焊接角焊缝PPT学习教案

1、会计学1焊接角焊缝焊接角焊缝 直角焊缝：直角焊缝： =90=900 0a)普通焊普通焊缝缝b)平坡焊平坡焊缝缝c)凹焊缝凹焊缝 普通焊缝：普通焊缝：两焊脚尺寸都等于两焊脚尺寸都等于h hf f ，常用。但应力集中较严重，常用。但应力集中较严重 （材料突变严重）。（材料突变严重）。 平坡焊缝：平坡焊缝：是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至1.5h1.5hf f而成。易焊，应而成。易焊，应 力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。 凹焊缝：凹焊缝：两边的焊缝宽度被加宽成凹面，应力集中小，用于受两边的焊缝宽度被加宽成凹面，应力集中小，用于受 动荷的结构

2、中可提高疲劳强度，但手工焊费工。动荷的结构中可提高疲劳强度，但手工焊费工。ab第1页/共55页（2 2）斜角角焊缝）斜角角焊缝 我们主要讨论直角焊缝我们主要讨论直角焊缝（d d）斜锐角焊缝）斜锐角焊缝d)e)（e e）斜钝角焊缝）斜钝角焊缝f)（f f）斜凹面角焊缝）斜凹面角焊缝 两焊边夹角两焊边夹角90或或135或或6mm时时，hf,maxt-(12)mm当当 t6mm时时，hf,maxt h hf ft tt t1 1t1tt tt t1 1h hf f贴边焊缝贴边焊缝第5页/共55页（2 2）最小焊脚尺寸）最小焊脚尺寸 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬为了避免在焊缝金属中由于

3、冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，组织，导致母材开裂， hf,min 还还应满足以下要求应满足以下要求: : ,min1.5fht式中式中: : t较厚焊件厚度较厚焊件厚度另外另外：对埋弧自动焊：对埋弧自动焊hf,min可减小可减小1mm; ; 对对T形连接单面角焊缝形连接单面角焊缝h hf,minf,min应增加应增加1mm; ; 当当t4mm时时, , hf,min=t 取整取整mmmm数，小数点以后只进不舍。数，小数点以后只进不舍。h hf ft tt t1 1t t1 1t t第6页/共55页 （3 3）设计焊角尺寸）设计焊角尺寸hf 应满足应满足 （1 1）侧面角焊缝的最大计算

4、长度）侧面角焊缝的最大计算长度,min,maxfffhhh2 2、焊缝计算长度的构造要求、焊缝计算长度的构造要求 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均两端大而中间小。焊缝越长，应力集中越显著。如果两端大而中间小。焊缝越长，应力集中越显著。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；但是当焊缝长度超过某一限加载，应力会渐趋均匀；但是当焊缝长度超过某一限值后，可能首先在焊缝两端发生破坏而逐渐向中间发值后，可能首先在焊缝两端发生破坏而逐渐向中间发展，最终导致焊缝破坏。展，最终导致

5、焊缝破坏。第7页/共55页 当实际长度大于以上限值时，计算时超出部分不当实际长度大于以上限值时，计算时超出部分不予考虑；但当内力沿侧焊缝全长分布时，予考虑；但当内力沿侧焊缝全长分布时，lw不受此限不受此限制制. .fwhl60故侧面焊缝计算长度：故侧面焊缝计算长度： （2 2）侧面角焊缝的最小计算长度）侧面角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起灭弧坑相距太近，使焊缝不可靠。焊缝越短应力重且起灭弧坑相距太近，使焊缝不可靠。焊缝越短应力集中也越严重，故根据经验，规定：集中也越严重，故根据经验，规定：840wflhmm且此

6、规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。 第8页/共55页（3 3）侧面角焊缝的计算长度）侧面角焊缝的计算长度（1 1）当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：）当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：max,wwmin,wlll3 3、搭接连接的构造要求、搭接连接的构造要求N NN Nl lw w2h2hf f2h2hf fN NN Nl l2 2l l1 1b b钢板拱曲钢板拱曲第9页/共55页 试验结果表明，连接的承载力与试验结果表明，连接的承载力与b / lw有关。当有关。当b / lw1 1时，连接承载力随比值增大明显下降，这是由于应时，连接承载力随比值增大明显

7、下降，这是由于应力传递的过分弯折而使构件中应力不均所致，为防止连力传递的过分弯折而使构件中应力不均所致，为防止连接强度过分降低，规范规定：接强度过分降低，规范规定： b / lw 1 1 为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求： b16t（t 12mm）或或190mm（t12mm） 式中：式中：b为两侧焊缝的距离；为两侧焊缝的距离； lw为侧焊缝计算长度；为侧焊缝计算长度； t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。第10页/共55页 （2 2）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的的5倍，且不得小于

8、倍，且不得小于25mm。 （3 3）当焊缝端部在焊件转角处）当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊时，应将焊缝延续绕过转角加焊2hf。避开起落弧发生在转角处的。避开起落弧发生在转角处的应力集中。应力集中。1525mmt且t t1 1t t2 2 （t t1 1t t2 2）2hf2h2hf f2h2hf f焊缝绕角焊缝绕角2hf第11页/共55页1、应力分析、应力分析 焊缝是一个块体，应力状态复杂，计算时把直角三角形焊缝是一个块体，应力状态复杂，计算时把直角三角形以外的部分去掉，按有效厚度以外的部分去掉，按有效厚度h he e确定最危险截面（顺着焊缝确定最危险截面（顺着焊缝方向的平

9、面），通常称为方向的平面），通常称为有效截面有效截面。 hfdcbadcbah he ehfhfhfhe有效截面有效截面焊缝两焊脚面交线（焊缝两焊脚面交线（aaaa ）与有效厚度）与有效厚度h he e组组成的截面（下图中成的截面（下图中addadd a a ）。）。第12页/共55页（1 1）侧焊缝）侧焊缝 这些剪应力实际分布这些剪应力实际分布不均。试验表明两头大中不均。试验表明两头大中间小。考虑到出现塑性后间小。考虑到出现塑性后应力重分布，应力重分布，规范规定规范规定在在焊缝长度范围内按均匀分焊缝长度范围内按均匀分布计算。布计算。NNN N 有效截面上只有有效截面上只有与焊缝长度方向平行与

10、焊缝长度方向平行的剪应力的剪应力 。第13页/共55页（2 2）端（正面）焊缝）端（正面）焊缝N/2B2NAB1N/2abcN/2B2NAN/2N/2有效截面上与焊缝长度有效截面上与焊缝长度方向垂直的正应力方向垂直的正应力和剪应力和剪应力 。正面角焊缝刚度大，破坏正面角焊缝刚度大，破坏时变形小，强度比侧缝高时变形小，强度比侧缝高，但塑性变形能力比侧缝，但塑性变形能力比侧缝小，常呈脆性破坏。小，常呈脆性破坏。第14页/共55页（3 3）一般受力的焊缝）一般受力的焊缝FNV 作用在作用在T型连接焊缝上型连接焊缝上的一般力的一般力N，可以分解为平，可以分解为平行于焊缝方向的力行于焊缝方向的力V和垂直

11、和垂直于的焊缝方向力于的焊缝方向力F。 f分解为：分解为： 和和。 V产生产生 ；F产生产生 f，有效截面上有：有效截面上有： 、 、 。fweflhFwelhN = =第15页/共55页2、 角焊缝的强度角焊缝的强度 （1 1）有效截面上的应力状态）有效截面上的应力状态 前面已经说明：最一般情况（同时有端焊缝，侧焊缝性质的前面已经说明：最一般情况（同时有端焊缝，侧焊缝性质的一般受力焊缝），有效截面上有三个应力一般受力焊缝），有效截面上有三个应力 、 、 。 正应力，与焊缝长度方向（正应力，与焊缝长度方向（x x）面外垂直）面外垂直 剪应应，与焊缝长度方向（剪应应，与焊缝长度方向（x x）面内

12、平行）面内平行 剪应力，与焊缝长度方向（剪应力，与焊缝长度方向（x x）面内垂直）面内垂直xyzdcdcaah he e第16页/共55页角焊缝强度条件一般表达式：角焊缝强度条件一般表达式：P43wfffff22（2-12）第17页/共55页1、受轴心力作用时的计算、受轴心力作用时的计算 侧焊缝侧焊缝作用力平行于焊缝长度方向的角焊缝作用力平行于焊缝长度方向的角焊缝dNadccaxlwh he eNNwfwefflhN（2-14）第18页/共55页 端焊缝端焊缝作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝yzadcdcah he e fweflhN 两方向力综合作用的角焊缝两

13、方向力综合作用的角焊缝wfffff22N f正面角焊缝的强度设计值提高系数，对承受静力荷载或间接动力荷载的结构取1.22，对直接承受动力荷载的结构取1.0。第19页/共55页周围角焊缝（三面围焊，菱形）周围角焊缝（三面围焊，菱形）wfwefflhN)(第20页/共55页例例 设计如图所示一双盖板的对接接头。已知钢板截设计如图所示一双盖板的对接接头。已知钢板截面面250 x14 ,250 x14 ,盖板截面为盖板截面为2-200 x10,2-200 x10,受轴心力受轴心力N=700kNN=700kN（静荷载），钢材静荷载），钢材Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43型。型。

14、解：确定焊缝的焊脚尺寸解：确定焊缝的焊脚尺寸hfhfmax=t-(12)mm=10-(12)mm=89mm（施焊时一般（施焊时一般难以焊满整个厚度）难以焊满整个厚度） 且且 hfmax hf min=1.5(tmax)0.5=5.6mm（防止冷却过快产生淬（防止冷却过快产生淬硬组织）所以硬组织）所以hfNNNNa)第21页/共55页1、采用侧面角焊缝、采用侧面角焊缝因用双盖板，接头一侧共有因用双盖板，接头一侧共有4条条焊缝，每条焊缝所需计算长度为焊缝，每条焊缝所需计算长度为：3 .19516087 . 041070043wfewfhNlmmlw200取NNNNa)盖板总长：盖板总长：L（200

15、+28）2+10=442mm,取取L450mm第22页/共55页2、采用三面围焊、采用三面围焊NNNN正面角焊缝所能承担的内正面角焊缝所能承担的内力力N为：为：NflhNwffwf4372816022. 120087 . 027 . 02接头一侧所需侧缝的计算长度为：接头一侧所需侧缝的计算长度为：mmfhNNlwfew3 .7316087 . 044372841070043盖板总长：盖板总长：L（73.3+8）2+10=172.6mmm,取取180mm.第23页/共55页 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊，或三面围焊，特殊情况

16、也允许采用，或三面围焊，特殊情况也允许采用L形围焊。腹杆受轴心力形围焊。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。与角钢杆件的轴线重合。 如左图钢桁架节点，弦如左图钢桁架节点，弦杆和腹杆采用双角钢组成的杆和腹杆采用双角钢组成的T形截面，腹杆通过节点板形截面，腹杆通过节点板与弦杆连接。与弦杆连接。6-1106-11010-15010-1506-1106-11010-15010-1508 8170170190190130130120120285 25285 252、角钢连接的角焊缝计算、角钢连接的角

17、焊缝计算第24页/共55页（1 1）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算 K1、 K2焊缝内力分配系数；焊缝内力分配系数；N1 、N2 分别为角钢肢背和肢分别为角钢肢背和肢 尖传递的内力。尖传递的内力。11beNNk Nb肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝22eNNk Nb1w1wf1f20.7Nlh f2w2wf 2f20.7Nlhfx xx xlw1w1lw2w2N NN N1 1N N2 2cb第25页/共55页角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数 0.350.350.650.65不等边角钢不等边角钢（长边相连）（长

18、边相连）50.75不等边角钢不等边角钢（短边相连）（短边相连）0.7等边角钢等边角钢肢尖肢尖 k2肢背肢背 k1内力分配系数内力分配系数 截面及连接情况截面及连接情况第26页/共55页 设计时先设计时先假定假定正面角焊缝的焊脚尺寸正面角焊缝的焊脚尺寸hf3 ，并求出它，并求出它所分担的内力所分担的内力N3 ：wfff337 . 02fbhN通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝分担的内力分担的内力为为: :x xx xlw1w1lw2w2N NN N1 1N N2 2cbN N3 3（2 2）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算

19、）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算第27页/共55页利用前面利用前面lw1、 lw2表达式可得表达式可得肢背、肢尖焊肢背、肢尖焊缝的计算长度。缝的计算长度。11312Nk NN肢背焊缝肢背焊缝22312Nk NN肢尖焊缝肢尖焊缝x xx xlw1w1N NN N1 1cbN N3 3（3 3）角钢用）角钢用“L L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算型焊缝与节点板连接的焊缝计算第28页/共55页 令令N20，由式，由式 ，得：，得：L形围焊角焊缝计算公式为：形围焊角焊缝计算公式为：13NNN若求出得若求出得hf3大于大于hfmax , ,则不能采用则不能采用L形围焊形围焊322Nk N由水平平衡

20、关系，得：由水平平衡关系，得：1w1wf1f3f 3wffw320.720.7Nlh fNhflw3f 3lbh 未采用绕角焊时未采用绕角焊时采用绕角焊时采用绕角焊时w3lb22312Nk NN第29页/共55页【例例】 试确定下图所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承试确定下图所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢为载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢为212510, ,与厚度与厚度为为8mm的节点板连接的节点板连接, ,其肢背搭接长度为其肢背搭接长度为300mm, ,焊脚尺焊脚尺寸均为寸均为hf=8mm, ,钢材为钢材为Q235B, ,手工焊手工焊, ,焊条为焊条为E4

21、3型。型。第30页/共55页由公式可知由公式可知：肢背角焊缝所能承受的内力肢背角焊缝所能承受的内力 为：为：1N【解解】角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值 ，角焊缝内力分，角焊缝内力分配系数配系数 ，正面角焊缝长度，正面角焊缝长度 ，则正，则正面角焊缝能承担的内力面角焊缝能承担的内力 为：为：KNflhNwfwe3 .523160830087 . 02211KNNNNkN3 .33.5223 .2737 . 023113 . 0, 7 . 021kkmmlw12533NKNflhNwffwe3 .27316022. 112587 . 022332/160mmNfwf第31页/共55页由此可算出肢

22、尖焊缝的长度为由此可算出肢尖焊缝的长度为：KN9 .9427 . 07 .1363 .523N则由公式计算肢尖焊缝承受的内力由公式计算肢尖焊缝承受的内力 为：为：2NKNNNkN2 .1467 .1369 .9423 . 02322mmfhNlwfew6 .89816087 . 02102 .14682322第32页/共55页3、弯矩、剪力和轴心力共同作用下的、弯矩、剪力和轴心力共同作用下的T形连接角焊缝计算形连接角焊缝计算b)MfNfllf1a)形心形心MNVo1有效截面有效截面AABBMfNff焊缝受焊缝受M M、V V、N N作用作用第33页/共55页a)形心形心MNVo1有效截面有效截

23、面c)XXfh7 .0fh7 .0lw 剪力剪力V V与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用的与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用的状态，在有效截面上产生均匀分布剪应力状态，在有效截面上产生均匀分布剪应力 。 轴力轴力N N与焊缝轴线垂直，形与焊缝轴线垂直，形 成垂直于焊缝方向的均匀分布应成垂直于焊缝方向的均匀分布应 力力 f fN N。wfelhVAV7 . 02 f f = =wfeNflhNAN7 . 02第34页/共55页 在在弯矩弯矩M M作用下，有效截面上产生垂直作用下，有效截面上产生垂直于焊缝方向且按三角形分布的应力于焊缝方向且按三角形分布的应力 M M W W角焊缝有效截面绕角焊

24、缝有效截面绕x x轴（图）的抵抗矩。轴（图）的抵抗矩。27 . 026wfMflhMWMb)MfNfllf1a)形心形心MNVo1有效截面有效截面AABBc)XXfh7 .0fh7 .0lw有效截面有效截面627 . 02wflhW第35页/共55页在在“1 1”点处，有垂直于焊缝长度方向点处，有垂直于焊缝长度方向的最大应力的最大应力 f f，且，且 MfNffwfffNfMff22形心形心MNVo1MfNfllf1第36页/共55页例例 设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝（周边围焊），并设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝（周边围焊），并验算角焊缝强度。钢材验算角焊缝强度。钢材Q235Q235，手工焊，焊

25、条，手工焊，焊条E43E43型。偏心力型。偏心力N=400kNN=400kN（间接动力荷载引起），（间接动力荷载引起），e=25cme=25cm。NVMa)b)c)fffff第37页/共55页分分 析析焊脚尺寸根据经验拟定；焊脚尺寸根据经验拟定；这是一个只有弯矩和剪力作用的问题。这是一个只有弯矩和剪力作用的问题。剪应力由两条竖向焊缝（牛腿腹板焊缝）承受。剪应力由两条竖向焊缝（牛腿腹板焊缝）承受。第38页/共55页计计 算算 确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值ffw 查查规范规范得得 ffw =160N/mm2 作用在焊缝上的力作用在焊缝上的力 V=N=400103N M=Ne=4002510

26、4=10000104 Nmm 拟定焊脚尺寸拟定焊脚尺寸hf 考虑到牛腿腹板厚为考虑到牛腿腹板厚为10mm，受，受间接动力荷载间接动力荷载。 设计设计 hf =8mm，并将所有焊脚尺寸取相同值，并将所有焊脚尺寸取相同值。 计算焊缝截面抗剪面积计算焊缝截面抗剪面积Af、惯性矩惯性矩IxNVMa)第39页/共55页 A Af f = 0.7 = 0.78 83603602=40322=4032mm2 2 I Ix= 0.7= 0.78 8200(205.6-5.6/2)200(205.6-5.6/2)2 22 2 + 0.7 + 0.78(95-5.6)(180-5.6/2)8(95-5.6)(18

27、0-5.6/2)2 24 4 + 0.7 + 0.78 83603603 32/122/12 = 19897 = 1989710104 4mm4 4 确定危险点，计算危险点应力确定危险点，计算危险点应力 由应力分布图知，腹板上端焊缝和翼缘下由应力分布图知，腹板上端焊缝和翼缘下 侧焊缝交点最危险，该点至中性轴距离为侧焊缝交点最危险，该点至中性轴距离为 y=180mm。 各项应力为：各项应力为： 244/3 .10310198976 .2051010000mmNyIMxb)第40页/共55页2/5 .906 .2051803 .103mmN，23wemm/N21.9936087 . 0210400

28、lhV222222/160/9 .12321.9922. 15 .90)(mmNfmmNwff强度满足要求强度满足要求c)fffff第41页/共55页例例 设计图中节点板和预埋钢板间的角焊缝。设计图中节点板和预埋钢板间的角焊缝。 偏心力偏心力P=150kNP=150kN（静荷（静荷 载）。钢材载）。钢材Q235Q235，手，手工工 焊，焊条焊，焊条E43E43型。型。 10010020P453VNM节点板节点板预埋钢板预埋钢板第42页/共55页分分 析析焊脚尺寸根据经验拟定；焊脚尺寸根据经验拟定；荷载荷载P不通过焊缝截面形心，使焊缝受轴力不通过焊缝截面形心，使焊缝受轴力N、剪力、剪力V、弯矩、

29、弯矩M。属于。属于角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用的情形。用的情形。第43页/共55页计计 算算 确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值ffw 查查规范规范得得 ffw =160N/mm2 作用在焊缝上的力作用在焊缝上的力 N=3P/5=3150/5=90kN V=4P/5=4150/5=120kN M=Ne=902=180kN-cm 拟定焊脚尺寸拟定焊脚尺寸hf 考虑到连接板件厚度为考虑到连接板件厚度为10mm，受静力荷载。取，受静力荷载。取 hf =8mm。 确定危险点，计算危险点应力确定危险点，计算危险点应力 焊缝下端点最危险，该点各项应力为：焊缝下端点最

30、危险，该点各项应力为：10010020第44页/共55页224wMmm/N7 .262)82200(87 . 0101806WM23wNmm/N3 .422)82200(87 .01090AN23wmm/N4 .562)82200(87 . 010120AV2222/160/804 .5622. 13 .427 .26mmNfmmNwf 焊缝强度富裕量较大是因为节点板尺寸较大焊缝强度富裕量较大是因为节点板尺寸较大的缘故，而节点板尺寸通常由其它构造要求决定的缘故，而节点板尺寸通常由其它构造要求决定。第45页/共55页 (A)220 (B)240 (C)305 (D)335 (A)220 (B)2

31、40 (C)305 (D)335【例例】如图所示节点连接，钢材为如图所示节点连接，钢材为Q235B，焊条为，焊条为E43型，手工焊。连接受斜向静拉力设计值型，手工焊。连接受斜向静拉力设计值566kN, ,节点板节点板与主构件采用双面角焊缝连接与主构件采用双面角焊缝连接, ,hf=8mm, ,则角焊缝的实则角焊缝的实际长度际长度l1(mm)与下列何项数值最为接近。与下列何项数值最为接近。l1/2l1/2节点板节点板t=12mm566kNHV第46页/共55页 【解解】将斜向拉力分解后可知，此将斜向拉力分解后可知，此T T形连接的角焊缝同时形连接的角焊缝同时承受拉力承受拉力H H（水平分力）和剪力

32、（水平分力）和剪力V V（竖向分力）作用（竖向分力）作用, ,其中其中H=V= =400kNH=V= =400kN。 由式（由式（3.63.6）得：）得：56622222wffffff wf w2 0.72 0.7HVfh lh l经换算得焊缝的计算长度经换算得焊缝的计算长度 为为wl22wwwfffff2 0.72 0.7HVlh fh f第47页/共55页2233400 10400 10289mm2 0.7 1.22 8 1602 0.7 8 160 故角焊缝的实际长度故角焊缝的实际长度 为为：1l1wf22892 8305mmllh 故选（故选（C C）第48页/共55页1 1、焊接残余变形的种类、焊接残余变形的种类 在焊接过程