焊接接头的设计课件.pptx

1焊接接头的设计焊接接头的设计 (1) 焊接接头的焊接接头的设计特点设计特点 优良的接头设计优良的接头设计是防止结构破坏的条件之一。实际受力十分复杂的接头，进行设是防止结构破坏的条件之一。实际受力十分复杂的接头，进行设计应考虑以下问题：计应考虑以下问题： 1) 焊接结构应该优先采用焊接结构应该优先采用接头接头(焊缝焊缝)形式简单形式简单、应力集中小应力集中小、不破坏结构连续性不破坏结构连续性的的，即，即不使或很少不使或很少使使力线密集或出现转折力线密集或出现转折的接头和焊缝形式。的接头和焊缝形式。 对接接头对接接头是是最符合最符合上述条件的，因此应优先考虑采用；其次，应考虑采用上述条件的，因此应优先考虑采用；其次，应考虑采用T形形(十十字字)接头接头；搭接接头搭接接头则应避免采用，但如上述在一些则应避免采用，但如上述在一些静载的静载的、不是很重要的结构不是很重要的结构中为中为了施工方便仍有采用。了施工方便仍有采用。 2) 尽量将尽量将焊接接头焊接接头布置布置在在工作载荷较小处工作载荷较小处，以及构件，以及构件几何尺寸和形状不变的地方几何尺寸和形状不变的地方。 3) 角焊缝角焊缝的的焊脚尺寸不宜过大焊脚尺寸不宜过大，搭接角焊缝搭接角焊缝不宜过长不宜过长。 应力分布沿应力分布沿角焊缝角焊缝截面是不均匀的，截面是不均匀的，截面越大截面越大，应力分布不均匀的程度越大应力分布不均匀的程度越大，故，故大截面的角焊缝大截面的角焊缝承载能力低承载能力低。而。而焊接材料焊接材料与与工时消耗工时消耗却随焊脚尺寸成却随焊脚尺寸成平方平方地增加。地增加。 在在搭接接头搭接接头中，中，正面角焊缝正面角焊缝的的刚度大于刚度大于侧面角焊缝侧面角焊缝，实际，实际强度也大强度也大，所以具有，所以具有正、正、侧面角焊缝侧面角焊缝的的联合搭接角焊缝联合搭接角焊缝中的中的应力分布不均应力分布不均，侧面角焊缝侧面角焊缝沿沿焊缝长度方向焊缝长度方向的的应力应力分布也不均分布也不均，故，故对重要的结构、变形能力差对重要的结构、变形能力差的接头要的接头要注意注意。3 (1) (1) 焊接接头的焊接接头的设计特点设计特点-续续 4) 钢板在钢板在厚度方向上厚度方向上(Z向向)性能差性能差，因此组成，因此组成T形形(十字十字)接头，如要在厚接头，如要在厚度方向上度方向上传递外力传递外力，应选用，应选用Z向钢向钢。 5) 焊接接头焊接接头刚度大刚度大，焊缝，焊缝未达屈服前变形量很小未达屈服前变形量很小，故对于作为，故对于作为铰接点铰接点的接头的接头(如桁架的节点如桁架的节点)可能产生可能产生高的附加应力高的附加应力，此时应采取诸如，此时应采取诸如减小焊接截减小焊接截面面、改变焊缝位置改变焊缝位置等措施来增加接头的等措施来增加接头的柔性柔性。 6) 充分充分考虑制造厂的条件考虑制造厂的条件，提高设计接头的，提高设计接头的工艺性工艺性。如：使焊接结构。如：使焊接结构的的接头种类少接头种类少，采用的，采用的焊接方法种类少焊接方法种类少，接头尺寸单一接头尺寸单一；施工时的；施工时的可达性可达性好好（包括焊接时的可达性、焊接完成后的可检验性）；（包括焊接时的可达性、焊接完成后的可检验性）；施焊性好施焊性好等等。等等。 7) 计算接头计算接头时时不考虑应力分布不均不考虑应力分布不均及及焊接残余应力焊接残余应力，下面还要介绍到，下面还要介绍到这种计算是作了一些这种计算是作了一些假定和简化假定和简化。 对于对于工作条件苛刻工作条件苛刻，如在，如在低温或动载下低温或动载下或或接头刚度大接头刚度大的场合，则要适当的场合，则要适当考虑这些因素考虑这些因素。而对于在。而对于在腐蚀环境下腐蚀环境下工作的焊接结构的接头，接头的工作的焊接结构的接头，接头的细节细节设计设计也需要也需要特殊考虑特殊考虑（见第（见第4章）。章）。4(2) (2) 焊接接头焊接接头静载强度静载强度的的计算计算 对接接头对接接头强度计算：强度计算： 图图5-9为典型对接接头及其受为典型对接接头及其受力情况，可按力情况，可按表表5-8的公式的公式进进行计算（行计算（P180）。）。 计算计算不考虑不考虑接头中的接头中的应力应力集中集中(应力分布不均应力分布不均)和和焊接残焊接残余应力余应力，并认为，并认为工作应力工作应力沿焊沿焊缝是缝是均匀分布均匀分布的。的。 图图5-9a不同厚度两板对接，不同厚度两板对接，厚度差厚度差(-1)超过规定值时超过规定值时(允允许厚度差许厚度差14mm)，需在厚板，需在厚板上削出斜面，斜面长上削出斜面，斜面长L3(-1)，也可两面削出斜面。，也可两面削出斜面。1) 以以许用应力法许用应力法为基础的计算为基础的计算5 搭接接头搭接接头强度的计算：强度的计算： 图图5-10为为搭接接头搭接接头及及受受力情况力情况。 搭接接头搭接接头都是都是角焊缝角焊缝组组成的，其成的，其强度计算强度计算主要主要是计算是计算角焊缝的强度角焊缝的强度。（对接接头强度对接接头强度计算主要是计算主要是验算验算对接焊缝的强度对接焊缝的强度）图5-10 角(塞)焊缝构成的搭接接头及其受力 a)、b)、c) 分别为正面、侧面、联合搭接，均承受拉(压)力 d)、e)、f) 分别为正面、侧面、联台搭接，均承受面内弯矩 g)、h) 分别为塞焊和电铆焊搭接接头，均承受拉(压)力6 搭接角焊缝搭接角焊缝计算中的计算中的4个个假定假定： (1) 对于角焊缝的形状（图对于角焊缝的形状（图5-3），都将），都将内接等腰直角三角形的高内接等腰直角三角形的高K0作为作为计计算厚度算厚度。不计及焊缝的凸凹度，不计及焊缝的凸凹度，也也不考虑熔深的差别不考虑熔深的差别，K00.7K，K为焊脚尺为焊脚尺寸。当熔深较大，如寸。当熔深较大，如埋弧焊埋弧焊时，可考虑时，可考虑K00.8K，甚至等于，甚至等于K 。 (2) 角焊缝一律按角焊缝一律按计算截面计算截面，即，即计算厚度截面处计算厚度截面处受受切应力切应力破坏来计算，即破坏来计算，即使接头承受使接头承受弯矩弯矩，抵抗弯矩，抵抗弯矩产生的应力亦假定为产生的应力亦假定为切应力切应力，见，见表表5-8中，式中，式(5-12)、式式(5-15)、式、式(5-17)等等。等等。 (3) 不考虑不考虑正、侧面角焊缝正、侧面角焊缝上上应力的差别应力的差别和焊缝和焊缝应力分布的不均应力分布的不均，这给计，这给计算带来方便。由于算带来方便。由于侧面搭接焊缝侧面搭接焊缝随焊缝长度的增加，应力不均匀程度增大，随焊缝长度的增加，应力不均匀程度增大，上述计算规定上述计算规定限制计算焊缝的长度限制计算焊缝的长度。 (4) 限制角焊缝限制角焊缝最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸，一般，一般不小于不小于4mm；当板厚当板厚小于小于4mm，则，则焊脚尺寸可与焊脚尺寸可与板厚相同板厚相同。图图5-10各种各种搭接接头搭接接头强度的计算见强度的计算见表表5-8。 图5-3 直角焊缝的截面形状 7 T形接头形接头强度的计算：强度的计算： 图图5-7，T形（十字）接头可由形（十字）接头可由角焊缝角焊缝构成构成(图图a)，这种接头会产生，这种接头会产生应力集中应力集中；也可由；也可由对接焊缝对接焊缝，如开，如开K形坡口形坡口(图图b)焊缝构成，后焊缝构成，后者者应力集中要小得多应力集中要小得多。 表表5-8所列包括两种焊缝的所列包括两种焊缝的强度计算强度计算。可。可以看出，以看出，角焊缝角焊缝的强度计算与的强度计算与搭接角焊缝搭接角焊缝的强度计算是一样的，而的强度计算是一样的，而后者后者又和又和对接焊对接焊缝缝强度的计算相同。（强度的计算相同。（P182） 图图5-7 T形形(十字十字)接头的应力分布接头的应力分布a)由由I形坡口角焊缝形坡口角焊缝构成的接头构成的接头 b) 开开K形坡口角焊缝形坡口角焊缝构成的接头构成的接头8 T形接头形接头承受压力承受压力时，由于立板可与盖板时，由于立板可与盖板抵紧抵紧，承受压力能力大为提高承受压力能力大为提高(图图5-11a) ，可用表，可用表5-8中式中式(5-20)进行强度计算。进行强度计算。 集中力既集中力既不平行、又不垂直不平行、又不垂直于焊缝（图于焊缝（图5-11d） ，可以将，可以将作用力分解作用力分解成成两部分两部分，分别进行强度计算，如表，分别进行强度计算，如表5-8中式中式(5-26)。（和。（和式式5-22对比）对比）9（1 1）对接接头对接接头静载强度计算公式静载强度计算公式10（2 2）搭接接头搭接接头静载强度计算公式静载强度计算公式11（3 3）T T型接头型接头静载强度计算公式静载强度计算公式2maxlIyIWmaxMWz抗弯抗弯 截面模量截面模量2200326MMFlk hk hdylFhKFQ02I：惯性矩惯性矩3220212llIydy2max62IIlWly公式推导公式推导：2062Mk h例题例题1 1 如图所示如图所示T型接头焊件，受到工作载荷型接头焊件，受到工作载荷F为为5.6KN，h为为80mm，l为为200mm，试校验焊缝，试校验焊缝是否安全是否安全? （K=10mm，=150Mpa =0.6）。）。 解：解：1Pa=1N/m2，1MPa=1N/mm205600522 0.7 10 80QFMPaK h22066 5600 2007522 0.7 10 80MFlMPak hMPaMQ16.7522合 90MPa合合所以安全。所以安全。例题例题2 210030P1PP2如图所示吊耳，若在如图所示吊耳，若在30斜上方有斜上方有10KN的载荷，试校验焊缝是否安全的载荷，试校验焊缝是否安全?（K=10mm，=160Mpa，=0.6）（3 3）T T型接头型接头静载强度计算公式静载强度计算公式-续续 根据根据GB 500172003钢结构设钢结构设计规范计规范，对于，对于对接焊缝、直角角对接焊缝、直角角焊缝、焊缝、斜角角焊缝斜角角焊缝(图图5-13)和和对接对接与角接的组合焊缝与角接的组合焊缝(图图5-12)等形式。等形式。焊缝应根据焊缝应根据结构的重要性、载荷特结构的重要性、载荷特性、焊缝形式、工作环境以及应力性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况状态等情况选用选用是否熔透是否熔透和和不同质不同质量等级量等级。 如承受如承受疲劳构件疲劳构件的的对接焊缝对接焊缝均均应应焊透且焊缝质量为焊透且焊缝质量为I、级级；虽不；虽不计疲劳，但要求计疲劳，但要求与母材等强，也要与母材等强，也要求焊透求焊透，并应，并应不低于不低于级级的焊缝质的焊缝质量；量； 重级工作制重级工作制的的吊车梁吊车梁、起重量、起重量50t的的中级工作制中级工作制的吊车梁，腹板的吊车梁，腹板与盖板间的与盖板间的角焊缝角焊缝，要求，要求开坡口焊开坡口焊透透等。等。 焊缝强度焊缝强度计算公式计算公式（表表5-9）。）。 2) 极限状态设计法极限状态设计法焊缝连接的焊缝连接的计算计算