鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-鋼結(jié)構(gòu)焊接連接

項(xiàng)目3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)：鋼結(jié)構(gòu)焊接連接上堂課內(nèi)容回憶

項(xiàng)目13鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.鋼結(jié)構(gòu)材料；2.鋼結(jié)構(gòu)焊接連接設(shè)計(jì)；

3.鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接設(shè)計(jì)；

4.

鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件設(shè)計(jì)；5.鋼結(jié)構(gòu)屋架1.鋼結(jié)構(gòu)的連接方法；2.對(duì)接焊接；

3.角焊縫。

第2講

鋼結(jié)構(gòu)焊接連接設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)：重點(diǎn)掌握鋼結(jié)構(gòu)對(duì)接焊接連接設(shè)計(jì)方法；掌握鋼結(jié)構(gòu)角焊縫連接設(shè)計(jì)方法。難點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫連接設(shè)計(jì)；鋼結(jié)構(gòu)角焊縫連接設(shè)計(jì)。..一、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法焊縫連接鉚釘連接螺栓連接普通螺栓連接高強(qiáng)度螺栓連接第2講鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)1、焊縫連接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。構(gòu)造簡(jiǎn)單、不削弱構(gòu)件截面，節(jié)約鋼材、加工方便、易于采用自動(dòng)化操作、連接的密封性好、剛度大。優(yōu)點(diǎn)：焊接殘余應(yīng)力和殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)有不利影響，焊接結(jié)構(gòu)的低溫冷脆問題也比較突出。缺點(diǎn)：

除少數(shù)直接承受動(dòng)載結(jié)構(gòu)的某些連接，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)和橋梁鋼結(jié)構(gòu)。2、鉚釘連接優(yōu)點(diǎn)：塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，適用于直接承受動(dòng)載結(jié)構(gòu)的連接。構(gòu)造復(fù)雜，用鋼量多。缺點(diǎn)：目前已很少采用。3、普通螺栓連接優(yōu)點(diǎn)：用鋼量多。缺點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單、拆裝方便。適用于安裝連接和需要經(jīng)常拆裝的結(jié)構(gòu)。

C級(jí)B級(jí)A級(jí)精制螺栓粗制螺栓Q235鋼（4.6級(jí)）（8.8級(jí)）材料性能等級(jí)45號(hào)鋼35號(hào)鋼Ⅰ類孔Ⅱ類孔1.5～2.0mm0.18～0.25mmⅠ類孔：連接板組裝時(shí)，孔口精確對(duì)準(zhǔn)，孔壁平滑，孔軸線與板面垂直。Ⅱ類孔：質(zhì)量達(dá)不到Ⅰ類孔要求的孔粗制螺栓(C級(jí)):它的制作精度較差，孔徑比栓桿直徑大1.0～1.5mm，便于制作和安裝。粗制螺栓連接，適用于承受拉力，而受剪性能較差。因此，它常用于承受拉力的安裝螺栓連接(同時(shí)有較大剪力時(shí)常另加承托承受)，次要結(jié)構(gòu)和可拆卸結(jié)構(gòu)的抗剪連接，以及安裝時(shí)的臨時(shí)固定。精制螺栓(A級(jí)或B級(jí)):它的制作精度較高，孔徑比栓桿直徑只大0.3-0.5mm，連接的受力性能較粗制螺栓連接好，但其制作和安裝都較費(fèi)工，價(jià)格昂貴，故鋼結(jié)構(gòu)中較少采用。4、高強(qiáng)度螺栓連接包括螺帽和墊圈均采用高強(qiáng)度材料制作.是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)另一種主要的連接方法。高強(qiáng)度螺栓分大六角頭型和扭剪型兩種。

安裝時(shí)通過特別的板手，以較大的扭矩上緊螺帽，使螺桿產(chǎn)生很大的預(yù)拉力。

優(yōu)點(diǎn)：在材料、扳手、制造和安裝方面有一些特殊的技術(shù)要求，價(jià)格較貴缺點(diǎn)：連接緊密、受力良好、耐疲勞、可拆換、安裝簡(jiǎn)單以及動(dòng)力荷載作用下不易松動(dòng)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承壓型連接①高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接

高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力把被連接的部件夾緊，使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的磨擦力，外力通過摩擦力來傳遞。栓孔直徑比螺桿的公稱直徑d大1.5－2.0mm優(yōu)點(diǎn)：同高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接缺點(diǎn)：連接緊密、可拆換、安裝簡(jiǎn)單②高強(qiáng)度螺栓承壓型連接

高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接只利用摩擦傳力這一工作階段，以滑移作為承載能力的極限狀態(tài)。

高強(qiáng)度螺栓承壓型連接起初由摩擦傳力，后期依靠栓桿抗剪和承壓傳力，極限狀態(tài)和普通螺栓連接相同。

同普通螺栓一樣，允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺栓孔之間的承壓來傳力。

栓孔直徑比螺桿的公稱直徑d大1.0－1.5mm二、高強(qiáng)度螺栓連接和普通螺栓連接的主要區(qū)別普通螺栓連接：預(yù)拉力很小，摩擦力忽略不計(jì)，抗剪時(shí)依靠孔壁承壓和栓桿抗剪來傳力。高強(qiáng)度螺栓連接：預(yù)拉力很大，摩擦力很大，抗剪時(shí)全部或部分依靠摩擦來傳力。

摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，特別適用于承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型連接的承載力高于摩擦型，連接緊湊，但剪切變形大，不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。

高強(qiáng)螺栓及其它螺栓的施工安裝過程一、焊接方法手工電弧焊自動(dòng)或半自動(dòng)電弧焊電阻焊焊縫連接電弧焊氣焊氣體保護(hù)焊手工電弧焊

手工電弧焊設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便，適于任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。但生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接質(zhì)量與焊工的技術(shù)水平和精神狀態(tài)有很大的關(guān)系。

手工電弧焊所用焊條應(yīng)與焊件鋼材相適應(yīng)，不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，宜采用與低強(qiáng)度鋼相適應(yīng)的焊條。Q235鋼E43型焊條（E4300～E4328）Q345鋼E50型焊條（E5000～E5048）Q390鋼Q420鋼E55型焊條（E5500～E5518）Exxxx適用焊接位置、電流以及藥皮類型等熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度（N/mm2）表示焊條焊條表示方法自動(dòng)或半自動(dòng)電弧焊自動(dòng)（電?。┖?通常是指埋弧自動(dòng)焊-在焊接部位覆有起保護(hù)作用的焊劑層，由填充金屬制成的光焊絲插入焊劑層，與焊接金屬產(chǎn)生電弧，電弧埋藏在焊劑層下，電弧產(chǎn)生的熱量熔化焊絲、焊劑和母材金屬形成焊縫，其焊接過程是自動(dòng)化進(jìn)行的。電阻焊:主要有點(diǎn)焊、對(duì)焊、縫焊等氣焊利用可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w混合燃燒生成的火焰為熱源，熔化焊件和焊接材料使之達(dá)到原子間結(jié)合的一種焊接方法。

助燃?xì)怏w主要為氧氣，可燃?xì)怏w主要采用乙炔、液化石油氣等。所使用的焊接材料主要包括可燃?xì)怏w、助燃?xì)怏w、焊絲、氣焊熔劑等。特點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單不需用電。設(shè)備主要包括氧氣瓶、乙炔瓶（如采用乙炔作為可燃?xì)怏w）、減壓器、焊槍、膠管等。由于所用儲(chǔ)存氣體的氣瓶為壓力容器、氣體為易燃易爆氣體，所以該方法是所有焊接方法中危險(xiǎn)性最高的之一。一、焊縫連接形式按被連接鋼材的相互位置可分為平接搭接T型連接角接對(duì)接焊縫角焊縫焊縫連接的形式二、焊縫形式按所受力的方向分為對(duì)接焊縫正對(duì)接焊縫斜對(duì)接焊縫角焊縫正面角焊縫側(cè)面角焊縫斜焊縫按沿長(zhǎng)度方向的布置分為連續(xù)角焊縫間斷角焊縫按施焊位置分為平焊（俯焊）橫焊立焊仰焊三、焊縫連接的缺陷、質(zhì)量檢驗(yàn)和焊縫質(zhì)量級(jí)別1、焊縫缺陷

焊縫缺陷指焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷。

常見缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等；以及焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等。

鋼材的化學(xué)成分不當(dāng)；焊接工藝條件（如電流、電壓、焊速、施焊次序等）選擇不合適；焊件表面油污未清除干凈等。裂紋是焊縫連接中最危險(xiǎn)的缺陷。產(chǎn)生裂紋的原因：2、焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)一般可用外觀檢查及內(nèi)部無損檢驗(yàn)，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢查內(nèi)部缺陷。

內(nèi)部無損檢驗(yàn)?zāi)壳皬V泛采用超聲波檢驗(yàn)，有時(shí)還用磁粉檢驗(yàn)。此外還可采用X射線或γ射線透照或拍片。《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）規(guī)定焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。二級(jí)焊縫全部外觀檢查，部分無損探傷檢查一級(jí)焊縫全部外觀檢查，全部無損探傷檢查三級(jí)焊縫全部外觀檢查3、焊縫質(zhì)量等級(jí)的規(guī)定《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，焊縫應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應(yīng)力狀態(tài)等情況選用不同的質(zhì)量等級(jí)。《焊縫符號(hào)表示方法》CB324—88規(guī)定：焊縫符號(hào)由指引線和表示焊縫截面形狀的基本符號(hào)組成，必要時(shí)可加上輔助符號(hào)、補(bǔ)充符號(hào)和焊縫尺寸符號(hào)。

指引線一般由箭頭線和基準(zhǔn)線（一條為實(shí)線，另一條為虛線）所組成?；鶞?zhǔn)線一般應(yīng)與圖紙的底邊相平行，特殊情況也可與底邊相垂直，當(dāng)引出線的箭頭指向焊縫所在的一面時(shí)，應(yīng)將焊縫符號(hào)標(biāo)注在基準(zhǔn)線的實(shí)線上；當(dāng)箭頭指向?qū)?yīng)焊縫所在的另一面時(shí)，應(yīng)將焊縫符號(hào)標(biāo)注在基準(zhǔn)線的虛線上。4、焊縫符號(hào)及標(biāo)注方法焊縫代號(hào)詳見教材一、對(duì)接焊縫的形式和構(gòu)造

對(duì)接焊縫按坡口形式分為I形縫、V形縫、帶鈍邊單邊V形縫，帶鈍邊V形縫（Y形縫）、帶鈍邊U形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫（K形縫）和雙Y形縫（X形縫）。t≤10mmI形縫t=10～20mm帶鈍邊單邊V形縫或Y形縫t＞20mm帶鈍邊U形縫或K形縫或雙Y形縫對(duì)接焊縫連接引弧板、引出板和包角焊

（1）引弧板和引出板引弧時(shí)由于電弧對(duì)母材的加熱不足，應(yīng)在操作上防止產(chǎn)生熔合不良、弧坑裂紋、氣孔和夾渣等缺陷的發(fā)生，并不得在非焊接區(qū)域的母材上引弧和防止電弧擊痕。當(dāng)電弧因故中斷或到焊縫終端時(shí)，應(yīng)防止產(chǎn)生弧坑及發(fā)生弧坑裂紋，見下圖：

壓力管道和壓力容器的薄弱環(huán)節(jié)是縱縫（其受力是端縫一倍），縱縫的薄弱環(huán)節(jié)是兩端（即引弧端和熄弧端）。為了保證焊接質(zhì)量，在對(duì)接焊的引弧端和熄弧端，必須安裝與母材相同材料的引弧板和引出板，其坡口形式和板厚原則上應(yīng)與母材相同。引弧板和引出板的長(zhǎng)度：手工電弧焊及氣體保護(hù)焊為25～60mm，半自動(dòng)焊為40～60mm，埋弧自動(dòng)焊為50～100mm，熔化嘴電渣焊為100mm以上。

引出板焊接后，當(dāng)筒體在壓力機(jī)上或輥床上校正之后，一般可用氣割方法將其割去，氣割時(shí)在距母材3～5mm處進(jìn)行，然后用砂輪打磨平整。嚴(yán)禁用錘擊落，以防在焊縫端部產(chǎn)生裂紋。包角焊當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件上時(shí)，轉(zhuǎn)角處宜連續(xù)包角焊，起落弧點(diǎn)不宜在端部或棱角處，應(yīng)距焊縫端10mm以上，弧坑應(yīng)填滿。

二、對(duì)接焊縫連接的計(jì)算1、垂直于軸心力的對(duì)接焊縫【例】試驗(yàn)算如圖所示鋼板的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度。圖中b=540mm，t=22mm，軸心力的設(shè)計(jì)值為N=2150kN。鋼材為Q235B，手工焊，焊條為E43型，三級(jí)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的焊縫，施焊時(shí)加引弧板。

當(dāng)采用引弧板施焊時(shí)，質(zhì)量為一級(jí)、二級(jí)和沒有拉應(yīng)力的三級(jí)對(duì)接焊縫，其強(qiáng)度無須計(jì)算，質(zhì)量為三級(jí)的受拉或無法采用引弧板的對(duì)接焊縫須進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算不滿足要求時(shí)：改變焊縫位置改變焊縫級(jí)別改為斜焊縫①矩形截面2、受彎受剪的對(duì)接焊縫計(jì)算一、角焊縫的形式和構(gòu)造按兩焊腳邊的夾角分為直角角焊縫斜角角焊縫按與外力作用方向分為正面角焊縫(端焊縫)側(cè)面角焊縫斜向角焊縫按焊縫截面形式分為普通型角焊縫平坦型角焊縫凹面型角焊縫1、角焊縫的形式角焊縫連接直角角焊縫（兩焊件垂直）斜角角焊縫（兩焊件不垂直）hf---角焊縫焊腳尺寸he---角焊縫有效厚度

側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低，強(qiáng)度也較低。

在彈性工作階段，應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向分布不均勻，兩端大中間小。在進(jìn)入塑性工作階段時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力重分布，在規(guī)范規(guī)定長(zhǎng)度范圍內(nèi)，應(yīng)力分布可趨于均勻。2、角焊縫的應(yīng)力分布①側(cè)面角焊縫

正面角焊縫的應(yīng)力狀態(tài)比側(cè)面角焊縫復(fù)雜，截面的各點(diǎn)均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，焊根處有很大的應(yīng)力集中，其破壞強(qiáng)度比側(cè)面角焊縫高，但塑性變形要差一些。

在焊縫截面上應(yīng)力分布不均勻，但沿焊縫長(zhǎng)度方向應(yīng)力分布比較均勻，兩端的應(yīng)力略比中間的低。②正面角焊縫

斜面角焊縫的受力性能和強(qiáng)度介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。③斜面角焊縫3、角焊縫的構(gòu)造要求①最小焊腳尺寸自動(dòng)焊，最小焊腳尺寸可減小1mmT形連接的單面角焊縫，最小焊腳尺寸應(yīng)增加1mm當(dāng)焊件厚度等于或小于4mm時(shí)，最小焊腳尺寸取與焊件厚度相同。保證焊縫的最小承載能力，防止焊縫冷卻過快產(chǎn)生裂紋。熔深大可靠性差②最大焊腳尺寸對(duì)板件邊緣角焊縫的最大焊腳尺寸，還應(yīng)符合下列要求：t≤6mmhf

≤tt＞6mmhf≤t－（1～2）mm

當(dāng)兩焊件厚度相差懸殊，用等焊腳尺寸無法滿足最大、最小焊縫厚度要求時(shí)，可用不等焊腳尺寸。避免燒穿較薄的焊件，減少焊接應(yīng)力和焊接變形。④

側(cè)面角焊縫最大計(jì)算長(zhǎng)度

側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不宜大于60hf，當(dāng)大于上述數(shù)值時(shí)，其超過部分在計(jì)算中不予考慮。

若內(nèi)力沿測(cè)面角焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度可不受上述限制。⑤

角焊縫的其他構(gòu)造要求

搭接連接當(dāng)僅采用正面角焊縫時(shí)，不能只用一條正面角焊縫傳力，并且搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的五倍．同時(shí)不得小于25mm。③

最小計(jì)算長(zhǎng)度均不得小于8hf和40mm實(shí)際焊接長(zhǎng)度應(yīng)較前述數(shù)值還要大2hf

所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。對(duì)于非圍焊情況，當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，可連續(xù)地作長(zhǎng)度為2hf的繞角焊。

當(dāng)板件僅用兩條側(cè)焊縫連接時(shí)，宜使lw≥b，b≤16t（t>12mm）或200mm（t≤12mm），t為較薄焊件厚度。當(dāng)b不滿足此規(guī)定時(shí)，應(yīng)加正面角焊縫，或加槽焊或塞焊。二、直角角焊縫的基本計(jì)算公式計(jì)算截面（有效截面）＝計(jì)算厚度×計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算厚度（有效厚度、喉部尺寸）he＝0.7hf

計(jì)算厚度不考慮熔深和余高，計(jì)算時(shí)假定有效截面上應(yīng)力均勻分布，并且不分抗拉、抗壓或抗剪都采用同一強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。余高三、角焊縫的計(jì)算

1、角焊縫受軸心力作用時(shí)的計(jì)算

①

側(cè)面角焊縫βf是考慮正面角焊縫破壞強(qiáng)度較高的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載βf＝1.22直接承受動(dòng)力荷載βf＝1②

正面角焊縫③

三面圍焊【例】如圖所示焊接連接，采用三面圍焊，承受的軸心拉力設(shè)計(jì)值N=1100KN。鋼材為Q235B，焊條為E43型，試驗(yàn)算此連接焊縫是否滿足要求。解：查附表10.1得：正面焊縫承受的力：

則側(cè)面焊縫承受的力為：則:滿足要求。2、角鋼連接的角焊縫計(jì)算①兩面?zhèn)群涪谌鎳涪跮形圍焊

【例】角鋼截面為2L140×10，與厚度為16mm的節(jié)點(diǎn)板相連接，鋼材為Q235B鋼，手工焊，焊條為E43型。桿件承受靜力荷載，由恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的NG=300kN(γG

=1.2)，由活荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的NQ=580kN(γQ=1.4)。試分別設(shè)計(jì)下列情況時(shí)此節(jié)點(diǎn)的連接：(1)采用三面圍焊；(2)采用兩面圍焊；(3)采用L形圍焊。3、在彎矩、剪力和軸心力共同作用下的角焊縫計(jì)算計(jì)算步驟1)首先求單獨(dú)外力作用下角焊縫的應(yīng)力，并判斷該應(yīng)力對(duì)焊縫產(chǎn)生端縫受力(垂直于焊縫長(zhǎng)度方向)，還是側(cè)縫受力(平行于焊縫長(zhǎng)度方向)。2)采用疊加原理，將各種外力作用下的焊縫應(yīng)力進(jìn)行疊加。疊加時(shí)注意應(yīng)取焊縫截面上同一點(diǎn)的應(yīng)力進(jìn)行疊加，而不能用各種外力作用下產(chǎn)生的最大應(yīng)力進(jìn)行疊加。因此，應(yīng)根據(jù)單獨(dú)外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力分布情況判斷最危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。4)在剪力V作用下，判斷哪一部分焊縫截面承受剪力作用，在受剪截面上應(yīng)力分布是均勻的5)在彎矩M作用下，焊縫應(yīng)力按三角形分布3)在軸力N作用下，在焊縫有效截面上產(chǎn)生均勻應(yīng)力4)在剪力V作用下，判斷哪一部分焊縫截面承受剪力作用，在受剪截面上應(yīng)力分布是均勻的5)在彎矩M作用下，焊縫應(yīng)力按三角形分布3)在軸力N作用下，在焊縫有效截面上產(chǎn)生均勻應(yīng)力將彎矩和軸力產(chǎn)生的應(yīng)力在A點(diǎn)疊加當(dāng)連接直接承受動(dòng)力荷載時(shí)β=1.0,其他β=1.22工字形或H形截面梁與鋼柱翼緣的角焊縫連接，承受彎矩M和剪力V的共同作用。計(jì)算時(shí)通常假設(shè)腹板焊縫承受全部剪力，彎矩則由全部焊縫承受。翼緣下邊緣的應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力和焊接變形一、焊接殘余應(yīng)力和變形的成因

焊接殘余應(yīng)力簡(jiǎn)稱焊接應(yīng)力，有沿焊縫長(zhǎng)度方向的縱向焊接應(yīng)力，垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的橫向焊接應(yīng)力和沿厚度方向的焊接應(yīng)力。（1）焊接殘余應(yīng)力的成因焊接過程是一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過程。在施焊時(shí)，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫及其附近溫度最高，可達(dá)1600℃以上，而鄰近區(qū)域溫度則急劇下降。不均勻的溫度場(chǎng)產(chǎn)生不均勻的膨脹。溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度較低、膨脹量較小的鋼材所限制，產(chǎn)生了熱塑性壓縮。焊縫冷卻時(shí)，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮短，但受到兩側(cè)鋼材限制而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應(yīng)力經(jīng)常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。焊接應(yīng)力是一種無荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會(huì)在焊件內(nèi)部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力。1、縱向焊接應(yīng)力2、橫向焊接應(yīng)力

橫向焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因有二：一是由于焊縫縱向收縮，使兩塊鋼板趨向于形成反方向的彎曲變形，但實(shí)際上焊縫將兩塊鋼板連成整體，不能分開，于是兩塊板的中間產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力

，而兩端則產(chǎn)生壓應(yīng)力。二是由于先焊的焊縫已經(jīng)凝固，會(huì)阻止后焊焊縫在橫向自由膨脹，使其發(fā)生橫向塑性壓縮變形。當(dāng)焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受到已凝固的焊縫限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而先焊部分則產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力，在最后施焊的末端的焊縫中必然產(chǎn)生拉應(yīng)力。焊縫的橫向應(yīng)力是上述兩種應(yīng)力合成的結(jié)果。

在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。因此，除有縱向和橫向焊接應(yīng)力σx、σy外，還存在著沿鋼板厚度方向的焊接應(yīng)力σz。在最后冷卻的焊縫中部，這三種應(yīng)力形成

同號(hào)三向拉應(yīng)力，將大大降低連接的塑性。3、厚度方向的焊接應(yīng)力

在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。因此，除有縱向和橫向焊接應(yīng)力σx、σy外，還存在著沿鋼板厚度方向的焊接應(yīng)力σz。在最后冷卻的焊縫中部，這三種應(yīng)力形成

同號(hào)三向拉應(yīng)力，將大大降低連接的塑性。（2）焊接殘余變形的成因

在焊接過程中，由于不均勻的加熱，在焊接區(qū)局部產(chǎn)生了熱塑性壓縮變形，當(dāng)冷卻時(shí)焊接區(qū)要在縱向和橫向收縮，勢(shì)必導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生局部鼓曲、彎曲、歪曲和扭轉(zhuǎn)等。焊接殘余變形包括縱、橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等，且通常是幾種變形的組合。任一焊接變形超過驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定時(shí)，必須進(jìn)行校正，以免影響構(gòu)件在正常使用條件下的承載能力。彎曲變形二、焊接應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響（1）焊接應(yīng)力的影響1、對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響

對(duì)在常溫下工作并具有一定塑性的鋼材，在靜荷載作用下，焊接應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。2、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響構(gòu)件上的焊接應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度。3、對(duì)低溫冷脆的影響

焊接殘余應(yīng)力對(duì)低溫冷脆的影響經(jīng)常是決定性的，必須引起足夠的重視。在厚板和具有嚴(yán)重缺陷的焊縫中，以及在交叉焊縫的情況下，產(chǎn)生了阻礙塑性變形的三軸拉應(yīng)力，使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展。4、對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

在焊縫及其附近的主體金屬殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材屈服點(diǎn)，此部位正是形成和發(fā)展疲勞裂紋最為敏感的區(qū)域。因此，焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯不利影響。（2）焊接變形的影響

焊接變形是焊接結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。焊接構(gòu)件出現(xiàn)了變形，就需要花許多工時(shí)去矯正。比較復(fù)雜的變形，矯正的工作量可能比焊接的工作量還要大。有時(shí)變形太大，甚