单元二 项目二 焊接

项目二焊接钢结构施工项目二焊接

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焊缝连接???

回顾1、钢材的机械性能指标有哪些？分别代表钢材哪些方面的性能？2、哪些因素促使钢材转脆?3、什么是冲击韧性，冲击韧性是衡量什么的指标？4、何谓应力集中？应力集中对钢材的机械性能有何影响？答案答案答案答案主要内容

钢结构的连接

对接焊缝的构造和计算

角焊缝的构造和计算教学要求1.了解钢结构连接的种类及各自的特点；2.了解焊接连接的工作性能，掌握对接焊缝的计算方法及构造要求；3.掌握角焊缝的计算方法及构造要求；§1.1钢结构的连接连接的方式焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接称为紧固件连接连接的原则安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材

图1.1.1连接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓连接铆钉连接焊接连接一、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；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。

角焊缝连接三、螺栓连接

优点：连接刚度大，传力可靠；

分为：普通螺栓连接、高强度螺栓连接

优点：施工简单、装拆方便缺点：开孔削弱截面，加工精度要求高二、铆钉连接N缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，施工速度慢。缺点*构造简单任何形式的构件都可直接相连；*用料经济不削弱截面；*制作加工方便可实现自动化操作；*连接的密闭性好，结构刚度大，整体性好。

*材质易变脆；*产生残余应力、残余应变、焊接缺陷*降低压杆稳定、影响疲劳强度*对裂纹十分敏感*低温冷脆问题较为突出。优点1.1.1焊缝连接1.焊缝连接的特点现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛。3分钟2.钢结构常用的焊接方法电阻焊电弧焊1）手工电弧焊2）自动半自动埋弧焊气体保护焊（1）手工电弧焊原理：利用电弧产生热量熔化涂有焊药焊条和母材形成焊缝。

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧优点：方便，适应性强，特别适用于在高空和野外作业，小型焊接，应用最广泛。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，生产效率低。A、焊条的选择：焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--E5518)Q345钢选择E50型焊条(E5001--E5048)Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328)不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。1、E表示焊条。2、第一、二位数字为熔敷金属的最小抗拉强度。3、第三、四位数字表示适用焊接位置、电池总类以及药皮类型等。（2）埋弧焊（自动或半自动）

光焊丝埋在焊剂下，通电后电弧使焊丝、焊件、焊剂熔化形成焊缝。焊剂溶化后形成焊渣浮在溶化金属表面，隔绝空气接触，供给必要的合金元素改善焊缝质量。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊丝转盘送丝器焊剂漏斗焊剂熔渣焊件优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊缝质量好。缺点：设备投资大，施工位置受限，焊机需沿顺焊缝的导轨移动。适用于梁、柱、板等大批量拼装制造焊缝。焊丝的选择应与焊件等强度。（4）电阻焊（3）气体保护焊

利用焊枪喷出的CO2或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方法。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层，以防止有害气体的侵入。

优点：没有熔渣，焊接速度快，焊接质量好。缺点：施工条件受限制，不适用于在风较大的地方施焊。

利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来溶化金属，再通过压力使其焊合。适用于板叠厚度不大于12ｍｍ的焊接。

3.焊接接头及焊缝形式（1）焊接接头：分为对接、搭接、T形连接和角部连接。（1）对接焊缝（又称坡口焊）正对接焊缝（2）角焊缝T型对接焊缝斜对接焊缝T型连接焊缝盖板拼接连接（2）焊缝形式：分为对接焊缝和角焊缝。对接焊缝按受力与焊缝方向分：

1）直对接焊缝

2）斜对接焊缝角焊缝按受力与焊缝方向分：

1）正面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直。

2）侧面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向平行。角焊缝沿长度方向的布置

1）连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。

2）间断角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中。不重要或受力小的构件，可采用间断角焊缝连接≥50或10hf平焊、立焊、横焊和仰焊。施焊方式图1.1.6施焊方式平焊立焊a)焊条d)仰焊b)c)横焊质量好质量一般质量差4.焊缝缺陷及焊缝质量等级及检查（1）焊缝缺陷

焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。

裂纹焊瘤烧穿弧坑气孔夹渣咬边未熔合未焊透(2)、焊缝质量检查外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。

内部检验主要采用超声波，有时还用磁粉检验荧光检验等辅助检验方法。还可以采用X射线或γ射线透照或拍片。检验标准三级肉眼外观检查二级肉眼外观检查＋超声波用于有较大拉应力的较重要连接不得存在裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷一级肉眼外观检查＋超声波＋X射线用于抗动力、疲劳荷载的重要连接不得存在未满焊、咬边、根部收缩、裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷用于一般连接所有焊缝均应作外观检验，不允许有可见裂纹等缺陷。其它缺陷如咬边、表面气孔、夹渣等按规范要求；焊缝质量检验超声波检测设备无损检测：一级焊缝全数检验，二级焊缝抽检20％以上（3）焊缝质量等级及选用

《钢结构设计规范》（GB50017--2003）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：1）需要进行疲劳计算的构件中，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。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。

2）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。

3）重级工作制和起重量Ｑ＞50t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与节点板之间的Ｔ形接头焊透的对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。

4）角焊缝质量等级一般为三级，但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量Q＞50t的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。5.焊缝符号及标注方法焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成《焊缝符号表示法》（GB/T324-1988）《建筑结构制图标准》（GB/T50105-2001）角焊缝V形坡口对接焊缝???

回顾①在我国钢结构连接有哪几种形式？各自的特点如何？②焊接连接的焊缝形式和连接形式有哪几种？各自的优缺点是什么？③焊接Q235钢和Q345钢的一般结构分别采用哪种型号焊条，如同时焊接Q235钢和Q345钢需采用哪种型号焊条？④焊缝缺陷有哪些？焊缝质量检验标准分为几级，如何实施？答案答案答案答案1.对接焊缝的坡口形式§1.2

对接焊缝的构造和计算1.2.1对接焊缝的构造直边缝单边V形缝双边V形缝U形缝X形缝K形缝b=0.5~2mm（直边缝）b=2~3mm（单边V）αb=2~3mm（V型）αp（U型）b=3~4mmpb=3~4mmp（K型）b=3~4mmp（X型）3.对接焊缝的构造处理2.对接焊缝的优缺点优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。缺点：需剖口，焊件长度要求精确。

垫板垫板垫板1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。引弧板

一般受静力荷载的结构，也可不设引弧板，但焊缝的计算长度比实际长度减小2t或2hf。动画4.对接焊缝的强度1）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。

2）三级质量的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的85%。(见附表1-3)

3）一、二级质量的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。3）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.5(静载)或1:4(动载)的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。a)改变厚度b)改变宽度≤1:2.5≤1:2.51.2.2对接焊缝的计算1.轴心受力的对接焊缝（1.2.1）N——轴心拉力或压力设计值lw——焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝计算长度取实际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度。t——连接件的较小厚度，对T形接头为腹板的厚度

;ftw、fcw——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值（P255表1-3）。对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不用计算。三级焊缝需进行计算；NNlt要点斜向受力的对接焊缝

对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈

夹角，其计算公式为：l’w——斜焊缝计算长度。加引弧板时，l’w＝b/sinq；不加引弧板时，l’w＝b/sinq－2t。

fvw——对接焊缝抗剪设计强度。规范规定，当斜焊缝倾角

≤56.3°，即tan

≤

1.5时，可认为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。b（1.2.2）（1.2.3）2.承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝

焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。

（1.2.5）（1.2.4）M——焊缝承受的弯矩；Ww——焊缝截面模量。V——焊缝承受的剪力；Iw——焊缝计算截面惯性矩；Sw——焊缝截面计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩。

对于工字形或T形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力:（1.2.6）式中:1、1——为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。

1.1为考虑到最大折算应力只在焊缝局部出现，而将焊缝强度设计值适当提高的系数。

工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。3.受轴力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝

轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应力，其计算公式为：（1.2.4*）（1.2.5*）（1.2.6*）式中：12

对于梁柱节点处的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪应力均匀分布，其计算公式为：（1.2.5**）Aw——牛腿处腹板的焊缝计算面积。fvw——对接焊缝抗剪设计强度。验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。M=1008kN.m，V=240KN，钢材Q235，E43焊条，手工焊，质量等级为三级，采用引弧板。1.截面几何特征值计算【例题1.1】【解】2501016161000MV12.焊缝强度计算查附表1-3P255

验算如图所示牛腿与柱的对接焊缝连接。F=170kN，钢材Q390，E55焊条，手工焊，质量等级为三级，采用引弧板。【例题1.2】961012190F160—96×12—190×10ba9610121902.荷载计算F160ba1.截面几何特征值计算【解】xx0961219010yc3.焊缝强度验算???

回顾①某受弯构件采用HN700×300×13×24，钢材为Q235，其抗弯、抗剪强度设计值为？②对接焊缝在那种情况下才需要计算？③待焊钢板厚度>20mm时，有哪几种坡口形式？④对接焊缝有哪几种构造措施？答案答案答案答案对接焊缝计算步骤确定荷载；进行截面应力状态分析；计算截面几何特征值；强度验算。确定最不利位置；不同作用情况下对接焊缝计算（矩形、I形）1.角焊缝的形式和强度1.3.1角焊缝的构造§1.3角焊缝的构造和计算(filletweld)角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。（1）直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（a）。对承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面通常采用（b）的形式，侧面角焊缝的截面则做成凹面式（c）。

（a）（b）

（c）图1.3.1直角角焊缝截面普通型平坡型凹面型（2）斜角角焊缝两焊边的夹角

>90°或

<90°的焊缝。通常用于钢漏斗和钢管结构中。图1.3.2斜角角焊缝截面（d）斜锐角焊缝（e）斜钝角焊缝（f）斜凹面角焊缝hehehehf—焊脚尺寸；

—焊脚边的夹角；

he—有效厚度（破坏面上焊缝厚度）并有，he

＝hfcos/2对于α>135o或α<60o斜角角焊缝,除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。角焊缝按作用力的方向分为：（1）侧面角焊缝（侧缝）单击图片播放单击图片播放（2）正面角焊缝（端缝）（3）斜角焊缝单击图片播放

（2）正面角焊缝：焊缝垂直于受力方向，应力状态较复杂。焊缝截面各面都有正应力和剪应力，分布不均匀，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强度高，但塑性差，弹性模量大。

（1）侧面角焊缝：焊缝长度方向与受力方向平行，应力分布简单。主要承受剪应力，弹性阶段分布并不均匀，剪应力两端大，中间小；强度低，弹性模量低，但塑性较好。角焊缝的工作性能图1.3.3角焊缝的应力分布图1.3.4角焊缝荷载与变形关系

斜焊缝的受力性能和强度介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。

q为试验焊缝与试件水平方向的夹角。

正面角焊缝的破坏强度比侧面角焊缝高。2.构造要求角焊缝的焊脚尺寸是指焊缝根脚至焊缝外边的尺寸--hf（1）焊脚尺寸

为了保证焊缝的最小承载能力以及防止焊缝由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂。a)最小焊脚尺寸(hf,min)焊脚尺寸的限制焊缝计算长度的控制减小焊缝应力集中的措施。手工焊角焊缝：t—较厚焊件的厚度。hfmax≤1.2tmin

t—较薄焊件的板厚。

b)最大焊脚尺寸(hfmax)

对板件（厚度t

）边缘的角焊缝（贴边焊）当t≤6mm时，hfmax≤t

；当t＞6mm时，hfmax≤t-(1～2)mm

。

为了避免焊缝局部过热，烧穿较薄的焊件，减小焊接残余应力和残余变形。hf,max应满足以下要求:（2）角焊缝计算长度角焊缝计算长度（lw）取值lwmin≤lw

≤lwmax

焊脚尺寸的取值hfmin≤hf≤hfmax

最小计算长度（lwmin）

为了使焊缝能有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度：lwmin≥8hf

和40mm

考虑到焊缝两端的缺陷，其实际长度应较前述数值还要大2hflwmax≤60hf

若实际长度超过以上数值，则超过部分不纳入计算长度中。若内力沿侧焊缝全长分布时，计算长度不受此限制。

b)侧焊缝最大计算长度（lwmax）

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不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲太大，规范规定：不满足时加正面角焊缝t1t2b（3）减小角焊缝应力集中的措施D、搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度

的5倍，且不得小于25mm。C.

当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊。b2hft1t2破坏面常发生在45°斜面上。侧焊缝端焊缝1.3.2直角焊缝的基本计算公式1.焊缝的破坏面计算截面均取焊缝45°处有效截面（有效厚度×计算长度）焊缝有效高度he

＝hfcos45o＝

0.7hf焊缝计算长度lw=每条焊缝长度-2hfhfhehh1h2deh---焊缝厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根（每端1hf，以考虑起落弧缺陷。）

如图所示承受互相垂直的Ny、Nx两个轴心力作用的直角角焊缝，Ny垂直于焊缝长度方向产生平均应力

f，其在有效截面上引起的应力值为：（1.3.4）

f

对于有效截面既不是正应力也不是剪应力，但可分解为

和

。对直角角焊缝：2.角焊缝的计算图1.3.10直角角焊缝的计算沿焊缝长度方向的力Nx，在有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力

f。（1.3.5）我国《规范》采用了折算应力公式，引入抗力分项系数后得角焊缝计算公式为：（1.3.3）将及τ∥代入则直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：（1.3.6）

f

——正面角焊缝的强度设计值增大系数。静载时

f

＝1.22，对直接承受动力荷载的结构，

f

＝1.0

。

f——垂直于焊缝长度方向按有效截面计算的应力；

f——平行于焊缝长度方向按有效截面计算的应力；

f

——正面角焊缝的强度设计值增大系数。静载时

f

＝1.22，对直接承受动力荷载的结构，

f

＝1.0

。ffw——角焊缝的强度设计值，查附表1-3，P255。

角焊缝强度条件的一般表达式：正面角焊缝

f＝0，力N与焊缝长度方向垂直。侧面角焊缝

f＝0，力N与焊缝长度方向平行。（1.3.7）（1.3.8）以上各式中：

he=0.7hf；lw—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2hf。计算公式1.3.3角焊缝的计算1.轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算

当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。(1）用盖板的对接连接A、仅采用侧面角焊缝连接NNlwSlw－连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和B、采用三面围焊连接NNlwlw’先计算正面角焊缝承担的内力Slw′－连接一侧的正面角焊缝计算长度的总和再计算侧面角焊缝的强度Slw－连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和(2）承受斜向轴心力的角焊缝NNxNyθ

f

f平行于焊缝长度方向的分力Ncos

垂直于焊缝长度方向的分力Nsin