-3的实施例一致，图4-10的实施例的第一结构构件10和第二结构构件20各自包括具有弧形内表面178、188的半径rpr的几何形状和相对尺寸、第一结构构件10的根突部22和第二结构构件12的根突部32的根突部高度rph和宽度rpw以限定、形成、定位和隔离应力保护的焊缝根部区域160内的焊缝根部72向外并且远离、超过或低于由第一结构构件10的第二表面18的末端限定的主体41的外边界和由第二结构构件12的第二表面76的末端限定的主体241的外边界并且因此向外、超过、低于和远离根部应力流动路径200，以将其应力集中定位在第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241的母体材料内。

参照图4的实施例，结构1包括结构构件5，该结构构件5包括第一结构构件10和第二结构构件12及其根突部22、32，它们以与图1-3的实施例一致的方式通过坡口焊缝14连接在一起。然而，图4的实施例示出了第一结构构件10和第二结构构件12的第二表面18、78对准(或几乎对准)，但第二结构构件12的第一表面76在第一结构构件10的第一表面16上方延伸的实施例为第二结构构件12提供具有从第一表面76延伸到第二表面78的厚度t2的主体241，该厚度t2大于第一结构构件10的主体41的厚度t1。图4示出了一个实施例，其中第一结构构件10和第二结构构件12可以具有不同的厚度t1、t2以及不对准的表面，但是第一结构构件10的根突部22和第二结构构件12的根突部32保持被配置和定位成将焊缝根部72限定、形成、定位和隔离在应力保护的焊缝根部区域160之内，让其远离、超过或者低于由第一结构构件10的第二表面18的末端限定的主体41的外边界和由第二结构构件12的第二表面76的末端限定的主体241的外边界，并且因此向外、超过、低于和远离与图1-3的实施例一致的根部应力流动路径200。

图5示出了结构1的一个实施例，该实施例包括与以上图1-3的公开内容一致的一个结构构件(示出为第二结构构件12)以及具有与第二结构构件12的第一表面76对准(或几乎对准)的第一表面16但是具有主体41的另一个结构构件(示出为第一结构构件10)，该主体41具有从第一结构构件10的第一表面16延伸到第二表面18的厚度t1，该厚度t1小于第二结构构件12的主体241的厚度t2。第一结构构件10的根突部22是细长的径向根突部222，该径向根突部222包括弧形内表面278，该弧形内表面278可以从第二结构构件12的突部32的弧形内表面188的末端径向端192和弧形内表面188中的一个或多个向内定位或定位在其上方。弧形内表面278可以从初始径向端180沿半径rpr1径向向外延伸到终止于第一结构构件10的外端82的内边缘184处的末端径向端。照此，在本实施例中，半径rpr1可以不是恒定的，并且其至少一部分大于第二结构构件12的弧形内表面188的半径rpr。可选地，弧形内表面278可以包括作为其一部分的附加细长内表面278a，该附加细长内表面278a可以从弧形内表面278的末端径向端282延伸到第一结构构件10的外端82的内边缘184。细长内表面278a可以从弧形内表面278的径向末端282线性延伸到第一结构构件10的外端82的内边缘184，或者径向延伸的半径可以大于第二结构构件12的弧形内表面188的半径rpr。或者，弧形内表面278和/或其细长内表面278a段细长内表面278a可以由一系列多个线性和/或弯曲/弧形区段形成。另外，当细长内表面278a从弧形内表面278的末端径向端282延伸到第一结构构件10的外端82的内边缘184时，任何一个或多个前述实施例的弧形内表面278和/或其细长内表面278a段可以朝着根部延伸表面62弧形地、成角度地或以其他方式逐渐变细。此外，第一结构构件10的细长径向根突部222包括细长根突部高度rph1，该细长根突部高度rph1从弧形内表面278的初始径向端180(和/或第二表面18的末端)线性地且竖直地向外延伸到细长径向根突部222的外端82，该细长径向根突部222的外端82大于第二结构构件12的根突部32的根突部高度rph。

在本实施例中，基本上与图1-3的实施例一致，各个弧形内表面278、188中的每一个的半径rpr1、rpr、各个突部222、32中的每一个的根突部高度rph1、rph，以及第一结构构件10和第二结构构件12的每个相应突部222、32的宽度rpw分别配置成改变和限制应力路径200延伸超过第二表面18、78和从第二表面18、78向外延伸的深度，使得根部延伸表面62、68将焊缝根部72隔离在向外、超过、低于并远离根部应力流动路径200的位置处的应力保护的焊缝根部区域160内，该根部应力流动路径200在低于、超过并向外远离第二结构构件12的下部或最外部(或最接近焊缝根部72)第二表面78的位置处，使得焊缝根部72被隔离超过并且远离根部应力流动路径200。

图6公开了本公开的又一个实施例，其中这些结构构件5之一(出于提供示例性公开的目的，如第一结构构件10所示)的根突部22、32被实施为细长根突部322，该细长根突部322包括根突部高度rph1，该根突部高度rph1包括：从弧形内表面178的初始径向端180(和/或第二表面18的末端)线性地且垂直地向外延伸到细长根突部322的外端82，该外端82大于第二结构构件12的根突部32的根突部高度rph。在如图6所示的实施例中，细长根突部322还包括根部延伸表面362，该根部延伸表面362具有从端面42的第二端56延伸到细长根突部322的外端82的外边缘80、120的根部延伸高度rh1，该根部延伸高度rh1大于第二结构构件12的根部延伸表面68的根部延伸高度rh。此外，第一结构构件10的端面42的第二端56和第二结构构件12的端面112的第二端106偏移并且不对准。在该实施例中，第一结构构件10的细长根突部322以及第二结构构件12的根突部32的几何形状和尺寸配置成使得细长根突部322的根部延伸表面362的根部延伸高度rh1的至少一部分在当第一结构构件10的端部20和第二结构构件12的端部30彼此相邻放置以形成坡口焊缝14时被定向为相邻地面对第二结构构件12的根部延伸表面68的根部延伸高度rh的至少一部分。此外，与上面讨论的图1-3的实施例基本上一致并且参照(并且结合)上面讨论的图1-3的实施例，在图6的实施例中，每个相应的弧形内表面178、188的半径rpr、每个相应的突部322、32的根突部高度rph1、rph，以及第一结构构件10和第二结构构件12的每个相应的突部322、32的宽度rpw分别被配置成使得焊缝根部72定位在应力保护的焊缝根部区域160内，由第一结构构件10的细长根突部322的根部延伸表面362和第二结构构件12的根突部32的根部延伸表面68的相邻面对的区段在低于或超过并且向外远离第一结构构件10的第二表面18和第二结构构件12的第二表面78的位置处形成，使得焊缝根部72被隔离超过和远离根部应力流动路径200。

图7的实施例示出了第一结构构件10和第二结构构件20，每个构件包括具有几何形状和相对尺寸(rpr、rph、rpw)的根突部22、32，该几何形状和相对尺寸限定、形成、定位和隔离应力保护的焊缝根部区域160内的焊缝根部72远离根部应力流动路径200，与前述实施例中的任何一个或多个一致，包括图1-3的那些，以将其应力集中定位在第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241的母体材料内，其中结构构件5之一(出于提供示例性公开的目的，如第一结构构件10所示)的根突部22、32实施为包括根突部端面延伸部482的根部延伸突部422。具体地，第一结构构件10的根部延伸突部422的端面82包括形成为根突部22的端面82的延伸部的根突部端面延伸部482或唇缘，如图1-3所示，其从第二结构构件12的突部32的端面122向外延伸、超过第二结构构件12的突部32的端面122向外延伸或在第二结构构件12的突部32的端面122下方向外延伸，并且在一个实施例中，可以沿着并且贯穿整个焊缝根突部宽度rpw从根突部端面延伸部482的内边缘484起，从突部32的端面122向外、超过突部32的端面122或在突部32的端面122下方延伸，并终止于可以与第二结构构件12的突部32的端面122的内边缘194对准、可以在相邻的第一结构构件10和第二结构构件12之间的焊缝根部72下方实现平滑、连续的界面表面的外边缘480。

图8和图9示出了第一结构构件10和第二结构构件12的实施例，每个结构构件包括通过坡口焊缝14连接的突部22、32，其中第一结构构件10和第二结构构件12中的一个或多个可以是成角度的。特别地，图8示出了第一结构构件10相对于第二结构构件12及其第二表面78向上或向外成角度的实施例。向上或向外成角度的第一结构构件10可以包括细长根突部522，该细长根突部522可以与图5所示和上述的细长的径向根突部222一致，或者可以与图6所示和上述的细长根突部322一致，并且还可以包括可以从第一结构构件10的向上或向外成角度的第二表面518的末端处的初始径向端580沿着半径rpr1径向向外延伸到末端径向端582的弧形内表面578，其中半径rpr1可以不是恒定的，并且其至少一部分大于第二结构构件12的弧形内表面188的半径rpr。此外，第一结构构件10的细长根突部522包括细长根突部高度rph1，该细长根突部高度rph1从弧形内表面578(和/或向上或向外成角度的第二表面518的末端)的初始径向端580线性地且竖直地向外延伸到细长根突部522的外端82，该细长根突部高度rph1大于第二结构构件12的根突部32的根突部高度rph。

图9示出了第一结构构件10相对于第二结构构件12及其第二表面78向下或向内成角度的实施例。向下或向内成角度的第一结构构件10的成角度的根突部622可以包括弧形内表面678，该弧形内表面678可以从第一结构构件10的向下或向内成角度的第二表面618的末端处的初始径向端部680沿着半径rpr1径向向外延伸到末端径向端部682，该末端径向端部682终止于第一结构构件10的外端82的内边缘184处。弧形内表面678的半径rpr1可以不是恒定的，并且其至少一部分可以大于可以实施为成角度的根突部632的第二结构构件12的突部32的弧形内表面788的半径rpr2，其中第一结构构件10的成角度的根突部622和第二结构构件12的成角度的根突部632可以大致垂直于第一结构构件10的角度定向。出于本公开的目的，“大致垂直”意味着尽管第一结构构件10的成角度的根突部622和第二结构构件12的成角度的根突部632的某些表面可以以各种角度定向，可以是弯曲的，和/或可以包括可以不垂直于第一结构构件10的角度的定向，各个单独的表面可以组合以形成成角度的根突部622和成角度的根突部632整体上垂直于第一结构构件10的角度的总体定向。

图10示出了实施为弧形根突部722的结构突部(示出为第一结构构件10的突部22)的本公开的又一个实施例。弧形根突部722包括弧形内表面878，该弧形内表面878从初始径向端880径向向外延伸，该初始径向端880限定第二表面18的末端(以及第一结构构件10的主体41的末端和外边界)，该末端沿着半径rpr1靠近坡口焊缝14(如图2和图3所示)定向到弧形内表面878的末端径向端882，该末端径向端882可以位于弧形根突部722的外端82的内边缘184处。弧形内表面878可以由一个或多个，或一系列多个线性和/或弯曲/弧形区段形成，并且弧形内表面878沿其延伸的半径rpr1可以不是恒定的。弧形根突部722还包括弧形根部延伸表面862，该弧形根部延伸表面862从端面42的第二端56向外延伸，进一步向外延伸、超过并远离由第二表面18限定的第一结构构件10的主体41的外边界或下边界，以终止于弧形根突部722的外端82的外边缘80。在本实施例中，弧形根部延伸表面862可以是弯曲的或弧形的表面，并且当弧形根部延伸表面862从端面42的第二端56延伸到外端82的外边缘80时，弧形根部延伸表面862可以沿着半径延伸，该半径可以完全地或可选地、部分地大于弧形内表面878的半径rpr1，但与弧形内表面878的半径rpr1同心。或者，弧形根部延伸表面862可由一系列多个线性和/或弯曲/弧形区段形成。另外，弧形根部延伸表面862可包括靠近端面42的第二端56的上半部或部分，其可由一个或多个或一系列多个线性和/或弯曲/弧形区段形成，当弧形根部延伸表面862从端面42的第二端56向下延伸并向外、超过和远离由第二表面18限定的第一结构构件10的主体41的外边界或下边界时，该区段可从端面42的第二端56和第一结构构件10的主体41朝向第二结构构件12的根部延伸表面68弧形地、曲线地、成角度地或以其他方式向外延伸。弧形根突部722还可以包括根突部高度rph1，该根突部高度rph1从弧形内表面878的初始径向端880(和/或第二表面18的末端)线性地且竖直地向外延伸到弧形根突部722的外端82，该高度可以大于第二结构构件12的根突部32的根突部高度rph。

最后，图8的细长根突部522、图9的根突部622和成角度的根突部632以及图10的弧形根突部722中的每一个实施为具有限定、形成定位并隔离应力保护的焊缝根部区域160内的焊缝根部72远离根部应力流动路径200的几何形状和相对尺寸的根突部22、32，以定位其在第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241的母体材料内的应力集中。

图11示出了制造或制作实施为弧形根突部722的结构突部(示出为第一结构构件10的突部22)的示例性方法。对于某些应用，制造约束和/或要求(或可能伴随其的其他环境，比如材料性质、成本、精加工要求等)可能在并入可能不适合于或不与某些制造、加工或制作方法兼容的几何形状或特征而不引入显著的额外成本或困难方面带来困难。具体地，图11示出了在形成如图10所示的弧形根突部722的实施例之前处于预成形或初始状态的包括弧形根突部722的第一结构构件10，其中预成形弧形根突部722从第一结构构件10的主体41及其端部20基本线性向外延伸，弧形根突部722的弧形内表面878与第一结构构件10的第二表面18对准。第一结构构件10的本体40可以通过任何合适的制造或制作工艺中的一个或多个形成为包括如图10所示的预成形弧形根突部722。非限制性示例包括通过铸造工艺形成包括预成形弧形根突部722的第一结构构件10的本体40，或者可选地，预成形弧形根突部722可以通过从第一结构构件10的本体40的端部移除材料以通过任何合适的材料移除工艺留下如图10所示的预成形弧形根突部722的几何形状来形成。一旦形成，就在如图11所示的箭头899的方向上向预成形弧形根突部722施加力，使得预成形弧形根突部722通过任何合适的已知工艺(例如通过压力机)弯曲、变形或向下推动，以形成如图10所示的弧形根突部722。

图12示出了由两个或更多个结构构件5形成的结构1的另一个实施例，结构构件5示出为第一结构构件10和第二结构构件12，它们根据在本文讨论的任何一个或多个实施例由可以包括形成应力保护的焊缝根部区域160的根突部22、32的坡口焊缝14连接，并且进一步包括形成应力保护的焊缝趾部区域161a和161b的趾突部23、33。特别地，除了如图12的实施例中所示的相对于如在本文讨论和标识的形成应力保护的焊缝趾部区域161a和161b的趾突部23、33的不同的和/或另外的定向、几何形状和/或特征之外，图12的实施例另外包括并且结合了以上图1-3的实施例的公开的元件、特征和属性。与图1-3的实施例等效的是，第一结构构件10的端部20由第一表面16和第二表面18的末端或端部或区段限定，并且部分地包括第一表面16和第二表面18的末端或端部或区段，该末端或端部或区段限定第一结构构件10(及其主体41)的外边缘、侧面、延伸部或边界，该第一结构构件10被配置成邻近第二结构构件12的端部30放置，并且第二结构构件12的端部30由第一表面76和第二表面78的末端或端部或区段限定，并且部分地包括第一表面76和第二表面78的末端或端部或区段，该末端或端部或区段限定了第二结构构件12(及其主体241)的第一表面76和第二表面78的外边缘、侧面、延伸部或边界，该第二结构构件12(及其主体241)被配置成邻近第一结构构件10的端部20放置，并通过如图2和图3所示的坡口焊缝14连接到端部20。在图12所示的实施例中，第一结构构件10的端部20包括趾突部23，趾突部23延伸超过第一表面16并从第一表面16向外(和向上)突出，并且靠近坡口焊缝14定位在第一结构构件10的本体40的端部20内的第一表面16的末端的外部线性边界上方或完全延伸超过第一表面16的末端的外部线性边界(和第一结构构件10的主体41)，使得趾突部23限定并定位在应力保护的焊缝趾部区域161a内，如本文进一步讨论的。类似地，第二结构构件12的端部30包括趾突部33，该趾突部33延伸超过第一表面76并从第一表面76向外(和向上)突出，并且靠近坡口焊缝14定位在第二结构构件12的本体240的端部30内的第一表面76的末端的外部线性边界上方或完全延伸超过第一表面76的末端的外部线性边界(和第二结构构件12的主体241)，使得趾突部33限定并定位在应力保护的焊缝趾部区域161b内。

如在本文进一步讨论的，趾突部23、33的尺寸、形状和/或尺寸中的一个或多个可以至少部分地由定向在与相应的第一结构构件10的端面42的第一端55和第二结构构件12的端面112的第一端155相对的一侧上的趾突部23、33的弧形内表面179、189(并且在一个实施例中，趾突部23、33的半径tpr)的尺寸限定。第一结构构件10的趾突部23的弧形内表面179可以被限定为过渡表面，通过该过渡表面，趾突部23从第一结构构件10的第一表面16和主体41向外延伸、超过第一结构构件10的第一表面16和主体41，并且远离趾部应力流动路径201，并且向外延伸到趾突部23的外端83。具体地，第一结构构件10的趾突部23的弧形内表面179从初始径向端部181径向向外延伸，该初始径向端部181限定第一表面16的末端(以及第一结构构件10的主体41的末端和外部上边界)，该末端和外部上边界沿着半径tpr靠近坡口焊缝14(如图2和图3所示)定向到弧形内表面179的末端径向端183，该末端径向端183可以位于趾突部23的外端83的内边缘185处，或者靠近趾突部23的外端83的内边缘185，并且在一个实施例中与趾突部23的外端83的内边缘185竖直对准。弧形内表面179沿其延伸的半径tpr可以限定弧形内表面179的尺寸，并且还可以部分地限定趾突部23及其外端83的横截面宽度tpw。趾突部23的外端83可以限定第一结构构件10的趾突部23相对于第一结构构件10的第一表面16和主体41并远离第一表面16和主体41延伸的最外边界，并且在趾突部23的内边缘185和外边缘81之间延伸。如上所述，第一结构构件10的趾突部23的外端83的内边缘185可以定位在弧形内表面179的向外延伸的末端径向端183上方，可以由弧形内表面179的向外延伸的末端径向端183限定，可以与弧形内表面179的向外延伸的末端径向端183对准，或者可以靠近弧形内表面179的向外延伸的末端径向端183，并且外边缘81与端面42的上(或第一)端55相对应，并且在坡口焊缝14处形成趾突部23(及其外端83)的最外边界并且接合填充材料52并且在坡口焊缝14的上端处限定出焊缝趾部73a的至少一部分及其在应力保护的焊缝趾部区域161a内的端面42，填充材料52在坡口焊缝14的上端处接合第一结构构件10。

第二结构构件12的趾突部33的弧形内表面189可以被限定为过渡表面，通过该过渡表面，趾突部33从第二结构构件12的第一表面76和主体241向外延伸、超过第二结构构件12的第一表面76和主体241向外延伸并且远离趾部延伸应力流动路径201向外延伸到趾突部33的外端123，该趾突部33的外端123可相对于第二结构构件12的第一表面76和主体241限定第二结构构件12的趾突部33的最外边界并远离第二结构构件12的第一表面76和主体241延伸。特别地，第二结构构件12的趾突部33的弧形内表面189从初始径向端197径向向外延伸，该初始径向端197限定第一表面76的末端(以及第二结构构件12的主体241的末端和外部上边界)，该末端和外部上边界沿着半径tpr靠近坡口焊缝14(如图2和图3所示)定向到弧形内表面189的末端径向端193，该末端径向端193可以位于趾突部33的外端123的内边缘195处，或者靠近趾突部33的外端123的内边缘195，并且在一个实施例中，与趾突部33的外端123的内边缘195竖直对准。弧形内表面189沿其延伸的半径tpr可以限定弧形内表面189的尺寸，并且还可以部分地限定趾突部33及其外端123的横截面宽度tpw。趾突部33的外端123可以限定第二结构构件12的趾突部33相对于第二结构构件12的第一表面76和主体241并远离第一表面76和主体241延伸的最外边界，并且在趾突部33的内边缘195和外边缘121之间延伸。如上所述，第二结构构件12的趾突部33的外端123的内边缘195可以定位在弧形内表面189的向外延伸的末端径向端193上方，可以由弧形内表面189的向外延伸的末端径向端193限定，可以与弧形内表面189的向外延伸的末端径向端193对准，或可以接近弧形内表面189的向外延伸的末端径向端193。并且第二结构构件12的趾突部33的外边缘121与上(或第一)端155相对应在端面112中并且在坡口焊缝14处形成趾突部33(及其外端123)的最外边界并且接合填充材料52并且在坡口焊缝14的上端处限定出焊缝趾部73b的至少一部，以及在应力保护的焊缝趾部区域161b内的端面112，其中填充材料52在该至少一部分处接合第二结构构件12。

第一结构构件10的趾突部23包括横截面宽度tpw，该横截面宽度tpw可以被限定为趾突部23的外端83的内边缘185(和/或弧形内表面179的末端径向端183)和趾突部23的外边缘81之间的水平线性距离，该趾突部23的外边缘81形成端面42的上(或第一)端55并接合填充材料52并在上端限定焊缝趾部73a的至少一部分或在靠近坡口焊缝14的第一结构构件10的主体41的由第一表面16的末端(和第一结构构件10的主体41)限定的外部上线性边界之外、之上的位置处限定坡口焊缝14的趾突部，使得焊缝趾部73a位于应力保护的焊缝趾部区域161a内，并与趾部应力流动路径201向外和在上方隔离。

类似地，第二结构构件12的趾突部33包括横截面宽度tpw，该横截面宽度tpw可以被限定为趾突部33的外端122的内边缘195(和/或弧形内表面189的末端径向端193)和趾突部33的外边缘121之间的水平线性距离，该趾突部33的外边缘121形成端面112的上(或第一)端155，该端面112的上(或第一)端155在上端接合填充材料52和焊缝趾部73b或在靠近坡口焊缝14的超过由第一表面76的末端(以及第二结构构件12的主体241)限定的第二结构构件12的主体241的外部上线性边界、在第一表面76的末端(以及第二结构构件12的主体241)限定的第二结构构件12的主体241的外部上线性边界向外以及上方的位置处限定坡口焊缝14的趾部，使得焊缝趾部73b位于应力保护的焊缝趾部区域161b内，并从焊缝趾部应力流动路径201向外和在上方隔离。

在一个实施例中，第一结构构件10的趾突部23的弧形内表面179的半径tpr和第二结构构件12的趾突部33的弧形内表面189的半径tpr可以是基本恒定的，或者可以是可变的。第一结构构件10的趾突部23的弧形内表面179(并且在一个实施例中，其半径tpr)的尺寸可以进一步部分地限定趾突部高度tph，该趾突部高度tph是趾突部23从由第一表面16限定的第一结构构件10(及其主体41)的外边界向外、向上从其、在其上方并且超过其延伸的线性距离。这被限定为从并且超过弧形内表面179的初始径向端181(和/或第一表面16的末端)线性地且垂直地向外和向上延伸到趾突部23的外端83的距离。第二结构构件12的趾突部33的弧形内表面189的尺寸(并且在一个实施例中，其半径tpr)可以进一步部分地限定趾突部高度tph，该趾突部高度tph是趾突部33从由第一表面76限定的第二结构构件12(及其主体241)的外边界上方向外和向上并且超过其延伸的线性距离。这被限定为从并且超过弧形内表面189的初始径向端197(和/或第一表面76的末端)线性地并且竖直地向外并且向上延伸到趾突部33的外端123的距离。

通过第一结构构件10和第二结构构件12传播的趾部应力流动路径201的轴向、拉伸和弯曲负载路径和应力集中在图12中示出。如在本文参照图16-18进一步讨论的，弧形内表面179、189的半径tpr的几何形状和相对尺寸、第一结构构件10的趾突部23和第二结构构件12的趾突部33的趾突部高度tph以及宽度tpw被选择和配置成接合坡口焊缝14的填充材料52，以在向外、超过、向上并远离趾部应力流动路径201的应力保护的焊缝趾部区域161a、161b内限定、形成、定位和隔离相应的焊缝趾部73a、73b，并且在第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241及其母体材料内并远离应力保护的焊缝趾部区域161a、161b以及位于其中的相应焊缝趾部73a、73b偏转、改变和重定向并隔离焊缝趾部应力流动路径201。由于第一结构构件10和第二结构构件12的弧形内表面179、189的半径tpr、趾突部高度tph，以及趾突部23、33的宽度tpw的几何形状和相对尺寸，趾部应力流动路径201远离、低于或者相对于相应的焊缝趾部73a、73b及其在应力保护的焊缝趾部区域161a、161b内的位置向内被施加、传递通过和/或传播通过结构和焊接件，在应力保护的焊缝趾部区域161a、161b内相对于相应的焊缝趾部73a、73b朝向第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241并在其内，到达第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241的更强的母体材料。因此，通过向上和向外延伸的趾突部23、33以及在第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241上方超过和远离趾部应力流动路径201的位置处将相应的焊缝趾部73a、73b定位、保持和固定在应力保护的焊缝根部区域160内。在填充材料52与第一结构构件10和第二结构构件12之间并且靠近应力保护的焊缝趾部区域161a、161b内的相应焊缝趾部73a、73b形成的结合与这种负载路径和应力集中隔离并且定位在可忽略的应力集中区域中，使得在相应焊缝趾部73a、73b和应力保护的焊缝趾部区域161a、161b中的一个或多个中不发生断裂故障。

可以使用任何合适的金属制造工艺来形成如本文所公开的第一结构构件10的端部20和趾突部23(以及第二结构构件12的端部30和趾突部33)以及如本文所讨论的其几何形状和尺寸，该金属制造工艺可以取决于类型、用途、应用、约束或所得结构附带的其他注意事项。在一个实施例中，第一结构构件10的整个本体40(以及第二结构构件12的本体240)可以通过铸造工艺形成，使得第一结构构件10的一个或多个端部、外边缘、延伸部或边界包括端部20和趾突部23，以及它们的几何形状和尺寸，并且由于单个铸造工艺而相互形成和包括。可选地，第一结构构件10的端部20和趾突部23可以通过一个或多个轧制、锻造、挤压、弯曲、机加工和/或添加制造工艺(比如金属3d印刷制造工艺)来形成。还可以设想，第一结构构件10的端部20和趾突部23可以通过比如铸造、轧制、锻造、延伸、弯曲、机加工和/或附加制造工艺，比如金属3d印刷制造工艺重两种或多种制造工艺的组合形成。尽管针对第一结构构件10进行了讨论，但是前述公开和实施例同样适用于第二结构构件20。

工业实用性

本公开可以适用于由通过至少一个坡口焊缝接合的至少两个结构构件5组成的任何结构1，并且更具体地，本公开可以适用于能够经由坡口焊缝连接到任何其他结构构件、部件、零件、结构和/或本体的任何类型的结构构件、部件、零件、结构和/或本体以形成焊接件和包括连接的结构构件的所得结构。所公开的具有应力保护的坡口焊缝和形成该焊缝的结构构件的结构的方面可以显著地减少或消除坡口焊缝内的损坏、断裂或故障(部分地包括与焊缝接合和热接近的结构构件的相邻和/或配合边缘或表面以及其填充材料，它们通过坡口焊缝的能量相互热结合和转化)，这可以由循环负载、力和/或应力(可以部分地包括在焊缝上产生应力的拉伸力或弯曲力)引起的。

坡口焊缝可以广泛地用作有效的手段，结构构件通过该手段被连接以形成多种不同类型的结构。如上所述，为了本公开的目的，术语“焊接”(welding或weld)包括任何工艺或其结果，其中由于相邻和/或配合边缘或表面之间的相互热结合转变，通过固定相邻和/或配合边缘或表面而将两个结构构件或其他金属部件连接在一起。由两个或更多个结构构件、部件、零件、结构和/或本体(或“焊接件”)形成的结构通常可以表征为包括结构构件的预先存在的或“母体”材料和材料(比如填充材料)和/或结构构件的相互热结合的表面，该表面形成坡口焊缝并由此结合。所形成的结构可经受或可承受多种力和/或应力(比如，动态、静态和/或循环负载)中的任一种，该力和/或应力可部分地包括拉伸力或弯曲力，该拉伸力或弯曲力取决于类型、用途、应用、环境或伴随所得结构的各种其他考虑因素而在焊缝和结构构件上产生应力。

虽然结构构件的预先存在的或“母体”材料可能易于受到由任何这样的力和/或应力(取决于多种考虑因素或因素，其可以部分地包括结构构件的预先存在的或“母体”材料的材料组成)引起的损坏或故障，这种预先存在的或“母体”材料可以比坡口焊缝更坚固，并且能够吸收或承受比坡口焊缝相对更大量的力和/或应力，而不会经受断裂或故障。照此，当负载、力和/或应力施加到包括结构构件的母体材料和坡口焊缝的结构时，坡口焊缝可以代表接合结构的可能最可能经受或可能最容易受到应力、断裂、损伤和/或故障的部分或区域，并且这种应力、断裂、损伤和/或故障可因此损害连接结构的整体耐久性、强度和/或完整性。特别地，坡口焊缝的某些部分或区域，比如其根部和/或趾部，可以代表坡口焊缝的那些部分或区域，这些部分或区域可能特别容易断裂或故障，并且可能不能吸收和承受施加到其上的负载、力和/或应力。如上所述和在本文进一步公开的，包括根据本公开的任何一个或多个实施例的受保护的几何形状和特征中的任何一个或多个的结构构件可以形成坡口焊缝，以及至少部分地由此形成的可以表现出优于常规的已知坡口焊缝的显著优点的所得结构，并且如果没有克服的话，通过显著改进与负载、力、应力、断裂和/或故障相关的缺点而形成。

图13-14是应力模拟分析的示意图，其示出了根据本文公开的任何一个或多个实施例的由包括根突部22、32的结构构件5在结构1内形成并通过坡口焊缝14连接的应力区域。特别地，图13示出了根据本文公开的任何一个或多个实施例的由于施加到结构1上的拉伸应力而在结构1内形成的应力区域，该拉伸应力由包括根突部22、32的结构构件5形成并且通过坡口焊缝14连接。如图13所示，施加到结构1上的拉伸应力(ft)示出为沿与其相关联的箭头方向施加到结构1上的力ft。图13(以及图14、16、17和18)进一步示出了当经受拉伸应力ft(以及相应的弯曲力矩应力(fmb)(图14)、拉伸应力ft(图16)、弯曲力矩应力(fmb1)(图17)和弯曲力矩应力(fmb2)(图18)时)时，可以在结构1内产生并由结构1经受的各种应力区域。并且更具体地，图13示出了限定并示出了应力的类型、特定类型的应力的位置以及特定位置处的特定类型的应力的大小的各种应力区域，该特定位置可以由于向结构1施加拉伸应力ft而形成在第一结构构件10的本体40和第二结构构件12的本体240以及坡口焊缝14内。如图13所示，向结构1施加拉伸应力ft导致在第一结构构件10的本体40和第二结构构件12的本体240的区域以及示出为用st标识的其区域的坡口焊缝14内产生拉伸应力区域(st)。图13还示出了向结构1施加拉伸应力ft可以导致产生第一高拉伸应力区域(hst1)，该第一高拉伸应力区域(hst1)被示出为以hst标识的区域(其中拉伸应力区域(hst)内的拉伸应力可以大于或可以显著大于拉伸应力区域(st)内的拉伸应力(hst>>st))，其可以形成并位于靠近第二表面18的末端的第一结构构件10的主体41内，并且延伸进入并沿着靠近其初始径向端180的突部22的弧形内表面178的部分延伸，以及形成第二高拉伸应力区域(hst2)，该第二高拉伸应力区域(hst2)可以靠近第二表面78的末端形成并位于第二结构构件12的主体241内，并且延伸进入并沿着靠近其初始径向端196的突部32的弧形内表面188的一部分延伸。最后，图13示出了在向结构1施加拉伸应力ft的同时(或尽管)，可以在结构1内产生或存在零应力或可忽略的应力或者零应力或可忽略的根应力区域(nsr)(示出为其以nsr标识的区域)。为了本公开的目的，“零或可忽略的根部应力区域”和“零或可忽略的趾部应力区域”被限定为结构1内的区域，在该区域内施加、传递、传播或经受来自施加到整个结构1的特定类型的应力的很少或没有诱导断裂的一种或多种可感知应力。如图13的示意图所示(并引用图1-3(以及图3-10)所示和以上讨论的附图标记而并入本文)，在向结构1施加拉伸应力ft期间，形成零或可忽略的根部应力区域(nsr)并朝向、超过相应突部22、32的外端82、122并且贯穿所得到的总焊缝根突部宽度wrpw(包括第一结构构件10的根突部22的宽度rpw和第二结构构件12的根突部32的宽度rpw)而将其定位在从弧形内表面178、188的末端径向端182、192处或其附近向下或向外延伸的突部22、32的区域内。照此，零或可忽略的根部应力区域(nsr)形成并位于在本公开的实施例中限定和示出为对应于应力保护的焊缝根部区域160的区域内，焊缝根部72位于该应力保护的焊缝根部区域160内。此外，如上所述，第一结构构件的弧形内表面178、188的半径rpr和第一结构构件10的根突部22和第二结构构件12的根突部32的根突部高度rph和宽度rpw的相应的几何形状和相对尺寸以及如本文公开的任何实施例的最终总焊缝根突部宽度wrpw(如在图1-3(以及图3-10)中示出的、与图1-3(以及图3-10)一致的，并且通过引用图1-3(以及图3-10)中所示并在上面讨论的数字而并入本文)被选择和配置成在应力保护的焊缝根部区域160内向外、超过、低于和远离根部应力流动路径200限定、形成、定位和隔离焊缝根部72，该根部应力流动路径200对应于可忽略的根部应力区域(nsr)，并且可以被限定为可忽略的根部应力区域(nsr)，在该可忽略的根部应力区域(nsr)内施加、传播、经受或传递很少或没有诱导断裂的可感知拉伸应力ft。因此，图13示出了如本文所公开的结构1中的突部22、32的几何形状的有效性。当拉伸应力ft施加到结构1上时，结构构件5的主体41、241的母体材料受到应力。尽管该拉伸应力在突部22、32的半径附近增加，但是产生了与应力保护的焊缝根部区域160相对应的可忽略的根部应力区域(nsr)。当焊缝根部位于对应于受应力保护的焊缝根部区域160的可忽略的根部应力区域(nsr)中时，断裂将不会从焊缝根部72开始。尽管半径上的母体材料经受较高的应力，但焊接结构的整体断裂寿命仍然显著增加。

参照图14，根据本文公开的任何一个或多个实施例，由于施加到结构1上的弯矩应力而在结构1内形成的应力区域由包括根突部22、32的结构构件5形成并且通过坡口焊缝14连接。施加到结构1上的弯矩应力(fmb)被示出为沿与其相关联的箭头的方向施加到结构1上的力fmb，如图14所示，使得结构1的底部(靠近第二表面18、78)可以大致处于拉伸状态，并且图14示出了限定和示出为描绘了由于向结构1施加弯矩应力fmb而可以在第一结构构件10的本体40和第二结构构件12的本体240以及坡口焊缝14内形成的特定位置处的应力的类型、特定类型的应力的位置以及特定类型的应力的大小的各种应力区域。如图14所示，向结构1施加弯矩应力fmb导致在第一结构构件10的本体40和第二结构构件12的本体240以及坡口焊缝14的区域内产生压应力区域(sc)，该压应力区域(sc)示出为标识为sc的其区域，该区域可形成并位于第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241的上部内，通常从中心中轴线60、160延伸到其第一表面16、76。图14进一步示出了向结构1施加弯矩应力fmb导致在第一结构构件10的本体40和第二结构构件12的本体240以及坡口焊缝14的区域内产生拉伸应力区域(st)，该拉伸应力区域(st)示出为以st标识的其区域，其可形成并位于第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241的下部内，通常从中心中轴线60、160延伸到其第二表面18、78。图14进一步示出了将弯矩应力fmb施加到结构1上可以导致产生被示出为以hst1标识的其区域的第一高拉伸应力区域(hst1)，该第一高拉伸应力区域可以靠近第二表面18的末端形成并位于第一结构构件10的主体41内，并且延伸到弧形内表面的一部分中并靠近其初始径向端180沿着突部22的弧形内表面178的一部分延伸，以及形成第二高拉伸应力区域(hst2)，该第二高拉伸应力区域可以形成并位于靠近第二表面78的末端的第二结构构件12的主体241内，并且延伸进入突部32的弧形内表面188的靠近其初始径向端196的部分并沿着其延伸。最后，在将弯矩应力fmb施加到结构1的过程中，类似于并且基本上与将拉伸应力ft施加到结构1的过程一致，该拉伸应力ft如图13所示并且如上所述(并引用图1-3(以及图3-10)所示和以上讨论的附图标记而并入本文)地施加到结构1。零或可忽略的根应力区(nsr)在从弧形内表面178、188的末端径向端182、192处或附近向下或向外朝向并超过相应突部22、32的外端82、122并且贯穿所得到的总焊缝根突部宽度wrpw(包括第一结构构件10的根突部22的宽度rpw和第二结构构件12的根突部32的宽度rpw)延伸的突部22、32的区域内形成并位于其中。照此，弧形内表面178、188的半径rpr以及第一结构构件10的根突部22和第二结构构件12的根突部32的根突部高度rph和宽度rpw的相应的几何形状和相对尺寸，以及如本文公开的任何实施例(如所示出的，部分地，在图1-10中并与其一致)的所得的总焊缝根突部宽度wrpw选择和配置成在应力保护的焊缝根部区域160内向外、超过、低于和远离根部应力流动路径200限定、形成、定位和隔离焊缝根部72，该根部应力流动路径200对应于可忽略的根部应力区域(nsr)，并且可以被限定为可忽略的根部应力区域(nsr)，在该可忽略的根部应力区域(nsr)内施加、传播、经受或传递很少或没有诱导断裂的可感知弯矩应力fmb。因此，尽管拉伸应力在突部22、32的半径附近增加，但是当施加弯矩时，仍然产生与应力保护的焊缝根部区域160相对应的可忽略的根部应力区域(nsr)。因此，类似于拉伸力施加，当焊缝根部72位于对应于应力保护的焊缝根部区域160的可忽略的根部应力区域(nsr)中时，断裂将不会从焊缝根部72开始。同样类似地，尽管母体材料(结构体)在半径区域经受较高的应力，但是焊接结构的整体断裂寿命仍然显著增加。类似地，如果图14中的弯矩反向，使得结构1的底部处于压缩状态，则仍然产生零或可忽略的根部应力区域(nsr)(应力保护的焊缝根部区域160)，并且焊接结构的总断裂寿命显著增加(如图18所示)。类似地，当包含突部几何形状的管状结构受到扭转负载时，仍然产生零或可忽略的根部应力区域(nsr)(应力保护的焊缝根部区域160)，并且焊接结构的总断裂寿命显著增加。图13和14所示的零或可忽略的根部应力区域(nsr)(应力保护的焊缝根部区域160)可以出现在具有各种本体的焊接结构中，包括铸件、锻件、板、型材和管，并且在各种负载类型下，突部几何形状包括在焊接结构中。

参照图15，四维图示示出了相对于根突部宽度rpw、根突部高度rph和根突部半径rpr的根部应力。示例性根突部宽度rpw和根突部高度rph尺寸沿着水平轴线定位。对于根突部宽度rpw和根突部高度rph的每个组合，存在对应于五个不同的突部半径尺寸的五个计算的焊缝根部弯曲应力值(示出为具有一定垂直间距的五个不同的点)。整个等高线图连接五个计算出的弯曲应力值的中点，以示出根突部宽度rpw、根突部高度rph和根突部半径rpr的组合，其在零或可忽略的根应力区域(nsr)(应力保护的焊接根区160)内在焊接根72处有效地产生零(或可忽略的)应力。如图所示，等高线图的左侧区域通常是平坦的，这意味着对于根突部宽度rpw、根突部高度rph和根突部半径rpr的各种组合，根部应力为零(或可忽略)。通过突部宽度、突部高度和突部半径(rpw、rph和rpr)的这种组合，断裂不会从焊缝根部开始，并且焊接结构的总断裂寿命将显著增加。

图16-18是应力模拟分析的示意图，该应力模拟分析描绘了由结构构件5形成的结构1内形成的应力区域，该结构构件5包括根突部22、32并且进一步包括趾突部23、33，该趾突部23、33通过根据本文公开的任何一个或多个实施例的坡口焊缝14连接。特别地，图16-18示出了分别由于施加到结构1的拉伸应力ft、弯矩应力(fmb1)和弯矩应力(fmb2)而在结构1内形成的应力区域，该拉伸应力ft、弯矩应力(fmb1)和弯矩应力(fmb2)由包括根突部22、32以及还包括通过根据本文公开的任何一个或多个实施例的坡口焊缝14连接的趾突部23、33的结构构件5形成。在结构1内经受的如图16-18所示的应力区域，以及值得注意的是，在对应于应力保护的焊缝根部区域160的根突部22、32的区域中产生的可忽略的根部应力区域(nsr)，基本上与由于如图13-14所示(和/或以上参照图13-14所述)的相应拉伸应力ft、弯矩应力fmb而产生的应力区域一致。然而，图16-18还示出了与结构1的上部(包括其趾突部22、32)相关的应力区域，该应力区域由结构1的上部经受并形成在结构1的上部内。

具体地，图16-18示出了向结构1施加拉伸应力ft、弯矩应力(第一方向)fmb1和弯矩应力(第二方向)fmb2可以导致产生分别以hst1、hst2标识的其区域示出的第一和第二高拉伸应力区域(hst1、hst2)、以hsc1、hsc2标识的其区域示出的第一和第二高压缩应力区(hsc1、hsc2)以及标识为hst1、hst2的其区域示出的第一和第二高压缩应力区(hst1、hst2)，这些区域可以靠近第一表面18和第二表面的末端形成并位于第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241内，并且可以分别靠近其初始径向端181、197延伸到趾突部23、33的弧形内表面179、189的一部分中并沿着其延伸。

图16-18进一步示出了以nst标识的其区域示出的零或可忽略的应力或零或可忽略的趾部应力区域(nst)的区域可以产生并存在于结构1内，而(或尽管)拉伸应力ft、弯矩应力(第一方向)fmb1和弯矩应力(第二方向)fmb2中的每一个施加到结构1。如图16-18的相应示意图中所示(其通过引用图12中所示和以上讨论的附图标记而并入本文)，在施加拉伸应力ft、弯矩应力(第一方向)fmb1和弯矩应力(第二方向)fmb2期间，零或可忽略的趾部应力区域(nst)形成并位于趾突部23、33的区域内，该趾突部23、33的区域从弧形内表面179、189的上部或外部向上或向外延伸，该弧形内表面179、189的上部或外部可以在每个弧形内表面179、189的中点之间但除了限定包括坡口焊缝14上部的焊缝趾部73a、73b的区域(包括填充材料52的靠近(并且围绕)趾突部23、33的外边缘81、121并且向内朝向靠近外边缘81、121的内坡口焊缝14延伸的部分(其宽度可以至少等于趾突部23、33的宽度rpw)之外不超过其末端径向端183、193、朝向和超过相应趾突部23、33的外端83、123，并且贯穿趾突部23、33的宽度rpw。照此，零或可忽略的趾部应力区域(nst)形成并位于在本公开的实施例中限定和示出为对应于趾部73a、73b位于其中的应力保护的焊缝趾部区域161a、161b的区域内。此外，如上所述，第一弧形内表面179和第二弧形内表面189的半径tpr、趾突部高度tph以及第一结构构件10的趾突部23和第二结构构件12的趾突部33的宽度tpw的几何形状和相对尺寸被选择和配置成接合坡口焊缝14的填充材料52，以在向外、超过、向上和远离焊缝趾部应力流动路径201(如在图12中示出的并且与以上讨论一致并且结合以上讨论的)定位的应力保护的焊缝趾部区域161a、161b内限定、形成、定位和隔离相应的焊缝趾部73a、73b，其中这些应力保护的焊缝趾部区域161a、161b各自对应于并且可以被限定为零或可忽略的趾部应力区域(nst)，在该趾部应力区域(nst)内施加、传播、经受或传递很少或没有诱导断裂的可感知拉伸应力ft、弯矩应力(第一方向)fmb1或弯矩应力(第二方向)fmb2。

如上所述，并且如在图13-18的示意性和图形图示中进一步示出和公开的，弧形内表面178、188的半径rpr(以及在图4-10的任何可应用实施例的半径rpr1和半径rpr2)、如本文公开和示出的任何实施例的第一结构构件10的根突部22和第二结构构件12的根突部32的根突部高度rph(以及图4-10的可应用替代实施例中的任何一个的根突部高度rph1)和宽度rpw的几何形状和相对尺寸被选择和配置成在应力保护的焊缝根部区域160内向外、超过、低于和远离根部应力流动路径200限定、形成、定位和隔离焊缝根部72，该根部应力流动路径200对应于可忽略的根部应力区域(nsr)，并且可以被限定为可忽略的根部应力区域(nsr)，在该可忽略的根部应力区域(nsr)内施加、传播、经受或传递很少或没有诱导断裂的可感知应力。如本文所公开的根突部22、32中的任何一个(包括弧形内表面的半径rpr、rpr1和rpr2、第一结构构件10的根突部22的根突部高度rph和/或第二结构构件12的根突部32的根突部高度rph1和宽度rpw中的任何一个或多个)的几何形状和/或相对尺寸可以选择和配置为限定、形成、定位和隔离应力保护的焊缝根部区域160内的焊缝根部72，该焊缝根部区域160对应于并且可以被限定为可忽略的根部应力区域(nsr)，该可忽略的根部应力区域(nsr)以基于多种考虑因素、特性或变量中的任何一个或多个的多种方式向外、超过、低于和远离根部应力流动路径200定位，这些考虑因素、特性或变量可以部分地包括：第一结构构件10和第二结构构件12中的一个或多个的厚度。在一个非限制性示例中，如本文公开的结构构件5、10、12的根突部22、32中的任何一个或多个(包括在图1-10的实施例中的任何一个或多个中示出的那些)的几何形状和相对尺寸可以包括根突部宽度rpw，该根突部宽度rpw可以小于或等于对应于此的相应结构构件10、12的厚度t1、t2((rpw≤(t1或t2))；根突部高度rph可以以1.1倍大于或等于对应的根突部22、32的根突部宽度rpw，(rph≥1.1*rpw)；以及根突部半径rpr可以以两(2)倍小于或等于相应的根突部22、32的根突部高度rph，(rpr≤2*rph)。

在又一个非限制性的替代示例中，包括图1-10的任何一个或多个实施例中示出的如本文公开的结构构件5、10、12的根突部22、32中的任何一个或多个的几何形状和相对尺寸可以包括根突部宽度rpw，该根突部宽度rpw可以小于或等于与其对应的相应结构构件10、12的厚度t1、t2，((rpw≤(t1或t2))；根突部高度rph可以以1.2倍大于或等于对应的根突部22、32的根突部宽度rpw，(rph≥1.2*rpw)；以及根突部半径rpr可以以三(3)倍小于或等于相应的根突部22、32的根突部高度rph，(rpr≤3*rph)。

在又一个非限制性的替代示例中，包括图1-10的任何一个或多个实施例中示出的如本文公开的结构构件5、10、12的根突部22、32中的任何一个或多个的几何形状和相对尺寸可以包括根突部宽度rpw，该根突部宽度rpw可以小于或等于与其对应的相应结构构件10、12的厚度t1、t2，((rpw≤(t1或t2))；根突部高度rph可以大于或等于对应的根突部22、32的根突部宽度rpw，(rph≥rpw)；以及根突部半径rpr可以小于或等于对应的根突部22、32的根突部高度rph，(rpr≤rph)。

在又一个非限制性示例中，包括图1-10的任何一个或多个实施例中示出的如本文公开的结构构件5、10、12的根突部22、32中的任何一个或多个的几何形状和相对尺寸可以包括根突部宽度rpw，对于厚度t1、t2小于五(5)毫米的与其对应的结构构件10、12来说，该根突部宽度rpw可以小于或等于相应的结构构件10、12的厚度t1、t2，并且该任何一个或多个的几何形状和相对尺寸可以包括根突部宽度rpw，对于t1、t2大于或等于五(5)毫米的结构构件10、12来说，该根突部宽度rpw可以小于或等于相应的、对应的结构构件10、12的厚度t1、t2的三分之二(2/3)，((对于t1、t2<5mm：(rpw≤(t1或t2)))和(对于t1、t2≥5mm：(rpw≤(2/3)*(t1或t2)))；对于厚度t1、t2小于五(5)毫米的结构构件10、12来说，根突部高度rph可以比对应的根突部22、32的根突部宽度rpw大1.5倍，以及对于厚度t1、t2大于或等于五(5)毫米的结构构件10、12来说，根突部高度rph可以大于或等于对应的根突部22、32的根突部宽度rpw，(对于t1、t2<5mm：rph≥1.5*rpw))和(对于t1、t2≥5mm：(rph≥rpw))；以及对于厚度t1、t2小于五(5)毫米的结构构件10、12来说，根突部半径rpr可以以三(3)倍小于或等于对应的根突部22、32的根突部高度rph，并且对于厚度t1、t2大于或等于五(5)毫米的结构构件10、12来说，半径rpr可以以两倍(2)小于或等于对应的根突部22、32的根突部高度rph((对于t1、t2<5mm：(rpr≤3*rph))和(对于t1、t2≥5mm：rpr≤2*rph))。

在另一个非限制性的替代示例中，包括图1-10的任何一个或多个实施例中示出的如本文公开的结构构件5、10、12的根突部22、32中的任何一个或多个的几何形状和相对尺寸可以包括根突部宽度rpw，该根突部宽度rpw可以小于或等于与其对应的相应结构构件10、12的厚度t1、t2的一半(1/2)((rpw≤0.5*(t1或t2))；根突部高度rph可以以1.2倍大于或等于对应的根突部22、32的根突部宽度rpw(rph≥1.2*rpw)；以及根突部半径rpr可以小于或等于对应的根突部22、32的根突部高度rph，(rpr≤rph)。

如上所述，前述非限制性示例中的每一个可应用于包括图1-10的任何一个或多个实施例中示出的如本文所公开的结构构件5、10、12的根突部22、32中的任何一个或多个的几何形状和相对尺寸，照此，尽管关于根突部宽度rpw、根突部高度rph和根突部半径rpr讨论了几何形状和相对尺寸，但是前述示例可以等同地应用于、可以包括并且可以使用(或者可以用…来代替)图4-10的任何一个或多个实施例的突部22、32，以及图4-10的实施例的根突部222(rph1、rpr1)、322(rph1)、422、522(rph1、rpr1)、622(rpr1)、632(rpr2)和/或722(rph1、rpr1)中的任何一个或多个的每个相应的根突部宽度rpw、根突部高度rph、rph1和根突部半径rpr、rpr1、rpr2，如下：第一非限制性示例：((rpw≤(t1或t2))；(rph(或rph1)≥1.1×rpw)；(rpr(或rpr1或rpr2)≤2*rph(或rph1))；第二非限制性示例：((rpw≤(t1或t2))；(rph(或rph1)≥1.2*rpw)；(rpr(或rpr1或rpr2)≤3*rph(或rph1))；第三非限制性示例：((rpw≤(t1或t2))；(rph(或rph1)≥rpw)；(rpr(或rpr1或rpr2)≤rph(或rph1))；第四非限制性示例：((对于t1、t2<5mm：(rpw≤(t1或t2)))和(对于t1、t2≥5mm：(rpw≤(2/3)*(t1或t2))))；((对于t1、t2<5mm：(rph(或rph1)≥1.5*rpw))和(对于t1、t2≥5mm：(rph(或rph1)≥rpw)))；((对于t1、t2<5mm：(rpr(或rpr1或rpr2)≤3*rph(或rph1))和(对于t1、t2≥5mm：rpr(或rpr1或rpr2)≤2*rph(或rph1))))；第五非限制性示例：((rpw≤(0.5)*(t1或t2))；(rph(或rph1)≥1.2*rpw)；(rpr(或rpr1或rpr2)≤rph(或rph1))；.

在又一个非限制性示例中，根突部22、32的几何形状可以被配置成包括这样的几何形状和定向，使得根突部22、32被定向成大致垂直于相应的第一结构构件10的主体41和第二结构构件12的主体241，比如大致垂直于中心中间轴线60、160和/或相应的第一结构构件10和第二结构构件12的在相应的端部20、30内的第二表面18、78的末端。出于本示例的目的，“大致垂直”意味着并且包括尽管根突部22、32的某些表面可以以各种角度定向，但是可以是弯曲的，和/或可以包括不垂直于上述轴线或或者相应的第一结构构件10和第二结构构件12的表面的定向或形状，各个单独的表面可以组合以整体上形成参照上述轴线或表面中的任何一个或多个垂直的总体定向的根突部22、32。前述非限制性示例还可包括：根突部22、32的大致垂直定向可被限定为包括弧形内表面188(和/或278、278a、578、678、878)、188(和/或788)的半径rpr、rpr1和rpr2，该弧形内表面188可以是锐角半径。出于本示例的目的，“锐角半径”是指并包括将突部22、32限定和/或定向为与前述公开一致的“大致垂直”的任何半径rpr、rpr1或rpr2。

应当理解，前述表示非限制性示例，并且上述非限制性示例中的任何一个或多个都不应被解释为限制性的或作为所需的实施例，以排除可同样适用的或可包括可适用于不同考虑、特性或变量的其他配置、几何形状或特征的其他不同实施例或示例。

如上所述，本公开涉及由根据本文公开的任何一个或多个实施例通过至少一个坡口焊缝连接的至少两个结构构件5组成的任何结构1。参照图19，由根据本文公开的任何一个或多个实施例的通过至少一个坡口焊缝14连接的示出为第一结构构件10和第二结构构件12的至少两个结构构件5以及其根突部22、32(以及趾突部23、33)组成的结构1可以用于形成包括至少一个坡口焊缝的多种结构或其部分中的任一种并且被并入其中。图19示出了多种总体结构(具有至少一个坡口焊缝)1000的非限制性示例，这些总体结构1000可以由包括第一结构构件10和第二结构构件12及其根突部22、32和/或趾突部23、33的结构1形成并且通过该至少一个坡口焊缝14连接和/或可以根据本文公开的任何一个或多个实施例将该结构1并入其中来让结构1000被并入。结构(具有至少一个坡口焊缝)1000可以包括建筑结构1100和桥梁桁架结构1200中的一个或多个，该结构1000可以由结构1形成和/或可以将结构1结合到该结构1000中。可以包括结构1的总体结构(具有至少一个坡口焊缝)1000还可以包括任何移动式机器2000，比如并且包括船舶2100、机车2200和任何建筑机械2300中的任何一个或多个，比如并且包括非公路卡车2301、履带式拖拉机2302和轮式装载机2303以及挖掘机2304中的任何一个或多个。包括通过至少一个坡口焊缝14连接的第一结构构件10和第二结构构件12及其根突部22、32的结构1还可用于形成可包括机器结构的总体结构(具有至少一个坡口焊缝)1000，该总体结构1000可以包括机器结构3000(其一个示例在图20中描述和示出)以及任何可更换零件或部件4000，其可以包括作业工具4100(比如铲斗4101)以及液压缸4200(比如在图21中描述和示出)。

图20示出了总体结构(具有至少一个坡口焊缝)1000的又一个示例，该总体结构1000并入有结构1，该结构1包括由至少一个坡口焊缝14连接的两个或多个结构构件5，该坡口焊缝14包括根据如本文公开的任何一个或多个实施例的受保护几何形状和特征中的任何一个或多个，该总体结构1000被并入机器结构3000中并且形成如图19所示的机器结构3000。具体地，总体结构(具有至少一个坡口焊缝)1000是至少部分地由结构1形成的机器结构3000，该结构1包括由至少一个坡口焊缝14连接的两个或更多个结构构件5，该总体结构1000被实施为工程机器2300的机器结构3000，在本示例中示出为挖掘机2304的吊杆结构3001。吊杆结构3001的结构构件5可以包括通过坡口焊缝3014a连接的两个或更多个侧向、横向或外部结构板或板构件3010a和3012a，以及通过坡口焊缝3014b连接的侧向、横向或外部结构板或板构件3010b和3012b。吊杆结构3001的结构构件5还可以包括通过坡口焊缝3114连接的两个或更多个内部结构板或板构件3110和3112，其中该两个或更多个内部结构板或板构件3110和3112连接到外部结构板构件3010a、3012a和3010b和3012b的面向内部的第一表面3016a、3076a和3016b以及3076b并且在它们之间延伸。如图20所示，(参照图1-3)，坡口焊缝3014a、3014b连接第一结构构件10的端部20和第二结构构件12的端部30，该第一结构构件10和第二结构构件12实施为外部结构板构件3010a、3012a和3010b以及3012b，该外部结构板构件3010a、3012a和3010b以及3012b具有从外部结构板构件3010a、3012a和3010b以及3012b的表面3018a、3078a以及3018b和3078b的外部或面向外部向外延伸的根突部3022a、3032a和3022b以及3032b以限定外部肋部或接缝3015a、3015b，该外部肋部或接缝3015a、3015b从形成吊杆结构3001的外部或外部表面的面向外的第二表面3018a、3078a以及3018b和3078b之间的界面向外突出。如图20所示，(并且参照图1-3以及图12)，坡口焊缝3114连接第一结构构件10的端部20和第二结构构件12的端部30，该第一结构构件10和第二结构构件12实施为具有从内部或面向下的第二表面3118、3178向外延伸的根突部3122、3132以及从内部结构板或板构件3110和3112的外部或面向上的第一表面3116、3176向外延伸的趾突部3123、3133的内部结构板或板构件3110和3112。

图21示出了并入结构1的总体结构(具有至少一个坡口焊缝)1000的示例，结构1包括通过至少一个坡口焊缝14连接的两个或更多个结构构件5，其中结构1实施为管状或圆柱形结构，其包括通过至少一个坡口焊缝14连接的两个或更多个管状或圆柱形结构构件5，该坡口焊缝14包括根据如本文所公开的任何一个或更多个实施例的受保护几何形状和特征中的任何一个或更多个。在本示例中，至少部分地由包括通过至少一个坡口焊缝14连接的两个或更多个结构构件5的结构1形成的总体结构(具有至少一个坡口焊缝)1000被实施为如图19所示的液压缸4200。该液压缸4200的结构构件5包括汽缸4205，包括缸眼4211的缸壳体端盖4210和形成缸壳体4215的杆端盖4212，其中汽缸4205通过第一坡口焊缝4214a连接到缸壳体端盖4210，并且杆端盖4212通过第二坡口焊缝4214b连接到汽缸4205，以在其中限定中空内部4217，该中空内部4217容纳配置成在其中线性平移运动的活塞和杆组件4219。该活塞和杆组件4219包括保持在汽缸壳体4215的中空内部4217内的活塞头4221，在中空内部4217内连接到活塞头4221并经由穿过杆端盖4212设置的开口从汽缸壳体4215的中空内部4217线性向外延伸到活塞眼4225的活塞杆4223，该活塞眼4225在活塞和杆组件4219的与活塞头4221相对的一端上连接到活塞杆4223。如上所述，作为示例示出为汽缸壳体4215的管状或圆柱形结构可以包括通过一个或多个坡口焊缝14连接的管状或圆柱形结构构件5，出于示出的目的示出为第一坡口焊缝4214a和第二坡口焊缝4214b，该管状或圆柱形结构可以包括根据如本文所公开的任何一个或多个实施例中的受保护的几何形状和特征中的任何一个或多个。在本示例性实施例中，经由第一坡口焊缝4214a将汽缸4205连接到汽缸壳体端盖4210上的第一坡口焊缝4214a可以与在本文的图10和图11中示出和讨论的示例一致来实施，其中实施为汽缸4205和汽缸壳体端盖4210的结构构件5的端部20、30中的一个或多个可以包括弧形根突部722。如图20的示例性实施例中所示出的连接杆端盖4212和汽缸4205的第二坡口焊缝4214b可以被与本文的图10和图11中示出和讨论的示例一致而实施，其中实施为杆端盖4212和汽缸4205的结构构件5的端部20、30之一可以包括在图7的实施例中示出的根部延伸突部422，该根部延伸突部422可以是假定第二坡口焊缝4214b包括根突部422、32的几何形状和特征，使得焊缝根部72定位在应力保护的焊缝根部区域160内并且根据本公开隔离超过和远离根部应力流动路径200，但是包括作为附加结构的根突部端面延伸部482，以实现相邻结构构件5之间的平滑、连续的界面，则特别适合于圆柱形结构和其他应用。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本公开的系统进行各种修改和变化。通过考虑本文公开的系统的说明书和实践，其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本说明书和实施例仅被认为是示例性的，本公开的真实范围由所附权利要求及其等效物指示。