
角焊缝的构造和计算.docx
20页3.3角焊缝的构造和计算角焊缝的形式和强度角焊缝按其与作用力的关系可分为:正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝;正面角焊缝:焊缝长度方向与作用力垂直;侧面角焊缝:焊缝长度方向与作用力平行按其截面形式分:直角角焊缝(图3.10)、斜角角焊缝(图3.11)⑹山)2圈北10直角角焊健⑷3的图3.11斜角角焊缱直角角焊缝通常焊成表面微凸的等腰直角三角形截面[图3.10(a)]在直接承受动力荷载的结构中,为了减少应力集中,提高构件的抗疲劳强度,侧面角焊缝以凹形为最好但手工焊成凹形极为费事,因此采用手工焊时,焊缝做成直线性较为合适[图3.10(a)]当用自动焊时,由于电流较大,金属熔化速度快、熔深大,焊缝金属冷却后的收缩自然形成凹形表面[图3.10(c)]为此规定在直接承受动力荷载的结构(如吊车梁)中,侧面角焊缝做成凹形或直线形均可对正面角焊缝,因其刚度较大,受动力荷载时应焊成平坡式[图3.10(b)],直角边的比例通常为1:1.5(长边顺内力方向)两焊脚边的夹角a>90或a<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夹角a>135或a<60的斜角角焊缝,除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。
大量试验结果表明:X105〜1X105N/mm2,强度也较低由于传力线通过侧面角焊缝时产生弯折,因而应力沿焊缝长度方向的分布不均匀,呈两端大中间小的状态,焊缝越长,应力分布不均匀性越显著但在在接近塑性工作阶段时,产生应力重分布,可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和即分布不均匀,且不均匀程度随的增大而增加,破坏常在两端开始,再出现裂纹后很快沿焊缝有效截面迅速断裂正面角焊缝(图3.13)受力复杂,截面中的各面均存在正应力和剪应力由于传力时力线弯折,并且焊根处正好是两焊件接触面的端部,相当于裂缝的尖端,故焊根处存在着很严重的应力集中与侧面角焊缝相比,正面角焊缝的刚度较大(弹性模量E-X105N/mm2,强度较高,但塑性变形要差些即沿焊缝长度方向分布比较均匀,但应力状态比侧面角焊缝复杂,两焊脚边均有拉、压应力和,在焊缝根部存在应力集中,裂纹首先在此处产生,断裂面可近似地假定在有效截面斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间假定:直角角焊缝的破坏截面在45截面处,计算是采用有效截面he角焊缝的构造要求~h1、最大焊脚尺寸%a为了避免焊缝区的基本金属“过热”,减小焊件的焊接残余应力和残余变形,除钢管结构外,角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍,见图3.14(a)o①当 i>^nnmhF
6tnm:=•。
〜2)如果另一焊件厚度时,还应满足&Wl.2f的要求2、最小焊脚尺寸角焊缝的焊脚尺寸也\也不能过小,否则焊缝因输入能量过小,而焊件厚度较大,以致施焊时冷却速度过快,产生淬硬组织,导致母材开裂手工焊,脑国5k二(取整毫米数)自动悍因港深较大:h/"L5忆-1T形连接的单面角焊窿k/x=L5在二十1当焊件厚t£4mni时,取与皿=工3、不等焊脚尺寸的构造要求角焊缝的两焊脚尺寸一般为相等当焊件的厚度相差较大且等焊脚尺寸不能符合以上最大焊脚尺3.14(c)寸及最小焊脚尺寸要求时,可采用不等脚焊脚尺寸,见图4、侧面角焊缝的最大计算长度承受静荷载或间接动力荷载时:承受动力荷载:=40ft当计算长度大于上述限值时,其超过部分在计算中不予考虑,若内力沿焊缝全长分布时,其计算长度不受此限制,如工字形截面梁或柱的翼缘与腹板连接焊缝5、角焊缝的最小计算长度仆丽如过小,焊件局部受热严重,且弧坑太近,还有其他可能产生的缺陷6、搭接连接的构造要求当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时(图3.15):b%bMl6tG或判为较薄焊件的厚度当仅有两条正面焊缝时:搭接长度:为54tl诂且》2ami(图3.16)图3,15焊缝长搜及两侧焊缝间距杆件端部搭接采用围焊(包括三面围焊、L形围焊)时,转角处截面突变会产生应力集中,如在此处起灭弧,可能出现弧坑或咬边等缺陷,从而加大应力集中的影响,故所有围焊的转角处必须连接施焊。
对于非围焊情况,当角焊缝的端部在构件转角处时,可连续地作长度为2%的绕角焊(图3.15)图3.16搭挟连接直角角焊缝强度计算的基本公式图3.17所示为直角角焊缝的截面试验表明,直角角焊缝的破坏常发生在有效截面处(焊喉),故对角焊缝的研究均着重于这一部位图3J7角焊缝的截面,人一通建厚位二h一修厚尺寸!瓦一与蜜喟液厚度(厚般箫位N力一愿候!以一凸度IL厚趾!*一厚根直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算式为:(3.1)式中———按焊缝有效截面(heiw)计算,垂直于焊缝长度方向的应力;———按焊缝有效截面(helw)计算,沿焊缝长度方向的剪应力;比——正面角焊缝的强度设计值增大系数,对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构,口,=1.22;直接承受动力荷载的结构/F=1.0由于正面角焊缝的刚度大,韧性差,应将其强度降低使用LI——角焊缝的抗拉、抗剪和抗压强度设计值1)力与焊缝长度方向平行侧缝:=0=0;假定:Tf均匀分布(2)力与焊缝长度方向垂直正缝:&=0;假定:5均匀分布(3)斜向力(即不平行也不垂直于焊缝长度方向)只要将焊缝应力分解为垂直于焊缝长度方向的应力日和平行于焊缝长度方向的应力%,即可按式(3.1)计算。
各种受力状态下直角角焊缝的计算1、承受轴心力作用时角焊缝连接计算(1)用盖板的对接连接承受轴心力(拉力或压力)时,当焊件受轴心力,且轴心力通过连接焊缝中心时,可认为焊缝应力是均匀分布的\厂__」一丁图3,16受轴心力的盖板速换图3.18的连接中:①当只有侧面角焊缝时,按式(3.2)计算;②当只有正面角焊缝时,按式(3.3)计算;③当采用三面围焊时,对矩形拼接板,先按式(3.3)计算正面角焊缝所承担的内力:卞=B打;助3式中方:一一连接一侧正面角焊缝计算长度的总和再由力(、一#)计算侧面角焊缝的强度:式中风——连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和[例3.1]试设计用拼接盖板的对接连接(图3.19)已知钢板宽B=270mm厚度t1=28mm,拼接盖板厚度t2=16mni该连接承受静态轴心力N=1400kN(设计值),钢材为Q235B手工焊,焊条为E43型口)(b)序]角焊缝的焊脚尺寸加成根据板件厚度确定”L="(l2)=16-(12)=1415111111」=1.56=15后=7.9mm取查附录表1.2得角焊§1强度设计值f=160N,mnL(1)采用两面侧焊时[图3.19(a)]①焊缝总长度N_UOOxlO3-0.7x10x160=1250nnn②一条焊缝的实际长度.:w'=2%=1:。
4-20=33311ml<60a=60x10=600nim③盖板长度L=2/r+10=2x333+10=6*6111111.取680mm^nr④选定拼接盖板宽度b=2钝mm,则;A1=240x2x16="680mm2>^4=2"0x28=756011m:满足强度要求⑤根据构造要求可知二b=240111111<1=3Unm且占<16t=16x16=256111111满足要求.故选定拼接盖板尺寸为680iiimx2-HIiihiix16nun◎<2)采用三面围焊时[图mig住i)]①端面角焊缝承担山,N=邛/电=1x0.7xl0xl.22x240=<55587ON侧面角焊舞承担M,N4—②厚健长度计算认1400000-655S70..(=6641111110.7x10X160③一条焊缱长度/r=%.十.二竺3十10=176nim,取为180mm04/4④盖板长度E圾=U:-+a=2x180+10=JTOiibii选定拼接盖板尺寸为3Fnuux240nunxlonini«例3.1完4(2)承受斜向轴心力的角焊缝连接计算如图3.20所示受斜向轴心力的角焊缝连接,将N分解为垂直于焊缝和平行于焊缝的分力NjNsinS,以=Ns岂8,并计算应力(3.5)代入式(3.1)验算角焊缝的强度。
3)承受轴心力的角钢角焊缝计算在钢桁架中,角钢腹杆与节点板的连接焊缝一般采用两面侧焊,也可采用三面围焊,特殊情况也允许采用L形围焊(图3.21)为了避免节点的偏心受力,各条焊缝所传递的合力作用线应与角钢杆件的轴线重合图3」口斜向舶心力作用正面角焊耀充分利用其期度.图3. 21桁架腹杆与节点板的连接①采用两面侧焊[图3.21(a)]为避免角钢偏心受力,应使两侧焊缝分担的 、合力恰好通过角钢的形心线固+此=NN(b 一色)==N}b地二N-可 上:N=%M(3. 6)(3-7)式中N1、N2——角钢肢背和肢尖上的侧面角焊缝所分担的轴力e——角钢的形心距麦33角钢角焊舞内力分配系数角铜类型武形式角铜胰背角相肢安等.r10.7CQ30不等肢(短战日速)L0750.25不尊胜{长岐相连)11r1650.35②采用三面围焊[图3.21(b)]先假定正面角焊缝的焊脚尺寸hf3,求出正面角焊缝所分担的轴心力N3N3=2N0.7\力岛夕(3.6)由平衡条件N+必十N=N、IM=Q,可得,•J\L=国(3.5)Lb212地 - = a.N -⑶ *r —⑶10)由强度公式一点展三小肢背焊罐M“Off;1 -/v2+10三面围焊加§卬卬。
[例3.2]试确定图3.22所示承受静态轴心力作用的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度已知角钢为2匚125X10,与厚度为8mm勺节点板连接,其月背搭接长度为300mm焊脚尺寸均为hf=8mm,钢材为Q235B手工焊,焊条为E43型300图3. 22 例四[MJ//=160N/mm2,勺=0.67,%=0.330(1)端部焊^承担的力M鸟=2x07白Jm封尸=2x0.7x8x125x122x160=27工3kN(2>肢背焊健承担的力MN=2几Qi*=2乂0.7x8某(300—8)x160=5233kN(3)焊罐连接承担的力R□it-7yi风=明”——=0.6727-=523JkN11r5233+136,7linhTN=~=985.IkN067腰尖焊缝承担的力也电=^^-^=033x985.1-136.7=188.41^胰尖焊缝长度w2188.4xlO3c,+S=li4nmi2x0^x8x160例3.2完■12、承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的角焊缝连接计算图3.23所示的双面角焊缝连接承受偏心斜拉力N,将N分解为Nx和Ny两个分力则角焊缝可看做同时承受轴心力Nx、剪力Ny和弯矩M=Nxe的共同作用。
焊缝计算截面上的应力分布如图3.23(b)所示,其中A点应力最大为控制设计点由MNS)轴。
