焊接强度及结构

焊接工艺问答（强度及结构）

各种焊接接头都有不同程度的应力集中，当母材具有足够的塑性时，结构在静开车破坏之前就有显著的塑性变形，应力集中对其强度无影响。

例如，侧面搭接接头在加载时，如果母材和焊缝金属都有较好的塑性，其切应力的分布是不均匀的，见图29。继续加载，焊缝的两端点达到屈服点σs，则该处应力停止上升，而焊缝中段各点的应力因尚未达到σs，故应力随加载继续上升，到达屈服点的区域逐渐扩大，应力分布曲线变平，最后各点都达到σs。如再加载，直至使焊缝全长同时达到强度极限，最后导致破坏。

36 什么是工作焊缝？什么是联系焊缝？

焊接结构上的焊缝，根据其载荷的传递情况，可分为两种：一种焊缝与被连接的元件是串联的，承担着传递全部载荷的作用，一旦断裂，结构就立即失效，这种焊缝称为工作焊缝，见图30a、图30b，其应力称为工作应力。另一种焊缝与被连接的元件是并联的，仅传递很小的载荷，主要起元件之间相互联系的作用，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效，这种焊缝称为联系焊缝，见图30c、图30d，其应力称为联系应力。设计时，不需计算联系焊缝的强度，只计算工作焊缝的强度。

37 举例说明对接接头爱拉（压）时的静载强度计算。

全焊透对接接头的各种受力情况见图31。图中F为接头所受的拉（压）力，Q为切力，M1为平面内弯矩， M2为垂平面弯矩。

受拉时的强度计算公式为

F

σt＝───≤〔σ′t〕

Lδ1

F

受压时的强度计算公式为σα＝───≤〔σ′α 〕

Lδ1

式中 F——接头所受的拉力或压力（N）；

L——焊缝长度（cm）；

δ1——接头中较薄板的厚度（cm）；

σ——接头受拉（σt）或受压（σα）时焊缝中所承受的应力（N/cm2）㈠

〔σ′t〕——焊缝受拉时的许用应力（N/cm2）

〔σ′α〕——焊缝受压时的许用应力（N/cm2）

计算例题两块板厚为5mm、宽为500mm的钢板对接焊在一起，两端受28400N的拉力，材料为Q235-A钢，试校核其焊缝强度。解：查表得〔σ′t〕=14200 N/cm2。

根据已知条件，在上述公式中，F=28400N，L=500mm=50cm，δ1=5mm=0.5cm，代入计算为

F 28400

σt＝─── ＝───── ＝ 1136N/cm2＜14200N/cm2

Lδ150×0.5

∴该对接接头焊缝强度满足要求，结构工作安全。

38 举例说明对接接头受剪切时的静载强度计算。

受剪切时的强度计算公式为

Q

τ= ───≤〔τ′〕

Lδ1

式中Q——接头所受的切力（N）；

L——焊缝长度（cm）；

δ1——接头中较薄板的厚度（cm）；

τ——接头焊缝中所承受的切应力（N/cm2）；

〔τ′〕——焊缝许用切应力（N/cm2）

计算例题两块板厚为10mm的钢板对接焊，焊缝受29300N的拉力，材料为Q235-A钢，试设计焊缝的长度（钢板宽度）。解：查表得〔τ′〕=9800 N/cm2。

根据已知条件，在上述公式中，Q=29300N，δ1=10mm=1cm，代入计算为

Q 28400

L≥ ────── ＝────── ＝ 2.99cm = 29.9mm

δ1〔τ′〕1×9800

取L = 30mm。即当焊缝长度（板宽）为30mm时，该对接接头焊缝强度能满足要求。

39 举例说明对接接头受弯矩时的静载强度计算。

受水平板面内弯矩的强度计算公式为

6M1

σ=────≤〔σ′t〕

δ1 L2

受垂直板面内弯矩的强度计算公式为

6M2

σ=────≤〔σ′t 〕

δ12 L

式中 M1——水平板面内弯矩（N/cm2）；

M2——垂直板面弯矩（N/cm2）；

L ——焊缝长度（cm）；

δ1——接头中较薄板的厚度（cm）；

σ——接头受弯矩作用时焊缝中所承受的应力（N/cm2）；

〔σ′t 〕——焊缝受弯时的许用应力（N/cm2）。

计算例题两块厚度相同钢板的对接接头，材料为16MnR钢，钢板宽度为30mm，受垂直板面弯矩300000N·cm，试计算焊缝所需的厚度（板厚）。

解：查表得〔σ′t 〕=20100 N/cm2。

根据已知条件，在上述公式中，M2=300000N·cm，L=300mm=30cm，代入计算为

取δ1=18mm，即当焊缝厚度(板厚)为18mm时，该对接接头焊缝强度能满足要求。

40 举例说明搭接接头受拉（压）时的静载强度计算。

各种搭接接头的受力情况，见图32。

三种焊缝的计算公式为

⑴正面搭接焊缝受拉（压）的计算公式为

τ=────≤〔τ′〕

1.4KL

⑵侧面搭接焊缝受拉(压)的计算公式为

F

τ=────≤〔τ′〕

1.4KL

⑶联合搭接焊缝受拉(压)的计算公式为

F

τ=────≤〔τ′〕

0.7KΣL

式中 F——搭接接头受的拉（压）力（N）；

K——焊脚尺寸（cm）；

L——焊缝长度（cm）；

ΣL——正、侧面焊缝总长（cm）；

τ——搭接接头角焊缝受的切应力（N/cm2）；

〔τ′〕——焊缝金属许用切应力（N/cm2）；

计算例题将100mm×10mm的角钢用角焊缝搭接在一块钢板上见图33。受拉伸时要求与角钢等强度，试计算接头的合理尺寸K和L应该是多少？

解：从材料手册查得角钢断面积S＝19.2cm2；许用应力〔σ〕＝16000 N/cm2，焊缝许用应力〔τ′〕＝10000 N/cm2。

角钢的允许载荷为

〔F〕＝S〔σ〕＝19.2×16000＝307200N

假定接头上各段焊缝中的切应力都达到焊缝许用切应力值，即て＝〔τ′〕。若取K＝10mm，采用手弧焊，则所需的焊缝总长为