培训课件：钢结构的焊接连接.ppt

1 钢结构的连接方法2 钢结构焊接方法简介3 焊接结构的特性和焊缝4 焊缝代号5 对接焊缝的计算和构造6 直角角焊缝的受力性能钢结构的焊接连接7 直角角焊缝的强度计算8 角焊缝的尺寸限制和构造要求9 直角角焊缝连接的计算10 斜角角焊缝连接的计算11 部分焊透的对接焊缝连接的计算12 焊缝的质量等级13 焊接残余应力和残余变形1 钢结构的连接方法Ø 钢结构构连接接————钢结构构是一种由是一种由预制材料（制材料（钢材）材）制制作作，通，通过工厂加工成构件，再工厂加工成构件，再经工地工地现场拼装而形成的拼装而形成的结构，因此，构件与构件之构，因此，构件与构件之间的的连接接节点是形成点是形成钢结构构并保并保证结构安全正常工作构安全正常工作的重要的重要组成部分Ø 连接的要求：足接的要求：足够的的强度、度、刚度度和和延性延性Ø 连接方法：接方法：销钉、螺栓、、螺栓、铆钉、、焊缝Ø 销钉连接因使用不便已摒弃，接因使用不便已摒弃，铆钉也基本也基本为焊缝连接接和螺栓和螺栓连接取代焊缝连接接和和螺栓螺栓连接接是目前的主要是目前的主要连接方式铆钉连接铆钉连接 螺栓连接螺栓连接 焊缝连接焊缝连接 2 焊接方法简介Ø 电弧焊Ø 气体保护焊Ø 电渣焊Ø 气焊Ø 电阻焊（（1 1）手工电弧焊）手工电弧焊（（2 2）自动埋弧焊）自动埋弧焊（（3 3）半自动埋弧焊）半自动埋弧焊电弧焊电弧焊气焊气焊电阻焊电阻焊电渣焊电渣焊利用通电后焊接材料（焊条或焊丝）和焊件之间产生电弧，熔化焊接材利用通电后焊接材料（焊条或焊丝）和焊件之间产生电弧，熔化焊接材料形成焊缝，需要使用焊条：料形成焊缝，需要使用焊条：手工电弧焊：手工电弧焊：         Q235－－E43系列，系列， Q345－－E50系列系列Q390－－E55系列系列                                 不同钢种连接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条不同钢种连接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条                                 －－质量不易保证，用于现场焊－－质量不易保证，用于现场焊自动（半自动）埋弧焊：自动（半自动）埋弧焊： Q235－－H08、、H08A、、H08MnA焊丝，焊丝，                                              Q345、、Q390－－ H08A、、H08E、、H10Mn2                     －－质量均匀，塑性、冲击韧性好，用于规则构件的工厂焊－－质量均匀，塑性、冲击韧性好，用于规则构件的工厂焊利用乙炔在氧气中燃烧形成的火焰融化焊条形成焊缝－－用于薄钢板和利用乙炔在氧气中燃烧形成的火焰融化焊条形成焊缝－－用于薄钢板和小型结构焊接小型结构焊接利用电流通过待连接焊件的表面产生的热量融化金属、通过压力使之熔利用电流通过待连接焊件的表面产生的热量融化金属、通过压力使之熔合－－用于厚度不超过合－－用于厚度不超过12mm钢板和薄壁型钢焊接钢板和薄壁型钢焊接利用电流通过熔渣所产生的电阻热熔化填充金属和母材，凝固后形成连利用电流通过熔渣所产生的电阻热熔化填充金属和母材，凝固后形成连接接气体保护焊气体保护焊采用采用CO2气体（代替焊剂）、焊丝气体（代替焊剂）、焊丝，，电弧使焊丝熔化形成焊缝电弧使焊丝熔化形成焊缝CO2气体保护被焊金属与空气接触气体保护被焊金属与空气接触•采用涂有焊药的焊条采用涂有焊药的焊条•通电后，焊条与焊件之间产生电弧通电后，焊条与焊件之间产生电弧•高热量使焊条熔化而形成焊缝高热量使焊条熔化而形成焊缝§设备简单，适应性强，设备简单，适应性强，应用最广泛应用最广泛§质量波动大，生产率质量波动大，生产率低，劳动强度大低，劳动强度大导线导线2.1 2.1 手工电弧焊手工电弧焊•采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下 •通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝•熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上半半自自动动埋埋弧弧焊焊§焊缝质量好，生产效率高焊缝质量好，生产效率高§需专用焊接设备，成本高需专用焊接设备，成本高全全自自动动埋埋弧弧焊焊2.2 2.2 自动、半自动埋弧焊自动、半自动埋弧焊§焊接速度快，熔化深度大焊接速度快，熔化深度大§可手工焊，也可自动化操作可手工焊，也可自动化操作§目前工厂很常用的焊接方法目前工厂很常用的焊接方法§室外施焊要有避风措施，防止气孔、焊坑缺陷室外施焊要有避风措施，防止气孔、焊坑缺陷•采用采用CO2气体（代替焊剂）、焊丝气体（代替焊剂）、焊丝•电弧使焊丝熔化形成焊缝电弧使焊丝熔化形成焊缝•CO2气体保护被焊金属与空气接触气体保护被焊金属与空气接触焊丝焊丝2.3 2.3 气体保护焊气体保护焊非消耗非消耗 熔嘴式熔嘴式•采用管状焊条采用管状焊条(熔嘴熔嘴),焊丝从管内进入焊丝从管内进入•电流通过熔渣产生的电阻热，熔化焊件和焊丝形成焊缝电流通过熔渣产生的电阻热，熔化焊件和焊丝形成焊缝•常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊接常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊接•有消耗和非消耗熔嘴式电渣焊之分有消耗和非消耗熔嘴式电渣焊之分消耗熔嘴式消耗熔嘴式 2.4 2.4 电渣焊电渣焊•采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条•适用于钢板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备适用于钢板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备2.5 2.5 气焊气焊•不采用焊接材料不采用焊接材料•电流通过焊件表面电流通过焊件表面的电阻，产生热量的电阻，产生热量•熔化金属，再加压熔化金属，再加压力而焊合力而焊合•适宜板厚不大于适宜板厚不大于12 mm的焊接的焊接•冷弯薄壁型钢连接冷弯薄壁型钢连接常采用此焊接方法常采用此焊接方法2.6 2.6 电阻焊电阻焊3 焊接结构的特性和焊缝连接•材质易变脆材质易变脆•产生残余应力、残余变形、焊接缺陷产生残余应力、残余变形、焊接缺陷•对钢结构疲劳、稳定有不利影响对钢结构疲劳、稳定有不利影响•较多地依赖焊工的技能水平较多地依赖焊工的技能水平•质量检验要求较高时检验工作量较大质量检验要求较高时检验工作量较大缺点缺点 优点优点•构造简单构造简单 — 任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件•省工省料省工省料 — 加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面•施工快速施工快速 — 可自动化操作可自动化操作•连接的密闭性好，刚度大，整体性好连接的密闭性好，刚度大，整体性好3.1 3.1 焊接结构的特性焊接结构的特性 热裂纹热裂纹 冷裂纹冷裂纹气孔气孔  烧烧 穿穿 夹夹 渣渣 根部未焊透根部未焊透边缘未熔合边缘未熔合 焊缝层间未熔合焊缝层间未熔合 咬咬 边边 焊瘤焊瘤 焊缝缺陷焊缝缺陷检检验验标标准准三三 级级肉眼外观检查肉眼外观检查二级二级 肉眼外观检查肉眼外观检查 ＋＋ 超声波超声波用于有较大拉应力的较重要连接－－用于有较大拉应力的较重要连接－－不得存在裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷一级一级 肉眼外观检查肉眼外观检查 ＋＋ 超声波超声波 ＋＋ X X射线射线用于抗动力、疲劳荷载的重要连接－－用于抗动力、疲劳荷载的重要连接－－不得存在未满焊、咬边、根部收缩、裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷用于一般连接－－用于一般连接－－所有焊缝均应作外观检验，不允许有可见裂纹等缺陷。

其它缺陷如咬边、表面气孔、夹渣等按规范要求；超声波超声波检测设备检测设备焊缝质量检验焊缝质量检验无损检测：一级焊缝全数检验，无损检测：一级焊缝全数检验， 二级焊缝抽检二级焊缝抽检2020％以上％以上3.2 3.2 焊接接头形式和焊缝类别焊接接头形式和焊缝类别对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝（（1）焊缝接头形式）焊缝接头形式对接接头对接接头搭接接头搭接接头T形接头形接头角形接头角形接头（（2）焊缝类型）焊缝类型•用料经济，传力平稳，动力性能好用料经济，传力平稳，动力性能好•较厚的板需开剖口，费工较厚的板需开剖口，费工•施工简便施工简便•传力不均，应力集中严重，搭接时费料传力不均，应力集中严重，搭接时费料对接焊缝对接焊缝直焊缝直焊缝斜焊缝斜焊缝角焊缝角焊缝侧焊缝侧焊缝（与力平行）（与力平行）端焊缝端焊缝（与力垂直）（与力垂直）直边缝直边缝单边单边V形缝形缝双边双边V形缝形缝板厚板厚 t < 10 mm板厚板厚 t = 10 ~ 20 mmU形缝形缝K形缝形缝X形缝形缝板厚板厚 t > 20 mm对接焊缝对接焊缝坡口形式坡口形式不同宽度不同宽度不同厚度连接不同厚度连接可不设斜坡可不设斜坡引弧板引弧板对接焊缝对接焊缝其它构造其它构造直角焊缝直角焊缝斜角焊缝斜角焊缝普通型普通型深熔型深熔型 平坡型平坡型角焊缝角焊缝构造构造适宜动力荷载，但施焊不便适宜动力荷载，但施焊不便施焊方便，最常用施焊方便，最常用间断焊缝间断焊缝连续焊缝连续焊缝不重要或受力小的构件，可采用间断焊缝连接连续焊缝与间断焊缝连续焊缝与间断焊缝（（3）焊缝的施焊方式）焊缝的施焊方式俯焊俯焊横焊横焊 立焊立焊 仰焊仰焊 质量好质量好质量一般质量一般质量差质量差4 焊缝代号Ø作用：表明焊缝型式、尺寸和辅助要求Ø表示方法：由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成单面焊缝的标注方法单面焊缝的标注方法双面焊缝的标注方法双面焊缝的标注方法 当焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时，当焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时，可在标注焊缝代号的同时，在图上加栅线表示焊缝。

可在标注焊缝代号的同时，在图上加栅线表示焊缝 5 对接焊缝的计算和构造（（1））焊缝截面焊缝截面焊缝截面厚度－－焊缝所连接板件的较薄厚度；焊缝截面厚度－－焊缝所连接板件的较薄厚度；焊缝截面计算长度－－焊缝截面计算长度－－ 采用引弧板时，焊缝全长有效；采用引弧板时，焊缝全长有效； 未采用引弧板时，计算焊缝长度未采用引弧板时，计算焊缝长度= =焊缝长度减去焊缝长度减去2t2t（（2））传力特性传力特性（（1 1）焊缝传递焊件拼接处所承受的构件内力）焊缝传递焊件拼接处所承受的构件内力（（2 2）力线没有转折（或基本没有转折））力线没有转折（或基本没有转折） （（3））焊缝强度焊缝强度一、二级焊缝一、二级焊缝强度与焊件母强度与焊件母材相同；材相同；三级三级焊缝强度较母焊缝强度较母材低1.1.确定计算截面上的内力（荷载效应）确定计算截面上的内力（荷载效应）2. 2. 确定焊缝质量检验等级确定焊缝质量检验等级 根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等境以及应力状态等3. 3. 确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值 抗拉强度；抗压强度；抗剪强度抗拉强度；抗压强度；抗剪强度 计算焊缝截面特性计算焊缝截面特性 截面面积截面面积A A、惯性矩、惯性矩I I、截面模量、截面模量W W、面积矩、面积矩S S等等5. 5. 应力计算应力计算6. 6. 强度校核强度校核（（4））计算步骤计算步骤直直焊焊缝缝引弧板引弧板N — 轴心拉力或压力轴心拉力或压力tw — 焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）lw — 焊缝计算长度，焊缝计算长度，有引弧板有引弧板lw＝＝L，， 无引弧板无引弧板lw＝＝L－－2t（较小板厚）（较小板厚）                   — 对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度焊缝应力验算焊缝应力验算式中：式中：（（5））焊缝轴心受力－－直缝焊缝轴心受力－－直缝直缝直缝斜斜焊焊缝缝焊缝应力焊缝应力简化验算简化验算lw — 斜焊缝计算长度，斜焊缝计算长度，— 对接焊缝抗剪设计强度对接焊缝抗剪设计强度规范规定规范规定当当                ，可不验算。

可不验算斜缝斜缝（（6）焊缝轴心受力－－斜缝）焊缝轴心受力－－斜缝弯矩弯矩 M剪力剪力 V平板梁平板梁 工字形梁工字形梁应力分布应力分布应力应力分布分布弯矩弯矩M剪力剪力 V轴力轴力 N应力应力分布分布（（7））梁的拼接－－弯矩、剪力、轴力作用梁的拼接－－弯矩、剪力、轴力作用焊缝应力验算焊缝应力验算与一般梁连接计算不同：与一般梁连接计算不同：可假定剪力仅由梁或牛腿腹板承受可假定剪力仅由梁或牛腿腹板承受 弯矩弯矩 M    剪力剪力 V梁柱连接处梁柱连接处柱牛腿处柱牛腿处atw焊缝截面焊缝截面应力分布应力分布（（8）牛腿焊接－－弯矩、剪力作用）牛腿焊接－－弯矩、剪力作用——焊缝有效抗剪面积，——整个焊缝截面的面积； （（9）牛腿焊接－－弯矩、剪力、轴力作用）牛腿焊接－－弯矩、剪力、轴力作用例例1 1：：设设计计500×14500×14钢钢板板的的对对接接焊焊缝缝连连接接钢钢板板承承受受轴轴向向拉拉力力，，其其中中恒恒荷荷载载和和活活荷荷载载标标准准值值引引起起的的轴轴心心拉拉力力值值分分别别为为700kN700kN和和400kN400kN，，相相应应的的荷荷载载分分项项系系数数为为和和。

已已知知钢钢材材为为（（A3FA3F）），，采采用用E43E43型型焊焊条条手手工工电电弧焊，三级质量标准，施焊时未用引弧板弧焊，三级质量标准，施焊时未用引弧板解：解：1 1．焊缝承受的轴心拉力设计值为：．焊缝承受的轴心拉力设计值为：2 2．三级对接焊缝抗拉强度设计值．三级对接焊缝抗拉强度设计值 3 3．先考虑用直焊缝验算其强度．先考虑用直焊缝验算其强度 直焊缝强度不够，故应采用斜焊缝按照直焊缝强度不够，故应采用斜焊缝按照（（tgtg  ，，即即56560 0）的要求布置斜焊缝的要求布置斜焊缝 例例2:2: 8m 8m跨度简支梁的截面和荷载跨度简支梁的截面和荷载( (设计值设计值, ,包括包括梁自重梁自重),),拟在离支座拟在离支座 2.5m 2.5m 处做翼缘和腹板的处做翼缘和腹板的工厂拼接工厂拼接, ,试设计其拼接对接焊缝已知钢材为试设计其拼接对接焊缝已知钢材为（（A3FA3F），采用），采用E43E43型焊条手工电弧焊，三级质型焊条手工电弧焊，三级质量标准，用引弧板施焊量标准，用引弧板施焊 解：解：1．． 离支座处的内力（设计值）为离支座处的内力（设计值）为2．计算．计算 梁截面参数：梁截面参数：3．验算强度：．验算强度：端焊缝端焊缝侧焊缝侧焊缝 计算截面计算截面 均取均取焊缝焊缝45°喉部为有效截面喉部为有效截面（假定破坏截面）（假定破坏截面）有效焊缝高度有效焊缝高度 h e＝＝ 0.7 h f ( (焊缝高度焊缝高度) )h fh fh e有效截面有效截面（（1））角焊缝的计算截面角焊缝的计算截面hfhehfh1h2deh---h---焊缝厚度、厚度、h h1 1—熔深熔深h h2 2—凸度、凸度、d d—焊趾、趾、e e—焊根根6 直角角焊缝的受力性能不应太小不应太小 —— 否则不能焊透，导致实际承载力不足；否则不能焊透，导致实际承载力不足； 焊缝冷却太快容易开裂。

焊缝冷却太快容易开裂角焊缝焊脚尺寸角焊缝焊脚尺寸 hf不应太大不应太大 —— 否则焊缝冷却后产生较大变形；否则焊缝冷却后产生较大变形； 较薄焊件容易烧穿较薄焊件容易烧穿hft1t2tt1hf焊脚尺寸是指角焊缝根角至焊缝截面外边缘（焊趾）的尺寸 计算焊缝长度计算焊缝长度lw＝＝ 每条连续焊缝的长度－每条连续焊缝的长度－2h f（每端扣（每端扣h f ））（（2））角焊缝的应力状态角焊缝的应力状态-侧缝侧缝•主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，主要受剪应力，分布不均，两头大中间小， 焊缝越长应力不均匀程度越高焊缝越长应力不均匀程度越高•强度相对较低，塑性较好强度相对较低，塑性较好•破坏常发生在近似破坏常发生在近似45°45°斜平面上斜平面上•角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂•正、剪应力都有，且分布很不均匀正、剪应力都有，且分布很不均匀•根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点•焊缝破坏强度高，但塑性差焊缝破坏强度高，但塑性差端焊缝应力端焊缝应力分布分布ABCD（（2））角焊缝的应力状态角焊缝的应力状态-端缝端缝破坏模式θ＝＝90°侧焊缝侧焊缝θ＝＝0°端焊缝端焊缝荷载－变形曲线荷载－变形曲线（（2））角焊缝的应力状态角焊缝的应力状态-端缝与侧缝的比较端缝与侧缝的比较7 直角角焊缝的强度计算（（1）） 角焊缝的计算应力角焊缝的计算应力基本公式：基本公式：仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时同时有平行与垂直于焊缝长度方向的轴心力时同时有平行与垂直于焊缝长度方向的轴心力时破坏面破坏面试验公式试验公式 NyNxσ┻┻ττ┻┻τ∥ ∥= τfh he elw w45O45Oh hf f简化公式简化公式 f— 端焊缝强度增大系数端焊缝强度增大系数 f直角焊缝直角焊缝斜角焊缝斜角焊缝 ＝＝  1.0＝＝1.22 静载、静载、 间接动载间接动载 ＝＝1.0 直接动载直接动载 f当当＝ 0 时＝ 0 时式中：式中：— 平行平行焊缝长度方向的计算应力焊缝长度方向的计算应力 — 垂直垂直焊缝长度方向的计算应力焊缝长度方向的计算应力 — 角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值 危险点危险点┻┻┻┻∥ ∥（（1 1）最小焊脚尺寸）最小焊脚尺寸hf,minhf,min式中式中: : t t2 2------较厚焊件厚度较厚焊件厚度。

                       当当t2 2≤4mm时时, hf,minf,min = t2 2 对于对于自动埋弧焊自动埋弧焊h hf,minf,min可减去可减去1mm;1mm; 对于对于T T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,minf,min应加上应加上1mm;1mm; 8 角焊缝的尺寸限制和构造要求（（2 2）最大焊脚尺寸）最大焊脚尺寸h hf,maxf,max h hf,maxf,maxt t1 1 式中式中: : t t1 1------较薄焊件厚度较薄焊件厚度对于板件边缘的角焊缝：对于板件边缘的角焊缝：当当 t t≤6mm≤6mm时，时，h hf,maxf,max≤≤t t；；当当 t t >6mm >6mm时，时， h hf,maxf,max ≤ ≤ t t -(1 -(1～～2)mm2)mm；；钢管构件除外钢管构件除外对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于圆孔对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽孔短径的直径或槽孔短径的1/31/3（（4 4）侧缝的最大计算长度）侧缝的最大计算长度当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。

但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制3 3）角焊缝的最小计算长度）角焊缝的最小计算长度当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！（（5 5）断续角焊缝）断续角焊缝e e为断续角焊缝的净距；为断续角焊缝的净距；t t为较薄焊件的厚度；为较薄焊件的厚度；l l为每段角为每段角焊缝的长度焊缝的长度（（6 6）搭接连接的构造要求）搭接连接的构造要求板件与节点板的连接板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接仅用两侧缝焊接时：时：A A、为避免应力传递过分弯折导致应力不均：、为避免应力传递过分弯折导致应力不均：B B、为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：、为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！bt1t2C C、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2 2hfhf的绕角焊，且的绕角焊，且转角处必须连续施焊转角处必须连续施焊D D、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5 5倍，倍，且不得小于且不得小于25mm25mm。

t1t2b2hfl9 直角角焊缝连接的计算9.1 计算步骤计算步骤轴力、剪力及联合作用轴力、剪力及联合作用弯矩及与轴力、剪力的共同作用弯矩及与轴力、剪力的共同作用扭矩及与轴力、剪力的共同作用扭矩及与轴力、剪力的共同作用焊缝群截面特性计算焊缝群截面特性计算计算长度：非连续焊缝计算长度计算长度：非连续焊缝计算长度Lw=L-n×hf                    连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除hf焊缝群形心轴确定、有效截面积、截面模量计算等焊缝群形心轴确定、有效截面积、截面模量计算等 应力计算应力计算强度校核强度校核确定确定焊缝（焊缝群）内力分析焊缝（焊缝群）内力分析两边侧焊两边侧焊两边端焊两边端焊验算验算－－ 端焊缝强度提高系数端焊缝强度提高系数验算验算认为焊缝有效截面上应力均匀分布认为焊缝有效截面上应力均匀分布一条单独的焊缝，每端扣除一条单独的焊缝，每端扣除hf（（1））拼接板连接拼接板连接 －－ －－承受轴力承受轴力N作用作用验算验算四周围焊四周围焊当焊缝受直接动力荷载时当焊缝受直接动力荷载时：：由端焊缝由端焊缝1N1122再验算侧焊缝再验算侧焊缝N1lw1N2，，lw2减小拼接板减小拼接板角部应力集中角部应力集中四周菱形围焊四周菱形围焊简化验算－简化验算－ 无论静载、动载无论静载、动载肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝blw2lw1两边侧焊两边侧焊由平衡条件由平衡条件N1、、N2 不均匀分配不均匀分配（（2）角钢与）角钢与拼接板连接拼接板连接 －－－－ 承受轴力承受轴力N作用作用角钢类型角钢类型连接形式连接形式内力分配系数内力分配系数肢背肢背K1肢尖肢尖K2等肢角钢等肢角钢0.700.30不等肢角钢不等肢角钢短肢连接短肢连接0.750.25不等肢角钢不等肢角钢长肢连接长肢连接0.650.35blw2lw1三面围焊三面围焊由端焊缝强度验算确定由端焊缝强度验算确定由平衡由平衡梁柱连接梁柱连接－受弯矩－受弯矩M、、剪力剪力V、、轴力轴力N 作用作用危险点危险点 a：：验算验算危险点危险点 b：：仅腹板仅腹板焊缝截面焊缝截面梁柱连接梁柱连接 整个焊缝截面整个焊缝截面 焊缝应力分布焊缝应力分布 弯矩弯矩        轴力轴力     剪力剪力 加劲肋加劲肋整个截面整个截面Aw, Iw（（3）梁柱）梁柱连接连接 －－－－ 弯矩、剪力、轴力作用弯矩、剪力、轴力作用焊缝截面焊缝截面 ＝＝V(a+e)轴力轴力N产生产生A点的应力点的应力剪力剪力V产生的产生的A点应力点应力扭矩扭矩T产生的应力：产生的应力：焊缝为弹性体，板为刚性体，绕形心焊缝为弹性体，板为刚性体，绕形心 o 旋转旋转（（4）牛腿焊接）牛腿焊接 －－－－ 扭矩、剪力、轴力作用扭矩、剪力、轴力作用X方向合应力：方向合应力：Y方向合应力：方向合应力：验算：验算：A A点：点：极惯性矩极惯性矩 Izw=Ixw+Iyw10 斜角角焊缝连接的计算 计算规定与直角角焊缝公式相同，但不考虑正面角计算规定与直角角焊缝公式相同，但不考虑正面角焊缝的强度设计值增大系数，即；焊缝计算高度有具体焊缝的强度设计值增大系数，即；焊缝计算高度有具体规定。

规定 T T形接头斜角角焊缝夹角应满足形接头斜角角焊缝夹角应满足60°≤α≤135°,60°≤α≤135°,如不满足则不宜作受力焊缝（钢管节点除外）如不满足则不宜作受力焊缝（钢管节点除外）11 部分焊透的对接焊缝连接的计算 按角焊缝的计算公式按角焊缝的计算公式 在承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的对接在承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的对接焊缝不宜采用部分焊透的对接焊缝焊缝不宜采用部分焊透的对接焊缝 例例3 3：：如如图图所所示示拼拼接接板板的的平平接接连连接接，，主主板板截截面面为为14×400mm,14×400mm,承承受受轴轴心心力力设设计计值值N=920KNN=920KN（（静静力力荷荷载载）），，钢钢材材为为Q235Q235，，采采用用E43E43型型系系列列焊焊条条，，手手工工焊焊试试设设计计拼拼接接板板尺尺寸寸，，两两方方案案：：（（a a））用用侧侧面面角角焊焊缝缝；； （（b b）用三面围焊。

用三面围焊解：解：（（1 1）拼接板截面选择）拼接板截面选择            根据拼接板和主板承载能力相等原则，拼接板根据拼接板和主板承载能力相等原则，拼接板钢材亦采用钢材亦采用Q235，两块拼接板截面面积之和应不小，两块拼接板截面面积之和应不小于主板截面面积于主板截面面积 拼接板厚度拼接板厚度 ：：   t1=40××1.4/(2××36)=0.78cm,取取8mm, 故每块拼接板截面为故每块拼接板截面为8××360mm    考虑拼接板要侧面施焊，取考虑拼接板要侧面施焊，取 拼接板宽度为拼接板宽度为360mm(主板和拼接板宽度差略大于主板和拼接板宽度差略大于2hf)（（2）焊缝设计）焊缝设计 ：：直角角焊缝的强度设计值为直角角焊缝的强度设计值为ftw=160N/mm2设设hf=6mmhf=8-(1~2) = 6~7   mm   ( t=8>6 mm )因因b>200mm（（b<200mm当当t<12mm),加加直直径径为为20mm的的电铆钉电铆钉4个，其设计强度与角焊缝相同，电铆钉承担力：个，其设计强度与角焊缝相同，电铆钉承担力：(a)  采用侧面角焊缝时：采用侧面角焊缝时：被拼接两板间留出隙缝被拼接两板间留出隙缝10mm,  拼接板长度为拼接板长度为57cm。

侧面角焊缝的实际长度为侧面角焊缝的实际长度为（（b）采用三面围焊时：）采用三面围焊时：正面角焊缝承担力为正面角焊缝承担力为 拼接板长度为拼接板长度为侧面角焊缝的实际长度为侧面角焊缝的实际长度为例例4 4：：如如图图所所示示角角钢钢和和节节点点板板采采用用两两边边侧侧焊焊缝缝的的连连接接，，N=660kNN=660kN（（静静力力荷荷载载，，设设计计值值）），，角角钢钢为为2∠110×102∠110×10，，节节点点板板厚厚度度t t1 1=12mm=12mm，，钢钢材材为为Q235-A•FQ235-A•F，，焊焊条条为为E43E43系系列列型型，，手手工工焊焊试试确确定定所所需需角角焊焊缝缝的的焊焊脚脚尺尺寸寸h hf f和和实际长度实际长度解：解：角钢肢尖和肢背都取角钢肢尖和肢背都取  hf=8mm  2．角焊缝焊脚尺寸选择．角焊缝焊脚尺寸选择   角钢肢尖处最大角钢肢尖处最大hf:  1、角焊缝的强度设计值、角焊缝的强度设计值ftw=160kN/mm2  角钢肢背处最大角钢肢背处最大hf:   hf2××10=12mm3.计算焊缝长度计算焊缝长度  焊缝受力：焊缝受力：角钢肢背角钢肢背角钢肢尖角钢肢尖侧焊缝的长度为：侧焊缝的长度为：例例5：：设设有有牛牛腿腿与与钢钢柱柱连连接接，，牛牛腿腿尺尺寸寸及及作作用用力力的的设设计计值值（（静静力力荷荷载载））如如图图所所示示。

钢钢材材为为，，采采用用E43系系列列型焊条，手工焊，试验算角焊缝型焊条，手工焊，试验算角焊缝解：解：设焊缝为周边围焊，转角处连续施焊，没有起设焊缝为周边围焊，转角处连续施焊，没有起弧落弧所引起的焊口缺陷，且假定剪力仅由牛弧落弧所引起的焊口缺陷，且假定剪力仅由牛腿腹板焊缝承受腿腹板焊缝承受取焊角取焊角hf=8mm,并对工字形翼缘端部绕转部分焊并对工字形翼缘端部绕转部分焊缝忽略不计缝忽略不计1．截面参数计算：．截面参数计算：腹板上竖向焊缝有效截面面积为腹板上竖向焊缝有效截面面积为Aw××××31××2=372cm2IW=2××××××20××2+4××××××(9.5- 0.56)××2××××313××2/12=14500cm4   全部焊缝对全部焊缝对X轴的惯性矩为轴的惯性矩为WW24焊缝最外边缘的抵抗矩为焊缝最外边缘的抵抗矩为WW13 翼缘和腹板连接处的抵抗矩为翼缘和腹板连接处的抵抗矩为  2.  验算角焊缝强度验算角焊缝强度××1032   ﹤ ﹤βfffw××2在弯矩在弯矩  M=480××0.18=86.4kN-m  作用下角焊作用下角焊缝最大应力为缝最大应力为480×2×1032牛腿翼缘和腹板交接处有弯矩引起的应力和剪牛腿翼缘和腹板交接处有弯矩引起的应力和剪力引起的应力共同作用力引起的应力共同作用 例例6：：如如图图所所示示为为一一支支托托板板与与柱柱搭搭接接连连接接，，b=300mm, h=400mm,作作用用力力的的设设计计值值V=200kN,钢钢材材为为Q235-B，，焊焊条条E43系系列列型型，，手手工工焊焊，，作作用用力力距距柱柱边边缘缘的的距距离离为为e=300mm,设设支支托托板板厚厚度度为为12mm,试验算角焊缝。

试验算角焊缝 AT AT AV解：解：1．角焊缝尺寸选择．角焊缝尺寸选择    设三边的焊脚尺寸设三边的焊脚尺寸hf相同，取相同，取hf=8mm,并近似并近似按支托与柱的搭接长度来计算角焊缝的有效截按支托与柱的搭接长度来计算角焊缝的有效截面因水平焊缝和竖向焊缝在转角处连续施焊，面因水平焊缝和竖向焊缝在转角处连续施焊，在计算焊缝长度时，仅在水平焊缝端部减去在计算焊缝长度时，仅在水平焊缝端部减去5mm,竖向焊缝则不减少竖向焊缝则不减少 计算角焊缝有效截面的形心位置：计算角焊缝有效截面的形心位置： 2．截面参数计算．截面参数计算计算角焊缝有效截面的惯性矩：计算角焊缝有效截面的惯性矩： 2．截面参数计算．截面参数计算 =16203+5300=21503cm4扭矩扭矩=200××(30+30-8.79)=10242kN-cm角焊缝有效截面上角焊缝有效截面上A点应力为点应力为12 焊缝的质量等级 焊缝等级：焊缝等级：一级、二级、三级一级、二级、三级 凡凡需进行疲劳计算需进行疲劳计算的结构的的结构的对接焊缝对接焊缝，均应要求焊，均应要求焊透，质量等级为：透，质量等级为：（（1 1））作用力垂直于焊缝长度方向作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝和的横向对接焊缝和T T形形接头中的对接和角接组合焊缝，接头中的对接和角接组合焊缝，受拉时应为一级受拉时应为一级，，受压受压时应为二级时应为二级；；（（2 2））作用力平行于长度方向作用力平行于长度方向的纵向对接焊缝应为的纵向对接焊缝应为二级二级。

不需计算疲劳的结构不需计算疲劳的结构中，凡要求与母材等强的对接中，凡要求与母材等强的对接焊缝，应予以焊透，其质量等级为：焊缝，应予以焊透，其质量等级为：受拉时应不低于二受拉时应不低于二级，受压时宜为二级级，受压时宜为二级 重级工作制重级工作制和起重量大于等于和起重量大于等于50t50t的的中级工作制吊车中级工作制吊车梁梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的间的T T形接头焊缝均要求焊透，形接头焊缝均要求焊透，质量等级不应低于二级质量等级不应低于二级 不要求焊透的不要求焊透的T T形接头采用角焊缝或部分焊透的对接形接头采用角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接中采用的角焊缝，其质量与角接组合焊缝，以及搭接连接中采用的角焊缝，其质量等级为：等级为：（（1 1）对）对直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车和吊车起重量等于或大于起重量等于或大于50t50t的中级工作制吊车梁，其焊缝的的中级工作制吊车梁，其焊缝的外外观质量标准应符合二级观质量标准应符合二级；；（（2 2）其他结构焊缝的）其他结构焊缝的外观质量等级外观质量等级可为三级。

可为三级13 焊接残余应力和残余变形焊缝周围温度场焊缝周围温度场产生原因产生原因压住压住内应力内应力 （（1 1）） 焊接应力焊接应力焊焊 缝缝θ变变 形形焊接残余变形焊接残余变形 — 由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起焊接残余应力焊接残余应力 — 由焊缝冷却收缩受到阻碍引起由焊缝冷却收缩受到阻碍引起<1>纵向焊接应力－－沿焊缝方向纵向焊接应力－－沿焊缝方向          两板焊接两板焊接    －－焊缝区受拉、两侧受压－－焊缝区受拉、两侧受压          焊接工字钢－－腹板中央受压，两端受拉焊接工字钢－－腹板中央受压，两端受拉                                      翼缘中央受拉，两端受压翼缘中央受拉，两端受压<2>横向焊接应力－－垂直焊缝方向横向焊接应力－－垂直焊缝方向          A. 焊缝纵向收缩导致两块板反向弯曲－－中间横向受焊缝纵向收缩导致两块板反向弯曲－－中间横向受拉，两端受压拉，两端受压          B. 施焊先后不同，则冷却时间不同，导致后焊部分收施焊先后不同，则冷却时间不同，导致后焊部分收缩受拉，先冷部分受杠杆作用也受拉，中间部分受压缩受拉，先冷部分受杠杆作用也受拉，中间部分受压          A和和B两种作用叠加两种作用叠加<3> 厚度方向焊接应力－－表面受压，中央受拉厚度方向焊接应力－－表面受压，中央受拉<4> 焊接应力的影响－－焊接应力的影响－－          A.  由于承载时可扩展塑性区，常温下受静载不影由于承载时可扩展塑性区，常温下受静载不影响强度，但会影响刚度响强度，但会影响刚度                         B.   焊缝中的三向应力阻碍塑性变形的发展，导致焊缝中的三向应力阻碍塑性变形的发展，导致开裂，降低疲劳强度开裂，降低疲劳强度          C.   降低构件稳定性，和使构件提前进入塑性工降低构件稳定性，和使构件提前进入塑性工作阶段作阶段X ( (横向焊接应力横向焊接应力) ) Y ( (纵向焊接应力纵向焊接应力 ) )Z ( (厚度方向厚度方向焊接应力焊接应力) )焊缝焊缝纵向焊接应力纵向焊接应力平平 板板 工字形截面工字形截面第一部分第一部分 施焊施焊方向方向收缩收缩横向焊接应力横向焊接应力应力分布应力分布 第二部分第二部分 厚度方向焊接应力厚度方向焊接应力＋＋= =合成合成 应力应力与焊接应力同时产生，由焊区收缩变形导致与焊接应力同时产生，由焊区收缩变形导致(2) (2) 焊接变形焊接变形波浪变形波浪变形纵向收缩纵向收缩横向收缩横向收缩弯曲弯曲角变形角变形波浪变形波浪变形扭曲变形扭曲变形(3) (3) 降低焊接应力和焊接变形的措施降低焊接应力和焊接变形的措施1. 1. 选择合适的焊缝尺寸；选择合适的焊缝尺寸；2 2．采用合理的焊缝设计和施焊顺序．采用合理的焊缝设计和施焊顺序( (分段、分层、分块等分段、分层、分块等) )；； （（1 1）合理的焊缝形式和位置；）合理的焊缝形式和位置； （（2 2）尽量避免三向焊缝汇交；）尽量避免三向焊缝汇交； （（3 3）尽量对称布置焊缝；）尽量对称布置焊缝； （（4 4）焊条易到达。

焊条易到达3 3．施焊前使构件有一个和焊接变形相反的预变形；．施焊前使构件有一个和焊接变形相反的预变形；对对小小尺尺寸寸构构件件可可在在焊焊前前预预热热，，或或在在焊焊后后回回火火加加热热至至600℃600℃左左右右，，然后缓慢冷却；然后缓慢冷却；5 5．采用机械方法校正焊接变形．采用机械方法校正焊接变形设计措施设计措施合理安排焊缝位置合理安排焊缝位置焊缝不宜过分集中，避免焊缝立体交错焊缝不宜过分集中，避免焊缝立体交错差差好好差差好好差差好好加劲板开孔，让主要焊缝加劲板开孔，让主要焊缝通过，次要焊缝中断通过，次要焊缝中断加工措施加工措施合理安排焊接次序，拆分多道焊缝合理安排焊接次序，拆分多道焊缝施焊前，预加反向变形施焊前，预加反向变形焊接次序交替进行焊接次序交替进行 分多道焊缝分多道焊缝 预加反变形预加反变形。