焊接(角焊缝)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、角焊缝的形式和构造,1,、角焊缝的形式,(,按两焊脚边的夹角分,),（,1,）直角焊缝,（,a,）,普通焊缝 （,b,）,平坡焊缝,（,c,）,深熔,(,凹,),焊缝,一般采用（,a,）。,但（,a,）,应力集中较严重，在承受动力荷载时采用（,b,）、（,c,）。,a),c),b),直角,斜角,45,B,A,C,E,D,h,f,h,f,h,e,图中，,h,f,焊脚尺寸，,h,e,焊缝有效厚度。,并有，,h,e,=0.7h,f,，,h,e,总是,45,0,斜面上的最小高度。,直角焊缝：,=90,0,a),普通焊缝,b),平坡焊缝,c),凹焊缝,普通焊缝：,两焊脚尺寸都等于,h,f,，,常用。但应力集中较严重,（材料突变严重）。,平坡焊缝：,是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至,1.5h,f,而成。易焊，应,力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。,凹焊缝：,两边的焊缝宽度被加宽成凹面，应力集中小，用于受,动荷的结构中可提高疲劳强度，但手工焊费工。,a,b,（,2,）斜角角焊缝,我们主要讨论直角焊缝,（,d,）,斜锐角焊缝,d),e),（,e,）,斜钝角焊缝,f),（,f,）,斜凹面角焊缝,两焊边夹角,90,或,135,或,6mm,时,，,h,f,max,t-(1,2)mm,当,t6mm,时,，,h,f,max,t,h,f,t,t,1,t,1,t,t,t,1,h,f,贴边焊缝,（,2,）最小焊脚尺寸,为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，,h,f,min,还,应满足以下要求:,式中,:,t,较厚焊件厚度,另外,：对埋弧自动焊,h,f,min,可减小,1mm,;,对,T,形连接单面角焊缝,h,f,min,应增加,1mm,;,当,t4mm,时,h,f,min,=t,取整,mm,数，小数点以后只进不舍。,h,f,t,t,1,t,1,t,（,3,）设计焊角尺寸,h,f,应满足,（,1,）侧面角焊缝的最大计算长度,2,、焊缝计算长度的构造要求,侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均两端大而中间小。焊缝越长，应力集中越显著。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；但是当焊缝长度超过某一限值后，可能首先在焊缝两端发生破坏而逐渐向中间发展，最终导致焊缝破坏。,当实际长度大于以上限值时，计算时超出部分不予考虑；但当内力沿侧焊缝全长分布时，,l,w,不受此限制,.,故侧面焊缝计算长度：,（,2,）侧面角焊缝的最小计算长度,对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起灭弧坑相距太近，使焊缝不可靠。焊缝越短应力集中也越严重，故根据经验，规定：,此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。,（,3,）侧面角焊缝的计算长度,（,1,）当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：,3,、搭接连接的构造要求,N,N,l,w,2h,f,2h,f,N,N,l,2,l,1,b,钢板拱曲,试验结果表明，连接的承载力与,b,/,l,w,有关。当,b,/,l,w,1,时，连接承载力随比值增大明显下降，这是由于,应力传递的过分弯折而使构件中应力不均所致，为防止连接强度过分降低，规范规定：,b,/,l,w,1,为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求：,b16t,（,t 12mm,）,或,190mm,（,t12mm,）,式中：,b,为两侧焊缝的距离；,l,w,为侧焊缝计算长度；,t,为较薄焊件的厚度。,（,2,）,在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的,5,倍，且不得小于,25mm,。,（,3,）当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊,2h,f,。避开起落弧发生在转角处的应力集中。,t,1,t,2,（,t,1,t,2,）,2h,f,2h,f,2h,f,焊缝绕角,2h,f,二、角焊缝连接的基本计算公式,1,、应力分析,焊缝是一个块体，应力状态复杂，计算时把直角三角形以外的部分去掉，按有效厚度,h,e,确定最危险截面（顺着焊缝方向的平面），通常称为,有效截面,。,h,f,d,c,b,a,d,c,b,a,h,e,h,f,h,f,h,f,h,e,有效截面,焊缝两焊脚面交线（,aa,）,与有效厚度,h,e,组成的截面（下图中,add,a,）。,（,1,）侧焊缝,这些剪应力实际分布不均。试验表明两头大中间小。考虑到出现塑性后应力重分布，,规范规定,在焊缝长度范围内按均匀分布计算。,N,N,N,N,有效截面上只有与焊缝长度方向平行的剪应力,。,（,2,）端（正面）焊缝,N/2,B,2,N,A,B,1,N/2,a,b,c,N/2,B,2,N,A,N/2,N/2,有效截面上与焊缝长度方向垂直的正应力,和剪应力,。,正面角焊缝刚度大，破坏时变形小，强度比侧缝高，但塑性变形能力比侧缝小，常呈脆性破坏。,（,3,）一般受力的焊缝,F,N,V,作用在,T,型连接焊缝上的一般力,N,，,可以分解为平行于焊缝方向的力,V,和垂直于的焊缝方向力,F,。,f,分解为：,和,。,V,产生,；,F,产生,f,，,有效截面上有：,、,、,。,f,=,2,、 角焊缝的强度,（,1,）有效截面上的应力状态,前面已经说明：最一般情况（同时有端焊缝，侧焊缝性质的一般受力焊缝），有效截面上有三个应力,、,、,。,正应力，与焊缝长度方向（,x,）,面外垂直,剪应应，与焊缝长度方向（,x,）,面内平行,剪应力，与焊缝长度方向（,x,）,面内垂直,x,y,z,d,c,d,c,a,a,h,e,角焊缝强度条件一般表达式：,P43,（,2-12,）,三、角焊缝连接的计算,1,、受轴心力作用时的计算, 侧焊缝,作用力平行于焊缝长度方向的角焊缝,d,N,a,d,c,c,a,x,l,w,h,e,N,N,（,2-14,）, 端焊缝,作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝,y,z,a,d,c,d,c,a,h,e,f, 两方向力综合作用的角焊缝,N,f,正面角焊缝的强度设计值提高系数，对承受静力荷载或间接动力荷载的结构取,1.22,，对直接承受动力荷载的结构取,1.0,。,周围角焊缝（三面围焊，菱形）,例,设计如图所示一双盖板的对接接头。已知钢板截面,250x14 ,盖板截面为,2-200x10,受轴心力,N=700kN,（,静荷载），钢材,Q235,，,手工焊，焊条,E43,型。,解：确定焊缝的焊脚尺寸,h,f,h,fmax,=t-(12)mm=10-(12)mm=89mm,（施焊时一般难以焊满整个厚度）,且,h,fmax,h,f,min,=1.5(t,max,),0.5,=5.6mm,（防止冷却过快产生淬硬组织）所以,h,f,取,8mm,N,N,N,N,a),1,、采用侧面角焊缝,因用双盖板，接头一侧共有,4,条焊缝，每条焊缝所需计算长度为：,N,N,N,N,a),盖板总长：,L,（,200+28,）,2+10=442mm,取,L,450mm,2,、采用三面围焊,N,N,N,N,正面角焊缝所能承担的内力,N,为：,接头一侧所需侧缝的计算长度为：,盖板总长：,L,（,73.3+8,）,2+10=172.6mmm,取,180mm.,在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用,L,形围焊。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。,如左图钢桁架节点，弦杆和腹杆采用双角钢组成的,T,形截面，腹杆通过节点板与弦杆连接。,6-110,10-150,6-110,10-150,8,170,190,130,120,285 25,2,、角钢连接的角焊缝计算,（,1,）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算,K,1,、,K,2,焊缝内力分配系数；,N,1,、,N,2,分别为角钢肢背和肢,尖传递的内力。,肢背焊缝,肢尖焊缝,x,x,l,w1,l,w2,N,N,1,N,2,c,b,角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数,0.35,0.65,不等边角钢,（长边相连）,0.25,0.75,不等边角钢,（短边相连）,0.3,0.7,等边角钢,肢尖,k,2,肢背,k,1,内力分配系数,截面及连接情况,设计时先,假定,正面角焊缝的焊脚尺寸,h,f,3,，,并求出它所分担的内力,N,3,：,通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝,分担的内力,为,:,x,x,l,w1,l,w2,N,N,1,N,2,c,b,N,3,（,2,）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算,利用前面,l,w1,、,l,w2,表达式可得,肢背、肢尖焊,缝的计算长度。,肢背焊缝,肢尖焊缝,x,x,l,w1,N,N,1,c,b,N,3,（,3,）角钢用,“,L,”,型焊缝与节点板连接的焊缝计算,令,N,2,0,，由式 ，得,：,L,形围焊角焊缝计算公式为：,若求出得,h,f3,大于,h,fmax,则不能采用,L,形围焊,由水平平衡关系，得：,未采用绕角焊时,采用绕角焊时,【,例,】,试确定下图所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢为,212510,与厚度为,8mm,的节点板连接,其肢背搭接长度为,300mm,焊脚尺寸均为,h,f,=8mm,钢材为,Q235B,手工焊,焊条为,E43,型。,由公式可知,：,肢背角焊缝所能承受的内力 为：,【,解,】,角焊缝强度设计值 ，角焊缝内力分配系数 ，正面角焊缝长度 ，则正面角焊缝能承担的内力 为：,由此可算出肢尖焊缝的长度为,：,由公式计算肢尖焊缝承受的内力 为：,3,、弯矩、剪力和轴心力共同作用下的,T,形连接角焊缝计算,b),1,a),形心,M,N,V,o,1,有效截面,A,A,B,B,焊缝受,M,、,V,、,N,作用,a),形心,M,N,V,o,1,有效截面,c),X,X,l,w,剪力,V,与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用的状态，在有效截面上产生均匀分布剪应力,。,轴力,N,与焊缝轴线垂直，形,成垂直于焊缝方向的均匀分布应,力,f,N,。,f,=,在,弯矩,M,作用下，有效截面上产生垂直,于焊缝方向且按三角形分布的应力,M,W,角焊缝有效截面绕,x,轴（图,）,的抵抗矩。,b),1,a),形心,M,N,V,o,1,有效截面,A,A,B,B,c),X,X,l,w,有效截面,在,“,1,”,点处，有垂直于焊缝长度方向,的最大应力,f,，,且,形心,M,N,V,o,1,1,例,设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝（周边围焊），并验算角焊缝强度。钢材,Q235,，,手工焊，焊条,E43,型。偏心力,N=400kN,（,间接动力荷载引起），,e=25cm,。,N,V,M,a),b),c),分 析,焊脚尺寸根据经验拟定；,这是一个只有弯矩和剪力作用的问题。,剪应力由两条竖向焊缝（牛腿腹板焊缝）承受。,计 算, 确定焊缝强度设计值,f,f,w,查,规范,得,f,f,w,=160N/mm,2,作用在焊缝上的力,V=N=40010,3,N,M=Ne=4002510,4,=1000010,4,N,mm,拟定焊脚尺寸,h,f,考虑到牛腿腹板厚为,10mm,，,受,间接动力荷载,。,设计,h,f,=8mm,，,并将所有焊脚尺寸取相同值。, 计算焊缝截面抗剪面积,A,f,、,惯性矩,I,x,N,V,M,a),A,f,= 0.7,8,360,2=4032,mm,2,I,x,= 0.7,8,200(205.6-5.6/2),2,2,+ 0.7,8(95-5.6)(180-5.6/2),2,4,+ 0.7,8,360,3,2/12,= 19897,10,4,mm,4,确定危险点，计算危险点应力,由应力分布图知，腹板上端焊缝和翼缘下,侧焊缝交点最危险，该点至中性轴距离为,y=180mm,。,各项应力为：,b),强度满足要求,c),例,设计图中节点板和预埋钢板间的角焊缝。,偏心力,P=150kN,（,静荷,载）。钢材,Q235,，,手工,焊，焊条,E43,型。,100,100,20,P,4,5,3,V,N,M,节点板,预埋钢板,分 析,焊脚尺寸根据经验拟定；,荷载,P,不通过焊缝截面形心，使焊缝受轴力,N,、,剪力,V,、,弯矩,M,。,属于,角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用的情形。,计 算, 确定焊缝强度设计值,f,f,w,查,规范,得,f,f,w,=160N/mm,2,作用在焊缝上的力,N=3P/5=3150/5=90kN,V=4P/5=4150/5=120kN,M=Ne=902=180kN-cm,拟定焊脚尺寸,h,f,考虑到连接板件厚度为,10mm,，,受静力荷载。取,h,f,=8mm,。,确定危险点，计算危险点应力,焊缝下端点最危险，该点各项应力为：,100,100,20,焊缝强度富裕量较大是因为节点板尺寸较大的缘故，而节点板尺寸通常由其它构造要求决定。,(A)220 (B)240 (C)305 (D)335,【,例,】,如图所示节点连接，钢材为,Q235B,，焊条为,E43,型，手工焊。连接受斜向静拉力设计值,566kN,节点板与主构件采用双面角焊缝连接,h,f,=8mm,则角焊缝的实际长度,l,1,(mm),与下列何项数值最为接近。,l,1,/2,l,1,/2,节点板,t=12mm,566kN,H,V,【,解,】,将斜向拉力分解后可知，此,T,形连接的角焊缝同时承受拉力,H,（水平分力）和剪力,V,（竖向分力）作用,其中,H=V= =400kN,。,由式（,3.6,）得：,经换算得焊缝的计算长度,为,故角焊缝的实际长度 为,：,故选（,C,）,1,、焊接残余变形的种类,在焊接过程中，由于不均匀加热和冷却收缩，势必使构件产生局部鼓曲、 歪曲、弯曲或扭转等。焊接变形的基本形式有,：,纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等,。,实际的焊接变形常常是几种变形的组合。,纵向及横向收缩,角变形,弯曲变形,扭曲变形,波浪变形,一、现象和及其产生的原因,焊接残余变形和残余应力,2,、应力分布,焊接残余应力是一组自平衡应力（拉压平衡）。,3,、产生原因,不均匀降温。,二、焊接变形对结构性能的影响,焊接变形若超出验收规范规定，需花许多工时去矫正；,影响构件的尺寸和外形美观，还可能降低结构的承载,力，引起事故。,三、减小焊接应力和焊接变形的措施,1.,设计方面的措施,推荐,不推荐,推荐,不推荐,（,1,）合理安排焊缝的位置,（对称布置焊缝可减小焊接变形）,（,4,）尽量避免母材在厚度方向的收缩应力,（,2,）合理的选择焊缝的尺寸和形式,（,3,）尽量避免焊缝的过分集中和交叉,推荐,不推荐,推荐,不推荐,切角,推荐,不推荐,易引起层状撕裂,2、工艺上的措施,（,1,）采用合理的施焊顺序,分块拼接,1,2,3,4,5,分段退焊,5 4 3 2 1 1 2 3 4 5,8 7 7 8,6 6,I,II,III,对角跳焊,1,2,3,4,沿厚度分层焊,III,II,I,（,2,）采用反变形处理,（,3,）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理,焊前反变形,