精品角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

1、3.3 角焊縫的構(gòu)造和計(jì)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(zhǎng)度方向與作用力垂直；     側(cè)面角焊縫：焊縫長(zhǎng)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(dòng)力荷載的

2、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(fèi)事，因此采用手工焊時(shí)，焊縫做成直線性較為合適圖3.10(a)。當(dāng)用自動(dòng)焊時(shí)，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(dòng)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(duì)正面角焊縫，因其剛度較大，受動(dòng)力荷載時(shí)應(yīng)焊成平坡式圖3.10(b)，直角邊的比例通常為1:1.5（長(zhǎng)邊順內(nèi)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(jié)構(gòu)中。對(duì)于夾角>135°或<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(yàn)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=0.7×1051×105N/mm2），強(qiáng)度也較低。由于傳力線通過(guò)側(cè)面角焊縫時(shí)產(chǎn)生彎折，因而應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向的分布不均勻，呈兩端大中間小的狀態(tài)，焊縫越長(zhǎng)，應(yīng)力分布不均勻性越顯著。但在在接近塑性工作階段時(shí)，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

4、開始，再出現(xiàn)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(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(shí)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E1.5×105 N/mm2），強(qiáng)度較高，但塑性變形要差些。即沿焊縫長(zhǎng)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、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

5、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(jì)算是采用有效截面he。  角焊縫的構(gòu)造要求     1、最大焊腳尺寸      為了避免焊縫區(qū)的基本金屬“過(guò)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)。        2、最小焊腳尺寸    &#

6、160; 角焊縫的焊腳尺寸 也不能過(guò)小，否則焊縫因輸入能量過(guò)小，而焊件厚度較大，以致施焊時(shí)冷卻速度過(guò)快，產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開裂。         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(shí)，可采用不等腳焊腳尺寸，見圖3.14(c)。    4、側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度      承受靜荷載或間接動(dòng)力荷載時(shí)：  &#

7、160;   承受動(dòng)力荷載：      當(dāng)計(jì)算長(zhǎng)度大于上述限值時(shí)，其超過(guò)部分在計(jì)算中不予考慮，若內(nèi)力沿焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，其計(jì)算長(zhǎng)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(jì)算長(zhǎng)度      如過(guò)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。              &#

8、160;       6、搭接連接的構(gòu)造要求     當(dāng)板件端部?jī)H有兩條側(cè)面角焊縫連接時(shí)(圖3.15)：    ， 為較薄焊件的厚度。     當(dāng)僅有兩條正面焊縫時(shí)：搭接長(zhǎng)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(shí)，轉(zhuǎn)角處截面突變會(huì)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(duì)于非圍焊情況，當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)

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

10、0;      式中 按焊縫有效截面（helw）計(jì)算，垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力；         按焊縫有效截面（helw）計(jì)算，沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力；         正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)，對(duì)承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)， =1.22；直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)=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。）     &

11、#160;   角焊縫的抗拉、抗剪和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。     （）力與焊縫長(zhǎng)度方向平行      側(cè)縫：=0；      假定： 均勻分布                      （）力與焊縫長(zhǎng)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(zhǎng)度方向）     只要將焊縫應(yīng)力分解為垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力 和平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力 ，即可按式(3.1)計(jì)算。   各種受力狀態(tài)下直角角焊縫的計(jì)算     1、承受軸心力作用時(shí)角焊縫連接計(jì)算&

13、#160;    （1）用蓋板的對(duì)接連接承受軸心力（拉力或壓力）時(shí)，當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過(guò)連接焊縫中心時(shí)，可認(rèn)為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。    圖3.18的連接中：     當(dāng)只有側(cè)面角焊縫時(shí)，按式(3.2)計(jì)算；     當(dāng)只有正面角焊縫時(shí)，按式(3.3)計(jì)算；     當(dāng)采用三面圍焊時(shí)，對(duì)矩形拼接板，先按式(3.3)計(jì)算正面角焊縫所承擔(dān)的內(nèi)力：     

14、60;                            式中 連接一側(cè)正面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和。再由力 計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度：                 &#

15、160;   式中 連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和。     例3.1試設(shè)計(jì)用拼接蓋板的對(duì)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(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算應(yīng)力：                             代入式(3.1)驗(yàn)算角焊縫的強(qiáng)度。     （3）承受軸心力的角鋼角焊縫計(jì)算     在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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。       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(guò)角鋼的形心線.        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       

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(dān)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(zhǎng)度。已知角鋼為2125×10，與厚度為8mm的節(jié)點(diǎn)板連接，其肢背搭接長(zhǎng)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(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)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(gè)分力。則角焊縫可看做同時(shí)承受軸心力Nx、剪力Ny和彎矩M=Nx e的共同作用。焊縫計(jì)算截面上的應(yīng)力分布如圖3.23(b)所示，其中A點(diǎn)應(yīng)力最大為控制設(shè)計(jì)點(diǎn)。            3、承受扭矩與剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)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(jì)算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，采用如下假定：     （1）構(gòu)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(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長(zhǎng)度r成正比。     圖3.24中，A點(diǎn)與A點(diǎn)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T均小于A點(diǎn)和A點(diǎn)的剪應(yīng)力，因此A點(diǎn)和A點(diǎn)為設(shè)計(jì)控制點(diǎn)。      &#

21、160;             由剪力V在焊縫群引起的剪應(yīng)力V假設(shè)按均勻分布，則在引起的應(yīng)力Vy為：    則A點(diǎn)受到垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為：    沿焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為Tx，則A點(diǎn)合應(yīng)力應(yīng)滿足的強(qiáng)度條件為：                 當(dāng)連接直接承受動(dòng)態(tài)荷載時(shí)，取

22、=1.0。    典型問(wèn)題：工字型牛腿焊縫的計(jì)算     對(duì)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。       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：                       式中  M 全部焊縫所承受的彎矩；         全部焊縫有效截面對(duì)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(zhǎng)度方向的彎曲應(yīng)力；    b）腹板焊縫：