角焊縫的構造和計算

1、3.3 角焊縫的構造和計算   角焊縫的形式和強度     角焊縫按其與作用力的關系可分為：正面角焊縫、側面角焊縫、斜焊縫；     正面角焊縫：焊縫長度方向與作用力垂直；     側面角焊縫：焊縫長度方向與作用力平行。     按其截面形式分：直角角焊縫(圖3.10)、斜角角焊縫(圖3.11)。    直角角焊縫通常焊成表面微凸的等腰直角三角形截面圖3.10(a)。在直接承受動力荷載的

2、結構中，為了減少應力集中，提高構件的抗疲勞強度，側面角焊縫以凹形為最好。但手工焊成凹形極為費事，因此采用手工焊時，焊縫做成直線性較為合適圖3.10(a)。當用自動焊時，由于電流較大，金屬熔化速度快、熔深大，焊縫金屬冷卻后的收縮自然形成凹形表面圖3.10(c)。為此規(guī)定在直接承受動力荷載的結構（如吊車梁）中，側面角焊縫做成凹形或直線形均可。對正面角焊縫，因其剛度較大，受動力荷載時應焊成平坡式圖3.10(b)，直角邊的比例通常為1:1.5（長邊順內力方向）。     兩焊腳邊的夾角>90°或<90°的焊縫稱為斜角角焊縫，斜角角

3、焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結構中。對于夾角>135°或<60°的斜角角焊縫，除鋼管結構外，不宜用作受力焊縫。大量試驗結果表明：     側面角焊縫(圖3.12)主要承受剪應力，塑性較好，彈性模量低（E=0.7×1051×105N/mm2），強度也較低。由于傳力線通過側面角焊縫時產生彎折，因而應力沿焊縫長度方向的分布不均勻，呈兩端大中間小的狀態(tài)，焊縫越長，應力分布不均勻性越顯著。但在在接近塑性工作階段時，產生應力重分布，可使應力分布的不均勻現象漸趨緩和。即分布不均勻，且不均勻程度隨 的增大而增加，破壞常在兩端

4、開始，再出現裂紋后很快沿焊縫有效截面迅速斷裂    正面角焊縫(圖3.13)受力復雜，截面中的各面均存在正應力和剪應力。由于傳力時力線彎折，并且焊根處正好是兩焊件接觸面的端部，相當于裂縫的尖端，故焊根處存在著很嚴重的應力集中。與側面角焊縫相比，正面角焊縫的剛度較大（彈性模量E1.5×105 N/mm2），強度較高，但塑性變形要差些。即沿焊縫長度方向分布比較均勻，但應力狀態(tài)比側面角焊縫復雜，兩焊腳邊均有拉、壓應力和 ，在焊縫根部存在應力集中，裂紋首先在此處產生，斷裂面可近似地假定在有效截面。     斜焊縫的受力性能

5、和強度值介于正面角焊縫和側面角焊縫之間。     假定：直角角焊縫的破壞截面在45°截面處，計算是采用有效截面he。  角焊縫的構造要求     1、最大焊腳尺寸      為了避免焊縫區(qū)的基本金屬“過熱”，減小焊件的焊接殘余應力和殘余變形，除鋼管結構外，角焊縫的焊腳尺寸 不宜大于較薄焊件厚度的1.2倍，見圖3.14(a)。        2、最小焊腳尺寸    &#

6、160; 角焊縫的焊腳尺寸 也不能過小，否則焊縫因輸入能量過小，而焊件厚度較大，以致施焊時冷卻速度過快，產生淬硬組織，導致母材開裂。         3、不等焊腳尺寸的構造要求     角焊縫的兩焊腳尺寸一般為相等。當焊件的厚度相差較大且等焊腳尺寸不能符合以上最大焊腳尺寸及最小焊腳尺寸要求時，可采用不等腳焊腳尺寸，見圖3.14(c)。    4、側面角焊縫的最大計算長度      承受靜荷載或間接動力荷載時：  &#

7、160;   承受動力荷載：      當計算長度大于上述限值時，其超過部分在計算中不予考慮，若內力沿焊縫全長分布時，其計算長度不受此限制，如工字形截面梁或柱的翼緣與腹板連接焊縫。     5、角焊縫的最小計算長度      如過小，焊件局部受熱嚴重，且弧坑太近，還有其他可能產生的缺陷。              &#

8、160;       6、搭接連接的構造要求     當板件端部僅有兩條側面角焊縫連接時(圖3.15)：    ， 為較薄焊件的厚度。     當僅有兩條正面焊縫時：搭接長度(圖3.16)。    桿件端部搭接采用圍焊(包括三面圍焊、L形圍焊)時，轉角處截面突變會產生應力集中，如在此處起滅弧，可能出現弧坑或咬邊等缺陷，從而加大應力集中的影響，故所有圍焊的轉角處必須連接施焊。對于非圍焊情況，當角焊縫的端部在構

9、件轉角處時，可連續(xù)地作長度為2 的繞角焊(圖3.15)。  直角角焊縫強度計算的基本公式     圖3.17所示為直角角焊縫的截面。試驗表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在有效截面處（焊喉），故對角焊縫的研究均著重于這一部位。       直角角焊縫在各種應力綜合作用下的計算式為：                  

10、0;      式中 按焊縫有效截面（helw）計算，垂直于焊縫長度方向的應力；         按焊縫有效截面（helw）計算，沿焊縫長度方向的剪應力；         正面角焊縫的強度設計值增大系數，對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結構， =1.22；直接承受動力荷載的結構=1.0 。（由于正面角焊縫的剛度大，韌性差，應將其強度降低使用。）     &

11、#160;   角焊縫的抗拉、抗剪和抗壓強度設計值。     （）力與焊縫長度方向平行      側縫：=0；      假定： 均勻分布                      （）力與焊縫長度方向垂直    正縫： =0；

12、     假定： 均勻分布                   （）斜向力（即不平行也不垂直于焊縫長度方向）     只要將焊縫應力分解為垂直于焊縫長度方向的應力 和平行于焊縫長度方向的應力 ，即可按式(3.1)計算。   各種受力狀態(tài)下直角角焊縫的計算     1、承受軸心力作用時角焊縫連接計算&

13、#160;    （1）用蓋板的對接連接承受軸心力（拉力或壓力）時，當焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫中心時，可認為焊縫應力是均勻分布的。    圖3.18的連接中：     當只有側面角焊縫時，按式(3.2)計算；     當只有正面角焊縫時，按式(3.3)計算；     當采用三面圍焊時，對矩形拼接板，先按式(3.3)計算正面角焊縫所承擔的內力：     

14、60;                            式中 連接一側正面角焊縫計算長度的總和。再由力 計算側面角焊縫的強度：                 &#

15、160;   式中 連接一側的側面角焊縫計算長度的總和。     例3.1試設計用拼接蓋板的對接連接（圖3.19）。已知鋼板寬B=270mm，厚度t1=28mm，拼接蓋板厚度t2=16mm。該連接承受靜態(tài)軸心力N=1400kN(設計值)，鋼材為Q235B，手工焊，焊條為E43型。             (2)承受斜向軸心力的角焊縫連接計算     如圖3.20所示受斜向軸心力的角焊縫連接，將N分解為垂直于

16、焊縫和平行于焊縫的分力，并計算應力：                             代入式(3.1)驗算角焊縫的強度。     （3）承受軸心力的角鋼角焊縫計算     在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點板的連接焊縫一般采用兩面?zhèn)群?，也?/p>

17、采用三面圍焊，特殊情況也允許采用L形圍焊（圖3.21）。     為了避免節(jié)點的偏心受力，各條焊縫所傳遞的合力作用線應與角鋼桿件的軸線重合。       采用兩面?zhèn)群笀D3.21(a)      為避免角鋼偏心受力，應使兩側焊縫分擔的 、 合力恰好通過角鋼的形心線.        式中 N1、N2 角鋼肢背和肢尖上的側面角焊縫所分擔的軸力       

18、;   e角鋼的形心距。    采用三面圍焊圖3.21(b)     先假定正面角焊縫的焊腳尺寸hf3，求出正面角焊縫所分擔的軸心力N3。       例 3.2 試確定圖3.22所示承受靜態(tài)軸心力作用的三面圍焊連接的承載力及肢尖焊縫的長度。已知角鋼為2125×10，與厚度為8mm的節(jié)點板連接，其肢背搭接長度為300mm，焊腳尺寸均為hf=8mm，鋼材為Q235B，手工焊，焊條為E43型。     

19、60;   2、承受彎矩、軸心力或剪力聯合作用的角焊縫連接計算     圖3.23所示的雙面角焊縫連接承受偏心斜拉力N，將N分解為Nx和Ny兩個分力。則角焊縫可看做同時承受軸心力Nx、剪力Ny和彎矩M=Nx e的共同作用。焊縫計算截面上的應力分布如圖3.23(b)所示，其中A點應力最大為控制設計點。            3、承受扭矩與剪力聯合作用的角焊縫連接計算     圖3.24所示為采用三面圍焊的搭接

20、連接，該連接角焊縫承受豎向剪力V=F和扭矩T=F(e1+e2)作用。計算角焊縫在扭矩T作用下產生的應力時，采用如下假定：     （1）構件是完全剛性的，角焊縫處于彈性狀態(tài)；     （2）角焊縫群上任意一點的應力方向垂直于該點與形心的連線，且應力大小與連線長度r成正比。     圖3.24中，A點與A點由扭矩T引起的剪應力T最大，焊縫群其他各處由扭矩T引起的剪應力T均小于A點和A點的剪應力，因此A點和A點為設計控制點。      &#

21、160;             由剪力V在焊縫群引起的剪應力V假設按均勻分布，則在引起的應力Vy為：    則A點受到垂直于焊縫長度方向的應力為：    沿焊縫長度方向的應力為Tx，則A點合應力應滿足的強度條件為：                 當連接直接承受動態(tài)荷載時，取

22、=1.0。    典型問題：工字型牛腿焊縫的計算     對于工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣的角焊縫連接（圖3.25），通常承受彎矩M和剪力V的聯合作用。       第一種方法:      假設: 剪力由腹板焊縫承擔；彎矩由全部焊縫承擔。     a）翼緣焊縫最外纖維處的應力滿足：                       式中  M 全部焊縫所承受的彎矩；         全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩；         h上、下翼緣焊縫有效截面最外纖維之間的距離。     翼緣焊縫僅承受垂直于焊縫長度方向的彎曲應力；    b）腹板焊縫：