焊缝的结构与计算PPT课件

lw 60h f
注： (1)当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑； (2)当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。
22
第22页/共48页
4.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 热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷， 使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力， 规范规定：
lw2
由力及力矩平衡得:
N1
k1 N
N3 2
N2
k2 N
N3 2
(3 20x) (3 21)
余下的问题同情况‘A’:
第37页/共48页
e1
N
e2 b
x
37
对于校核问题:
f
N1 l w1he1
f
w f
f
N2 l w2 he2
f
w f
lw1
(3 14)N1
N3
(3 15N) 2 lw2
lw 8hf 且不得小于40mm
23
第23页/共48页
5. 搭接连接的构造要求
当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：
A.为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力
不均，规范规定：
lw
lw b
b
B.为了避免焊缝横向收缩时
引起板件的供曲太大，规范
规定：
b 16t（1 t1 12mm）
t1
t2
或190mm（t1 12mm） 24 第24页/共48页
f
w f
h f 3
f
N3
f
w f
lw3
(3 24)
第39页/共48页
e1
N
e2 b
x
39
2.N、M、V共同作用下 （1）偏心轴力作用下角焊缝强度计算：
e
θ N
Nx
lw 2
M
lw 2
A
Ny
het he
σNx σM τNy
f ,A
N x 6M
l w he
he
l
2 w
f ,A
Ny l w he
应力如下图所示：
σ┻
τ∥
τ┻
hf
d
e
h---焊缝厚度、h1—熔深 h2—凸度、d—焊趾、e—焊根
26
第26页/共48页
2.实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难， 为了简化计算，规范假定：焊缝在有效截面处破坏， 且破坏时各应力分量满足以下折算应力公式:
σ
2
┻
3(τ
2
┻
τ∥2
)
f
w u
(3 1)
按he=hfcos a/2 管结构外,不
a
宜用作受力
hf
焊缝。
钝角角焊缝
12
第12页/共48页
2.直角角焊缝的受力分析 （1）侧面角焊缝（侧焊缝）
13
第13页/共48页
A. 应力分析
剪应力τf
N
N
lw
试验表明侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较 低，塑性性能较好。因外力通过焊缝时发生弯折，故 剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw/hf 越大剪应力分布越不均匀。
当 t≤6mm时，hf,max≤t； 当 t>6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm；
t
hf t1
t
第20页/共48页
hf
t1
20
2.最小焊脚尺寸hf,min 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应满足以下要求:
h f ,min 1.5 t2
(计算数值只进不舍！)
t--焊件厚度 2 第2页/共48页
C=0.5~2mm
（a）
α
p
C=2~3mm
（C）
α
C=2~3mm
（b）
p
C=3~4mm
（d）
p
C=3~4mm
（e）
第3页/共48页
p
C=3~4mm
（f）
3
（2）V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行 清根，再封底焊。
4
第4页/共48页
（3）对接焊缝的起、灭弧点已出现缺陷，一般用引弧 板引出，焊完后将其切去；不能用引弧板时，每条焊 缝的计算长度等于实际长度减去2t1。 t1—较薄焊件厚度：
e1
N
e2 b
对于设计问题:
x
x
lw1
N1
he 1
f
w f
(3 16)
lw2
N2
he 2
f
w f
(3 17)
38
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C.采用L形围焊
lw1
N2 0
N1
由平衡条件可得:
N3
N 3 2k2 N
(3 22)
N1 N N 3 (3 23)
对于设计问题:
x
lw1
N1
he 1
f
w f
32
第32页/共48页
(2)T形角焊缝连接
f
N cos θ l w he
f
N sin
l w he
lw
(3 28)
lw 2
(3 9)
Nx θ
Ny N
代入式3-13验算焊缝强度，即:
f f
2
2 f
f
w f
N
(3 5)
33
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(3)角钢角焊缝连接 A.仅采用侧面角焊缝连接 由力及力矩平衡得:
第1页/共48页
一.对接焊缝的构造与计算
1.对接焊缝的构造 （1）对接焊缝的坡口形式: 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和 施工条件有关。 1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做坡 口,采用直边缝; 2)t=7~20mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口; 3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。
2
f
Nx he l w
N
Ny
(3 4)
τ∥= τf
f ∥
σ┻
σf
τ 45O 45O ┻
Nx
第28页/共48页
hf
28
将能量强度条件可得：
f
2
2
3
f
2
2
2 f
3
f
w f
整理上式，并令f
3 2
1.22 得：
f f
2
2 f
f
w f
(3
上式即为规范给定的角焊缝强度计算通用公式
βf—正面角焊缝强度增大系数； 静载时取1.22，动载时取1.0。
29
第29页/共48页
对于正面角焊缝，τf=0，可得：
f
N l w he
f
f
w f
(3 6)
对于侧面角焊缝，σf=0，可得：
f
N l w he
f
w f
以上各式中：
(3 7)
he=0.7hf； lw—角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时， 每条焊缝取其实际长度减去2hf。
f ,A f
2
2 f
,
A
f
w f
40
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(2) V、M共同作用下焊缝强度计算:
V eF
A
B
MM
h1 h h2 x
x
B’
σfA σfB
τf
h1
对于A点：
fA
M Iw
h1 2
f
f
w f
式中：Iw—全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；
h1—两翼缘焊缝最外侧间的距离。 41 第41页/共48页
（3）斜角焊缝 斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角
焊缝之间。
19
第19页/共48页
四.角焊缝的构造
1.最大焊脚尺寸hf,max 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，hf,max应满足以下要求: hf,max≤1.2t1（钢管结构除外）
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：
σ┻
式中：fuw--焊缝金属的抗拉强度 τ∥
τ┻
3.由于我国规范给定的角焊 缝强度设计值，是根据抗剪条 件确定的故上式又可表达为：
σ┻2 3(τ┻2
τ∥2 )
f
w u
3
f
w f
(3 2)
27
第27页/共48页
4.直角角焊缝的强度计算公式：
f
Ny he l w
(3 3)
┻ ┻ f
1.角焊缝的形式和受力分析 （1）角焊缝的形式: 直角角焊缝、斜角角焊缝
1）直角角焊缝:
hf hf
hf
hf 普通式
1.5hf 平坡式
第11页/共48页
hf 凹面式
11
2）斜角角焊缝
按he=0.7hf
a
hf
按he=0.7hf
a
hf
锐角角焊缝
按he=hfcos a/2
a
hf
对于α>135o 或α<60o斜角 角焊缝,除钢
当不满足上式时，可采用斜对
接焊缝连接如图 B。
N
Nsinθ
N sin
lwt
f
t
w
或f
w c
Ncosθ
θ
N cos
lwt
f
w v
B
另:当tanθ≤1.5时,第不8页用/共验48页算!
N
t
8
2.M、V共同作用下的对接焊缝计算
（1）板件间对接连接 因焊缝截面为矩形，M、 V共同作用下应力图为：
故其强度计算公式为：
仅采用侧面角焊缝连接肢尖焊缝内力分配系数肢背焊缝内力分配系数36角钢类型连接形式内力分配系数等肢边角钢0703不等肢边角钢短肢连接075025不等肢边角钢长肢连接065035角钢上角焊缝的内力分配系数对于校核问题
目录 一 对接焊缝的构造与计算 二 角焊缝的构造与计算 三 直角角焊缝连接计算 四 直角角焊缝的强度计算
C.对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构 件强度计算相同。
D.对接焊缝分为：焊透和部分焊透两种； 7 第7页/共48页
1.轴心力作用下的对接焊缝计算 N
N
lw
N lwt
f
w t
或f
w c
(3 28)
t
式中：
N—轴心拉力或压力；
A
t—板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；
ftw、fcw —对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。
lw1
(3 14N)1 (3 1N52) lw2
e1
N
e2 b
对于设计问题:
x
x
lw1
N1
he 1
f
w f
(3 16)
lw2
N2
he 2
f
w f
(3 17)
36
第36页/共48页
B.采用三面围焊
lw1
N3
lw3he3 f
f
w f
N3
bhe3 f
f
w f
(3 18)N1
N3
(3 19)N2
lw1
N1
e1
N
N N1 N2 N1e1 N 2e2
(3 10) (3N211)lw2
e2 b
故:
N1
N e2 e1 e2
k1 N
(3 12)
x
x
N2
N e1 e1 e2
k2N
(3 13)
k1
e2 e1 e2
k1 肢背焊缝内力分配系数
k2
e1 e1 e2
k2 肢尖焊缝内力分配系数 34 第34页/共48页
1 焊缝截面
σ1
σmax
τmax
τ τ1
A.对于焊缝的σmax和τmax应满足式3-2和3-3要求；
2 1
3
2 1
1.1 ftw
(3 31)
B.对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点），其折算应 力尚应满足下式要求：
考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。
10
第10页/共48页
三.角焊缝的构造与计算
x0 e2
e1 F
A
Vr
x
x
l1
0T
y
A’
14
第14页/共48页
B.侧面角焊缝（侧焊缝）破坏形式
15
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（2）正面角焊缝
16
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A. 应力分析
正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差， 但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%以上。
17
第17页/共48页
B. 正面角焊缝的破坏形式
18
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max
M Ww
6M
l
2 w
t
ftw
V M
lw
t
στ
A
(3 29)
M Ww
ftw
max
VSw Iwt
3 V 2 lwt
fVw
(3 30)
VS w I wt
f
w v
式中：Ww—焊缝截面模量； Sw--焊缝截面面积矩；
Iw--焊缝截面惯性矩。
9
第9页/共48页
（2）工字形截面梁对接连接计算
M V
对于B点：
fB
M Iw
h2 2
V
fB f
V he,2 l w, 2
A
σf1
τf
σf2
B
MM
h1 h h2 x
x
h1
B’
强度验算公式：
fB f
2
2 fB
f
w f
式中：h2、lw,2—腹板焊缝的计算长度；
he,2—腹板焊缝截面有效高度。
42
第42页/共48页
3.T、V共同作用下
假定:
y
C. 当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的 绕角焊，且转角处必须连续施焊。
lw
2hf
t1
t2
b
5t1且25
D. 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。
25
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五.直角角焊缝的强度计算公式
1.试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部， 故通常将45o截面作为计算截面，作用在该截面上的
式中: t2----较厚焊件厚度
另:对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm;
对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;
当t2≤4mm时, hf,min=t2
21
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3.侧面角焊缝的最大计算长度 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。焊缝长度越长，应力集中系数越大。 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；当焊缝长度达到一定的 长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：
角钢上角焊缝的内力分配系数
角钢类型 等肢（边）角钢
连接形式
不等肢（边）角钢 短肢连接
不等肢（边）角钢 长肢连接
内力分配系数
肢背K 1 肢尖K 2
0.7
3
0.75
0.25
0.65
0.35
35
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对于校核问题:
f
N1 l w1he1