《焊接角焊缝》PPT课件.ppt

一、角焊缝的形式和构造一、角焊缝的形式和构造1、角焊缝的形式、角焊缝的形式(按两焊脚边的夹角分按两焊脚边的夹角分)（1 1）直角焊缝）直角焊缝（a a）普通焊缝）普通焊缝 （b b）平坡焊缝）平坡焊缝 （c c）深熔）深熔(凹凹)焊缝焊缝 一般采用（一般采用（a a）。但（）。但（a a）应力集中）应力集中较严重，在承受动力荷载时采用（较严重，在承受动力荷载时采用（b b）、）、（c c）。）。a)c)b)直角直角斜角斜角45BACEDhfhfhe图中，图中，h hf f焊脚尺寸，焊脚尺寸，h he e焊缝有效厚度。焊缝有效厚度。并有，并有，h he e=0.7h=0.7hf f，h he e总是总是45450 0斜面上的最小高度。斜面上的最小高度。直角焊缝：直角焊缝：=90=900 0a)普通焊缝普通焊缝b)平坡焊缝平坡焊缝c)凹焊缝凹焊缝 普通焊缝：普通焊缝：两焊脚尺寸都等于两焊脚尺寸都等于h hf f ，常用。但应力集中较严重，常用。但应力集中较严重 （材料突变严重）。（材料突变严重）。平坡焊缝：平坡焊缝：是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至1.5h1.5hf f而成。易焊，应而成。易焊，应 力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。凹焊缝：凹焊缝：两边的焊缝宽度被加宽成凹面，应力集中小，用于受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。动荷的结构中可提高疲劳强度，但手工焊费工。（2 2）斜角角焊缝）斜角角焊缝 我们主要讨论直角焊缝我们主要讨论直角焊缝（d d）斜锐角焊缝）斜锐角焊缝d)e)（e e）斜钝角焊缝）斜钝角焊缝f)（f f）斜凹面角焊缝）斜凹面角焊缝 两焊边夹角两焊边夹角90或或135或或6mm时时，hf,maxt-(12)mm当当 t6mm时时，hf,maxt h hf ft tt t1 1t1tt tt t1 1h hf f贴边焊缝贴边焊缝（2 2）最小焊脚尺寸）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，组织，导致母材开裂，hf,min 还应满足以下要求还应满足以下要求:式中式中:t较厚焊件厚度较厚焊件厚度另外另外：对埋弧自动焊：对埋弧自动焊hf,min可减小可减小1mm;对对T形连接单面角焊缝形连接单面角焊缝h hf,minf,min应增加应增加1mm;当当t4mm时时,hf,min=t 取整取整mmmm数，小数点以后只进不舍。数，小数点以后只进不舍。h hf ft tt t1 1t t1 1t t （3 3）设计焊角尺寸）设计焊角尺寸hf 应满足应满足 （1 1）侧面角焊缝的最大计算长度）侧面角焊缝的最大计算长度2 2、焊缝计算长度的构造要求、焊缝计算长度的构造要求 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均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。展，最终导致焊缝破坏。当实际长度大于以上限值时，计算时超出部分不予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，考虑；但当内力沿侧焊缝全长分布时，lw不受此限制不受此限制.故侧面焊缝计算长度：故侧面焊缝计算长度：（2 2）侧面角焊缝的最小计算长度）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：集中也越严重，故根据经验，规定：此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。（3 3）侧面角焊缝的计算长度）侧面角焊缝的计算长度（1 1）当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：）当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：3 3、搭接连接的构造要求、搭接连接的构造要求N NN Nl lw w2h2hf f2h2hf fN NN Nl l2 2l l1 1b b钢板拱曲钢板拱曲 试验结果表明，连接的承载力与试验结果表明，连接的承载力与b/lw有关。当有关。当b/lw1 1时，连接承载力随比值增大明显下降，这是由于应时，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：强度过分降低，规范规定：b/lw 1 1 为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求：为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求：b16t（t 12mm）或或190mm（t12mm）式中：式中：b为两侧焊缝的距离；为两侧焊缝的距离；lw为侧焊缝计算长度；为侧焊缝计算长度；t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。（2 2）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的的5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。（3 3）当焊缝端部在焊件转角处）当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊时，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避开起落弧发生在转角处的应力集中。中。t t1 1t t2 2 （t t1 1t t2 2）2hf2h2hf f2h2hf f焊缝绕角焊缝绕角2hf二、角焊缝连接的基本计算公式二、角焊缝连接的基本计算公式1、应力分析、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，按有效厚度以外的部分去掉，按有效厚度h he e确定最危险截面（顺着焊缝方确定最危险截面（顺着焊缝方向的平面），通常称为向的平面），通常称为有效截面有效截面。hfdcbadcbah he ehfhfhfhe有效截面有效截面焊缝两焊脚面交线（焊缝两焊脚面交线（aaaa）与有效厚度）与有效厚度h he e组组成的截面（下图中成的截面（下图中addadd a a）。）。（1 1）侧焊缝）侧焊缝 这些剪应力实际分布这些剪应力实际分布不均。试验表明两头大中不均。试验表明两头大中间小。考虑到出现塑性后间小。考虑到出现塑性后应力重分布，应力重分布，规范规定规范规定在在焊缝长度范围内按均匀分焊缝长度范围内按均匀分布计算。布计算。NNN N 有效截面上只有与有效截面上只有与焊缝长度方向平行的剪焊缝长度方向平行的剪应力应力 。（2 2）端（正面）焊缝）端（正面）焊缝N/2B2NAB1N/2abcN/2B2NAN/2N/2有效截面上与焊缝长度有效截面上与焊缝长度方向垂直的正应力方向垂直的正应力和和剪应力剪应力 。正面角焊缝刚度大，破坏正面角焊缝刚度大，破坏时变形小，强度比侧缝高，时变形小，强度比侧缝高，但塑性变形能力比侧缝小，但塑性变形能力比侧缝小，常呈脆性破坏。常呈脆性破坏。（3 3）一般受力的焊缝）一般受力的焊缝 =2、角焊缝的强度角焊缝的强度 （1 1）有效截面上的应力状态）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（正应力，与焊缝长度方向（x x）面外垂直）面外垂直 剪应应，与焊缝长度方向（剪应应，与焊缝长度方向（x x）面内平行）面内平行 剪应力，与焊缝长度方向（剪应力，与焊缝长度方向（x x）面内垂直）面内垂直xyzdcdcaah he e角焊缝强度条件一般表达式：角焊缝强度条件一般表达式：P43（2-12）三、角焊缝连接的计算三、角焊缝连接的计算1、受轴心力作用时的计算、受轴心力作用时的计算 侧焊缝侧焊缝作用力平行于焊缝长度方向的角焊缝作用力平行于焊缝长度方向的角焊缝dNadccaxlwh he eNN（2-14）端焊缝端焊缝作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝yzadcdcah he e f 两方向力综合作用的角焊缝两方向力综合作用的角焊缝N f正面角焊缝的强度设计值提高系数，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。周围角焊缝（三面围焊，菱形）周围角焊缝（三面围焊，菱形）例例 设计如图所示一双盖板的对接接头。已知钢板截设计如图所示一双盖板的对接接头。已知钢板截面面250 x14,250 x14,盖板截面为盖板截面为2-200 x10,2-200 x10,受轴心力受轴心力N=700kNN=700kN（静荷载），钢材（静荷载），钢材Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43型。型。解：确定焊缝的焊脚尺寸解：确定焊缝的焊脚尺寸hfhfmax=t-(12)mm=10-(12)mm=89mm（施焊时一般难（施焊时一般难以焊满整个厚度）以焊满整个厚度）且且 hfmax hf min=1.5(tmax)0.5=5.6mm（防止冷却过快产生淬硬（防止冷却过快产生淬硬组织）所以组织）所以hf 取取取取8mm8mmNNNNa)1、采用侧面角焊缝、采用侧面角焊缝因用双盖板，接头一侧共有因用双盖板，接头一侧共有4条条焊缝，每条焊缝所需计算长度为：焊缝，每条焊缝所需计算长度为：NNNNa)盖板总长：盖板总长：L（200+28）2+10=442mm,取取L450mm2、采用三面围焊、采用三面围焊NNNN正面角焊缝所能承担的内正面角焊缝所能承担的内力力N为：为：接头一侧所需侧缝的计算长度为：接头一侧所需侧缝的计算长度为：盖板总长：盖板总长：L（73.3+8）2+10=172.6mmm,取取180mm.在在钢钢桁桁架架中中，角角钢钢腹腹杆杆与与节节点点板板的的连连接接焊焊缝缝常常用用两两面面侧侧焊焊，或或三三面面围围焊焊，特特殊殊情情况况也也允允许许采采用用L形形围围焊焊。腹腹杆杆受受轴轴心心力力作作用用，为为了了避避免免焊焊缝缝偏偏心心受受力力，焊焊缝缝所所传传递递的的合合力力的的作作用用线线应应与与角钢杆件的轴线重合。角钢杆件的轴线重合。如如左左图图钢钢桁桁架架节节点点，弦弦杆杆和和腹腹杆杆采采用用双双角角钢钢组组成成的的T形形截截面面，腹腹杆杆通通过过节节点点板板与与弦杆连接。弦杆连接。6-1106-11010-15010-1506-1106-11010-15010-1508 8170170190190130130120120285 25285 252、角钢连接的角焊缝计算、角钢连接的角焊缝计算（1 1）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算 K1、K2焊缝内力分配系数；焊缝内力分配系数；N1、N2 分别为角钢肢背和肢分别为角钢肢背和肢 尖传递的内力。尖传递的内力。肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝x xx xlw1w1lw2w2N NN N1 1N N2 2cb角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数 0.350.350.650.65不等边角钢不等边角钢（长边相连）（长边相连）0.250.250.750.75不等边角钢不等边角钢（短边相连）（短边相连）0.30.30.70.7等边角钢等边角钢肢尖肢尖 k2肢背肢背 k1内力分配系数内力分配系数 截面及连接情况截面及连接情况 设计时先设计时先假定假定正面角焊缝的焊脚尺寸正面角焊缝的焊脚尺寸hf3，并求出它，并求出它所分担的内力所分担的内力N3：通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝分担的内力分担的内力为为:x xx xlw1w1lw2w2N NN N1 1N N2 2cbN N3 3（2 2）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算利用前面利用前面lw1、lw2表达式可得表达式可得肢背、肢尖焊肢背、肢尖焊缝的计算长度。缝的计算长度。肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝x xx xlw1w1N NN N1 1cbN N3 3（3 3）角钢用）角钢用“L”“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计型焊缝与节点板连接的焊缝计算算 令令N20，由式，由式 ，得：，得：L形围焊角焊缝计算公式为：形围焊角焊缝计算公式为：若求出得若求出得hf3大于大于hfmax,则不能采用则不能采用L形围焊形围焊由水平平衡关系，得：由水平平衡关系，得：未采用绕角焊时未采用绕角焊时采用绕角焊时采用绕角焊时【例】【例】试确定下图所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承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。已知角钢为载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢为212510,与厚度为与厚度为8mm的节点板连接的节点板连接,其肢背搭接长度为其肢背搭接长度为300mm,焊脚尺寸均焊脚尺寸均为为hf=8mm,钢材为钢材为Q235B,手工焊手工焊,焊条为焊条为E43型。型。由公式可知由公式可知：肢背角焊缝所能承受的内力肢背角焊缝所能承受的内力 为：为：【解】【解】角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值 ，角焊缝内力分配，角焊缝内力分配系数系数 ，正面角焊缝长度，正面角焊缝长度 ，则正面角，则正面角焊缝能承担的内力焊缝能承担的内力 为：为：由此可算出肢尖焊缝的长度为由此可算出肢尖焊缝的长度为：由公式计算肢尖焊缝承受的内力由公式计算肢尖焊缝承受的内力 为：为：3、弯矩、剪力和轴心力共同作用下的、弯矩、剪力和轴心力共同作用下的T形连接角焊缝计算形连接角焊缝计算b)1a)形心形心MNVo1有效截面有效截面焊缝受焊缝受M M、V V、N N作用作用a)形心形心MNVo1有效截面有效截面c)XXlw 剪力剪力V V与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用的与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用的状态，在有效截面上产生均匀分布剪应力状态，在有效截面上产生均匀分布剪应力 。轴力轴力N N与焊缝轴线垂直，形与焊缝轴线垂直，形 成垂直于焊缝方向的均匀分布应成垂直于焊缝方向的均匀分布应 力力 f fN N。f f=b)1a)形心形心MNVo1有效截面有效截面c)XXlw有效截面有效截面在在“1”“1”点处，有垂直于焊缝长度方向点处，有垂直于焊缝长度方向的最大应力的最大应力 f f，且，且 形心形心MNVo11例例 设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝（周边围焊），并设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝（周边围焊），并验算角焊缝强度。钢材验算角焊缝强度。钢材Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43型。偏心力型。偏心力N=400kNN=400kN（间接动力荷载引起），（间接动力荷载引起），e=25cme=25cm。NVMa)b)c)分分 析析焊脚尺寸根据经验拟定；焊脚尺寸根据经验拟定；这是一个只有弯矩和剪力作用的问题。这是一个只有弯矩和剪力作用的问题。剪应力由两条竖向焊缝（牛腿腹板焊缝）承受。剪应力由两条竖向焊缝（牛腿腹板焊缝）承受。计计 算算 确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值ffw 查规范得查规范得 ffw=160N/mm2 作用在焊缝上的力作用在焊缝上的力 V=N=400103N M=Ne=40025104=10000104 Nmm 拟定焊脚尺寸拟定焊脚尺寸hf 考虑到牛腿腹板厚为考虑到牛腿腹板厚为10mm，受，受间接动力荷载间接动力荷载。设计设计 hf=8mm，并将所有焊脚尺寸取相同值。，并将所有焊脚尺寸取相同值。计算焊缝截面抗剪面积计算焊缝截面抗剪面积Af、惯性矩惯性矩IxNVMa)A Af f=0.783602=4032=0.783602=4032mm2 2 I Ix=0.78200(205.6-5.6/2)=0.78200(205.6-5.6/2)2 222 +0.78(95-5.6)(180-5.6/2)+0.78(95-5.6)(180-5.6/2)2 244 +0.78360 +0.783603 32/122/12 =1989710 =19897104 4mm4 4 确定危险点，计算危险点应力确定危险点，计算危险点应力 由应力分布图知，腹板上端焊缝和翼缘下由应力分布图知，腹板上端焊缝和翼缘下 侧焊缝交点最危险，该点至中性轴距离为侧焊缝交点最危险，该点至中性轴距离为 y=180mm。各项应力为：各项应力为：b)强度满足要求强度满足要求c)例例 设计图中节点板和预埋钢板间的角焊缝。设计图中节点板和预埋钢板间的角焊缝。偏心力偏心力P=150kNP=150kN（静荷（静荷 载）。钢材载）。钢材Q235Q235，手工，手工 焊，焊条焊，焊条E43E43型。型。10010020P453VNM节点板节点板预埋钢板预埋钢板分分 析析焊脚尺寸根据经验拟定；焊脚尺寸根据经验拟定；荷载荷载P不通过焊缝截面形心，使焊缝受轴力不通过焊缝截面形心，使焊缝受轴力N、剪力剪力V、弯矩弯矩M。属于属于角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用的情形。的情形。计计 算算 确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值ffw 查规范得查规范得 ffw=160N/mm2 作用在焊缝上的力作用在焊缝上的力 N=3P/5=3150/5=90kN V=4P/5=4150/5=120kN M=Ne=902=180kN-cm 拟定焊脚尺寸拟定焊脚尺寸hf 考虑到连接板件厚度为考虑到连接板件厚度为10mm，受静力荷载。取，受静力荷载。取 hf=8mm。确定危险点，计算危险点应力确定危险点，计算危险点应力 焊缝下端点最危险，该点各项应力为：焊缝下端点最危险，该点各项应力为：10010020 焊缝强度富裕量较大是因为节点板尺寸较大焊缝强度富裕量较大是因为节点板尺寸较大的缘故，而节点板尺寸通常由其它构造要求决定。的缘故，而节点板尺寸通常由其它构造要求决定。(A)220 (B)240 (C)305 (D)335(A)220 (B)240 (C)305 (D)335【例】【例】如图所示节点连接，钢材为如图所示节点连接，钢材为Q235B，焊条为，焊条为E43型，手工焊。连接受斜向静拉力设计值型，手工焊。连接受斜向静拉力设计值566kN,节点板与节点板与主构件采用双面角焊缝连接主构件采用双面角焊缝连接,hf=8mm,则角焊缝的实际则角焊缝的实际长度长度l1(mm)与下列何项数值最为接近。与下列何项数值最为接近。l1/2l1/2节点板节点板t=12mm566kNHV 【解】【解】将斜向拉力分解后可知，此将斜向拉力分解后可知，此T T形连接的角焊缝同时形连接的角焊缝同时承受拉力承受拉力H H（水平分力）和剪力（水平分力）和剪力V V（竖向分力）作用（竖向分力）作用,其中其中H=V=400kNH=V=400kN。由式（由式（3.63.6）得：）得：经换算得焊缝的计算长度经换算得焊缝的计算长度 为为故角焊缝的实际长度故角焊缝的实际长度 为为：故选（故选（C C）1 1、焊接残余变形的种类、焊接残余变形的种类 在焊接过程中，由于不均匀加热和冷却收缩，势必在焊接过程中，由于不均匀加热和冷却收缩，势必使构件产生局部鼓曲、使构件产生局部鼓曲、歪曲、弯曲或扭转等。焊接变形歪曲、弯曲或扭转等。焊接变形的基本形式有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变的基本形式有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。实际的焊接变形常常是几形、波浪变形、扭曲变形等。实际的焊接变形常常是几种变形的组合。种变形的组合。纵向及横向收缩纵向及横向收缩角变形角变形弯曲变形弯曲变形扭曲变形扭曲变形波浪变形波浪变形一、现象和及其产生的原因一、现象和及其产生的原因焊接残余变形和残余应力焊接残余变形和残余应力2 2、应力分布、应力分布焊接残余应力是一组自平衡应力（拉压平衡）。焊接残余应力是一组自平衡应力（拉压平衡）。3 3、产生原因、产生原因不均匀降温。不均匀降温。二、焊接变形对结构性能的影响二、焊接变形对结构性能的影响 焊接变形若超出验收规范规定，需花许多工时去矫正；焊接变形若超出验收规范规定，需花许多工时去矫正；影响构件的尺寸和外形美观，还可能降低结构的承载影响构件的尺寸和外形美观，还可能降低结构的承载 力，引起事故。力，引起事故。三、减小焊接应力和焊接变形的措施三、减小焊接应力和焊接变形的措施1.1.设计方面的措施设计方面的措施推荐推荐不推荐不推荐推荐推荐不推荐不推荐（1 1）合理安排焊缝的位置）合理安排焊缝的位置（对称布置焊缝可减小焊接变形）（对称布置焊缝可减小焊接变形）（4 4）尽量避免母材在厚度方向的收缩应力）尽量避免母材在厚度方向的收缩应力（2 2）合理的选择焊缝的尺寸和形式）合理的选择焊缝的尺寸和形式（3 3）尽量避免焊缝的过分集中和交叉）尽量避免焊缝的过分集中和交叉推荐推荐不推荐不推荐推荐推荐不推荐不推荐切角切角推荐推荐不推荐不推荐易引起层状撕裂易引起层状撕裂2 2、工艺上的措施、工艺上的措施 （1 1）采用合理的施焊顺序）采用合理的施焊顺序 分块拼接分块拼接12345分段退焊分段退焊5 4 3 2 1 1 2 3 4 55 4 3 2 1 1 2 3 4 58 7 7 88 7 7 86 66 6IIIIII对角跳焊对角跳焊1234沿厚度分层焊沿厚度分层焊IIIIII （2 2）采用反变形处理）采用反变形处理（3 3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理焊前反变形焊前反变形