钢结构设计之钢结构焊接连接

『钢结构设计」之钢结构焊接连接

焊接连接是钢结构最主要、应用最广泛的连接方法，其优点是构造简单、节约钢

材、加工方便、易于采用自动化操作、连接的密闭性好、刚度大。缺点是焊接残余应

力和焊接残余变形对结构有不利影响，同时焊接结构的低温冷脆问题比较突出。

一、焊接形式

焊接连接形式是按被连接件间的相互位置划分的，一般分为平接、搭接、T形连

接和角接四种，其基本形式如下所示：

焊缝形式

二、焊缝种类

1.按焊缝结合形式分为：对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝五种。

1）对接焊缝。指在焊件的坡口面间或一焊件的坡口面与另一焊件端（表）面间

焊接的焊缝，因焊件的边缘常加工成各种形状的坡口，故对接焊缝又称坡口焊缝。其

形式有平接、顶接和角接。根据焊缝填充情况，又可以分为焊透的对接焊缝和不焊透

的对接焊缝，如下图所示。重要接头或有等强要求的对接焊缝应为全焊透焊缝；较厚

板件或无需焊透时可采用部分焊透焊缝。

(a)(b)

平接连接的对接焊缝

（a）焊透的对接焊缝；（b）不焊透的对接焊缝

2）角焊缝。沿两直交或近直交零件的交线所焊接的焊缝。一般用于传递剪力。

（b）平坦型（c）凹面型

直角角焊缝

（a）凹形锐角焊缝截面

斜角角焊缝

3）端接焊缝。构成端接接头所形成的焊缝。

4）塞焊缝。两零件相叠，其中一块开圆孔，在圆孔中焊接两板所形成的焊缝,

只在孔内焊角焊缝者不为塞焊。

5）槽焊缝。两板相叠，其中一块开长孔，在长孔中焊接两板的焊缝，只焊角焊

缝者不为槽焊。

Hille出U

ddd

(a)(b)

塞焊与槽焊

2.按施焊时焊缝在空间所处位置分为：平焊、立焊、横焊及仰焊。

焊缝分类说明

平焊操作容易，生产效率高，质量最容易保证

横焊操作条件较差

立焊金属容易向下流淌，操作较困难

仰焊操作最困难，不易保证质量，不宜用于重要受力焊缝

(a)(b)(c)(d)

焊缝的施焊位置

(a)平焊；(b)立焊；(c)横焊；(d)仰焊

3.按焊缝断续情况分为：定位焊缝、连续焊缝和断续焊缝。

1)定位焊缝是指在焊接前，为装配和固定焊件接头的位置而焊接的短焊缝。

2)断续焊是焊接的一种，俗称花焊。顾名思义就是其焊接方式为焊接时焊缝不

连续，用于焊缝很长不需要满焊焊接死的非重要的连接件焊接，或是为了减少焊接变

形以及预留焊接变形空间(焊接件上开剖口)采用的焊接方式。焊接件两侧均要焊接

时，一般采用交错断续焊接方式。

心卜

断续角焊缝(a)交错式(b)并列式

三、焊缝构造

L焊缝连接图例

角焊缝连接图例

序号名称图例序号名称图例

/%

1单面角焊缝5客焊

单面角焊缝

2双面角焊缝6

（现场焊）

双面角焊缝

3周围焊缝7为

（现场焊）

,山爪

4三面围焊8相同焊缝

/Z—

坡口焊缝连接图例

序号名称图例序号名称图例

1I形坡口/*4单边V形坡口一

2V形坡口一5K形坡口

3X形坡口*

2.全焊透焊缝构造

I形埴口全焊透焊喝单边v形城口全倬透对接焊飨

（ISSiW

V形地口全焊透对接焊曝K形坡口全焊透对接焊噂

（Imfifi）（7m）

u形坡口全湾透对接焊缓

（反9样后将）

X形城口全律透对按湾编

国集号15G909-1

（KiM）全焊透焊缝构造

*匐利8兵14乂川枝川江濯I,药Lht计In尢阳芯画

V形地口全焊透角接焊缝单边V形城口全焊透角接绿stv形城口全焊透角接焊缝单边v形地口全焊透角接焊缱

（TiiilJJ）

全焊透焊缝构造8m15G909-1

中拗关K曲用“1力Lit用一尢制歌4电X7

3.部分焊透焊缝构造

W}33

।形坡口部分焊透焊罐（一）I形坡口部分焊透焊编U）।形域口部分焊透焊编（三）

单边V形坡口部分焊透焊绩V形坡口部分焊透焊缓

X形城口部分饵透焊缱

部分焊透焊缝构造图集号15G909-1

申核I李用兵次乂£|校川江*1刃尢剧**年I8

U

V形城口部分焊透角接焊噂单边V形城口部分焊透角接焊樊

K形城口部分锋透T形连接绿唯

部分焊透焊缝构造明集号BC909-1

申枝洋助兵林乂，做川江$|那，他用乩尢闵君金也—!—

4.角焊缝构造

FT

hf,in>1.5/ti"司

hfat]<L2匕1

工

ti>t2

%)1.5后

等边直角角焊缝不等边直角角焊缝

⑴力46时,hr<tt

公>6时，hf<tr(l-2)

(2)hf<1.2t2

搭接焊角焊缝

5.焊接优劣对比

焊接连接的构造，其优劣比较见下表：

焊接连接构造优劣比较示例

11.1.6焊缝的质量等级应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境

以及应力状态等情况，按下列原则选用：

1在承受动荷载且需要进行蟀裳篁的构件中，凡要求与母材等强连接的

焊缝应焊透,其质量等级应符合下列规定：

1）作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊

缝，朝时应为|二级|，覆位时不应低于匚弱;

2）作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝不应低于［三级

3）重级工作制（A6〜A8）和起重量Q>50t的中级工作制（A4、A5）吊车

梁的腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形连接部位焊

缝应焊透，焊缝形式宜为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于国>

2在工作温度等于或低于一20七的地区，构件对接焊缝的质量不得低于仁血。

3不需要疲劳验算的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝宜焊透,其质量

等级期时不应低于|三我期时不宜低于二级|o

4部分焊透而接焊缝、采用角焊藕部分焊透的对接与角接组合焊缝的T

形连接部位，以及搭接连接角焊缝，其质量等级应符合下列规定：

1）直接承受动荷载且需要疲劳验算的结构和吊车起重量等于或大于50t

的中级工作制吊车梁以及梁柱、牛腿等重要节点不应低于层级

2）其他结构可为三级。

五、焊接方法

钢结构一般采用的焊接方法有：焊条电弧焊、气体保护电弧焊、药芯焊丝自保护

焊、埋弧焊、电渣焊、气电立焊、电阻焊、栓钉焊及其组合。

六、焊接连接的计算

1.全熔透对接焊缝和对接与角接组合焊缝的计算

1）在对接接头和T形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力的对接焊接或对接与

角接组合焊缝，应进行强度计算；承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝或对接与角接

组合焊缝，其正应力和剪应力应分别进行计算。且在同时受有较大正应力和剪应力处

（例如梁腹板横向对接焊缝的端部）还应进行折算应力计算。

2）焊缝质量等级为一、二级焊缝时，富=优=f,焊缝质量等级为三级焊缝

时，优=0.85/,优=九

3）焊缝的计算长度，当采用引弧板和引出板施焊时，取焊缝实际长度；当未采

用引弧板和引出板施焊时，每条焊缝的计算长度为实际长度减去2t（t为较薄焊件的

厚度）。

全熔透对接焊缝的计算公式

2.部分熔透对接焊缝和对接与角接组合焊缝的计算

1)部分熔透的对接焊缝和对接与角接组合焊缝主要用于板件较厚但板件间连接

受力较小时，或采用角焊缝焊角尺寸过大时，一般用于承受压力的钢柱接头、H形或

箱型构件的组合焊缝。当在垂直于焊缝长度方向受力时，由于未焊透处的应力集中会

带来不利影响，对直接承受动力荷载的连接一般不宜采用部分熔透的对接焊缝。但当

平行于焊缝长度方向受力时，可以采用。

2)部分熔透的对接焊缝(图a、d)和T形对接与角接组合焊缝(图d、c、e)

的强度，应按《钢结构设计标准》GB50017-2017中角焊缝的计算公式(11.2.2-1)〜

式(11.2.2-3)计算。

图11.2.4部分熔透的对接焊缝和T形对接与角接组合焊缝截面

当熔合线处焊缝截面边长等于或接近于最短距离5时，抗剪强度设计值应

按角焊缝的强度设计值乘以0.9。在垂直于焊缝长度方向的压力作用下，

取自=1.22,其他情况取向=1.0,其计算厚度人宜按下列规定取值，其中s为

坡口深度，即根部至焊缝表面(不考虑余高)的最短距离(mm)；a为V形、

单边V形或K形坡口角度：

1V形坡口［图11.2.4(a)］：当a)60°时，鼠=s；当aV60°时,&=0.75s；

2单边V形和K形坡口［图11.2.4(b)、图11.2.4(。1：当。=45°±形时,

he=s-3;

3U形和J形坡口［图11.2.4(d)、图11.2.4(e)］：当a=45°±5°时，hc=so

3.角焊缝连接的计算

2.受力角焊缝有效截面上作用的应力可以归结为三种（见图7.1-37）：垂直于焊角BC和BA

的应力以和外以及沿焊缝长度方向的剪应力rt,三者应满足下式的强度要求：

—十—+]&♦（7.1-1）

式中打——角焊缝的强度设计值；

外——角焊缝有效截面垂直于焊角BC（同时垂直于焊缝长度）的应力，受拉时取正值，反之取负值;

%——角焊缝有效截面垂直于焊角BA（同时垂直于焊缝长度）的应力，受拉时取正值，反之取负值;

rf——角焊缝有效截面平行于焊缝长度的应力。

图7.1-37角焊缝应力

3.当只有平行和垂直于焊缝长度方向的力同时作用于焊缝时，二者者应满足下式的强度要求:

J（窘+Z/T<7.1-2）

式中力——角焊缝有效截面垂直于焊缝长度（同时垂直于某一焊脚边）的应力；

r（——角焊缝有效截面平行于焊缝长度的应力；

区——正面角焊缝的强度设计值增大系数：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的直角

角焊缝，自=1.22；对直接承受动力荷载的角焊缝，仅=1.0。

4.直角角焊缝的强度计算。

在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下：

N

正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）：4=江《鱼疗（7J-3）

侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）：订=肃-4"（7.1-4）

式中标——角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝等于0.7加，自为焊脚尺寸（图7.1-35）；

——角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2hio

11.2.6角焊缝的搭接焊缝连接中，当焊缝计算长度几超过60自时，

焊缝的承载力设计值应乘以折减系数af,s=1.5—嬴，并不小于0-5。

4.圆形塞焊或槽焊焊缝的计算

11.2.5圆形塞焊焊缝和圆孔或槽孔内角焊缝的强度应分别按式

(11.2.5-1)和式(11.2.5-2)计算：

门=4&井(11.2.5-1)

Aw

4=袅&於(H.2.5-2)

式中：A”——塞焊圆孔面积；

lw—圆孔内或槽孔内角焊缝的计算箕度。

七、焊缝质量检验

记4设讦要求的二级焊缝应进行内部缺陷的无损检测，工厂

二级焊缝的质■等级和检测要求应符合表5.2.4的规定。

检查数置：全数检查。

检验方法：检查超声波或射线探伤记录。

表5.2.4一级、二级焊缝质■等级及无损检测要求

焊缱质■等级一级二级

缺陷评定等级ID

内部缺陷

检验等级B级B级

超声波探伤

检测比例100%20%

缺陷评定等级E

内部缺陷a

检验等级B级B级

射线探伤

检测比例100%20%

注：二级焊缱检测比例的计数方法应按以下原则确定：工厂制作焊缝按照焊缱长度计算

百分比，且探伤长度不小于200nlm;当焊缝长度小于200mm时，应对整条焊缝探伤；现

场安装焊缱应按照同一类型、同一施焊条件的焊缝条数计算百分比，且不应少于3条焊缱。

5.2.7焊缝外观质量应符合表5.2.7-1和表5.2.7-2的规定。

检查数量:承受静荷载的二级焊缝每批同类构件抽查10%,承

受静荷载的一级焊缝和承受动荷载的焊缝每批同类构件抽查15%,

且不应少于3件:被抽查构件中，每一类型焊缝应按条数抽查5%o

且不应少于1条；每条应抽查1处，总抽查数不应少于10处。

检验方法：观察检查或使用放大镜、焊缝量规和钢尺检查，当

有疲劳验算要求时，采用渗透或磁粉探伤检查。

表5.2.7-1无疲劳验算要求的钢结构焊缱外观质・要求

焊缝质量等级

检验项目

一级二级三级

裂纹不允许不允许不允许

&0.2mm+0.02，且&lmm,40.2mm+0.04（且《2mm,

未焊满不允许每100mmK度焊缝内未焊每100mm长度焊缝内未焊

满累积长度&25mm满累积长度425mm

^0.2mm+0.02/且&lmm,(0.2mm+0.04z且42mm,

根部收缩不允许

长度不限长度不限

40・05z且40,5mm，连续

咬边不允许长度＜100mm,且焊缝两侧40.1Z且Wlmm,长度不限

咬边总长＜10%焊缝全长

电弧擦伤不允许不允许允许存在个别电弧擦伤

缺口深度40.05c且缺口深度40J/且&lmm,

接头不良不允许&0.5mm,每1000mm长度每1000mm长度焊缝内不得

焊缝内不得超过】处超过】处

每50mm长度煤缝内允许

表面气孔不允许不允许存在直径V0.4?且43mm的

气孔2个,孔距应26倍孔径

深40.2八长40.5Z且

表面夹渣不允许不允许

420mm

注：，为接头较薄件母材厚度。

表5.2.7-2有疲劳验算要求的钢结构焊缝外观质■要求