第二章 焊接接頭及其靜載強度

1、38第二章第二章 焊接接頭及其靜載強度焊接接頭及其靜載強度 在焊件需連接部位，用焊接方法制造而成的接頭稱為焊接接頭，一般簡稱接頭。接頭是焊接結構的重要組成部分。通過對大量焊接結構失效事故的分析表明，接頭部位往往是結構破壞的起點。造成這種情況的原因是多方面的，歸納起來主要有兩點：焊接接頭本身的力學性能不均勻；接頭部位所受工作應力分布不均勻。因此，研究焊接接頭的性能特征和應力分布規(guī)律，對提高焊接結構的使用可靠性具有十分重要的意義。第一節(jié)第一節(jié) 焊接接頭的類型焊接接頭的類型一、焊接接頭的組成一、焊接接頭的組成現(xiàn)代焊接技術發(fā)展迅速，新的焊接方法不斷出現(xiàn)，接頭類型更是繁多，但應用最廣的焊接方法是熔焊。本

2、章將以熔焊接頭為重點進行分析。焊接接頭是由焊縫金屬、熔合區(qū)、熱影響區(qū)和母材組成，如圖 2-1 所示。圖 2-1 熔焊焊接接頭的組成a) 對接接頭斷面圖 b) 搭接接頭斷面圖1焊縫金屬 2熔合區(qū) 3熱影響區(qū) 4母材焊縫金屬是由焊接填充金屬及部分母材金屬熔化結晶后形成的，其組織和化學成分不同于母材金屬。熱影響區(qū)受焊接熱循環(huán)的影響，組織和性能都發(fā)生變化，特別是熔合區(qū)的組織和性能變化更為明顯。因此，焊接接頭是一個成分、組織和性能都不均勻的連接體。此外，焊接接頭因焊縫的形狀和布置的不同，將會產(chǎn)生不同程度的應力集中。所以，不均勻性和應力集中是焊接接頭的兩個基本屬性。影響焊接接頭性能的主要因素見圖 2-2。

3、這些因素可歸納為力學的和材質的兩個方面。圖 2-2 影響焊接接頭性能的主要因素力學方面影響焊接接頭性能的因素有接頭形狀不連續(xù)性、焊接缺陷（如未焊透和焊接裂紋） 、殘余應力和殘余變形等。接頭形狀的不連續(xù)性，如焊縫的余高和施焊過程中可能造成的接頭錯位等，都是應力集中的根源。材質方面影響焊接接頭性能的因素主要有焊接熱循環(huán)所引起的組織變化、焊接材料引起的焊縫39化學成分的變化、焊后熱處理所引起的組織變化以及矯正變形引起的加工硬化等。焊接接頭是組成焊接結構的關鍵元件，它的性能與焊接結構的性能和安全有著直接的關系。因此，不斷提高焊接接頭的質量，是保證焊接結構安全可靠工作的重要方面。二、焊縫及焊接接頭的基本

4、形式二、焊縫及焊接接頭的基本形式焊縫及接頭的形式較多，應根據(jù)焊件的厚度、工作條件、受力情況等因素進行選擇。1焊縫的基本形式 焊縫是構成焊接接頭的主體部分，對接焊縫和角焊縫是焊縫的基本形式。（1）對接焊縫 對接焊縫的焊接接頭可采用卷邊、平對接或加工成 V 形、U 形、X 形、K 形等坡口，如圖 2-3 所示。各種坡口尺寸可根據(jù)國家標準（GB985-98 和 GB986-98）或根據(jù)具體情況確定。圖 2-3 對接焊縫的典型坡口形式a)=13mm b) =38mm c) =326mmd) =2060mm e) =1260mm f) 12mm對接焊縫開坡口的根本目的，是為了確保接頭的質量，同時也從經(jīng)濟

5、效益考慮。坡口形式的選擇取決于板材厚度、焊接方法和工藝過程。通常必須考慮以下幾個方面：1）可焊到性或便于施焊。這是選擇坡口形式的重要依據(jù)之一，也是保證焊接質量的前提。一般而言，要根據(jù)構件能否翻轉，翻轉難易，或內外兩側的焊接條件而定。對不能翻轉和內徑較小的容器、轉子及軸類的對接焊縫，為了避免大量的仰焊或不便從內側施焊，宜采用 V 形或 U 形坡口。2）降低焊接材料的消耗量。對于同樣厚度的焊接接頭，采用 X 形坡口比 V 形坡口能節(jié)省較多的焊接材料、電能和工時，構件越厚，節(jié)省得越多，成本越低。3）坡口易加工。V 形和 X 形坡口可用氧氣切割或等離子弧切割，亦可用機械切削加工。對于U 形或雙 U 形

6、坡口，一般需用刨邊機加工。在圓筒體上應盡量少開 U 形坡口，因其加工困難。4）減少或控制焊接變形。采用不適當?shù)钠驴谛螤钊菀桩a(chǎn)生較大的變形。如平板對接的 V 形坡口，其角變形就大于 X 形坡口。因此，如果坡口形式合理，工藝正確，可以有效地減少或控制焊接變形。上面只是列舉了選擇坡口的一般規(guī)則，具體選擇時，則需要根據(jù)具體情況綜合考慮。例如，從節(jié)約焊接材料出發(fā)，U 形坡口較 V 形坡口好，但加工費用高；雙面坡口明顯地優(yōu)于單面坡口，同時焊接變形小。雙面坡口焊接時需要翻轉焊件，增加了輔助工時，所以在板厚小于 25mm 時，一般采用 V 形坡口。受力大而要求焊接變形小的部位應采用 U 形坡口。利用焊條電弧焊

7、焊接 6mm 以下鋼板時，選用 I 形坡口就可得到優(yōu)質焊縫；用埋弧自動焊焊接 14mm 以下的鋼板，采用 I 形坡口也能焊透。40坡口角的大小與板厚和焊接方法有關，其作用是使電弧能深入根部使根部焊透。坡口角度越大，焊縫金屬量越多，焊接變形也會增大，一般在 60左右。兩連接件之間的距離稱為間隙，采用間隙是為了保證根部能焊透。一般情況下，坡口角度小，需要同時增加間隙；而間隙較大時，又容易燒穿，為此，需要采用鈍邊防止燒穿。間隙過大時，還需要加墊板。（2）角焊縫 角焊縫按其截面形狀可分為平角焊縫、凹角焊縫、凸角焊縫和不等腰角焊縫四種，如圖 2-4 所示。角焊縫的大小用焊腳尺寸 K 表示，應用最多的是截

8、面為直角等腰的角焊縫。各種截面形狀角焊縫的承載能力與載荷性質有關。靜載時，如母材金屬塑性良好，角焊縫的截面形狀對承載能力沒有顯著影響；動載時，凹角焊縫比平角焊縫的承載能力高，凸角焊縫的最低。不等腰角焊縫，長邊平行于載荷方向時，承受動載效果較好。圖 2-4 角焊縫截面形狀及其計算斷面a) 平角焊縫 b) 凹角焊縫 c) 凸角焊縫 d) 不等腰角焊縫 為了提高焊接效率、節(jié)約焊接材料、減小焊接變形，當板厚大于 13mm 時，可以采用開坡口的角焊縫。在等強度條件下，坡口角焊縫的焊接材料消耗量僅為普通角焊縫的 60% 。2接頭的基本形式 焊接接頭的基本形式有四種：對接接頭、搭接接頭、T 形接頭和角接接頭

9、，見圖 2-5。選用接頭形式時，應該熟悉各種接頭的優(yōu)缺點。圖 2-5 焊接接頭的基本形式a) 對接接頭 b) 搭接接頭 c) T 形接頭 d) 角接接頭（1）對接接頭 在同一平面內，兩板件相對端面焊接而形成的接頭叫對接接頭。對接接頭從強度角度看是比較理想的接頭形式，也是廣泛應用的接頭形式之一。在焊接結構上和焊接生產(chǎn)中，常見的對接接頭的焊縫方向與載荷方向相垂直，也有少數(shù)與載荷方向成斜角的斜焊縫對接接頭，見圖 2-6，這種接頭的焊縫承受較低的正應力。過去由于焊接水平低，為了安全可靠，往往采用這種斜縫對接。但是，隨著焊接技術的發(fā)展，焊縫金屬具有優(yōu)良的性能，并不低于母材金屬的性能，而斜縫對接因浪費材料

10、和工時，所以一般不再采用。 圖 2-6 斜縫對接接頭41（2）搭接接頭 兩板件部分重疊起來進行焊接所形成的接頭稱為搭接接頭。搭接接頭的應力分布極不均勻，疲勞強度較低，不是理想的接頭形式。但是，搭接接頭的焊前準備和裝配工作比對接接頭簡單得多，其橫向收縮量也比對接接頭小，所以在受力較小的焊接結構中仍能得到廣泛的應用。搭接接頭中，最常見的是角焊縫組成的搭接接頭，一般用于 12mm 以下的鋼板焊接。除此之外，還有開槽焊、塞焊、鋸齒狀搭接等多種形式。開槽焊搭接接頭的結構形式見圖 2-7。先將被連接件沖壓切成槽，然后用焊縫金屬填滿該槽，槽焊焊縫斷面為矩形，其寬度為被連接件厚度的 2 倍，開槽長度應比搭接長

11、度稍短一些。當被連接件的厚度不大時，可采用大功率的埋弧焊或 CO2氣體保護焊，不開槽也有可能熔透，使兩個焊件連接起來。圖 2-7 開槽焊搭接接頭塞焊是在被連接的鋼板上鉆孔，用來代替槽焊的開槽，用焊縫金屬將孔填滿使兩板連接起來，有時也叫電鉚焊，見圖 2-8。當被連接板厚小于 5mm 時，可以采用大功率的埋弧焊或 CO2氣體保護焊直接將鋼板熔透而不必鉆孔。這種接頭施焊簡單，特別對于一薄一厚的兩焊件連接最為方便，生產(chǎn)效率較高。圖 2-8 塞焊接頭圖 2-9 鋸齒縫搭接接頭鋸齒縫搭接接頭形式見圖 2-9，這是單面搭接接頭的一種形式。直縫單面搭接接頭的強度和剛度比雙面搭接接頭低得多，所以只能用在受力很小

12、的次要部位。對背面不能施焊的接頭，可用鋸齒形焊縫搭接，這樣能提高焊接接頭的強度和剛度。若在背面施焊困難，用這種接頭形式比較合理。（3）T 形（十字）接頭 T 形（十字）接頭是將相互垂直的被連接件，用角焊縫連接起來的接頭，見圖 2-10。這種接頭是典型的弧焊接頭，能承受各種方向的力和力矩，見圖 2-11。這類接頭應避免采用單面角焊縫，因為這種接頭的根部有很深的缺口（圖 2-10a） ，其承載能力低。42對較厚的鋼板，可采用 K 形坡口（圖 2-10b） ，根據(jù)受力狀況決定是否需要焊透。對要求完全焊透的 T 形接頭，采用單邊 V 形坡口（圖 2-10c）從一面焊，焊后在背面清根焊滿，比采用 K 形

13、坡口施焊可靠。圖 2-10 T 形（十字）接頭圖 2-11 T 形接頭承載能力圖 2-12 角接接頭形式（4）角接接頭 兩板件端面構成為 30135度夾角的焊接接頭稱作角接接頭。角接接頭多用于箱形構件，常用的形式見圖 2-12。其中圖 2-12a 是最簡單的角接接頭，但承載能力差；圖 2-12b 采用雙面焊縫從內部加強角接接頭，承載能力較大；圖 2-12c 和圖 2-12d 開坡口易焊透，有較高的強度，而且在外觀上具有良好的棱角，但應注意層狀撕裂問題；圖 2-12e、f 易裝配，省工時，是最經(jīng)濟的角接頭；圖 2-12g 是保證接頭具有準確直角的角接接頭，并且剛度高，但角鋼厚度應大于板厚；圖 2

14、-12h 是最不合理的角接接頭，焊縫多且不易施焊。第二節(jié)第二節(jié) 電弧焊接頭的工作應力分布電弧焊接頭的工作應力分布一、一、 應力集中應力集中為了表示焊接接頭工作應力分布的不均勻程度，這里引入應力集中的概念。所謂應力集中，是指接頭局部區(qū)域的最大應力值（）較平均應力值（）高的現(xiàn)象。而maxav應力集中的大小，常以應力集中系數(shù)KT表示。在焊接接頭中產(chǎn)生應力集中的原因是：（1）焊縫中有工藝缺陷 焊縫中經(jīng)常產(chǎn)生的缺陷，如氣孔、夾雜、裂紋和未焊透等，都會在avTKmax43其周圍引起應力集中，其中尤以裂紋和未焊透引起的應力集中最嚴重。（2）焊縫外形不合理 如對接焊縫的余高過大，角焊縫為凸出形等（圖 2-4c

15、） ，在焊趾處都會形成較大的應力集中。（3）焊接接頭設計不合理 如接頭截面的突變、加蓋板的對接接頭等，均會造成嚴重的應力集中。焊縫布置不合理，如只有單側焊縫的 T 形接頭，也會引起應力集中。二、二、 電弧焊接頭的工作應力分布電弧焊接頭的工作應力分布不同的焊接接頭在外力作用下，其工作應力分布都不一樣。1對接接頭 在焊接結構生產(chǎn)中，對接接頭的焊縫略高于母材金屬板面，高出的部分稱為余高。由于余高造成了構件表面不平滑，在焊縫與母材金屬的過渡處引起應力集中，如圖 2-13 所示。在焊縫余高與母材金屬的過渡焊趾處，應力集中系數(shù) KT為 1.6，在焊縫背面與母材金屬的過渡處，應力集中系數(shù)KT為 1.5。KT

16、的大小與余高 h 和焊縫向母材金屬過渡的半徑 r 有關，如圖 2-14 所示。減小 r 和增大h，均使 KT增加。當余高 h 為零時，KT=1，應力集中消失。如果余高太大，雖然使焊縫截面增厚，但卻使應力集中程度也增加，因此生產(chǎn)中應適當控制余高量，不應當以增加余高的方法來增加焊縫的承載能力。余高不得超過國家有關標準規(guī)定的 03mm 范圍。圖 2-13 接頭的應力分布（為平均應力）a圖 2-14 余高和過渡半徑與應力集中系數(shù)的關系由余高帶來的應力集中，對動載結構的疲勞強度是十分不利的，所以此時要求它越小越好，國家標準規(guī)定：在承受動載荷情況下，焊接接頭的焊縫余高應趨于零。因此，對重要的動載結構，可采

17、用削平余高或增大過渡圓弧的措施來降低應力集中，以提高接頭的疲勞強度。對接接頭外形的變化與其它形式的接頭相比是不大的，所以它的應力集中較小，而且易于降低和消除。因此，對接接頭是最好的接頭形式，不但靜載可靠，而且疲勞強度也較高。2T 形接頭（十字接頭） 由于 T 形接頭（十字接頭）焊縫向母材金屬過渡較急劇，接頭在外力作用下力線扭曲很大，造成應力分布極不均勻，在角焊縫的根部和過渡處，易產(chǎn)生很大的應力集中，如圖 2-15 所示。44圖 2-15 T 形（十字）接頭的應力分布圖 2-15a 是形坡口 T 形（十字）接頭中正面焊縫的應力分布狀況。由于整個厚度沒有焊透，焊縫根部應力集中很大。在焊趾截面 BB

18、 上應力分布也不均勻，B 點的應力集中系數(shù) KT值隨角焊縫的形狀而變，應力集中 KT隨角減小而減小，也隨焊腳尺寸 K 增大而減小。圖 2-15b 是開 K 形坡口并焊透的 T 形（十字）接頭，這種接頭使應力集中程度大大降低，應力集中系數(shù) KT1，事實上已經(jīng)不存在應力集中問題了。這是因為：由于角大幅度降低而使焊縫向母材金屬過渡平緩，消除了焊趾截面的應力集中；由于開坡口并焊透而消除了焊跟部的應力集中。因此，保證焊透是降低 T 形（十字）接頭應力集中的重要措施之一。因此，在焊接結構生產(chǎn)中，對重要的 T 形（十字）接頭必須開坡口焊透或采用深熔法進行焊接。3搭接接頭 搭接接頭使構件形狀發(fā)生較大的變化，其

19、應力集中比對接接頭的情況要復雜得多。在搭接接頭中，根據(jù)搭接角焊縫受力的方向，可以將搭接角焊縫分為正面角焊縫、側面角焊縫和斜向角焊縫三種，見圖 2-16。焊縫與力的作用方向相垂直的角焊縫稱為正面角焊縫（L3段） ；而相平行的稱為側面角焊縫（L1、L5段） ；介于兩者之間的稱為斜向角焊縫（L2、L4段） 。 圖 2-16 搭接接頭角焊縫（1）正面角焊縫的工作應力分布 在正面角焊縫的搭接接頭中，應力分布很不均勻，見圖 2-17。在角焊縫的焊根 A 點和焊趾 B 點，都有較大的應力集中。焊趾 B 點的應力集中系數(shù)隨角焊縫的斜邊與水平邊的夾角而改變。減小角和增大熔深，焊透根部，可以降低焊趾處和焊根處的應

20、力集中系數(shù)。圖 2-17 正面搭接角焊縫的應力分布（2）側面角焊縫的工作應力分布 側面角焊縫的工作應力分布見圖 2-18。其特點是最大應力在兩端，中部應力最小，而且焊縫較短時應力分布較均勻，焊縫較長時，應力分布不均勻的程度就增加。因此，采用過長的側面角焊縫是不合理的，通常規(guī)定側面角焊縫不得大于 50K（K 為焊腳尺寸） 。45圖 2-18 側面角焊縫的工作應力分布（3）聯(lián)合角焊縫的工作應力分布 既有側面角焊縫又有正面角焊縫的搭接接頭稱為聯(lián)合角焊縫搭接接頭。在只有用側面角焊縫焊成的搭接接頭中，母材金屬斷面上的應力分布不均勻（圖 2-18） ，例如，橫截面 AA 的焊縫附近就有最大的正應力分布，其

21、應力集中非常嚴重。增添正max面角焊縫后的應力分布見圖 2-19。在 AA 截面上正應力分布較為均勻，最大切應力降低，致max使在 AA 截面上兩端點上的應力集中得到改善。由于正面角焊縫承擔一部分外力，以及正面角焊縫比側面角焊縫剛度大，變形小，所以側面角焊縫的切應力也得到改善。為此在設計搭接接頭時，如增添正面角焊縫，不但可以改善應力分布，還可以縮短搭接長度，圖 2-19 為聯(lián)合角焊縫的應力分布。圖 2-19 聯(lián)合角焊縫的應力分布（4）蓋板接頭中的工作應力分布 加蓋板接頭，有雙蓋板搭接和單蓋板搭接兩種。僅用側面角焊縫連接的蓋板接頭見圖 2-20a，在蓋板范圍內各橫截面正應力的分布極不均勻，靠近側

22、面焊縫的部位應力最大，遠離焊縫并在構件的軸線位置上應力最小。增添正面角焊縫連接的蓋板接頭見圖2-20b，其各橫截面正應力的分布得到明顯改善，應力集中大大降低。但是，這種接頭在承受動載荷的結構中疲勞強度極低，因而蓋板接頭還是不宜采用。在各種角焊縫構成的搭接接頭中，實驗證明，在相同的焊腳尺寸的條件下，正面角焊縫的單位長度強度較側面角焊縫高，而斜向角焊縫的單位長度強度介于二者之間。綜合上述，各種電弧焊接頭，都有不同程度的應力集中。實踐證明，并不是在所有情況下應力集中都將影響強度。當材料具有足夠的塑性時，結構在靜載破壞之前就有顯著的塑性變形，應力集中對其強度無影響。例如側面搭接接頭在加載時，如果母材和

23、焊縫金屬都有較好的塑性，起初焊縫工作于彈性極限內，其切應力的分布是不均勻的，如圖 2-21 所示。繼續(xù)加載，焊縫的兩端點達到屈服極限（s） ，則該處應力停止上升，而焊縫中段各點的應力尚未達到s，故應力隨著加載繼續(xù)上升，到達屈服極限的區(qū)域逐漸擴大，應力分布曲線變平，最后各點都達到s。如再加載，直至使焊縫全長同時達到強度極限，最后導致破壞。這說明接頭在塑性變形的過程中能發(fā)生應力均勻化，只要接頭材料具有足夠的塑性，應力集中對靜載強度就沒有影響。圖 2-20 加蓋板接頭的應力分布46圖 2-21 側面搭接接頭的工作應力均勻化第三節(jié)第三節(jié) 焊接接頭的靜載強度計算焊接接頭的靜載強度計算一、工作焊縫和聯(lián)系焊

24、縫一、工作焊縫和聯(lián)系焊縫任何一個焊接結構上，都有若干條焊縫，根據(jù)其傳遞載荷的方式和重要程度，一般可分為兩種：一種焊縫與被連接的元件是串聯(lián)的，它承擔著傳遞全部載荷的作用，即焊縫一旦斷裂，結構就立即失效，這種焊縫稱為工作焊縫，見圖 2-22a、b，其應力稱為工作應力；另一種焊縫與被連接的元件是并聯(lián)的，它僅傳遞很小的載荷，主要起元件之間相互聯(lián)系的作用，焊縫一旦斷裂，結構不會立即失效，這種焊縫稱為聯(lián)系焊縫，見圖 2-22c、d，其應力稱為聯(lián)系應力。在結構設計時無需計算聯(lián)系焊縫的強度，只計算工作焊縫的強度。對于具有雙重性的焊縫，它既有工作應力又有聯(lián)系應力，則只計算工作應力，而不考慮聯(lián)系應力。圖 2-22

25、 工作焊縫和聯(lián)系焊縫a、b) 工作焊縫 c、d) 聯(lián)系焊縫二、焊接接頭強度計算的假設二、焊接接頭強度計算的假設焊接接頭的強度計算，和其它結構的強度計算相同，均需要計算在一定載荷作用下產(chǎn)生的應力值。但是焊接接頭的應力分布，尤其是角焊縫構成的 T 字接頭和搭接接頭等的應力分布非常復雜，精確計算接頭的強度是困難的，常用的計算方法都是在一些假設的前提下進行的，稱之為簡化計算法。在靜載條件下為了計算方便常作如下假設：1）殘余應力對接頭強度沒有影響。2）焊趾處和余高處的應力集中，對接頭強度沒有影響。3）接頭的工作應力是均布的，以平均應力計算。4）正面角焊縫與側面角焊縫的強度沒有差別。5）焊腳尺寸的大小對角

26、焊縫的強度沒有影響。6）角焊縫都是在切應力的作用下被破壞，故按切應力計算強度。7）角焊縫的破斷面（計算斷面）在角焊縫截面的最小高度上，其值等于內接三角形高 a，見圖2-4，a 稱為計算高度，直角等腰角焊縫的計算高度：8） 余高和少量的熔深對接頭的強度沒有影響，但是，在采用熔深較大的埋弧焊和 CO2氣體保護焊時，應予以考慮，見圖 2-23。其角焊縫計算斷面高度 a 為：KKa7 . 0247a=（K+p）cos45當 K8mm 時，可取 a 等于 K；當 K8mm 時，可取 p=3mm。圖 2-23 深熔焊的角焊縫三、三、 電弧焊接頭的靜載強度計算電弧焊接頭的靜載強度計算靜載強度計算方法，目前仍

27、然采用許用應力法。而接頭的強度計算實際上是計算焊縫的強度。因此，強度計算時的許用應力值均為焊縫的許用應力。電弧焊接頭的靜載強度計算的一般表達式為:或 式中：、 為平均工作應力；、為焊縫的許用應力。下面分析各類接頭的靜載強度計算式及其應用。1對接接頭的靜載強度計算計算對接接頭的強度時，可不考慮焊縫余高，所以計算基本金屬強度的公式完全適用于計算這種接頭。焊縫計算長度取實際長度，計算厚度取兩板中較薄者。如果焊縫金屬的許用應力與基本金屬相等，則可不必進行強度計算。圖 2-24 對接接頭受力情況全部焊透的對接接頭的各種受力情況見圖 2-24。圖中 F 為接頭所受的拉（或壓）力，Q 為切力，M1為平面內彎

28、矩，M2為垂直平面的彎矩。各種受力情況的強度計算公式如下：（1）受拉或受壓受拉時（2-1）受壓時 式中 F接頭所受的拉力或壓力（N） ；L焊縫長度（mm） ；接頭中較薄板的厚度（mm） ；1、接頭受拉或受壓時焊縫中所承受的工作應力（MPa） ；tp 1ttLF 1ppLF48焊縫受拉或受彎時的許用應力（MPa） ；t焊縫受壓時的許用應力（MPa） ；p例例 1 兩塊板厚為 5mm、寬為 500mm 的鋼板對接在一起，兩端受 28400N 的拉力，材料為Q235A 鋼，142MPa，試校核其焊縫強度。t解解 已知 F=284000N，L=500mm，=5mm，142MPa，代入式（2-1）得1t

29、所以該對接接頭焊縫強度滿足要求，結構工作時是安全的。（2）受剪切(2-2)式中 Q接頭所受的切力（N） ；L焊縫長度（mm） ；接頭中較薄板的厚度（mm） ；1接頭焊縫中所承受的切應力（MPa） ；焊縫許用切應力（MPa） 。例例 2 兩塊板厚為 10mm 的鋼板對接，焊縫受 29300N 的切力，材料為 Q235A 鋼，試設計焊縫的長度（鋼板寬度） 。解解 由式(2-2)可得由已知條件知 Q=29300N，=10mm；由表 2-3 中查得93MPa，代入上式得1取 L32mm。即當焊縫長度(板寬)為 32mm 時，該對接接頭焊縫強度能滿足要求。（3）受彎矩1） 受板平面內彎矩 M12） 受垂

30、直板面彎矩 M2式中 M1板平面內彎矩（Nmm） ；M2垂直板面彎矩（Nmm） ；L焊縫長度（mm） ；接頭中較薄板的厚度（mm） ；1 MPaMPammmmNLFtt1426 .1135500284001 1LQ 1QL mmMPaNL9 .29981029300 )33(6211tLM )43(6212tLM49接頭受彎矩作用時焊縫中所承受的工作應力（MPa） ；焊縫受拉或受彎時的許用應力（MPa） 。t例例 3 兩塊相同厚度的鋼板對接接頭，材料為 Q345，鋼板寬度為 300mm，焊縫質量用普通方法檢查，受垂直板面彎矩 3000000Nmm，試計算焊縫所需的厚度（板厚） 。解解 由式（2

31、-4） 可得由已知條件 M2=3000000Nmm，L=300mm，由表 2-3 中查得201MPa。代入上式得t取18mm，即當焊縫厚度（板厚）為 18mm 時，該對接接頭焊縫強度能滿足要求。12搭接接頭的靜載強度計算（1）受拉、壓的搭接接頭計算 各種搭接接頭的受力情況見圖 2-25。由于焊縫和受力方向相對位置的不同，可分成正面搭接受拉或壓、側面搭接受拉或壓和聯(lián)合搭接受拉或壓三種焊縫。圖 2-25 各種搭接接頭受力情況 a) 正面搭接受拉或壓 b) 側面搭接受拉或壓 c) 聯(lián)合搭接受拉或壓三種焊縫的計算公式如下：1）正面搭接受拉或壓計算公式2）側面搭接受拉或壓計算公式3）聯(lián)合搭接受拉或壓計算

32、公式式中 F搭接接頭所受的拉力或壓力（N） ；K焊腳尺寸（mm） ；L焊縫長度（mm） ；正、側面焊縫總長度（mm） ；L621tLMmm2 .17201300300000061 4 . 1KLF 7 . 0LKF 4 . 1KLF50搭接接頭角焊縫所承受的切應力（MPa） ；焊縫金屬許用切應力（MPa） 。例例 4 將 100mm100mm10mm 的角鋼用角焊縫搭接在一塊鋼板上，見圖 2-26。受拉伸時要求與角鋼等強度，試計算接頭的合理尺寸 K 和 L 應該是多少？圖 2-26 角鋼與鋼板組成搭接接頭解解 從材料手冊查得角鋼斷面面積 A=19.2cm2；許用拉應力160MPa160N/mm

33、2，焊縫t許用切應力=100MPa100N/mm2角鋼的允許載荷F=A=1920mm2160 N/mm2=307200N。t假定接頭上各段焊縫中切應力都達到焊縫許用切應力值，即。若取 K10mm，用焊條電弧焊，則所需的焊縫總長度為角鋼一端的正面角焊縫 L3=100mm，則兩側焊縫總長度為 339mm。根據(jù)材料手冊查得角鋼的拉力作用線位置 e28.3mm，按杠桿原理，則側面角焊縫 L2應承受全部側面角焊縫應該承受載荷的28.3%。故另外一側的側面角焊縫長度應該是：取 L1250mm，L2100mm（2）受彎矩的搭接接頭計算1）分段計算法 分段計算法的示意圖見圖 2-27，外加力矩 M 必須與水平

34、焊縫產(chǎn)生的內力矩MH和垂直焊縫產(chǎn)生的內力矩 MV之和相平衡，即：MMH+MV當焊縫不是深熔焊縫，其應力值達到時水平焊縫中的力矩垂直焊縫中的力矩mmmmNmmNKFL439/100107 . 03072007 . 02mmmmL961003 .283392mmmmL2431003 .281003391)(7 . 0KhKLMH67 . 02KhMV51圖 2-27 分段計算法示意圖圖 2-28 軸慣性矩計算法示意圖2）軸慣性矩計算法 軸慣性矩計算法的示意圖見圖 2-28。計算的基本假設是焊縫中某點的應力值與其至中性軸的距離成正比，因此，最大應力值將出現(xiàn)在離中性軸最遠的 ymax處。計算公式為：式

35、中 M 作用在接頭上的外加彎矩（Nmm） ；ymax 焊縫至 x 軸的最大距離（mm） ；Ix 焊縫對 x 軸的計算慣性矩（mm4） ； 焊縫受到的最大切應力（MPa） ；max 焊縫的許用切應力（MPa） 。例例 5 由三面角焊縫組成的懸臂搭接接頭見圖 2-29。當焊縫總長為500mm，h=300mm，K=10mm 時，在梁的端頭作用一彎矩 M=28000000Nmm，試計算接頭是否安全經(jīng)濟，并比較兩種計算方法的結果。焊縫金屬許用切應力100MPa。解解 （1）分段計算法 由計算公式根據(jù)原始據(jù) M=28000000Nmm，K=10mm，h=300mm，L= 100 mm。將數(shù)據(jù)代入上式得ma

36、xmaxyIM67 . 0)(7 . 02KhKhKLM67 . 0)(7 . 02KhKhKLMmm230050067 . 0)(7 . 02KhKhKLMMMVH52max 86.96MPa100MPa，即 所以接頭是安全的。（2）軸慣性矩計算法 由計算公式 根據(jù)原始數(shù)據(jù)M=28000000Nmm，Ix的計算故=(2.5+22485.8)104=4974.1104 mm4212xxxIII將數(shù)據(jù)代入原式90.06MPa100MPa，即所以接頭是安全的。從上述計算結果可以看出，分段計算和軸慣性矩法得出的結果大體相同，只是分段計算法運算較為簡便，特別是當已知載荷，設計焊縫長度或焊腳尺寸時，用分段計算法更為方便。圖 2-29 懸臂搭接接頭,maxmaxyIMmmKh160)102300(2ymax4433mm105 . 21210300121hKIx442323mm102485.51010021030012100102122LKKhKLIx212xxxIII90.06MPaN/mm 90.0616101 .49742800000024max86.96MPa86.96N/mmN/mm6300107 . 0)10300(100107 . 02800000022253圖 2-30 受偏心載