焊接(角焊缝)

•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°BACEDhfhf图中，hf—焊脚尺寸，he—焊缝有效厚度。并有，he=0.7hf，he—总是450斜面上的最小高度。直角焊缝：=900a)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hf，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1.5hf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。ab（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α90°或α90°的焊缝称为斜角角焊缝。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。对于α135°或α60°斜角角焊缝，除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。按角焊缝与外力的关系可分为：（1）正面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直。（2）侧面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向平行。（3）斜焊缝：作用力方向与焊缝方向斜交。N侧面角焊缝侧面角焊缝正面角焊缝斜焊缝统称为围焊缝角焊缝的构造要求1、焊角尺寸hf的构造要求为了避免因焊脚尺寸过大或过小而引起“烧穿”、“变脆”等缺陷，以及焊缝长度太长或太短而出现焊缝受力不均匀等现象，对角焊缝的焊脚尺寸、焊缝长度还有限制。在计算角焊缝连接时，除满足焊缝的强度条件外，还必须满足以下构造要求。（1）最大焊脚尺寸①为了避免焊缝处局部过热，减小焊件的焊接残余应力和残余变形，除钢管结构除外，hf,max应满足以下要求:若另一焊件厚度t1＜t时，还应满足hf,max≤1.2t1hf,max≤1.2t1式中:t1—较薄焊件厚度。②对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：当t6mm时，hf,max≤t-(1～2)mm当t≤6mm时，hf,max≤thftt1t1＜ttt1hf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，hf,min还应满足以下要求:,min1.5fht式中:t——较厚焊件厚度另外：对埋弧自动焊hf,min可减小1mm;对T形连接单面角焊缝hf,min应增加1mm;当t≤4mm时,hf,min=t取整mm数，小数点以后只进不舍。hftt1t1＜t（3）设计焊角尺寸hf应满足（1）侧面角焊缝的最大计算长度,min,maxfffhhh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，lw不受此限制.fwhl60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：840wflhmm且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：max,wwmin,wlll3、搭接连接的构造要求NNlw2hf2hfNNl2l1b钢板拱曲试验结果表明，连接的承载力与b/lw有关。当b/lw＞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/lw≤1为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求：b≤16t（t12mm）或190mm（t≤12mm）式中：b为两侧焊缝的距离；lw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2hf。避开起落弧发生在转角处的应力集中。1525mmt且t1t2（t1＜t2）2hf2hf2hf焊缝绕角2hf•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he确定最危险截面（顺着焊缝方向的平面），通常称为有效截面。hfdcbadcbahfhfhfhe有效截面——焊缝两焊脚面交线（aa）与有效厚度he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。NNN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/2B2NAB1N/2abcN/2B2NAN/2N/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NV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⊥weflhFwelhN∥=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xyzdcdcaa角焊缝强度条件一般表达式：P43wfffff22（2-12）•三、角焊缝连接的计算1、受轴心力作用时的计算①侧焊缝——作用力平行于焊缝长度方向的角焊缝dNadccaxlwNNwfwefflhN（2-14）②端焊缝——作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝yzadcdcafweflhN③两方向力综合作用的角焊缝wfffff22Nf——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。④周围角焊缝（三面围焊，菱形）wfwefflhN)(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hfhfmax=t-(1~2)mm=10-(1~2)mm=8~9mm（施焊时一般难以焊满整个厚度）且hfmax=1.2tmin=1.2×10=12mm(防止产生较大的残余应力和焊接变形）hfhfmin=1.5(tmax)0.5=5.6mm（防止冷却过快产生淬硬组织）所以hf取8mmNNNNa)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：3.19516087.041070043wfewfhNlmmlw200取NNNNa)盖板总长：L＝（200+2×8）×2+10=442mm,取L＝450mm2、采用三面围焊NNNN正面角焊缝所能承担的内力N’为：NflhNwffwf4372816022.120087.027.02''接头一侧所需侧缝的计算长度为：mmfhNNlwfew3.7316087.044372841070043'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。6-11010-1506-11010-1508170190285252、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K1、K2——焊缝内力分配系数；N1、N2——分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。11beNNkNb肢背焊缝肢尖焊缝22eNNkNb1w1wf1f20.7Nlhf2w2wf2f20.7Nlhfxxlw1lw2NN1N2cb角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数0.350.65不等边角钢（长边相连）0.250.75不等边角钢（短边相连）0.30.7等边角钢肢尖k2肢背k1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hf3，并求出它所分担的内力N3：wfff337.02fbhN通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝分担的内力为:xxlw1lw2NN1N2cbN3（2）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算利用前面lw1、lw2表达式可得肢背、肢尖焊缝的计算长度。11312NkNN肢背焊缝22312NkNN肢尖焊缝xxlw1NN1cbN3（3）角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算令N2＝0，由式，得：L形围焊角焊缝计算公式为：13NNN若求出得hf3大于hfmax,则不能采用L形围焊322NkN由水平平衡关系，得：1w1wf1f3f3wffw320.720.7NlhfNhflw3f3lbh未采用绕角焊时采用绕角焊时w3lb22312NkNN【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2∠125×10,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hf=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：1N【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：KNflhNwfwe3.523160830087.02211KNNNNkN3.33.5223.2737.023113.0,7.021kkmmlw12533NKNflhNwffwe3.27316022.112587.022332/160mmNfwf由此可算出肢尖焊缝的长度为：KN9.9427.07.1363.523N则由公式计算肢尖焊缝承受的内力为：2NKNNNkN2.1467.1369.9423.02322mmfhNlwfew6.89816087.02102.1468232'2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)MfNfllf1a)形心MNVo1有效截面AABBMfNff焊缝受M、V、N作用a)形心MNVo1有效截面c)XXfh7.0fh7.0lw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fN。wfelhVAV7.02f=wfeNflhNAN7.02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MW—角焊缝有效截面绕x轴（图）的抵抗矩。27.026wfMflhMWMb)MfNfllf1a)形心MNVo1有效截面AABBc)XXfh7.0fh7.0lw有效截面627.02wflhW在“1”点处，有垂直于焊缝长度方向的最大应力f，且MfNffwfffNfMff22形心MNVo1MfNfllf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。NVM