焊接接頭及其靜載強(qiáng)度-ppt課件

1、第二章焊接接頭及其靜載強(qiáng)度第一節(jié) 焊接接頭的類型第二節(jié) 電弧焊接頭的任務(wù)應(yīng)力第三節(jié) 焊接頭頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算 在焊件需銜接的部位，用焊接方法制造而成的接頭稱為焊接接頭，普通簡稱接頭。焊接接頭本身的力學(xué)性能不均勻、焊接接頭部位所受任務(wù)應(yīng)力分布不均勻，是呵斥接頭破壞的主要緣由。第一節(jié) 焊接接頭的類型n一、焊接接頭的組成n二、焊縫的根本方式n三、焊接接頭的根本方式一、焊接接頭的組成焊接接頭由焊縫金屬、熔合區(qū)、熱影響區(qū)組成圖2-1 熔焊焊接接頭的組成對接接頭的斷面圖 搭接接頭的斷面圖影響焊接接頭性能的主要要素 焊接接頭是一個(gè)成分、組織和性能都不均勻的銜接體。此外，焊接接頭因焊縫的外形和布置的不同，將會產(chǎn)

2、生不同程度的應(yīng)力集中。所以，不均勻性和應(yīng)力集中是焊接接頭的兩個(gè)根本屬性。 影響焊接接頭性能的主要要素有以下兩個(gè)方面： 力學(xué)方面要素：接頭外形的不延續(xù)性(余高、接頭錯(cuò)邊)、焊接缺陷未焊透、裂紋、剩余應(yīng)力和剩余變形等。 材質(zhì)方面要素：焊接熱循環(huán)所引起的組織變化、焊接資料引起的焊縫化學(xué)成分的變化、焊后熱處置所引起的組織變化以及矯正變形所引起的加工硬化等。影響焊接接頭性能的主要要素剩余應(yīng)力組織成分不同焊趾及咬邊熱影響區(qū)焊縫金屬缺陷：裂紋、未焊透、氣孔、夾渣裂紋、脆化應(yīng)力集中角變形錯(cuò)邊錯(cuò)邊應(yīng)力集中二、焊縫的根本方式n對接焊縫n角焊縫 焊縫的方式應(yīng)根據(jù)焊件的厚度、任務(wù)條件、受力情況等要素進(jìn)展選擇。 焊縫是

3、構(gòu)成焊接接頭的主體部分，對接焊縫和角焊縫是焊縫的根本方式。對接焊縫n對接焊縫的接頭可采用卷邊、平對接或加工成各種方式的坡口。對接焊縫開坡口的目的，是為了確保接頭的質(zhì)量，同時(shí)也從經(jīng)濟(jì)效益思索。坡口方式的選擇取決于板材厚度、焊接方法和工藝過程。通常必需思索以下幾個(gè)方面：n1可焊到性或便于施焊；n2降低焊接資料的耗費(fèi)量；n3坡口易加工；n4減少或控制焊接變形。對接焊縫n坡口角度的大小與板厚和焊接方法有關(guān)，其作用是使電弧能深化根部使根部焊透。坡口角度越大，焊縫金屬量越多，焊接變形也會增大，普通坡口角度選60左右。n采用根部間隙是為了保證焊縫根部能焊透，普通情況下，坡口角度小，需求同時(shí)添加根部間隙；根部

4、間隙較大時(shí)，又容易燒穿，為此，需求采用鈍邊防止燒穿。根部間隙過大時(shí)，還需求加墊板。對接焊縫的典型坡口方式角焊縫n角焊縫按其截面外形可分為平角焊縫、凹角焊縫、凸角焊縫和不等焊腳角焊縫。n各種截面外形角焊縫的承載才干與載荷性質(zhì)有關(guān)。靜載時(shí)，如母材金屬塑性良好，那么角焊縫的截面外形對承載才干沒有明顯影響；動(dòng)載時(shí)，凹角焊縫比平角焊縫的承載才干高，凸角焊縫的承載才干最低。不等腰角焊縫，長邊平行于載荷方向時(shí)，接受動(dòng)載效果好。角焊縫截面外形及其計(jì)算斷面KKaKKaKKaKKa三、焊接接頭的根本方式對接接頭：兩焊件外表構(gòu)成大于或等于 、小于或等于180夾角，即兩板件相對端面焊接而構(gòu)成的接頭。對接接頭從強(qiáng)度角度

5、看是比較理想的接頭方式，也是廣泛運(yùn)用的接頭方式之一。常見的對接接頭的焊縫軸線與載荷方向相垂直，也有少數(shù)與載荷方向成斜角的斜焊縫對接接頭。FF 對接接頭 斜縫對接接頭搭接接頭兩板件部分重疊起來進(jìn)展焊接所構(gòu)成的接頭稱為搭接接頭。搭接接頭的應(yīng)力分布不均勻，疲勞強(qiáng)度較低，不是理想的接頭方式。但由于焊前預(yù)備及裝配任務(wù)較為簡單，故多用于受力較小且不要求密封性的構(gòu)造中。搭接接頭中，最常見的是角焊縫組成的搭接接頭，普通用于12mm 以下的鋼板焊接。除此之外，還有開槽焊、塞焊、鋸齒狀搭接等多種方式。開槽焊搭接接頭FF開槽焊搭接接頭，先將被銜接件加工成槽形孔，然后用焊縫金屬填滿該槽，開槽焊焊縫斷面為矩形，其寬度為

6、被銜接件厚度的二倍，開槽長度應(yīng)比搭接長度稍短一些。2塞焊接頭n塞焊接是在被銜接的鋼板上鉆孔，用來替代開槽焊的槽形孔，用焊縫金屬將孔填滿使兩板銜接起來。當(dāng)被銜接板厚小于5mm時(shí)，可以采用大功率的埋弧焊或CO2氣體維護(hù)焊直接將鋼板熔透而不用鉆孔。FFT形十字接頭T形接頭是典型的電弧焊接頭，能接受各種方向的力和力矩，這類接頭應(yīng)防止采用單面角焊縫，由于這種接頭的根部有很深的缺口，其承載才干低。T形接頭的承載才干FyFxMFyFzFxM角接接頭兩板件端面構(gòu)成30夾角的焊接接頭稱作角接接頭，角接接頭多用于箱形構(gòu)件。第二節(jié) 電弧焊接頭的任務(wù)應(yīng)力n一、應(yīng)力集中的概念n二、電弧焊接頭的任務(wù)應(yīng)力分布應(yīng)力集中的概念

7、n應(yīng)力集中，是指接頭部分區(qū)域的最大應(yīng)力值較平均應(yīng)力值高的景象。常以應(yīng)力集中系數(shù)KT表示。 KT=n在焊接接頭中產(chǎn)生應(yīng)力集中的緣由是：n1焊縫中有工藝缺陷。n2焊縫外形不合理。n3焊接接頭設(shè)計(jì)不合理。二、電弧焊接頭的任務(wù)應(yīng)力分布n1、對接接頭n由于余高呵斥了構(gòu)件外表不平滑，在焊縫與母材金屬的過渡處引起應(yīng)力集中。焊趾處KT為1.6，焊根處KT為1.5。n KT的大小與余高h(yuǎn)和焊縫向母材金屬過渡的半徑r有關(guān)。減小r和增大h，均使KT添加。當(dāng)余高h(yuǎn)為零時(shí)， KT =1，應(yīng)力集中消逝。n假設(shè)余高太大，雖然使焊縫截面增厚，但卻使應(yīng)力集中程度添加，因此消費(fèi)中應(yīng)適當(dāng)控制余高。對接接頭的應(yīng)力集中余高對應(yīng)力集中的

8、影響n由余高帶來的應(yīng)力集中，對動(dòng)載構(gòu)造的疲勞強(qiáng)度是非常不利的，所以此時(shí)要求它越小越好。n國家規(guī)范規(guī)定：在接受動(dòng)載荷情況下，焊接接頭的焊縫余高應(yīng)趨于零。n因此，對重要的動(dòng)載構(gòu)造，可采用削平余高或增大過渡圓弧的措施來降低應(yīng)力集中，以提高接頭的疲勞強(qiáng)度。余高與過渡半徑與KT的關(guān)系正面搭接角焊縫的應(yīng)力分布側(cè)面角焊縫的任務(wù)應(yīng)力分布結(jié)合角焊縫的應(yīng)力分布加蓋板的應(yīng)力集中側(cè)面搭接接頭的任務(wù)應(yīng)力均勻化第三節(jié) 焊接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算n一、任務(wù)焊縫和聯(lián)絡(luò)焊縫n二、焊接接頭的設(shè)計(jì)要點(diǎn)n三、焊接接頭強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)n四、電弧焊接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算n五、焊縫許用應(yīng)力一.任務(wù)焊縫和聯(lián)絡(luò)焊縫n任務(wù)焊縫:焊縫與被銜接的元件是串聯(lián)的

9、,它承當(dāng)著傳送全部載荷的作用,焊縫一旦斷裂,構(gòu)培育會立刻失效.n聯(lián)絡(luò)焊縫:焊縫與被銜接的元件是并聯(lián)的,它僅傳送很小的載荷,主要起元件之間相互聯(lián)絡(luò)的作用,焊縫一旦斷裂,構(gòu)造不會立刻失效.n在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)無需計(jì)算聯(lián)絡(luò)焊縫的強(qiáng)度,只需計(jì)算任務(wù)焊縫的強(qiáng)度.任務(wù)焊縫和聯(lián)絡(luò)焊縫焊接接頭的設(shè)計(jì)要點(diǎn)n應(yīng)盡量使接頭方式簡單,構(gòu)造延續(xù),且不設(shè)在最大應(yīng)力作用截面上.n要特別注重角焊縫的設(shè)計(jì),不宜選擇過大的焊腳.n盡量防止在厚度(Z向)方向傳送力.n接頭的設(shè)計(jì)要便于制造和檢驗(yàn).n普通不思索剩余應(yīng)力對接頭強(qiáng)度的影響.二.焊接接頭強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)n剩余應(yīng)力對接頭強(qiáng)度沒有影響.n焊趾處和余高處的應(yīng)力集中對接頭強(qiáng)度無影響.n接頭

10、的任務(wù)應(yīng)力是均布的,以平均應(yīng)力計(jì)算.n正面角焊縫與側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度沒有差別.n焊腳尺寸的大小對角焊縫的強(qiáng)度沒有影響.n角焊縫都是在切應(yīng)力的作用下破壞,按切應(yīng)力計(jì)算其強(qiáng)度.在靜載條件下為了計(jì)算方便常作如下假設(shè):角焊縫的破斷面在角焊縫截面的最小高度上,其值等于內(nèi)接三角形高.余高和少量的熔深對接頭的強(qiáng)度沒有影響,但是,在采用熔深較大的埋弧焊和CO2氣體維護(hù)焊時(shí),應(yīng)給予思索,角焊縫計(jì)算斷面高度a為: a=(K+p)cos45 當(dāng)K8mm時(shí),可取a等于K; 當(dāng) K8mm時(shí),可取p=3mm.三.電弧焊接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算n電弧焊接頭靜載強(qiáng)度計(jì)算的普通表達(dá)式為:或式中,為平均任務(wù)應(yīng)力; 為焊縫的許用應(yīng)力.1.

11、對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算n不思索焊縫余高n焊縫長度取實(shí)踐長度n計(jì)算厚度取兩板中較薄者n假設(shè)焊縫的許用應(yīng)力與根本金屬的相等,那么不用進(jìn)展強(qiáng)度計(jì)算對接接頭進(jìn)展強(qiáng)度計(jì)算時(shí)對接接頭受力情況Fs為切力M1為平面內(nèi)彎矩M2為垂直平面的彎矩(1)受拉或受壓對接接頭 1ttLF1ppLF受拉時(shí)受壓時(shí)式中 F接頭所受的拉力或壓力N；L焊縫長度mm；1接頭中較薄板的厚度mm；t p接頭受拉或受壓時(shí)焊縫中所接受的任務(wù)應(yīng)力MPa；t焊縫受拉或受彎時(shí)的許用應(yīng)力MPa；p焊縫受壓時(shí)的許用應(yīng)力MPa；例題n例例1 兩塊板厚為兩塊板厚為5mm、寬為、寬為500mm的鋼板對接，的鋼板對接，兩端受兩端受28400N的拉力，資料為的

12、拉力，資料為Q235A鋼，鋼，t142MPa，試校核其焊縫強(qiáng)度。，試校核其焊縫強(qiáng)度。n解解: 知知F=28400N，L=500mm， =5mm，t142MPa，代入式，代入式2-1得得 MPaMPammmmNLFtt1426 .1135500284001所以該對接接頭焊縫強(qiáng)度滿足要求，構(gòu)造任務(wù)時(shí)是平安的。 (2)受剪切對接接頭 1LQ式中 Q接頭所受的切力N；L焊縫長度mm；1接頭中較薄板的厚度mm； 接頭焊縫中所接受的切應(yīng)力MPa；焊縫許用切應(yīng)力MPa；例題n例例2 2 兩塊板厚為兩塊板厚為10mm10mm的鋼板對接，焊縫受的鋼板對接，焊縫受29300N29300N的切力，資料為的切力，資料

13、為Q235AQ235A鋼，試設(shè)計(jì)焊縫鋼，試設(shè)計(jì)焊縫的長度鋼板寬度。的長度鋼板寬度。n解解 由公式由公式(3-2)(3-2)可得可得n由知條件知由知條件知Q=29300NQ=29300N，=10mm=10mm；由表；由表2-32-3中查中查得得98MPa98MPa，代入上式得，代入上式得mmMPaNL9 .29981029300 1QL 取L=32mm, 即當(dāng)焊縫長度為32mm時(shí),強(qiáng)度滿足要求.正面搭接受拉或壓 4 . 1KLF側(cè)面搭接受拉或壓 4 . 1KLF結(jié)合搭接受拉或壓 7 . 0LKF例題n例例4 4 將將100mm100mm 100mm 100mm 10mm 10mm的角鋼用角焊縫的

14、角鋼用角焊縫搭接在一塊鋼板上，見圖搭接在一塊鋼板上，見圖2-262-26。受拉伸時(shí)要求。受拉伸時(shí)要求與角鋼等強(qiáng)度，試計(jì)算接頭的合理尺寸與角鋼等強(qiáng)度，試計(jì)算接頭的合理尺寸K K和和L L應(yīng)應(yīng)該是多少？該是多少？ 解答n解解 從資料手冊查得角鋼斷面面積從資料手冊查得角鋼斷面面積A=19.2cm2；許用；許用拉應(yīng)力拉應(yīng)力t 160MPa160N/mm2，焊縫許用切應(yīng)，焊縫許用切應(yīng)力力=100MPa100N/mm2n角鋼的允許載荷角鋼的允許載荷F=At =19200mm160 N/mm2=307200N。n假定接頭上各段焊縫中切應(yīng)力都到達(dá)焊縫許用切應(yīng)假定接頭上各段焊縫中切應(yīng)力都到達(dá)焊縫許用切應(yīng)力值，即力值，即。假設(shè)取。假設(shè)取K10mm，用焊條電弧焊，用焊條電弧焊，那么所需的焊縫總長度為那么所需的焊縫總長度為mmmmNmmNKFL439/100107 . 03072007 . 02角鋼一端的正面角焊縫L3=100mm，那么兩側(cè)焊縫總長度為339mm。根據(jù)資料手冊查得角鋼的拉力作用線位置e28.3mm，