角焊縫的構(gòu)造和計算

1、3.3角焊縫的構(gòu)造和計算角焊縫的形式和強(qiáng)度角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為：正面角焊縫、側(cè)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(cè)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結(jié)構(gòu)中，為了減少應(yīng)力集中，提高構(gòu)件的抗疲勞強(qiáng)度，側(cè)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(dāng)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)

2、定在直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)（如吊車梁）中，側(cè)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(yīng)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(nèi)力方向）。兩焊腳邊的夾角a>90?；騛<90。的焊縫稱為斜角角焊縫，斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。對于夾角”>135?；騛<60。的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，不宜用作受力焊縫。大量試驗結(jié)果表明：側(cè)面角焊縫（圖3.12）主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低（E=0.7X1051X105N/mm2,強(qiáng)度也較低。由于傳力線通過側(cè)面角焊縫時產(chǎn)生彎折，因而應(yīng)力沿焊縫長度方向的分布不均勻，呈兩端大

3、中間小的狀態(tài)，焊縫越長，應(yīng)力分布不均勻性越顯著。但在在接近塑性工作階段時，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，可使應(yīng)力分布的不均勻現(xiàn)象漸趨緩和。即分布不均勻，且不均勻程度隨的增大而增加，破壞常在兩端開始，再出現(xiàn)裂紋后很快沿焊縫有效截面迅速斷裂03.12側(cè)焊縫的應(yīng)力正面角焊縫（圖3.13）受力復(fù)雜，截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)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(dāng)于裂縫的尖端，故焊根處存在著很嚴(yán)重的應(yīng)力集中。與側(cè)面角焊縫相比，正面角焊縫的剛度較大（彈性模量E-1.5X105N/mm2）,強(qiáng)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(yīng)力狀態(tài)比側(cè)面角焊縫復(fù)雜，兩焊腳邊均有拉、

4、壓應(yīng)力和，在焊縫根部存在應(yīng)力集中，裂紋首先在此處產(chǎn)生，斷裂面可近似地假定在有效截面。斜焊縫的受力性能和強(qiáng)度值介于正面角焊縫和側(cè)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。電圖3.13正面角焊應(yīng)力狀強(qiáng)角焊縫的構(gòu)造要求1、最大焊腳尺寸%小為了避免焊縫區(qū)的基本金屬“過熱”，減小焊件的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，除鋼管結(jié)構(gòu)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）oh7nMi_12%.工J，當(dāng)(12rnrr)下一|一當(dāng)X嘲皿門曲燒"1.2L虹2b)4.21'(b)圖3.14最大焊腳尺寸對板邊施焊，為防止唆邊，為由尚應(yīng)滿足下列

5、要求：當(dāng)t.>6imru%皿=士.(12)當(dāng)"06mm：為胴=%如果另一焊件厚度F<f時，還應(yīng)滿足由Wl.2f的要求,2、最小焊腳尺寸左即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(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開裂。手工焊：儲石=13及=(取整毫米數(shù))自動焊因溶深較大：與強(qiáng)=L5瓦二-1T形連接的單面角焊縫：U飛仁+1當(dāng)焊件厚才工4mm時，取為皿="3、不等焊腳尺寸的構(gòu)造要求角焊縫的兩焊腳尺寸一般為相等。當(dāng)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)

6、o4、側(cè)面角焊縫的最大計算長度'wmax承受靜荷載或間接動力荷載時：/承受動力荷載：'”當(dāng)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(nèi)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(yán)重，且弧坑太近，還有其他可能產(chǎn)生的缺陷。幾行=S與且去4.Q曲n.6、搭接連接的構(gòu)造要求當(dāng)板件端部僅有兩條側(cè)面角焊縫連接時（圖3.15）:bfiwb<16t<t>！mm）或2O.Qm（£為較薄焊件的厚度。當(dāng)僅有兩條正面焊縫時：搭接長度手5二帚且至25mm（圖3.16）o圖3,1b焊

7、罐長度及兩側(cè)焊縫間挺桿件端部搭接采用圍焊（包括三面圍焊、L形圍焊）時，轉(zhuǎn)角處截面突變會產(chǎn)生應(yīng)力集中，如在此處起滅弧，可能出現(xiàn)弧坑或咬邊等缺陷，從而加大應(yīng)力集中的影響，故所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連接施焊。對于非圍焊情況，當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，可連續(xù)地作長度為2F的繞角焊（圖3.15）o圖3.16搭委連接直角角焊縫強(qiáng)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。圖3.17角焊縫的截面/務(wù)一探錠厚廢；為一烽腳尺寸：8-烽蹩有數(shù)厚度（埠雇鄰校&一焙探；L一凸度：d一岸跣：*一岸根直角角焊縫在各種應(yīng)力

8、綜合作用下的計算式為：(3,1)式中按焊縫有效截面（helw）計算，垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力；按焊縫有效截面（helw）計算，沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力；1.正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值增大系數(shù)，對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，凡=1.22;直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)凡=1.0。（由于正面角焊縫的剛度大，韌性差，應(yīng)將其強(qiáng)度降低使用。）一一角焊縫的抗拉、抗剪和抗壓強(qiáng)度設(shè)計值。（1）力與焊縫長度方向平行側(cè)縫：】=0;假定：名均勻分布（3.2）（2）力與焊縫長度方向垂直正縫：=0=0;假定：齒均勻分布（3）斜向力（即不平行也不垂直于焊縫長度方向）只要將焊縫應(yīng)力分解為垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力/和平行于焊縫長

9、度方向的應(yīng)力q,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（1）用蓋板的對接連接承受軸心力（拉力或壓力）時，當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫中心時，可認(rèn)為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。N-»LhH-wi_n1I11“；I11Ii117I圖3,18受軸心力的蓋板連拱圖3.18的連接中：當(dāng)只有側(cè)面角焊縫時，按式（3.2）計算；當(dāng)只有正面角焊縫時，按式（3.3）計算；當(dāng)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(dān)的內(nèi)力:式中以連接一側(cè)正面角焊縫計算長度的總和。再由力（M-W）計算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度:（3.4）式中方*連接一側(cè)的側(cè)

10、面角焊縫計算長度的總和例3.1試設(shè)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=16mni該連接承受靜態(tài)軸心力N=1400kN（設(shè)計值），鋼材為Q235B手工焊，焊條為E43型。圖3.19例3.1圖窗角焊縫的焊腳尺寸加應(yīng)根據(jù)板件厚度確定=t-(l2)=16-(12)=1415mm*=1.5=1.5728="9nun取加二10mm,查附錄表1.2得角焊縫強(qiáng)度設(shè)計值；=160Nmm2。(1)采用兩面?zhèn)群笗r圖3.19(a)£1=w1400x1030.7x10x160焊縫總長度=1250iinn一條焊縫的實際長度一,H1八0Q=

11、+2/=+20=333nnn<60%=60x10=600iiun44蓋板長度L=21f+10=2x333+10=676nnn,取6somm。w選定拼接蓋板寬度b=240mm,貝ll:A-240x2x16=7680mii>A-2"0x28="560iiun2滿足強(qiáng)度要求。根據(jù)構(gòu)造要求可知:b240iniii<1=313niiii且b<16t=16x1625611HH滿足要求，故選定拼接蓋板尺寸為6S011UHx2-h.hinuxl6minoC2）采用三面圍焊時圖3.19出）端面角焊縫承擔(dān)NfN=2£M7=2x0.7xl0xL22x240=65

12、5870N側(cè)面角焊縫承擔(dān)M，焊縫長度計算EM1400000-65580.££=664mm*0二%0.7x10x160一條焊域長度/1-4-+10=176nun?取為180mm。47.I蓋板長度L述=U：+a=2xlS0+10=370imn選定拼接蓋板尺寸為【Otiimx240imuxl6tmiu例3.1完二（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分解為垂直于焊縫和平行于焊縫的分力M=N”,風(fēng)二強(qiáng)加8并計算應(yīng)力：(3.5)CX=JVcos0代入式（3.1）驗算角焊縫的強(qiáng)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

13、連接焊縫一般采用兩面?zhèn)群?，也可采用三面圍焊，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(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。圖3,1口斜向抽心力作用正面.常焊健充分利用其強(qiáng)度H做舊圖上修桁架腹桿與節(jié)點板的連俵采用兩面?zhèn)群笀D3.21(a)為避免角鋼偏心受力，應(yīng)使兩側(cè)焊縫分擔(dān)的、合力恰好通過角鋼的形心線.Nx+N2=NN©_e)=NibM=(3.6)b地=NN=-N=（3.7）b式中N1、N2角鋼肢背和肢尖上的側(cè)面角焊縫所分擔(dān)的軸力e角鋼的形心距。表里？用鋼用焊縫內(nèi)力分配系頰角用類型連接爵式角綱版首用相底尖篝肢1r0,700.30不等肢(短肢雌)L07

14、50.25不善It長版那洋1r0.65035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(dān)的軸心力N3o(3.8)(3.9)%=2x07%附f；由平衡條件地+必+耳="、也=0,可得.弛二2.逑=叫一些i212地=彳一寸=%"一寸(3.10)由強(qiáng)度公式T=1-r<f；肢尖焊罐lv22乂LxO.%f；h=jEwI+10二面圍焊加5m詠例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2匚125X10,與厚度為8mm勺節(jié)點板連接，其月背搭接長度為300mm焊腳尺寸均為hf=8mm,鋼材為Q2

15、35B手工焊，焊條為E43型。(1)端部焊縫埴擔(dān)的力M%=2*0.74Jw渭二=2*0.7x8x1250.22x160=273.3kN(2)肢背焊縫承擔(dān)的力M風(fēng)=2bd=2xO.7x8x(300-8)x160=523.3kN<3)焊縫連接承擔(dān)的力N鵬=擔(dān)=0.67N-233=523.3UN5233+136.70.6N=9%IkN肢尖焊舞承擔(dān)的力M2-竺=0.33x9S工1-136：=lS8,kNJEJ<5>肢尖焊縫長度Js=1"心2x0xSxlbCi+8=114nun2、承受彎矩、軸心力或剪力聯(lián)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

16、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=Nxe的共同作用。焊縫計算截面上的應(yīng)力分布如圖3.23(b)所示，其中A點應(yīng)力最大為控制設(shè)計點。由M郵¥圖承受偏心斜拉力的角焊蜜軸力作用:（3.11）彎矩作用;（3.12）剪力作用;（3.13）且點應(yīng)滿足式(3.1),即:El&>當(dāng)連接直接承受動力荷載作用時，取向=1.0.3、承受扭矩與剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計算V=F和扭矩T=F（e1+e2）作圖3.24所示為采用三面圍焊的搭接連接，該連接角焊縫承受豎向剪力用。計算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時，采用如下假定：(1)構(gòu)件是完全剛性的，角

17、焊縫處于彈性狀態(tài)；r成正(2)角焊縫群上任意一點的應(yīng)力方向垂直于該點與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長度比。圖3.24中，A點與A'點由扭矩T引起的剪應(yīng)力°T最大，焊縫群其他各處由扭矩T引起的剪應(yīng)力TT均小于A點和A'點的剪應(yīng)力，因此A點和A'點為設(shè)計控制點(3.14)由剪力V在焊縫群引起的剪應(yīng)力TV假設(shè)按均勻分布，則在引起的應(yīng)力（b）圖工24受剪力和扭矩作用的角焊縫在扭矩作用下，工點（或Q點）的應(yīng)力為:TrTr匯=4M式中I一焊籟有效截面的極慣性矩，4=4+4。VP郭F將n沿汗軸和y軸分解為:(3.15)(3.16)。Vy為：則A點受到垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力

18、為:沿焊縫長度方向的應(yīng)力為tTx,則A點合應(yīng)力應(yīng)滿足的強(qiáng)度條件為:當(dāng)連接直接承受動態(tài)荷載時，取產(chǎn)F=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(lián)合作用圖工汨工字形梁（或牛腿）的角焊縫連接第一種方法：假設(shè)：剪力由腹板焊縫承擔(dān)；彎矩由全部焊縫承擔(dān)。a）翼緣焊縫最外纖維處的應(yīng)力滿足：4-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(yīng)力；b）腹板焊縫：式中一腹板焊縫有效截面積之和；腹板焊縫的實際長度。則腹板焊縫在A點的強(qiáng)度驗算

19、式為:腹板焊縫即承受垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力又承受平行腹板焊縫長度方向的剪應(yīng)力。第二種方法：H=M/h假設(shè)：腹板焊縫只承受剪力，翼緣焊縫承擔(dān)全部彎矩，此時彎矩M可以化為一對水平力則翼緣焊縫的強(qiáng)度計算公式為：腹板焊舞的強(qiáng)度計算式為:式中心焉個翼緣角焊健的有效截面積；昉上兩條腹板焊縫的有效截面積,例3.3試驗算圖3.26所示牛腿與鋼柱連接角焊縫的強(qiáng)度。鋼材為Q235B,焊條為E43型，手工焊。靜態(tài)荷載設(shè)計值N=365kN,偏心距e=350mm焊腳尺寸hf1=8mm,hf2=6mm圖3.26(b)為焊縫有效截面的示意圖。解豎向力N在角焊縫形心處引起剪力V=N=365k附口彎矩M=Ne=365X0.35=127.8kN?m。(1)考慮腹板焊縫參加傳遞彎矩的計算方法全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩為：a4244映；=2x+2x21x0.j6x20.282+4xl0x0.56xl7.723=19677cm4w12