第三章--钢结构的连接(焊缝)课件

大家好大家好第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接(1-182hrs)3.1钢结构的连接方法钢结构的连接方法3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 3.4 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算3.5 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形3.6 螺栓连接的构造螺栓连接的构造3.8 高强度螺栓连接的工作性能和计算高强度螺栓连接的工作性能和计算 3.9 混合连接混合连接(自学）自学）31钢结构的连接方法钢结构的连接方法oo连连连连接接接接的的的的作作作作用用用用：钢结构是由若干构件组合而成的。连连接接的的作作用用就就是是通通过过一一定定的的手手段段将将板板材材或或型型钢钢组组合合成成构构件件，或或将将若若干干构构件件组组合合成成整整体体结结构构，以以保保证证其其共共同同工工作作。因此，连接方式及其质量优劣直接影响钢结构的工作性能。oo要要要要求求求求：钢结构的连接必须符合安安安安全全全全可可可可靠靠靠靠、传传传传力力力力明明明明确确确确、构构构构造造造造简简简简单单单单、制制制制造造造造方方方方便便便便和和和和节节节节约约约约钢钢钢钢材材材材的原则。连接接头应有足足足足够够够够的的的的强强强强度度度度，更更更更有有有有适适适适宜宜宜宜于于于于施施施施行行行行连接手段的足够空间连接手段的足够空间连接手段的足够空间连接手段的足够空间。oo方方方方法法法法：钢结构的连接方法可分为焊焊焊焊缝缝缝缝连连连连接接接接、铆铆铆铆钉钉钉钉连连连连接接接接和和和和螺螺螺螺栓栓栓栓连连连连接接接接三三三三种种种种(图图图图3.1)3.1)。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法钢结构中通常采用钢结构中通常采用：电弧焊：电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊电弧焊：电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊(埋弧自动或半自动焊埋弧自动或半自动焊)以及气体保护焊等以及气体保护焊等。电渣焊：熔嘴电渣焊电渣焊：熔嘴电渣焊电阻焊电阻焊3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法 3211 手工电弧焊手工电弧焊 工工艺艺流流程程：(图图3.2)，通通电电后后，在在涂涂有有药药皮皮的的焊焊条条与与焊焊件件之之间间产产生生电电弧弧。电电弧弧的的温温度度或或高高达达30003000。在在高高温温作作用用下下，电电弧弧周周围围的的金金属属变变成成液液态态，形形成成熔熔池池。同同时时，焊焊条条中中的的焊焊丝丝很很快快熔熔化化，滴滴落落入入熔熔池池中中，与与焊焊件件的的熔熔融融金金属属相相互互结结合合，冷冷却却后后即即形形成成焊焊缝缝。焊焊条条药药皮皮则则在在焊焊接接过过程程中中产产生生气气体体，保保护护电电弧弧熔熔化化金金属属，并并形形成成熔熔渣渣覆覆盖盖着着焊焊缝缝，防防止止空空气气中中的的氧氧、氮氮等等有有害害气气体体与与熔熔化化金金属属接接触触而而形形成易脆的化合物。成易脆的化合物。o3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3211 手工电弧焊手工电弧焊oo特特点点：手手工工电电弧弧焊焊的的设设备备简简单单，操操作作灵灵活活方方便便，适适于于任任意意空空间间位位置置的的焊焊接接，特特别别适适于于焊焊接接短短焊焊缝缝。但但生生产产效效率率低低，劳劳动动强强度度大大，焊焊接接质质量量取取决决于于焊焊工工的的精精神神状状态与技术水平。态与技术水平。oo焊焊条条：手手工工电电弧弧焊焊所所用用焊焊条条应应与与焊焊件件钢钢材材（或或称称主主体体金金属属）相相适适应应，一一般般为为：对对Q235钢钢采采用用E43型型焊焊条条(E4300E4328)；对对 Q345钢钢 采采 用用 E50型型 焊焊 条条(E5000E5048)；对对 Q390钢钢 和和 Q420钢钢 采采 用用 E55型型 焊焊条条(E5500E5518)。不不同同钢钢种种的的钢钢材材相相焊焊接接时时，例例如如Q235钢钢与与Q345钢钢相相焊焊接接，宜宜采采用用低低组组配配方方案案，即即宜采用与宜采用与低强度低强度钢材相适应的焊条。钢材相适应的焊条。3.2焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3212埋弧焊(自动或半自动)oo埋埋埋埋弧弧弧弧焊焊焊焊：电电弧弧在在焊焊剂剂层层下下燃烧的一种电弧焊方法。燃烧的一种电弧焊方法。oo埋埋埋埋弧弧弧弧自自自自动动动动电电电电弧弧弧弧焊焊焊焊：焊焊丝丝送送进进和和电电弧弧按按焊焊接接方方向向的的移移动动有有专专门门机机构构控控制制完完成成(图图3.3)；oo半半半半埋埋埋埋弧弧弧弧自自自自动动动动电电电电弧弧弧弧焊焊焊焊：焊焊丝丝送送进进有有专专门门机机构构，而而电电弧弧按按焊焊接接方方向向的的移移动动靠靠人人手工操作完成。手工操作完成。3.2焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3212埋弧焊(自动或半自动)oo特特特特点点点点：1）焊焊缝缝金金属属为为焊焊剂剂所所覆覆盖盖，能能对对较较细细的的焊焊丝丝采采用用大大电电流流。电电弧弧热热量量集集中中，熔熔深深大大，适适于于厚厚板板的的焊焊接接，具具有有高高的的生生产产率率。2）由由于于采采用用了了自自动动控控或或半半自自动动控控制制化化操操作作，焊焊接接时时的的工工艺艺条条件件稳稳定定，焊焊缝缝的的化化学学成成分分均均匀匀，故故形形成成的的焊焊缝缝质质量量好好，焊焊件件变变形形小小。3）高高焊焊速速也也减减小小了了热热影影响响区区的的范范围围。4）但但埋埋弧弧焊焊对对焊焊件件边边缘缘的的装装配配精精度度(如如间间隙隙)要求比手工焊高要求比手工焊高。oo焊焊焊焊丝丝丝丝焊焊焊焊剂剂剂剂：埋埋弧弧焊焊所所用用焊焊丝丝和和焊焊剂剂应应与与主主体体金金属属强强度度相相适适应应，即要求焊缝与主体金属等强度即要求焊缝与主体金属等强度。3.2焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3213气体保护焊oo气气体体保保护护焊焊：利利用用二二氧氧化化碳碳气气体体或或其其他他惰惰性性气气体体作作为为保保护护介介质质的的一一种种电电弧弧熔熔焊焊方方法法。它它直直接接依依靠靠保保护护气气体体在在电电弧弧周周围围造造成成局局部部的的保保护护区区，以以防防止止有有害害气气体体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。oo特点：特点：气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清楚地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射够清楚地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊高塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接高塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接。但不适但不适用于野外或有风的地方施焊。用于野外或有风的地方施焊。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3214 电渣焊和电阻焊电渣焊和电阻焊o电渣焊和电阻焊电渣焊和电阻焊参见课本p1913.2焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式o按相互位置可分为：对接对接对接对接、搭接搭接搭接搭接、T T形连接形连接形连接形连接和角部连接角部连接角部连接角部连接o四种(图3.4)。3.2焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式oo对对对对接接接接连连连连接接接接主主要要用用于于厚厚度度相相同同或或接接近近相相同同的的两两构构件件的的相相互互连连接接。图图3.4(a)所所示示为为采采用用对对接接焊焊缝缝的的对对接接连连接接，由由于于相相互互连连接接的的两两构构件件在在同同一一平平面面内内，因因而而传传力力均均匀匀平平缓缓，没没有有明明显显的的应应力力集集中中，且且用用料料经经济济，但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。3.2焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式oo角角角角焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的对对对对接接接接连连连连接接接接：图3.4(b)所示为用双层盖板和角焊缝的对接连接，这种连接传力不均匀、费料，但施工简便，所连接两板的间隙大小无需严格控制。3.2焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式oo角角角角焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的搭搭搭搭接接接接连连连连接接接接：图图3.4(c)所所示示为为用用角角焊焊缝缝的的搭搭接接连连接接，特特别别适适用用于于不不同同厚厚度度构构件件的的连连接接。传传力力不不均均匀匀，材材料料较较费费，但但构构造造简简单单，施施工方便，目前还广泛应用。工方便，目前还广泛应用。3.2焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式ooT T形形形形连连连连接接接接：省省工工省省料料，常常用用于于制制作作组组合合截截面面。当当采采用用角角焊焊缝缝连连接接时时图图3.4(d)，焊焊件件间间存存在在缝缝隙隙，截截面面突突变变，应应力力集集中中现现象象严严重重，疲疲劳劳强强度度较较低低，可可用用于于不不直直接接承承受受动动力力荷荷载载结结构构的的连连接接中中。对对于于直直接接承承受受动动力力荷荷载载的的结结构构，如如重重级级工工作作制制吊吊车车梁梁，其其上上翼翼缘缘与与腹腹板板的的连连接接，应采用如图应采用如图3.4(e)所示的所示的K形坡口焊缝进行连接。形坡口焊缝进行连接。oo角部连接：角部连接：角部连接：角部连接：图图3.4(f)、(g)主要用于制作箱形截面主要用于制作箱形截面3.2焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3222焊缝形式o焊缝形式：主要有对接焊缝对接焊缝对接焊缝对接焊缝和角焊缝（连续角焊缝角焊缝（连续角焊缝角焊缝（连续角焊缝角焊缝（连续角焊缝和间断续角断续角断续角断续角oo 焊缝）焊缝）焊缝）焊缝）。o对接焊缝：分为正对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝图3.5(a)和斜对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝图3.5(b)。o角焊缝：可分为正面角焊缝正面角焊缝正面角焊缝正面角焊缝、侧面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝和斜焊缝斜焊缝斜焊缝斜焊缝图3.5(c)。3.2焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3222焊缝形式oo连续角焊缝连续角焊缝连续角焊缝连续角焊缝和间断续角焊缝断续角焊缝断续角焊缝断续角焊缝o焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝二种(图3.6)。连续角焊缝的受力性能较好，为主要的角焊缝形式。间断角焊缝的起、灭弧处容易引起应力集中，重要结构应避免采用，只能用于一些次要构件的连接或受力很小的连接中。间断角焊缝的间断距离l不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀。一般在受压构件中应满足l15t；在受拉构件中l30t，t为较薄焊件的厚度。3.2焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验3231焊缝缺陷oo焊焊焊焊缝缝缝缝缺缺缺缺陷陷陷陷：指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。常见的缺陷有裂裂纹纹、焊焊瘤瘤、烧烧穿穿、弧弧坑坑、气气孔孔、夹夹渣渣、咬咬边边、未未熔熔合合、未未焊焊透透(图3.8)等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷。产生裂纹的原因很多，如钢材的化学成分不当；焊接工艺条件(如电流、电压、焊速、施焊次序等)选择不合适；焊件表面油污未清除干净等。3.2焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验3232焊缝质量检验o焊缝缺陷的存在将削弱焊缝的受力面积，在缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。因此，焊缝质量检验极为重要。oo检检检检验验验验方方方方法法法法：一一般般可可用用外外观观检检查查及及无无损损检检查查，前前者者检检查查外外观观缺缺陷陷和和几几何何尺尺寸寸，后后者者检检验验内内部部缺缺陷陷。无无损损检检验验目目前前广广泛泛采采用用超超声声波波检检验验，使使用用灵灵活活、经经济济，对对内内部部缺缺陷陷反反应应灵灵敏敏，但但不不易易识识别别缺缺陷陷性性质质；有有时时还还用用磁磁粉粉检检验验、荧荧光光屏屏等等较较简简单单的的方方法法作作为为辅辅助助；当当前前最最明明确确可可靠靠的的方方法法是是X X射射线线或或射射线线透透照照或或拍拍片片，X X射线应用较广。射线应用较广。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验3232 焊缝质量检验焊缝质量检验oo等等等等级级级级：钢结构工程施工及验收规范规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一一级级、二二级级和和三三级级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求对每条焊缝全部或20%长度进行超声波或射线探伤检验并符合相应级别的质量标准。oo钢钢钢钢结结结结构构构构中中中中一一一一般般般般采采采采用用用用三三三三级级级级焊焊焊焊缝缝缝缝，可可满满足足通通常常的的强强度度要要求求；但但其其对对接接焊焊缝缝的的抗抗拉拉强强度度有有较较大大的的变变异异性性，钢钢结结构构设设计计规规范范规规定定其其设设计计值值只只为为主主体体钢钢材材的的85%左左右右。因因而而对对有有较较大大拉拉应应力力的的对对接接焊焊缝缝以以及及直直接接承承受受动动力力荷荷载载构构件件的的较较重重要要的的对对接接焊焊缝缝，宜宜采采用用二二级级焊焊缝缝；对对疲疲劳劳性性能能有有较较高高要要求求处处可可采采用用一一级级焊缝。焊缝。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式3.2.4 焊缝代号（参考焊缝代号（参考p195197焊缝符号表示方法焊缝符号表示方法GB324-88)oo建建筑筑结结构构制制图图标标准准规规定定：焊焊缝缝代代号号由由引引出出线线、图图形形符符号号和和辅辅助助符符号号三三部部分分组组成成。引引出出线线由由横横线线和和带带箭箭头头的的斜斜线线组组成成。箭箭头头指指到到图图形形上上的的相相应应焊焊缝缝处处，横横线线的的上上面面和和下下面面用用来来标标注注图图形形符符号号和和焊缝尺寸焊缝尺寸。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号焊缝代号3.2焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号焊缝代号o当当引引出出线线的的箭箭头头指指向向焊焊缝缝所所在在的的一一面面时时，应应将将图图形形符符号和焊缝尺寸等标注在水平横线的上面；号和焊缝尺寸等标注在水平横线的上面；o当当箭箭头头指指向向对对应应焊焊缝缝所所在在的的另另一一面面时时，则则应应将将图图形形符符号号和和焊焊缝缝尺尺寸寸标标注注在在水水平平横横线线的的下下面面。必必要要时时，可可在在水平横线的末端加一尾部作为其他说明之用。水平横线的末端加一尾部作为其他说明之用。o图图形形符符号号表表示示焊焊缝缝的的基基本本型型式式，如如用用 表表示示角角焊焊缝缝，用用V表表示示V型型坡坡口口的的对对接接焊焊缝缝。辅辅助助符符号号表表示示焊焊缝缝的的辅辅助助要要求求，如如用用 表表示示现现场场安安装装焊焊缝缝等等。表表3.2列列出出了一些常用焊缝代号，可供设计时参考。了一些常用焊缝代号，可供设计时参考。3.2焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号焊缝代号o当当焊焊缝缝分分布布比比较较复复杂杂或或用用上上述述标标注注方方法法不不能能表表达达清清楚楚时时，在在标标注注焊焊缝缝代代号号的的同同时时，可可在在图形上加栅线表示图形上加栅线表示(图图3.9)。33 角焊缝的构造与计算（角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态oo1.形式形式：o角角焊焊缝缝按按其其与与作作用用力力的的关关系系可可分分为为：焊焊缝缝长长度度方方向向与与作作用用力力垂垂直直的的正正正正面面面面角角角角焊焊焊焊缝缝缝缝；焊焊缝缝长长度度方方向与作用力平行的向与作用力平行的侧面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝以及以及斜焊缝斜焊缝斜焊缝斜焊缝。33角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态oo1.形式形式：o按按其其截截面面形形式式可可分分为为：直直角角角角焊焊缝缝(图图3.10)和和斜角角焊缝斜角角焊缝(图图3.11)。o直直角角角角焊焊缝缝通通常常做做成成表表面面微微凸凸的的等等腰腰直直角角三三角形截面角形截面 图图3.10(3.10(a)a)。o在在直直接接承承受受动动力力荷荷载载的的结结构构中中，正正面面角角焊焊缝缝的的截截面面常常采采用用图图3.10(3.10(b)b)所所示示的的坦坦式式，侧侧面面角角焊缝的截面则作成焊缝的截面则作成凹面凹面式式 图图3.10(3.10(c)c)。33角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态33角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态oo1.1.形式（形式（形式（形式（continued)continued)oo斜斜斜斜角角角角角角角角焊焊焊焊缝缝缝缝：两两焊焊脚脚边边的的夹夹角角90或或90的的焊焊缝缝称称为为斜斜角角角角焊焊缝缝。斜斜角角角角焊焊缝缝常常用用于于钢钢漏漏斗斗和和钢钢管管结结构构中中。对对于于夹夹角角135或或60的的斜斜角角角角焊焊缝缝，除除钢管结构外，不宜用作受力焊缝钢管结构外，不宜用作受力焊缝。33角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态oo2 2、受力状态、受力状态、受力状态、受力状态oo侧侧侧侧面面面面角角角角焊焊焊焊缝缝缝缝受受受受力力力力状状状状态态态态：大大量量试试验验结结果果表表明明，侧侧面面角角焊焊缝缝(图图3.12)主主要要承承受受剪剪应应力力。塑塑 性性 较较 好好，弹弹 性性 模模 量量 低低(E=7104N/mm2)，强强 度度也也较较低低。传传力力线线通通过过侧侧面面角角焊焊缝缝时时产产生生弯弯折折，因因而而应应力力沿沿焊焊缝缝长长度度方方向向的的分分布布不不均均匀匀，呈呈两两端端大大而而中中间间小小的的状状态态。焊焊缝缝越越长长，应应力力分分布布不不均均匀匀性性越越显显著著，但但在在塑塑性性工工作作阶阶段段时时，产产生生应应力力重重分分布布，可可使使应应力力分分布布的的不不均均匀匀现现象象渐趋缓和渐趋缓和。oo正正面面角角焊焊缝缝受受力力状状态态：正正面面角角焊焊缝缝(图图3.13)受受力力复复杂杂，截截面面中中的的各各面面均均存存在在正正应应力力和和剪剪应应力力，焊焊根根处处存存在在着着很很严严重重的的应应力力集集中中。一一方方面面由由于于力力线线弯弯折折，另另一一方方面面由由于于在在焊焊根根处处正正好好是是两两焊焊件件接接触触面面的的端端部部，相相当当于于裂裂缝缝的的尖尖端端。正正面面角角焊焊缝缝的的破破坏坏强强度度高高于于侧侧面面角焊缝，但塑性变形要差些角焊缝，但塑性变形要差些。33角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态oo倾斜倾斜角焊缝受力状态角焊缝受力状态:oo而而而而斜斜斜斜焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的受受受受力力力力性性性性能能能能和和和和强强强强度度度度值值值值介介介介于于于于正正正正面面面面角角角角焊焊焊焊缝缝缝缝和和和和侧侧侧侧面面面面角焊缝之间。角焊缝之间。角焊缝之间。角焊缝之间。33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 1 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸o根根据据角角焊焊缝缝的的工工艺艺和和力力学学性性能能，为为了了避避免免焊焊缝缝区区的的基基本本金金属属“过过烧烧”，减减小小焊焊件件的的焊焊接接残残余余应应力力和和残残余余变变形形，角角角角焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的焊焊焊焊脚脚脚脚尺尺尺尺寸寸寸寸不不不不宜宜宜宜大大大大于于于于较较较较薄薄薄薄焊焊焊焊件厚度的件厚度的件厚度的件厚度的1.21.2倍。倍。倍。倍。33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求1 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸o对对板板件件边边缘缘的的角角焊焊缝缝：当当当当板板板板件件件件厚厚厚厚度度度度t t6mm6mm时时时时，取取取取h hf ft t(12)mm(12)mm，当当当当t t6mm6mm时时时时，取取取取h hf ft t。如如如如果果果果另一焊件厚度另一焊件厚度另一焊件厚度另一焊件厚度ttt t时，还应满足时，还应满足时，还应满足时，还应满足h hf f1.21.2 t t的要求的要求的要求的要求。33角焊缝的构造与计算332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求oo2 最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸o 角角焊焊缝缝的的焊焊脚脚尺尺寸寸也也不不能能过过小小，否否则则焊焊缝缝因因输输入入量量过过小小，而而焊焊件件厚厚度度较较大大，以以致致施施焊焊时时冷冷却却速速度度过过快快，产生淬硬组织，导致母材开裂。产生淬硬组织，导致母材开裂。o 规规范范规规定定：角角角角焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的焊焊焊焊脚脚脚脚尺尺尺尺寸寸寸寸h hf f不不不不得得得得小小小小于于于于1.5 1.5 ，t t为较厚焊件厚度为较厚焊件厚度为较厚焊件厚度为较厚焊件厚度(单位为单位为mm)。o 计计算算时时，焊焊脚脚尺尺寸寸取取mm的的整整数数，小小数数点点以以后后都都进进为为1。自自动动焊焊熔熔深深较较大大，故故所所取取最最小小焊焊脚脚尺尺寸寸可可减减小小1mm；对对T形形连连接接的的单单面面角角焊焊缝缝，应应增增加加1mm；当当焊焊件件厚厚度度小小于于或或等等于于4mm时时，则则取取与与焊焊件件厚厚度度相同。相同。33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求oo3 3 侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度o前前已已述述及及，侧侧面面角角焊焊缝缝在在弹弹性性阶阶段段沿沿长长度度方方向向受受力力两两端端大大中中间间小小。焊焊缝缝越越长长，应应力力集集中中系系数数越越大大。如如果果焊焊缝缝长长度度不不过过大大，当当焊焊缝缝两两端端点点处处的的应应力力达达到到屈屈服服强强度度后后，继继续续加加载载，应应力力会会渐渐趋趋均均匀匀。但但是是，如如果果焊焊缝缝长长度度超超过过某某一一限限值值时时，有有可可能能首首先先在在焊焊缝缝的的两两端端破破坏坏，故故一一般般规规定定侧侧面面角角焊焊缝缝的的计计算算长长度度l lw w6060h hf f。33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求oo3 3 侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度o l lw w6060h hf fo 当当实实际际长长度度大大于于上上述述限限值值时时，其其超超过过部部分分在在计计算算中中不不予予考考虑虑。若若内内力力沿沿侧侧面面角角焊焊缝缝全全长长分分布布，比比如如焊焊接接梁梁翼翼缘缘板板与与腹腹板板的的连连接接焊焊缝缝，屋屋架架中中弦弦杆杆与与节节点点板板的的连连接接焊焊缝缝，以以及及梁梁的的支支承承加加劲劲肋肋与与腹腹板板连连接接焊焊缝缝等等，计算长度可不受上述限制计算长度可不受上述限制。33角焊缝的构造与计算332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求oo4 4 角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度o角角焊焊缝缝的的焊焊脚脚尺尺寸寸大大而而长长度度较较小小时时，焊焊件件的的局局部部加加热热严严重重，焊焊缝缝起起灭灭弧弧所所引引起起的的缺缺陷陷相相距距太太近近，以以及及焊焊缝缝中中可可能能产产生生的的其其他他缺缺陷陷(气气孔孔、非非金金属属夹夹杂杂等等)，使使焊焊缝缝不不够够可可靠靠。对搭接连接的侧面角焊缝而言，如果焊缝长度过小，由于力线弯折大，也会造成严重应力集中。因此，侧侧侧侧面面面面角角角角焊焊焊焊缝缝缝缝或或或或正正正正面面面面角角角角焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的计计计计算算算算长长长长度度度度不不不不得得得得小于小于小于小于8 8 h hf f和和和和4040mmmm。oo5 5 搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求o试验结果表明，图中连连连连接接接接的的的的承承承承载载载载力力力力与与与与b b b b/l l l lw w w w有有有有关关关关。b b b b为为为为两两两两侧侧侧侧焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的距距距距离离离离，l l l lw w w w为为为为焊焊焊焊缝缝缝缝长长长长度度度度。当当当当b b b b/l l l lw w w w1 1 1 1时时时时，连连连连接接接接的的的的承承承承载载载载力力力力随随随随着着着着b b b b/l l l lw w w w比比比比值值值值的的的的增增增增大大大大而而而而明明明明显显显显下下下下降降降降。这这这这主主主主要要要要是是是是由由由由于于于于应应应应力力力力传传传传递递递递的的的的过过过过分分分分弯弯弯弯折折折折使使使使构构构构件件件件中中中中应应应应力力力力不不不不均均均均匀匀匀匀分布的影响。分布的影响。分布的影响。分布的影响。33角焊缝的构造与计算332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求oo5 5 搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求o为为此此规规定定：应应使使每每条条侧侧焊焊缝缝的的长长度度不不小小于于两两侧侧焊焊缝之间的距离，即缝之间的距离，即b/lw1。o两两侧侧面面角角焊焊缝缝之之间间距距离离b也也不不宜宜大大于于16t(t12mm)或或200mm(t12mm)，t为为较较薄薄焊焊件件的的厚厚度度，以以免免因因焊焊缝缝横横向向收收缩缩，引引起起板板件件向向外外发生较大拱曲发生较大拱曲。33角焊缝的构造与计算332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求oo5 5 搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求o在在搭搭接接连连接接中中，当当仅仅采采用用正正面面角角焊焊缝缝时时(图图3.16)，其其搭搭接接长长度度不不得得小小于于焊焊件件较较小小厚厚度度的的5倍倍，也也不不得得小小于于25mm。oo5 5 搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求o杆杆件件端端部部搭搭接接采采用用三三面面围围焊焊时时，在在转转角角处处截截面面突突变变，会会产产生生应应力力集集中中，如如在在此此处处起起灭灭弧弧，可可能能出出现现弧弧坑坑或或咬咬肉肉等等缺缺陷陷，从从而而加加大大应应力力集集中中的的影影响响。故故所所有围焊的转角处必须连续施焊。有围焊的转角处必须连续施焊。o 对对于于非非围围焊焊情情况况，当当角角焊焊缝缝的的端端部部在在构构件件转转角角处时，可连续地作长度为处时，可连续地作长度为2 hf的绕角焊。的绕角焊。33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算333 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式（key point)oo直角边边长直角边边长直角边边长直角边边长h hf f称为角焊缝的称为角焊缝的称为角焊缝的称为角焊缝的焊脚尺寸。焊脚尺寸。焊脚尺寸。焊脚尺寸。ooh he e=0.7=0.7 h hf f为直角角焊缝为直角角焊缝为直角角焊缝为直角角焊缝的有效厚度。的有效厚度。的有效厚度。的有效厚度。oo破坏型式：破坏型式：破坏型式：破坏型式：试验表明，直角试验表明，直角角焊缝隙的破坏常发生在喉角焊缝隙的破坏常发生在喉部，常假定：部，常假定：直角角焊缝是直角角焊缝是以以45方向的最小截面方向的最小截面(即即有效厚度与焊缝计算长度的有效厚度与焊缝计算长度的乘积乘积)破坏破坏，该截面称为，该截面称为有有效截面或计算截面。效截面或计算截面。因此焊因此焊缝的计算在计算截面上进行。缝的计算在计算截面上进行。oo 计算截面上点的计算截面上点的应力状态应力状态：作用于焊作用于焊缝有效截面上的应力如缝有效截面上的应力如图所示，这些应力包括：图所示，这些应力包括：垂直于焊缝有效截面的垂直于焊缝有效截面的正应力正应力，垂直于焊缝垂直于焊缝长度方向的长度方向的垂直剪应力垂直剪应力，以及沿焊缝长度方以及沿焊缝长度方向的向的平行剪应力平行剪应力 oo强强度度验验算算公公式式：根根据据能能量量强强度度理理论论，焊焊缝缝中中任任意节点的折算应力公式为：意节点的折算应力公式为：o由于规范规定的角焊缝强度设计值由于规范规定的角焊缝强度设计值 是根据是根据抗剪条件确定的，而抗剪条件确定的，而 相当于角焊缝的相当于角焊缝的抗拉强度设计值抗拉强度设计值 。o应用上式进行设计时，需要计算有效截面上的应力应用上式进行设计时，需要计算有效截面上的应力分量，较为繁难。为此对验算公式进行分量，较为繁难。为此对验算公式进行简化简化o1o1o1o133 角焊缝的构造与计算333 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式o1334 各种受力状态下直角角焊缝连接的计算各种受力状态下直角角焊缝连接的计算1 1 承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算o11 1 承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算o11 1 承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算(2)(2)承受斜向轴心力的角焊缝连接计算承受斜向轴心力的角焊缝连接计算承受斜向轴心力的角焊缝连接计算承受斜向轴心力的角焊缝连接计算2 2 承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的 角焊缝连接计算角焊缝连接计算角焊缝连接计算角焊缝连接计算2 2 承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的角焊缝连接计算角焊缝连接计算角焊缝连接计算角焊缝连接计算2 承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的 角焊缝连接计算角焊缝连接计算2 承受弯矩、轴心力或剪力联合作用承受弯矩、轴心力或剪力联合作用 的角焊缝连接计算的角焊缝连接计算3 承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的 角焊缝连接计算角焊缝连接计算3 承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的 角焊缝连接计算角焊缝连接计算o应应该该指指出出的的是是上上述述计计算算方方法法中中，假假定定轴轴心心力力产产生生的的应应力力为为平平均均分分布布。实实际际上上，在在图图3.313.31所所示示轴轴心心力力作作用用下下，水水平平焊焊缝缝为为正正面面焊焊缝缝，而而竖竖直直焊焊缝缝为为侧侧面面焊焊缝缝，两两者者单单位位长长度度分分担担的的应应力力是是不不同同的的，前前者者较较大大后后者者较较小小。显显然然，轴轴心心力力产产生生的的应应力力假假设设为为平平均均分分布布，与与前前面面基基本本公公式式推推导导中中，考考虑虑焊焊缝缝方方向向的的思思路路不不符符。同同样样，在在确确定定形形心心位位置置以以及及计计算算扭扭矩矩下下所所产产生生的的应应力力时时，也也没没有有考考虑虑焊焊缝缝方方向向，而而只只在在最最后后验验算算式式中中引引起起了了系系数数，上面计算方法有一定的近似性。上面计算方法有一定的近似性。335 斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算oo斜斜角角角角焊焊缝缝采采用用与与直直角角角角焊焊缝缝相相同同的的计计算算公公式式进进行行计计算算。但但考考虑虑到到以以前前对对斜斜角角角角焊焊缝缝很很少少研研究究；而而且且我我国国采采用用的的计计算算公公式式也也是是根根据据直直角角角角焊焊缝缝简简化化得得出出的的。因因此此对对斜斜角角角角焊焊缝缝不不论论其其有有效效截截面面上上的的应应力力情情况况如如何何，都都按按承承受受剪剪应应力力考考虑，即不考虑焊缝的方向，一律即虑，即不考虑焊缝的方向，一律即 (或或 )=1.0。335 斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算o在在确确定定焊焊缝缝有有效效厚厚度度时时(图图3.32)，假假定定焊焊缝缝在在其其所所成成夹夹角角的的最最小小斜斜面面上上发发生生破破坏坏。因因此此，钢钢结结构构设设计计规规范范规规定：当两焊脚边夹角定：当两焊脚边夹角60 90或或 o90 135，且根部间隙不大于，且根部间隙不大于1.5mm时，时，o焊缝有效厚度为：焊缝有效厚度为：335 斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算o当根部间隙大于当根部间隙大于1.5mm时，则焊缝有效厚度取为时，则焊缝有效厚度取为：34 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算3.4.1 3.4.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造1 1、断面要求、断面要求、断面要求、断面要求：对对接接焊焊缝缝的的焊焊件件常常需需做做成成坡坡口口，故故又又叫叫坡坡口口焊焊缝缝。坡坡口口形形式式与与焊焊件件厚厚度度有有关关。当当焊焊件件厚厚度度很很小小(t10mm时时，可可用用直直边边缝缝。对对于于一一般般厚厚度度(t=1020mm)的的焊焊件件可可采采用用具具有有斜斜坡坡口口的的单单单单边边边边VV形形形形或或或或VV形形形形焊焊缝缝。斜斜坡坡口口和和离离离离缝缝缝缝C C共共同同组组成成一一个个焊焊条条能能够够运运转转的的施施焊焊空空间间，使使焊焊缝缝易易于于焊焊透透；钝钝钝钝边边边边p p有托住熔化金属的作用。有托住熔化金属的作用。34对接焊缝的构造与计算1 1、断面要求、断面要求、断面要求、断面要求：对对于于较较厚厚的的焊焊件件(t20mm)，则则采采采采用用用用UU形形形形、KK形形形形和和和和XX形形形形坡坡坡坡口口口口(图图3.33)。对对于于V形形缝缝和和U形形缝缝需需对对焊焊缝缝根根部部进进行行补补焊焊。对对接接焊焊缝缝坡坡口口形形式式的的选选用用，应应根根据据板板厚厚和和施施工工条条件件按按现现行行标标准准手手工工电电弧弧焊焊焊焊接接头头的的基基本本型型式式与与尺尺寸寸和和埋埋弧弧焊焊焊焊接接接接头头的的基基本型式与尺寸的要求进行。本型式与尺寸的要求进行。34 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算oo2 2 平缓过渡平缓过渡平缓过渡平缓过渡oo 在在对对接接焊焊缝缝的的拼拼接接处处，当当焊焊件件的的宽宽度度不不同同或或厚厚度度相相差差4 4mmmm以以上上时时，应应分分别别在在宽宽度度方方向向或或厚厚度度方方向向从从一一侧侧或或两两侧侧做做成成坡坡度度不不大大于于1 1：2.52.5的的 斜斜角角(图图3.34)3.34)，以使截面过渡和缓，减小应力集中。，以使截面过渡和缓，减小应力集中。34 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算oo3 3 设置引弧板：设置引弧板：设置引弧板：设置引弧板：o 在在焊焊缝缝的的起起灭灭弧弧处处，常常会会出出现现弧弧坑坑等等缺缺陷陷，这这些些缺缺陷陷对对承承载载力力影影响响极极大大，故故焊焊 接接一一般般应应设设置置引引弧弧板板(图图3.35)3.35)，焊焊后后将将割割除除。对对受受静静力力荷荷载载的的结结构构设设置置引引弧弧板板有有困困难难时时，允允许许不不设设置置引引弧弧板板，此此时时，可可令令焊焊缝缝计计算算长长度度等等于于实实际际长长度度减减2 2t t (此此处处t t为为较较薄薄焊焊件件厚厚度度)。3.4.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算1 1 焊透的对接焊缝的计算焊透的对接焊缝的计算焊透的对接焊缝的计算焊透的对接焊缝的计算 对对接接焊焊缝缝的的强强度度与与所所用用钢钢材材的的牌牌号号、焊焊条条型型号号及及焊焊缝缝质质量的检验标准等因素有关。因此：量的检验标准等因素有关。因此：一一、二二级级检检验验的的焊焊缝缝的的抗抗拉拉强强度度可可认认为为与与母母材材强强度度相相等等不不用用计计算算。三三三三级级级级检检检检验验验验的的的的焊焊焊焊缝缝缝缝允允允允许许许许存存存存在在在在的的的的缺缺缺缺陷陷陷陷较较较较多，故其抗拉强度为母材强度的多，故其抗拉强度为母材强度的多，故其抗拉强度为母材强度的多，故其抗拉强度为母材强度的85%85%，当受拉时要求计算。，当受拉时要求计算。，当受拉时要求计算。，当受拉时要求计算。（如如果果焊焊缝缝中中不不存存在在任任何何缺缺陷陷，焊焊缝缝金金属属的的强强度度是是高高于于母母材材的的。但但由由于于焊焊接接技技术术问问题题，焊焊缝缝中中可可能能有有气气孔孔、夹夹渣渣、咬咬边边、未未焊焊透透等等缺缺陷陷。实实验验证证明明，焊焊接接缺缺陷陷对对受受压压、受受剪剪的的对对接接焊焊缝缝影影响响不不大大，故故可可认认为为受受压压、受受剪剪的的对对接接焊焊缝缝与与母母材材强强度度相相等等，但但受受拉拉的的对对接接焊焊缝缝对对缺缺陷陷甚甚为为敏敏感感。当当缺缺陷陷面面积积与与焊焊件件截截面面积积之之比比超超过过5%5%时时，对对接接焊焊缝缝的的抗抗拉拉强强度度将明显下降将明显下降。）。）1 焊透的对接焊缝的计算焊透的对接焊缝的计算(1)(1)轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝轴心受力的轴心受力的三级质量检验的对接焊缝，按下式计算：对接焊缝，按下式计算：342 对接焊缝的计算对接焊缝的计算1 焊透的对接焊缝的计算焊透的对接焊缝的计算说明说明：如果用直缝不能满足强度要求时，可采用如图3.36(b)所示的斜对接焊缝。计算证明，焊缝与作用力间的夹角满足 tg1.5时，斜焊缝的强度不低于母材强度，可不再进行验算（留为思考题）（留为思考题）（留为思考题）（留为思考题）。(2)承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝oo下下下下图图图图所所所所示示示示是是是是对对对对接接接接接接接接头头头头受受受受到到到到弯弯弯弯矩矩矩矩和和和和剪剪剪剪力力力力的的的的共共共共同同同同作作作作用用用用，由由由由于于于于焊焊焊焊缝缝缝缝截截截截面面面面是是是是矩矩矩矩形形形形，正正正正应应应应力力力力与与与与剪剪剪剪应应应应力力力力图图图图形形形形分分分分别别别别为为为为三三三三角角角角形形形形与与与与抛抛抛抛物物物物线线线线形形形形，其其其其最最最最大大大大值值值值应应应应分分分分别别别别满满满满足足足足下下下下列列列列强度条件强度条件强度条件强度条件：(2)承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝2 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝说明说明说明说明：当受力很小，焊缝主要起联系作用；或焊缝受力虽然较大，但采用焊透的对接焊缝将使强度不能充分发挥时，可采用不焊透的对接焊缝。比如用四块较厚的板焊成箱形截面的轴心受压构件，显然用图3.39(a)所示的焊透对接焊缝是不必要的；如采用角焊缝图3.39(b)，形又不平整；采用不焊透的对接焊缝图3.39(c)，可以省工省料，较为美观大方。要要要要求求求求：部部分分焊焊透透的的对对接接焊焊缝缝必必须须在在设设计计图图上上注注明明坡坡口口的的形形式和尺寸。式和尺寸。坡坡口口形形式式分分V形形、单单边边V形形和和U形形，由由下下图图可可见见，不不焊焊透透的的对对接接焊焊缝缝可可视视为为在在坡坡口口内内焊焊接接的的角角焊焊缝缝，故故其其强强度度计计算算方方法法与与前前述述直直角角角角焊焊缝缝相相同同，但但偏偏安安全全地地取取 =1.0。其其焊焊缝缝有有效效高度和高度和焊缝根部至焊缝表面焊缝根部至焊缝表面(不考虑余高不考虑余高)的最短距离的最短距离S S相关相关 2 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝 对对U形形和和坡坡口口角角度度 60的的V形形坡坡口口，焊焊缝缝有有效效厚厚度度he=S；但但对对于于 60的的V形形坡坡口口焊焊缝缝，考考虑虑到到焊焊缝缝根根部部处处不不易易焊焊满满，因因而而将将he降降低低，即即he=0.75S；对对单单边边V形形坡坡口口焊焊缝缝则则取取he=S3mm。2 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝o 当当熔熔合合线线处处焊焊缝缝截截面面边边长长等等于于或或接接近近于于最最短短距距离离S S时时 下下图图 (b)b)、(c)(c)、(d)(d)，应应验验算算焊焊缝缝在在熔熔合合线线上上的的抗抗剪剪强度，其强度设计值取强度，其强度设计值取0.90.9倍角焊缝的强度设计值。倍角焊缝的强度设计值。o 部部分分焊焊透透对对接接焊焊缝缝的的最最小小有有效效厚厚度度为为1.5 1.5 ，t t为为坡口所在焊件的较大厚度坡口所在焊件的较大厚度(单位取单位取mm)mm)。2 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝35 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形351 焊接应力的分类和产生的原因焊接应力的分类和产生的原因 焊焊接接连连接接因因方方便便快快捷捷，在在钢钢结结构构工工程程中中得得到到了了广广泛泛使使用用，但但因因为为施施焊焊过过程程中中不不均均匀匀温温度度场场的的存存在在，会会产产生生两类问题：两类问题：o焊焊接接残残余余应应力力：对对结结构构和和构构件件的的力力学学性性能能及及承承载载力力产产生生不不利利影影响响。种种类类有有有有沿沿焊焊缝缝长长度度方方向向的的纵纵向向焊焊接接应应力力，垂垂直直于于焊焊缝缝长长度度方方向向的的横横向向焊焊接接应应力力和和沿厚度方向的焊接应力。沿厚度方向的焊接应力。o焊接残余变形焊接残余变形：构件外形发生扭曲：构件外形发生扭曲 这这两两类类问问题题都都直直接接影影响响到到结结构构的的安安全全和和正正常常使使用用，因此必须防止和考虑其不利影响。因此必须防止和考虑其不利影响。351 焊接应力的分类和产生的原因焊接应力的分类和产生的原因1 纵向焊接应力纵向焊接应力焊接过程是一个焊接过程是一个不均匀加热和冷却的不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，过程。在施焊时，焊件上产生焊件上产生不均匀不均匀不均匀不均匀的温度场的温度场的温度场的温度场，焊缝及，焊缝及其附近温度最高，其附近温度最高，可达可达1600以上，以上，而邻近区域温度而邻近区域温度则急剧下降则急剧下降(图图3.41)。1 纵向焊接应力纵向焊接应力（和焊缝轴线方向平行）（和焊缝轴线方向平行）（和焊缝轴线方向平行）（和焊缝轴线方向平行）升升升升温温温温过过过过程程程程中中中中，不不不不均均均均匀匀匀匀的的的的温温温温度度度度场场场场产产产产生生生生和和和和焊焊焊焊缝缝缝缝轴轴轴轴线线线线方方方方向向向向平平平平行行行行的的的的不不不不均均均均匀匀匀匀膨膨膨膨胀胀胀胀。温度高的钢材膨胀大，但受到两侧温度较低、膨胀量较小的钢材所限制，产生了热热态态塑塑性压缩性压缩，但不产生应力但不产生应力但不产生应力但不产生应力。冷冷冷冷却却却却过过过过程程程程中中中中时时时时，被被被被热热热热塑塑塑塑性性性性压压压压缩缩缩缩的的的的焊焊焊焊缝缝缝缝要要要要本本本本能能能能性性性性缩缩缩缩短短短短，但但但但两两两两侧侧侧侧有有有有刚刚刚刚度度度度的的的的钢钢钢钢材材材材会会会会阻阻阻阻止止止止其其其其收收收收缩缩缩缩，从从从从而而而而在在在在焊焊焊焊缝缝缝缝附附附附近近近近产产产产生生生生纵纵纵纵向向向向拉拉拉拉应应应应力力力力。在在低低碳碳钢钢和和低低合合金金钢钢中中，这这种种拉拉应应力力经经常达到钢材的屈服强度常达到钢材的屈服强度。焊焊接接应应力力是是一一种种无无荷荷载载作作用用下下的的内内应应力力，因因此此会会在在焊焊件件内内部部自自相相平平衡衡，这这就就必必然然在在距距焊焊缝缝稍稍远远区区段段内内产产生生压应力压应力图图3.41(c)。1 纵向焊接应力纵向焊接应力（和焊缝轴线方向平行）（和焊缝轴线方向平行）（和焊缝轴线方向平行）（和焊缝轴线方向平行）2 横向焊接应力横向焊接应力（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）横横向向焊焊接接应应力力产产生生的的原因有二：原因有二：由由于于焊焊缝缝焊焊完完后后，整整体体上上要要发发生生纵纵向向收收缩缩，使使两两块块钢钢板板形形成成反反方方向向的的弯弯曲曲变变形形，但但焊焊缝缝已已将将两两块块钢钢板板连连成成整整体体，不不能能分分开开，于于是是两两块块板板之之间间产产生生横横向向拉拉应应力力，而而两两端端则则产产生生压压应力应力图图(b)。2 横向焊接应力横向焊接应力（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）横向焊接应力产生的原因有二：横向焊接应力产生的原因有二：由由于于先先焊焊的的焊焊缝缝已已经经凝凝固固，阻阻止止后后焊焊的的焊焊缝缝在在横横向向自自由由膨膨胀胀，使使其其发发生生横横向向的的热热塑塑性性压压缩缩。当当焊焊缝缝冷冷却却时时，后后焊焊焊焊缝缝的的收收缩缩受受到到已已凝凝固固的的焊焊缝缝限限制制而而产产生生横横向向拉拉应应力力，而而先先焊焊部部分分则则产产生生横横向向压压应应力力，因因应应力力自自相相平平衡衡，更更远远处处 的的 焊焊 缝缝 则则 受受 拉拉 应应 力力 图图3.42(c)。横向焊接应力为上述两种原横向焊接应力为上述两种原因产生的合应力因产生的合应力 图图(d)。3 厚度方向的焊接应力厚度方向的焊接应力在在厚厚钢钢板板的的焊焊接接连连接接中中，焊焊缝缝需需要要多多层层施施焊焊。因因此此，除除有有纵纵向向和和横横向向焊焊接接应应力力外外，还还存存在在着着沿沿钢钢板板厚厚度度方方向向的的焊焊接接应应力力(图图3.43)。这这三三种种应应力力形形成成同同号号三三向向应应力力，将将大大大大降降低低连连接的塑性。接的塑性。352 焊接应力对结构性能的影响焊接应力对结构性能的影响1 1 对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响 对对对对常常常常温温温温下下下下具具具具有有有有一一一一定定定定塑塑塑塑性性性性的的的的钢钢钢钢材材材材，焊焊焊焊接接接接应应应应力力力力不不不不影影影影响响响响结结结结构构构构静静静静力力力力强度强度强度强度。设设轴轴心心受受拉拉构构件件在在受受荷荷前前(N=0)截截面面上上就就存存在在纵纵向向焊焊接接应应力，并假设其分布如图力，并假设其分布如图(a)所示。所示。352 焊接应力对结构性能的影响焊接应力对结构性能的影响1 1 对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响在在轴轴心心力力N作作用用下下，部部分分截截面面的的焊焊接接拉拉应应力力已已达达屈屈服服点点，应应力力不不再再增增加加，如如果果钢钢材材具具有有一一定定的的塑塑性性，拉拉力力N就就仅仅由由受受压压弹弹性性区区承承担担。两两侧侧受受压压区区应应力力由由原原来来受受压压逐逐渐渐变变为为受受拉拉，最最后后应应力力也也达达到到屈屈服服点点，这这时时全全截截面面应应力力都都达达到到屈屈服服点点图图(b)。可见有无焊接应力，结构的最终强度承载力都为可见有无焊接应力，结构的最终强度承载力都为Btfy2 对结构刚度的影响对结构刚度的影响o13 对低温冷脆的影响对低温冷脆的影响o在在厚厚板板或或具具有有交交叉叉焊焊缝缝(图图3.45)的的情情况况下下，将将产产生生三三向向焊焊接接拉拉应应力力，阻阻碍碍了了塑塑性性变变形形的的发发展展，增增加加了了钢钢材材在在低低温温下下的的脆脆断断倾倾向向。因因此此，降降低低或或消消除除焊焊缝缝中中的的残残余余应应力力是是改改善善结结构构低低温温冷冷脆脆性能的重要措施之一。性能的重要措施之一。在在焊焊缝缝及及其其附附近近的的