十字接头母材向焊缝的过渡是比较剧烈的，其工作应力的分布非常不均匀，在角焊缝的根部和焊趾的地方均存在较大的应力集中。角焊缝按照截面的形状可以分为平角焊缝、凸角焊缝、凹角焊缝和不等腰角焊缝4 种，形状如图5-15 所示。应用最多的角焊缝是如图5-15（a）所示的平角焊缝，通常用腰长K 来表示其大小，将K 称为焊角尺寸。
图5-15 十字接头焊缝截面形状
在焊件承受载荷时，各种截面形状的角焊缝的承载能力与其所受载荷的性质有关。静载时，假如母材金属的塑性良好，角焊缝的截面尺寸形状均对承载能力没有太大的影响；动载时，凹角焊缝比平角的承载能力要高，凸角焊缝的能力最低。对于不等腰角焊缝，长边平行于载荷方向时，动载承受能力较好。
角焊缝的焊脚尺寸K 与焊件的厚度有关。为了改善焊件的性能，减少其残余应力和残余变形，避免焊接区基本金属产生过烧，国家有关规定角焊缝的焊脚尺寸一般要小于较薄焊件厚度的1.2 倍。当焊件的厚度较大时，而角焊缝的尺寸又过小，这样会因为冷却速度过快而使焊缝产生淬硬组织，导致母材比较容易开裂。所以，一般角焊缝的焊脚尺寸应大于或等于1.5tmax，tmax为较厚焊件的尺寸，单位是mm。当焊件的厚度不大于4 mm，取与焊件厚度一样。
文献[31-33] 采用有限元软件对转向架十字焊接接头的应力集中系数进行了分析，其结果对于研究十字焊接接头的应力集中系数及其与焊接十字接头疲劳寿命的关系具有一定的参考意义。文献[34] 针对MB8 镁合金焊接十字接头，就平角、凹角与凸角焊缝截面的应力集中与疲劳寿命进行了分析，焊脚长度为8 mm，θ 为焊缝切线与母材的夹角，如图5-16 所示。根据对称性，同样取其1/8 进行分析。采用有限元软件里的六面体单元进行网格的划分，为了提高分析的收敛速度和计算精度，采用二次单元C3D10。同时在应力集中的焊趾区域细化网格，在远离该区域的网格可以适当大些，用以减小控制模型的规模。有限元网格模型及网格划分如图 5-17 所示，计算结果如图 5-18和表5-2 所示。将表5-2 中的数据进行指数增长拟合，如图5-19 所示。
图5-16 十字焊接接头形状
图5-17 十字接头试样模型有限元网格
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图5-18 十字接头第一主应力云图
表5-2 十字应力集中系数Kt随θ 变化
图5-19 十字接头倾角度数与应力集中拟合曲线图
从图5-17 中可以看出，焊接接头应力集中系数在接头焊趾处是非常大的，如图5-20 所示证明了MB8 镁合金焊接十字接头疲劳断裂的位置正好在十字接头的焊趾处。
从表 5-2 中可以看出，随着切线角度度数的不断增大，焊趾处截面突变在不断增大，应力集中系数也在不断增大，内凹曲线的应力集中系数低于直角，而直角又低于外凸焊缝的应力集中系数。
从表5-2 和图5-19 中可以看出，焊趾倾角对MB8 镁合金焊接接头的应力集中系数影响很大。对于相同焊脚尺寸，随着焊趾倾角θ 的不断增大，焊趾处截面突变在不断增大，应力集中系数也在不断增大。当θ 从0°变到30° 时，应力集中系数从1.390 变到3.428，增长了146.42%。为了获得高强度的焊接十字接头，最好的方法就是对焊接十字接头进行焊缝打磨或修整。为了焊接结构的安全使用起见，建议焊接十字接头的θ 应该小于25°。
图5-20 MB8 镁合金焊接十字接头疲劳断裂位置
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