对接焊缝的构造和计算

w
图 3.2.5
斜对接焊缝
当斜焊缝倾角θ≤56.3°，即 tgθ≤1.5 时，可认为与母材等强，不用计算。 斜对接焊缝在 20 世纪 50 年代用得较多，由于消耗材料较多，施工也不方便，已逐渐摒 弃不用，而代之以直对接焊缝。直缝一般加引弧板施焊，若抗拉强度不满足要求，可采用二 级检验标准，或将接头位置挪至内力较小处。 [例题 3-1] 试验算图 3.2.6 所示钢板的对接焊缝的强度。图中 a=540mm,t=22mm，轴心 力的设计值为 N=2500kN。钢材为 Q235-B，手工焊，焊条为 E43 型，三级检验标准的焊缝， 施焊时加引弧板。
图 3.2.1
对接焊缝的坡口形式
（a）直边缝； （b）单边 V 形坡口； （c）V 形坡口； （d）U 形坡口； （e）K 形坡口； （f）X 形坡口
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 的斜角（3.2.2） ，以使截面过渡和缓，减小应 力集中。 在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对承载力影响极大，故焊接时一般 应设置引弧板和引出板（图 3.2.3） ，焊后将它割除。对受静力荷载的结构设置引弧（出）板 有困难时，允许不设置引弧（出）板，此时，可令焊缝计算长度等于实际长度减 2t（此处 t 为较薄焊件厚度） 。


N .sin f lwt
N .cos f lw t
w t
（3.2.2）
w v
（3.2.3）
式 中 lw — — 焊 缝 的 计 算 长 度 ： 加 引 弧 板 时 ， lw b / sin ； 不 加 引 弧 板 时 ，
lw b / sin 2t ；
f v ——对接焊缝抗剪强度设计值。
图 3.2.6
例题 3-1 图
[解] 直缝连接其计算长度 lw=54cm。焊缝正应力为：

N 2500 103 210 N / mm2 ft w 175 N / mm2 lw t 540 22
不 满 足 要 求 ， 改 用 斜 对 接 焊 缝 ， 取 截 割 斜 度 为 1.5:1 ， 即 θ =56 ° ， 焊 缝 长 度
lw
a 54 65cm 。故此时焊缝的正应力为： sin sin 56

剪应力ห้องสมุดไป่ตู้：
N sin 2500 103 sin 56o 145 N / mm2 ft w 175 N / mm2 l wt 650 22

N cos 2500 103 cos 56 98 N / mm2 f v w 120 N / mm2 lw t 650 22
图 3.2.2
钢板拼接
图 3.2.3
用引弧和引出板焊接
（a）改变宽度； （b）改变厚度
3.2.2 对接焊缝的计算
对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊缝质量的检验标准等因素有关。 如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是高于母材的。全由于焊接技术问题，焊 缝中可能有气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。实验证明，焊接缺陷对受压、受剪的对接焊 缝影响不大，故可认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，但受拉的对接焊缝对缺陷甚 为敏感。当缺陷面积与焊件截面积之比超过 5%时，对接焊缝的抗拉强度将明显下降。由于 三级检验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%，而一、二级检验的 焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。 由于对接焊缝是焊件截面的组成部分， 焊缝中的应力分布情况基本上与焊件原来的情况 相同，故计算方法与构件的强度计算一样。 一、轴心受力的对接焊缝 在对接接头和 T 形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力 N 的对接焊缝（图 3.2.4） ，其强 度应按下式计算：
对接焊缝的构造和计算
对接焊缝包括焊透的对接焊缝和 T 形对接与角接组合焊接（以下简称对接焊缝） ，以及 部分焊透的对接焊缝和 T 形对接与角接组合焊缝。由于部分焊透的对接焊缝的受力与角焊 缝相似，将在下节中介绍。
3.2.1 对接焊缝的构造
对接焊缝（butt welds）的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝（groove welds） 。坡口形 式与焊件厚度有关。当焊件厚度很小（手工焊 6mm，埋弧焊 10mm）时，可用直边缝。对于 一般厚度的焊件可采用具有斜坡口的单边 V 形或 V 形焊缝。斜坡口和根部间隙 c 共同组成 一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透；钝边 p 有托住熔化金属的作用。对于较厚 的焊件（t>20mm） ，则采用 U 形、K 形和 X 形坡口（图 3.2.1） 。对于 V 形缝和 U 形缝需对焊 缝根部进行补焊。对接焊缝坡口形式的选用，应根据板厚和施工条件按现行标准《手工电弧 焊焊接接头的基本形式与尺寸》和《埋弧焊焊接接头的基本型式与尺寸》的要求进行。
这就说明当 tanθ≤1.5 时，焊缝强度能够保证，可不必验算。 二、承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝 图 3.2.7（a）所示对接接头受弯矩和剪力的联合作用，由于焊缝截面是矩形，正应力与 剪应力图形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。
max

N ft w或f c w lwt
（3.2.1）
式中 lw——焊缝计算长度； t——连接件的较小厚度，对 T 形接头为腹板厚度；
f t w 、 f c w ——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。
图 3.2.4
直对接焊缝
按施工及验收规范的规定， 对接焊缝施焊时均应加引弧板， 以避免焊缝两端的起落弧缺 陷，这样，焊缝计算长度应取为实际长度。但在某些特殊情况下，如 T 形接头，当加引弧板 较为困难而未加时，则计算每条焊缝长度应减去 2t。因此，在一般加引弧板施焊的情况下， 所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算，只有受拉 的三级焊缝才需要进行计算。 当直焊缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝。图 3.2.5 所示的轴心受拉斜焊缝， 可按下列公式计算：