钢结构的焊接

1、 1. 1.钢结构的连接方法钢结构的连接方法22. 2.焊接连接的特性焊接连接的特性3.3.对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算4. 4.角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算5. 5.焊接残余应力与变形焊接残余应力与变形3一、一、焊缝连接焊缝连接 钢结构的连接方法钢结构的连接方法对接焊缝连接对接焊缝连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。 角焊缝连接角焊缝连接4一、钢结构常用焊接方法一、钢结构常用焊接方法1.1.手工电弧焊手工电弧焊A、焊条的选择：、焊条的选择：

2、焊条应与焊件焊条应与焊件钢材相适应。钢材相适应。原理：利用电弧产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形 成焊缝。成焊缝。 焊接连接的特性焊接连接的特性 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧5Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：E E焊条焊条( (ElectrodeElectrode) )第第1 1、2 2位数字为熔

3、融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2) )第第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。 优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)C C、优、缺点、优、缺点6、焊丝转盘焊

4、丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊7A A、焊丝的选择应与焊件等强度。、焊丝的选择应与焊件等强度。 B B、优、缺点：、优、缺点： 优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。焊接质量好。 缺点：设备投资大，施工位置受限等。缺点：设备投资大，施工位置受限等。 送送丝丝器器机机器器8优、缺点：优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质优点：焊接速度快，焊接质量好。量好。 缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。91.1.焊接连接形式焊接连接形式对接对接10搭接搭接11（1）对接焊缝）对接焊缝正对

5、接焊缝正对接焊缝（2）角焊缝）角焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝123. 3. 焊缝位置焊缝位置131.1.焊缝缺陷焊缝缺陷14焊缝缺陷：裂纹焊缝缺陷：裂纹15焊缝缺陷：气孔焊缝缺陷：气孔焊缝缺陷：气孔焊缝缺陷：气孔16焊缝缺陷：未焊透焊缝缺陷：未焊透17焊缝缺陷：缩孔焊缝缺陷：缩孔18焊缝缺陷：焊缝缺陷：19焊缝缺陷：气孔焊缝缺陷：气孔20咬边缺陷咬边缺陷（1 1）咬边定义）咬边定义答：焊接电弧将母材融化后未及时填充液态金属而留下的鸿沟称作咬边。答：焊接电弧将母材融化后未及时填充液态金属而留下的鸿沟称作咬边。（2 2）咬边对焊缝的影响）咬边对焊缝的影响答：咬边不但降低焊件的断面

6、尺寸而且在咬边处应力集中，当焊件受载后易从咬边处答：咬边不但降低焊件的断面尺寸而且在咬边处应力集中，当焊件受载后易从咬边处产生开裂。产生开裂。（3 3）咬边产生的原因）咬边产生的原因答：焊接电流或电弧电压过高，焊接速度过慢、操作手法不正确等因素。答：焊接电流或电弧电压过高，焊接速度过慢、操作手法不正确等因素。（4 4）解决办法）解决办法答：适当调整焊接电流，电弧电压及焊接速度、采用正确的操作手法。答：适当调整焊接电流，电弧电压及焊接速度、采用正确的操作手法。21气孔气孔（1 1）气孔的定义）气孔的定义答：焊接时有些气孔未来得及逸出焊缝而产生的空穴称作气孔。答：焊接时有些气孔未来得及逸出焊缝而产

7、生的空穴称作气孔。（2 2）气孔对焊缝的影响）气孔对焊缝的影响答：降低焊缝的致密性、气孔处应力集中、加剧了合金元素的氧化、致使焊缝金属翠答：降低焊缝的致密性、气孔处应力集中、加剧了合金元素的氧化、致使焊缝金属翠化等。化等。（3 3）气孔对焊缝的影响）气孔对焊缝的影响答：待焊处油污锈垢过多、焊接电弧过长、电弧电压过高、保护气体挺度不够等。答：待焊处油污锈垢过多、焊接电弧过长、电弧电压过高、保护气体挺度不够等。（4 4）解决办法）解决办法答：焊前仔细清理待焊处的油污锈垢、尽量采用短弧焊接、适当调整电弧电压及保护答：焊前仔细清理待焊处的油污锈垢、尽量采用短弧焊接、适当调整电弧电压及保护气体流量等。气

8、体流量等。22夹渣夹渣（1 1）夹渣的定义）夹渣的定义答：焊缝中过多的杂物未来得及逸出在焊缝中残留的夹杂物称作夹渣。答：焊缝中过多的杂物未来得及逸出在焊缝中残留的夹杂物称作夹渣。（2 2）夹渣对焊缝的影响）夹渣对焊缝的影响答：夹渣不但降低焊缝的截面尺寸而且在夹渣两端应力高度集中，当焊缝受载后易在答：夹渣不但降低焊缝的截面尺寸而且在夹渣两端应力高度集中，当焊缝受载后易在夹渣两端产生延伸性裂纹。夹渣两端产生延伸性裂纹。（3 3）夹渣产生的原因）夹渣产生的原因答：焊接电流过小、焊接速度过快、操作手法不正确、待焊处的杂质过多等。答：焊接电流过小、焊接速度过快、操作手法不正确、待焊处的杂质过多等。（5

9、5）夹渣种类）夹渣种类答：孤立夹渣、条形夹渣答：孤立夹渣、条形夹渣（4 4）解决办法）解决办法答：焊前仔细清理待焊处的杂物、适当调整焊接电流及焊接速度、适当调整操作手法答：焊前仔细清理待焊处的杂物、适当调整焊接电流及焊接速度、适当调整操作手法等。等。23焊瘤焊瘤（1 1）焊瘤的定义）焊瘤的定义答：液态金属流淌到焊缝以外形成的瘤状熔敷金属答：液态金属流淌到焊缝以外形成的瘤状熔敷金属（2 2）焊瘤对焊缝的影响）焊瘤对焊缝的影响答：焊瘤不但影响外在美观而且在焊瘤处应力集中，在焊瘤底部还存在未融合等缺陷。答：焊瘤不但影响外在美观而且在焊瘤处应力集中，在焊瘤底部还存在未融合等缺陷。（3 3）焊瘤产生的原

10、因）焊瘤产生的原因答：焊接电流过大，焊接速度过慢、操作手法不正确等答：焊接电流过大，焊接速度过慢、操作手法不正确等（4 4）解决办法）解决办法答：适当调整焊接电流及焊接速度、才用正确的操作手法。答：适当调整焊接电流及焊接速度、才用正确的操作手法。24未焊透未焊透（1 1）未焊透的定义）未焊透的定义答：指焊件底部未完全融化结合答：指焊件底部未完全融化结合（2 2）未焊透对焊缝的影响）未焊透对焊缝的影响答：未焊透不但将级焊缝的断面尺寸而且在未融合处应力集中答：未焊透不但将级焊缝的断面尺寸而且在未融合处应力集中（3 3）未焊透产生的原因）未焊透产生的原因答：母材坡口不合格、焊接电流电弧电压过小、焊接

11、速度过快、操作手法不正确等答：母材坡口不合格、焊接电流电弧电压过小、焊接速度过快、操作手法不正确等（4 4）解决办法）解决办法答：合理加工母材坡口、正确选用焊接电流电弧电压，焊接速度及操作手法等答：合理加工母材坡口、正确选用焊接电流电弧电压，焊接速度及操作手法等25裂纹裂纹（1 1）裂纹的定义）裂纹的定义答：在焊缝新界面形成的裂痕答：在焊缝新界面形成的裂痕（2 2）裂纹对焊缝的影响）裂纹对焊缝的影响答：裂纹是焊接缺陷中最大的缺陷之一，易产生质量事故答：裂纹是焊接缺陷中最大的缺陷之一，易产生质量事故（3 3）裂纹产生的原因）裂纹产生的原因答：焊接应力过大、质脆因素等答：焊接应力过大、质脆因素等（

12、4 4）解决办法）解决办法答：焊前进行预热、焊中锤击、控制层间温度、焊后缓冷及热处理答：焊前进行预热、焊中锤击、控制层间温度、焊后缓冷及热处理（5 5）裂纹种类）裂纹种类答：有纵向裂纹、横向裂纹、（条状裂纹、星状裂纹、放射性裂纹）等。答：有纵向裂纹、横向裂纹、（条状裂纹、星状裂纹、放射性裂纹）等。26焊缝过大或过小焊缝过大或过小（1 1）焊缝过大或过小的定义）焊缝过大或过小的定义答：指焊缝大于或小于图样要求答：指焊缝大于或小于图样要求（2 2）对焊缝的影响）对焊缝的影响答：焊缝过大不但增加了焊接工作量而且增加了焊接变形节焊接残余应力，焊缝过小答：焊缝过大不但增加了焊接工作量而且增加了焊接变形节

13、焊接残余应力，焊缝过小降低焊件的强度降低焊件的强度（3 3）产生的原因及解决办法）产生的原因及解决办法答：按图样要求施焊并符合标准答：按图样要求施焊并符合标准27焊缝成型不良焊缝成型不良（1 1）焊缝成型不良有哪些）焊缝成型不良有哪些答：焊偏、焊缝宽度、凸度不均匀、焊波过于粗大等答：焊偏、焊缝宽度、凸度不均匀、焊波过于粗大等（2 2）对焊缝的影响）对焊缝的影响答：不但影响外在美观而且还存在一些焊接缺陷答：不但影响外在美观而且还存在一些焊接缺陷（3 3）解决办法）解决办法答：提高焊接技术水平从而提高焊接质量答：提高焊接技术水平从而提高焊接质量28焊接变形焊接变形（1 1）焊接变形的定义）焊接变形

14、的定义答：焊接后焊件产生尺寸上的变化称作焊接变形答：焊接后焊件产生尺寸上的变化称作焊接变形（2 2）焊接变形对焊件的影响）焊接变形对焊件的影响答：焊接变形不但降低焊件的尺寸精度而且降低了焊件的使用稳定性答：焊接变形不但降低焊件的尺寸精度而且降低了焊件的使用稳定性（3 3）产生原因）产生原因答：焊件收到了不同程度的加热及冷却、焊件焊接时受环境影响等答：焊件收到了不同程度的加热及冷却、焊件焊接时受环境影响等（4 4）解决办法）解决办法答：采用焊前预热降低焊接变形、采用合理的焊接顺序、焊件焊接时底部一定要放平答：采用焊前预热降低焊接变形、采用合理的焊接顺序、焊件焊接时底部一定要放平防止焊件受热塑性状

15、态后，下垂变形。防止焊件受热塑性状态后，下垂变形。(5)(5)焊接变形种类焊接变形种类答：收缩变形、角变形、错变形、弯曲变形、扭曲变形、破浪变形等答：收缩变形、角变形、错变形、弯曲变形、扭曲变形、破浪变形等29外观检查：外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。检验内部缺陷。 内部检验主要采用超声内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方法。还可以采用法。还可以采用X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。30钢结构工程施工及验收规范钢结构工程施工及验收规范规定：规定

16、： 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。和三级。 三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准三级质量标准。 一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。31 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：缝质量等级的选用有如下规定： (1) (1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向需要进行疲劳计

17、算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。 (2) (2) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 32 （）重级工作制和起重量（）重级工作制和起重量 的中级工作的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。不应低于二

18、级。 （）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力（）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。3334 详细参见表详细参见表3-1，图，图3-13351 1、对接焊缝的坡口形式、对接焊缝的坡口形式: : 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和板厚和施工条件施工条件有关。有关。 t-t-焊件厚度焊件厚度(1)(1)当当:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t2

19、0mm(3)t20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。36C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）2 2、V V形、形、U U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3 3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t2t1 1，t t1 1较

20、较薄焊件厚度；薄焊件厚度；4 4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm4mm时，应做坡时，应做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载) )或或1:4(1:4(动载动载) )的斜角，以平缓的斜角，以平缓过度，减小应力集中。过度，减小应力集中。371:2.51:2.538对接焊缝分为：对接焊缝分为：焊透焊透和和部分焊透（自学）部分焊透（自学）两种；两种；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受垂直受力方向力方向的连接焊缝；的连接焊缝；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其

21、强度可视为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。件强度计算相同。39NNt401、轴心力作用下的对接焊缝计算轴心力作用下的对接焊缝计算)283 ( wcwtwfftlN或 式中：式中： N轴心拉力或压力；轴心拉力或压力； t板件较小厚度；板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；形连接中为腹板厚度； f ft tw w、f fc cw w 对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。NNl lw wtA 当不满足上式时，可采用斜对

22、当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图接焊缝连接如图B。wvwwcwtwftlNfftlN cossin或另另: :当当tantan1.51.5时时, ,不用验算不用验算! !NNtBNsinsinNcoscosl lw w)293(62max wtwwftlMWM 41l lw wtAMV)303 (23max wVwwwftlVtIVS 因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M、V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：故其强度计算公式为：式中：式中：W Ww w焊缝截面模量；焊缝截面模量； S Sw w-焊缝截面面积矩；焊缝截面面积矩； I Iw w-焊缝截面惯性矩。

23、焊缝截面惯性矩。（1）板件间对接连接）板件间对接连接wtwfWMwvwwftIVS)313(1 . 132121 wtf 42MV1焊缝截面焊缝截面A A、对于焊缝的、对于焊缝的maxmax和和maxmax应满足式应满足式3-2和和3-3要求；要求；max11maxB B、对于翼缘与腹板交接点焊缝、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点）点），其折算应，其折算应 力尚应满足下式要求：力尚应满足下式要求：1.11.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。43求解思路：求解思路：（1）受力特征）受力特征(3)有效截面及截面特性有效截面及截面特性（4）应力）

24、应力（2）计算内容）计算内容（5）强度）强度习题：习题：3-244hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊缝的形式、角焊缝的形式: : 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算直角角焊缝、斜角角焊缝直角角焊缝、斜角角焊缝（1 1）直角角焊缝直角角焊缝hehfhf凹面式凹面式45按he=0.7hf斜角角焊缝按he=0.7hf(a)hfhfhfhfa）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝(b)按he=hf coshfhfhfhf2按he=hf cos2（2）斜角角焊缝斜角角焊缝对于对于135135o o或或606mmt6mm时，时，h hf,maxf,maxt-(1t-(12)mm2)

25、mm；hf ft t1 1t 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求应满足以下要求: : )(5 . 12min,计算数值只进不舍！计算数值只进不舍！thf 54 式中式中: : t t2-较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另另: :对于埋弧自动焊对于埋弧自动焊hf,min可减去可减去1mm; ; 对于对于T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,min应加上应加上1mm; ; 当当t t24mm时时, , hf,min=t=t2 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

26、性工作阶段沿长度方向受力不均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：故：fwhl60 55注注： 1 1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑； 2 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。

27、对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：规范规定：mmhlfw408且不得小于且不得小于 56 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： A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力 不均，规范规定：不均，规范规定：blw ）（或或）（mmtmmmmttb121901216111 57B、为了避

28、免焊缝横向收、为了避免焊缝横向收 缩时引起板件的拱曲缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：太大，规范规定：t1t2bwl 58C. 当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2h2hf f的的绕绕 角焊角焊，且转角处必须连续施焊。，且转角处必须连续施焊。bwl2hf f2551且且t t1t2 1 1、试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部喉部，故通常将故通常将4545o o截面作为计算截面，作用在该截面上截面作为计算截面，作用在该截面上的应力如下图所示：的应力如下图所示：59hfhehh1h2dehel lw wh-h-焊缝厚度、

29、焊缝厚度、h h1 1熔深熔深h h2 2凸度、凸度、d d焊趾、焊趾、e e焊根焊根603 3、由于我国规范给定的角焊由于我国规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的故上式又可表达为：件确定的故上式又可表达为：式中：式中：wuf-焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度hel lw w)43( wexflhN )33( weyflhN 61NNyNx2f ff= fh he el lw w45O45Oh hf f62wfffff3232222 将能量强度条件可得：将能量强度条件可得：得 1.22整理上式，并令 23f ) 53(22 wfffff 上式即为规范给

30、定的角焊缝强度计算通用公式上式即为规范给定的角焊缝强度计算通用公式f f正面角焊缝强度增大系数；正面角焊缝强度增大系数； 静载时取静载时取1.221.22，动载时取，动载时取1.01.0。63) 63 ( wffewffhlN 对于正面角焊缝，对于正面角焊缝，f f=0=0，可得：，可得：对于侧面角焊缝，对于侧面角焊缝，f f=0=0，可得：，可得：) 73 ( wfewffhlN 以上各式中：以上各式中： h he e=0.7h=0.7hf f； l lw w角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其 实际长度减去实际长度减去2h2hf f。

31、64ewwffhlfN 四、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算四、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算wfwefflhN 1 1、轴心力作用下、轴心力作用下(1)(1)轴心力作用下的盖板对接连接轴心力作用下的盖板对接连接: :A A、仅采用侧面角焊缝连接：、仅采用侧面角焊缝连接：B B、采用三面围焊连接：、采用三面围焊连接：wfewffhlNN NNl lw wl lw w65(2)(2)T形角焊缝连接形角焊缝连接) 83 (cos ewfhlN ) 93 (sin ewfhlN ) 53 (22 wfffff N Nx xN Ny yN N2wl2wlN N代入式代入式3-133-13验算焊缝

32、强度，即验算焊缝强度，即: :66(3)(3)角钢角焊缝连接角钢角焊缝连接A A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接)113 ()103 (221121 eNeNNNN由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :故故: :)133 ()123 (2211212121 NkeeeNNNkeeeNN肢肢尖尖焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数肢肢背背焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数 2211212121keeekkeeekNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w26768)153 ()143 (222111 wfewfwfewffhlNfhlN 对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对

33、于设计问题: :)173 ()163 (222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w269B B、采用三面围焊、采用三面围焊)213 (2)203 (2322311 NNkNNNkN由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :)183 (333 wffewfhlN )193 (33 wffefbhN 余下的问题同情况余下的问题同情况A，即，即: :Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w270)153 ()143 (222111 wfewfwfewffhlNfhlN 对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :)173

34、 ()163 (222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w271)233 ()223 (23123 NNNNkNC C、采用、采用L L形围焊形围焊由平衡条件可得由平衡条件可得: :对于设计问题对于设计问题: :02 N)243 (333111 wwfffwfewlfNhfhNl Ne1e2bN1xxN3l lw1w1722 2、N、M、V共同作用下共同作用下(1)(1)偏心轴力作用下角焊缝强度计算偏心轴力作用下角焊缝强度计算NeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNy 2,6weewxAflhMhlN ewyAfhlN

35、, wfAffAff 2,2, h he eh he et t73( (2) ) V、M共同作用下焊缝强度计算共同作用下焊缝强度计算h1fAfAfBfBf fwffwfAfhIM 21对于对于A点：点：式中：式中：I Iw w全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩； h h1 1两翼缘焊缝最外侧间的距离。两翼缘焊缝最外侧间的距离。xxh h2BBAh1MeFVM74对于对于B点：点： 2,2,22weffBwfBlhVhIM wffBffBf 22 强度验算公式：强度验算公式：式中：式中：h h2 2、l lw,2w,2腹板焊缝的计算长度；腹板焊缝的计算长度； h

36、he,2e,2腹板焊缝截面有效高度。腹板焊缝截面有效高度。h1f1f1f2f2f fxxh h2BBAh1MVM将将F F向焊缝群形心向焊缝群形心简化得简化得: : V=F V=F T=F(e T=F(e1 1+e+e2 2) )75假定假定: :A A、被连接件绝对刚性，焊缝、被连接件绝对刚性，焊缝为弹性，即：为弹性，即：T T作用下被连作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的趋接件有绕焊缝形心旋转的趋势；势；B B、T T作用下焊缝群上任意点的作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与形心的连线，且大小与r r成成正比；正比；C C、在、在V V作用

37、下，焊缝群上的应作用下，焊缝群上的应力均匀分布。力均匀分布。Fe1e2x0l l1l l2xxyyAA0TVr故：该连接的设计控制点故：该连接的设计控制点 为为A A点和点和A A点点)253( yxPTAIIrTIrT 76xxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he eT作用下作用下A点应力点应力: :将其沿将其沿x x轴轴和和y y轴分解轴分解: :)273 (cos)263 (sin rrIrTrrIrTxPTTAyyPTTAx e2x0l l1l l2xxyyAA0TVr侧缝侧缝正缝正缝77剪力剪力V作用下作用下,A,A点应力点应力: : weVVAylhV

38、 A A点垂直于焊缝长度方点垂直于焊缝长度方向的应力为向的应力为: :TAyVAyf A A点平行于焊缝长度方点平行于焊缝长度方向的应力为向的应力为: :TAxf 强度验算公式：强度验算公式：wfffff 22 wfTAxfVAyTAyf 22 即：即：思考思考: :以上计算方法为近似计算，为什么以上计算方法为近似计算，为什么? ?V VxxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he e一、焊接残余应力的分类及其产生的原因一、焊接残余应力的分类及其产生的原因 1 1、焊接残余应力的分类、焊接残余应力的分类 A A、纵向焊接残余应力纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向沿焊缝长度

39、方向; ; B B、横向焊接残余应力横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向垂直于焊缝长度方向; ; C C、沿厚度方向的焊接残余应力。沿厚度方向的焊接残余应力。 2 2、焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力产生的原因 （1 1）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应力7879 焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达产生不均匀的温度场，焊缝处可达16001600o oC C，而邻近区域，而邻近区域温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生小的钢材限制，产生

40、热态塑性压缩热态塑性压缩，焊缝冷却时被，焊缝冷却时被塑性塑性压缩压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力拉应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到达到屈服强度屈服强度。焊接残余应力是无荷载的。焊接残余应力是无荷载的内应力内应力，故在，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。+-500500o oC C800800o oC C300300o oC C300300o oC C500500o oC C800800o oC C施施焊焊方方

41、向向8cm64202468cm-+产生的原因产生的原因: :1 1、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形弯曲变形的趋势，的趋势，导致两焊件在焊缝处导致两焊件在焊缝处中部受拉，两端受压中部受拉，两端受压；2 2、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生膨胀，产生横向塑性压缩变形横向塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡应力自相平衡，更远，更远处焊缝则产生拉应力处焊缝

42、则产生拉应力；应力分布与施焊方向有关应力分布与施焊方向有关。 以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力。8081(a)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的变形趋势时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的横向应力时的横向应力xy+-+施施焊焊方方向向(c)焊缝横向收缩焊缝横向收缩 时的横向应力时的横向应力xy-+-+(d)焊缝横向焊缝横向残余应力残余应力yx不同施焊方向下不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力焊缝横向收缩时产生的横向残余应力:-+施施焊焊方方向向(e)-+-施施焊焊方方向向( f )xyyx 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产生膨胀，产生塑性压缩变形塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因生压应力，因应力自相平衡应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应，更远处焊缝则产生拉应力。因此，除了横向和纵向焊接