1、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 （c）深熔(凹)焊缝,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）。,a),c),b),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。,直角焊缝：=900,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
2、高疲劳强度，但手工焊费工。,（2）斜角角焊缝,我们主要讨论直角焊缝,两焊边夹角90或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135或60斜角角焊缝，除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。,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。,角焊缝的构造要求,1、焊角尺寸hf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
3、焊缝的强度条件外，还必须满足以下构造要求。,（1）最大焊脚尺寸,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:,若另一焊件厚度t1t时，还应满足hf,max1.2t1,hf,max1.2t1 式中: t1较薄焊件厚度。,对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求： 当 t6mm时，hf,maxt-(12)mm 当 t6mm时，hf,maxt,（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:,式中: t较厚焊件厚度 另外：对埋弧自动焊hf,min可减小1mm;对T形连接单面角
4、焊缝hf,min应增加1mm;当t4mm时, hf,min=t,取整mm数，小数点以后只进不舍。,（3）设计焊角尺寸hf 应满足,（1）侧面角焊缝的最大计算长度,2、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。,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.,故侧面焊缝计算长度：,（2）侧面角焊缝的最小计算长度,对于焊脚尺
5、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：,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,（1）当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：,3、搭接连接的构造要求,试验结果表明，连接的承载力与b / lw有关。当b / lw1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：b16t（t 12mm）或190mm（t12mm）,式中：b为两侧焊缝的距离；lw为侧焊缝计算长度；t为较
6、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。,（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）。,（1）侧焊缝,这些剪应力实际分布不均。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。,有效截面上只有与焊
7、缝长度方向平行的剪应力 。,（2）端（正面）焊缝,有效截面上与焊缝长度方向垂直的正应力和剪应力 。,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。,（3）一般受力的焊缝,作用在T型连接焊缝上的一般力N，可以分解为平行于焊缝方向的力V和垂直于的焊缝方向力F。,f分解为： 和。,V产生 ；,F产生f，,有效截面上有： 、 、 。,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
8、缝长度方向（x）面内垂直,角焊缝强度条件一般表达式：P43,三、角焊缝连接的计算,1、受轴心力作用时的计算, 侧焊缝作用力平行于焊缝长度方向的角焊缝,（2-14）, 端焊缝作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝, 两方向力综合作用的角焊缝,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）,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。,解：确定焊缝的焊脚尺寸hf,hfmax=t-(12)mm
9、=10-(12)mm=89mm（施焊时一般难以焊满整个厚度）且 hfmax 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：,盖板总长：L（200+28）2+10=442mm,取L450mm,2、采用三面围焊,正面角焊缝所能承担的内力N为：,接头一侧所需侧缝的计算长度为：,盖板总长：L（73.3+8）2+10=172.6mmm,取180mm.,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
10、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。,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。,2、角钢连接的角焊缝计算,（1）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； N1 、N2 分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。,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 ：,通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝分担的内力为:,（2）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算,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,令N20，由式 ，得：,L形围焊角焊
11、缝计算公式为：,若求出得hf3大于hfmax ,则不能采用L形围焊,由水平平衡关系，得：,未采用绕角焊时,采用绕角焊时,【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212510,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。,由公式可知：,肢背角焊缝所能承受的内力 为：,【解】角焊缝强度设计值 ，角焊缝内力分配系数 ，正面角焊缝长度 ，则正面角焊缝能承担的内力 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 为：,3、弯矩、剪力和轴心力共同作用下的T形连接角焊
12、缝计算,焊缝受M、V、N作用,剪力V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。轴力N与焊缝轴线垂直，形 成垂直于焊缝方向的均匀分布应力fN。,在弯矩M作用下，有效截面上产生垂直 于焊缝方向且按三角形分布的应力M W角焊缝有效截面绕x轴（图）的抵抗矩。,在“1”点处，有垂直于焊缝长度方向 的最大应力f，且,例 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Q235，手工焊，焊条 E43型。偏心力N=400kN（间接动力荷载引起），e=25cm。,计 算, 确定焊缝强度设计值ffw查规范得 ffw =160N/mm2 作用在焊缝上的力V=N=40
13、0103NM=Ne=40025104=10000104 Nmm 拟定焊脚尺寸hf考虑到牛腿腹板厚为10mm，受间接动力荷载。设计 hf =8mm，并将所有焊脚尺寸取相同值。 计算焊缝截面抗剪面积Af、惯性矩Ix,Af = 0.783602=4032mm2Ix= 0.78200(205.6-5.6/2)22+ 0.78(95-5.6)(180-5.6/2)24+ 0.7836032/12= 19897104mm4 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侧焊缝交点最危险，该点至中性轴距离为y=180mm。 各项应力为：,强度满足要求,例 设计图中节点板和预埋钢板间的角焊缝。
14、偏心力P=150kN（静荷载）。钢材Q235，手工焊，焊条E43型。,分 析,焊脚尺寸根据经验拟定；荷载P不通过焊缝截面形心，使焊缝受轴力N、剪力V、弯矩M。属于角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用的情形。,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。,(A)220 (B)240 (C)305 (D)335,【例】如图所示节点连接，钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。连接受斜向静拉力设计值566kN,节点板与主构件采用双面角焊缝连接,hf=8mm,则角焊缝的实际长度l1(mm)与下列何项数值最为接近。,【解】将斜向拉力分解后可知，此T形连接的角焊缝同时
15、承受拉力H（水平分力）和剪力V（竖向分力）作用,其中H=V= =400kN。由式（3.6）得：,经换算得焊缝的计算长度 为,故角焊缝的实际长度 为：,故选（C）,1、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，势必使构件产生局部鼓曲、 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。,一、现象和及其产生的原因,焊接残余变形和残余应力,2、应力分布,焊接残余应力是一组自平衡应力（拉压平衡）。,3、产生原因,不均匀降温。,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；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。,三、减小焊接应力和焊接变形的措施,1. 设计方面的措施,（4）尽量避免母材在厚度方向的收缩应力,（2）合理的选择焊缝的尺寸和形式,（3）尽量避免焊缝的过分集中和交叉,2、工艺上的措施,（1）采用合理的施焊顺序,（2）采用反变形处理,（3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理,
