焊接(角焊缝)

【例】 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2∠125×10,与厚度 为8mm的节点板连接,其肢背搭接长度为300mm,焊脚尺 寸均为hf=8mm,钢材为Q235B,手工焊,焊条为E43型。
【解】角焊缝强度设计值 f fw 160N / mm2 ，角焊缝内力分 lw3 125mm ，则正 k1 0.7, k2 0.3 ，正面角焊缝长度 配系数 N3 面角焊缝能承担的内力 为：
不等边角钢 （短边相连）
不等边角钢 （长边相连）
0.75 0.65
0.25 0.35
（2）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算
N1 N3
N2
lw2 lw1 c b
N
x
x
设计时先假定正面角焊缝的焊脚尺寸hf3 ，并求出它 所分担的内力N3 ：
N 3 2 0.7hf3 b f f f w
通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝分担的内力为:
② 端焊缝——作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝
N f helw
z
N
c
d f y
a c
d a
③ 两方向力综合作用的角焊缝
f f
w 2 f f f
2
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。
h f ,min h f h f ,max
2、焊缝计算长度的构造要求 （1）侧面角焊缝的最大计算长度 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 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 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。
肢背焊缝
1 N1 k1 N N3 2
1 肢尖焊缝 N 2 k2 N N3 2
利用前面lw1、 lw2表达式可得肢背、肢尖焊缝的计算长度。 （3）角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算
N1 N3
lw1 c
b
N
x
x
令N2＝0，由式 N 2 k2 N
1 ，得： N3 N3 2k2 N 2
（2）斜角角焊缝 （d）斜锐角焊缝
d)
（e）斜钝角焊缝
e)
（f）斜凹面角焊缝
f)
两焊边夹角α>90°或α<90°的焊缝称为斜角
角焊缝。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。 对于α>135°或α<60°斜角角焊缝，除钢管结 构外,不宜用作受力焊缝。
我们主要讨论直角焊缝
按角焊缝与外力的关系可分为：
（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。 （3）斜焊缝：作用力方向与焊缝方向斜交。
t1 hf,max≤1.2t1
hf
式中: t1—较薄焊件厚度。
t1＜t
②对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：
当 t>6mm时，hf,max≤t-(1～2)mm
当 t≤6mm时，hf,max≤t 若另一焊件厚度t1＜t时，还应满足hf,max≤1.2t1
贴边焊缝
t
hf
t1
t
（2）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
组织，导致母材开裂， hf,min 还应满足以下要求:
h f ,min 1.5 t
取整mm数，小数点以后只进不舍。 式中: t——较厚焊件厚度
t1
hf
另外：对埋弧自动焊hf,min可减小1mm;
当t≤4mm时, hf,min=t
t1 ＜t
对T形连接单面角焊缝hf,min应增加1mm;
t
（3）设计焊角尺寸hf 应满足
V产生 ；

2、 角焊缝的强度
（1）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 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（x）面外垂直 ∥ —剪应应，与焊缝长度方向（x）面内平行 —剪应力，与焊缝长度方向（x）面内垂直 z x c d
正面角焊缝刚度大，破坏 时变形小，强度比侧缝高， 但塑性变形能力比侧缝小， 常呈脆性破坏。 N A
B2
N/2 N/2
⊥
⊥
N/2
B2
N/2
（3）一般受力的焊缝
V N

⊥

f ⊥ ⊥
F
F 作用在T型连接焊缝上 f helw F 产生 ， f 的一般力N，可以分解为平 N 行于焊缝方向的力V和垂直 f分解为： ⊥和⊥。 ∥ = 有效截面上有： he lw 于的焊缝方向力F。 ⊥ 、 ⊥ 、 。
盖板总长：L＝（200+2×8）×2+10=442mm,取L＝450mm
2、采用三面围焊
N N
正面角焊缝所能承担的内 力N’为：
N
N
' N ' 2 0.7hf lw f f fw 2 0.7 8 2001.22160 43728 N
接头一侧所需侧缝的计算长度为：
N N ' 700103 437284 lw 73.3mm w 4he f f 4 0.7 8 160
• 一、角焊缝的形式和构造
1、角焊缝的形式(按两焊脚边的夹角分) （1）直角焊缝
（a）普通焊缝 （b）平坡焊缝 直角 斜角
（c）深熔(凹)焊缝
a) b) c)
一般采用（a）。但（a）应力集中 较严重，在承受动力荷载时采用（b）、 （c）。
B
E
hf
45°
D
A
C
hf
图中， hf—焊脚尺寸， he—焊缝有效厚度。 并有， he =0.7hf， he—总是450斜面上的最小高度。
由水平平衡关系，得： N1 N N3 L形围焊角焊缝计算公式为：
lw1 N1 2 0.7 hf 1 f f w
N3 hf 3 2 0.7 f f f w lw3
若求出得hf3大于hfmax ,则不能采用L形围焊 未采用绕角焊时 lw3 b hf 3 lw3 b 采用绕角焊时
f——正面角焊缝的强度设计值
④周围角焊缝（三面围焊，菱形）
(
N
f
helw )
f
w f
例 设计如图所示一双盖板的对接接头。已知钢板截 面250x14 ,盖板截面为2-200x10,受轴心力N=700kN （静荷载），钢材Q235，手工焊，焊条E43型。
a)
N N N N
解：确定焊缝的焊脚尺寸hf hfmax=t-(1~2)mm=10-(1~2)mm=8~9mm（施焊时一般难 以焊满整个厚度） 余应力和焊接变形）
式中：b为两侧焊缝的距离；
lw为侧焊缝计算长度； t为较薄焊件的厚度。
（2）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度 的5倍，且不得小于25mm。 t1 t2
2hf 2hf
（t1 ＜t2 ） 且 25mm
5t1
焊缝绕角2hf
（3）当焊缝端部在焊件转角处 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应力集
a y c
d
a
角焊缝强度条件一般表达式：P43
2
f f
w 2 f f f
（2-12）
• 三、角焊缝连接的计算
1、受轴心力作用时的计算 ① 侧焊缝——作用力平行于焊缝长度方向的角焊缝
x c
d a
lw d c a N N N
N w f f f （2-14） helw
故侧面焊缝计算长度： 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，lw不受此限制.
lw 60h f
（2）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 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：
he hf hf
c
（1）侧焊缝
有效截面上只有与 焊缝长度方向平行的剪 应力 。 这些剪应力实际分布 N
N
N
不均。试验表明两头大中 间小。考虑到出现塑性后 应力重分布，规范规定在 焊缝长度范围内按均匀分 布计算。 N

（2）端（正面）Leabharlann Baidu缝
N a
b c
B1
N/2
有效截面上与焊缝长度 A 方向垂直的正应力⊥和 剪应力⊥ 。
2hf
中。
• 二、角焊缝连接的基本计算公式
1、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 以外的部分去掉，按有效厚度he确定最危险截面（顺着焊缝 方向的平面），通常称为有效截面。
有效截面——焊缝两焊脚面交线（aa）与有效厚度he组 成的截面（下图中adda）。 d b a c hf d a b hf
8 6-110 10-150 6-110 10-150
如左图钢桁架节点，弦 杆和腹杆采用双角钢组成的T 形截面，腹杆通过节点板与 弦杆连接。
285
25
（1）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算
N1
lw1 c b
N
x
x
N2
lw2
肢背焊缝 肢尖焊缝
be N1 N k1 N b e N 2 N k2 N b
盖板总长：L＝（73.3+8）×2+10=172.6mmm,取180mm.
2、角钢连接的角焊缝计算
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，特殊情况也允许采用 L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与 角钢杆件的轴线重合。
190
170
直角焊缝：=900
a) b) c)
a
普通焊缝 b
平坡焊缝
凹焊缝
普通焊缝：两焊脚尺寸都等于hf ，常用。但应力集中较严重 （材料突变严重）。
平坡焊缝：是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至1.5hf而成。易焊，应
力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。 凹焊缝：两边的焊缝宽度被加宽成凹面，应力集中小，用于受 动荷的结构中可提高疲劳强度，但手工焊费工。
K1、 K2——焊缝内力分配系数； N1 、N2 ——分别为角钢肢背和肢 尖传递的内力。
lw1 lw 2
N1 2 0.7hf 1 f f w
N2 2 0.7hf 2 f f w
角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数
内力分配系数
截面及连接情况 肢背 k1 0.7 肢尖 k2 0.3
等边角钢
且 hfmax <=1.2 tmin =1.2×10=12mm (防止产生较大的残
hf > hf min=1.5(tmax)0.5=5.6mm（防止冷却过快产生淬硬 组织）所以hf 取8mm
1、采用侧面角焊缝
因用双盖板，接头一侧共有4条 焊缝，每条焊缝所需计算长度为：
a)
N N
N
N
N 700103 lw 195.3 取lw 200mm w 4he f f 4 0.7 8 160
则 523.3 136.7 N 942.9 KN 0.7
lw 8h f 且 40mm
此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。
（3）侧面角焊缝的计算长度
l w ,min l w l w ,max
3、搭接连接的构造要求
N
2hf 2hf lw l1
N
b
N
l2
N 钢板拱曲
（1）当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：
试验结果表明，连接的承载力与b / lw有关。当b / lw ＞1时，连接承载力随比值增大明显下降，这是由于应力 传递的过分弯折而使构件中应力不均所致，为防止连接强 度过分降低，规范规定： b / lw ≤1 为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求： b≤16t（t >12mm）或190mm（t≤12mm）
N3 2helw3 f f fw 2 0.7 81251.22160 273.3KN
肢背角焊缝所能承受的内力 N1 为：
N1 2helw1 f fw 2 0.7 8 300 8160 523.3KN
由公式可知：
N1 k1 N N3 273 .3 0.7 N 52.33.3KN 2 2
斜焊缝 正面角焊缝 侧面角焊缝 N 侧面角焊缝
统称为围焊缝
角焊缝的构造要求
为了避免因焊脚尺寸过大或过小而引起“烧穿”、 “变脆”等缺陷，以及焊缝长度太长或太短而出现焊缝 受力不均匀等现象，对角焊缝的焊脚尺寸、焊缝长度还 有限制。在计算角焊缝连接时，除满足焊缝的强度条件 外，还必须满足以下构造要求。 1、焊角尺寸hf的构造要求 （1）最大焊脚尺寸 ①为了避免焊缝处局部过热，减小焊件的焊接残余应力 和残余变形，除钢管结构除外，hf,max应满足以下要求: