钢结构的焊接培训课件PPT课件

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(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:
N
f f
2
2 f
f
w f
(3 5)
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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:
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。
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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：
lw 8h f 且不得小于40mm
t A
(3 29)
στ
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。
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M V
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； B、对于翼缘与腹板交12 接3点12 焊1.1缝f tw（1点），(3 其31折) 算应
(3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。
t--焊件厚度
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C=0.5~2mm
（a）
α
p
C=2~3mm
（C）
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p
C=3~4mm
（e）
α
C=2~3mm
（b）
p
C=3~4mm
（d）
p
C=3~4mm
（f）
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2、V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；
3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引 弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，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；
h f ,min 1.5 t 2
(计 算 数 值 只 进 不 舍 ！)
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
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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：
静载时取1.22，动载时取1.0。
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(3
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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
(3 7)
以上各式中：
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。
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四、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算
1、轴心力作用下
(1)轴心力作用下的盖板对接连接:
A、仅采用侧面角焊缝连接：
lw
f
N he l w
f
w f
N
lw’
N
B、采用三面围焊连接：
N
f
f
w f
lw he
f
N N l w he
f
w f
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详细参见表3-1，图3-13
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对接焊缝的构造与计算
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;
4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做 坡度不大于1:2.5(静载)或1:4(动载)的斜角，以平缓 过度，减小应力集中。
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➢ 对接焊缝分为：焊透和部分焊透（自学）两种；
➢ 动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受
力方向的连接焊缝；
N
N
t
➢ 对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视 为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；
N
Ny
(3 4)
τ∥= τf
f ∥
σ┻
σf
τ 45O 45O ┻
Nx
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hf
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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
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；
角焊缝,除钢 管结构外,不 宜用作受力 焊缝。
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2.直角角焊缝的受力分析 （1）侧面角焊缝（侧焊缝）
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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。
对接焊缝连接
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角焊缝连接
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二、铆钉连接
优点：连接刚度大，传力可靠； 缺点：对施工技术要求很高， 劳动强度大，施工条件差， 施 工速度慢。
三、螺栓连接
N
分为：
普通螺栓连接
高强度螺栓连接
优点：拆装方便
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缺点：板件有削弱
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焊接连接的特性
一、钢结构常用焊接方法
1.手工电弧焊
原理：利用电弧产生热量
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1.焊接连接形式
对接
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搭接
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（1）对接焊缝
正对接焊缝 （2）角焊缝
斜对接焊缝 T型对接焊缝
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3. 焊缝位置
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1.焊缝缺陷
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外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸； 内部无损检验：检验内部缺陷。
hf
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hf 普通式
1.5hf 平坡式
hf 凹面式
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（2）斜角角焊缝
hf α hf
按he=0.7hf
hf α hf
按he=0.7hf
(a)
hf
hf
按he=hf
cos
α 2
α hf
按he=hf
cos
α 2
α hf
(b)
斜角角焊缝 a）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝
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对于α>135o 或α<60o斜角
lw
2hf
t1
t2
b
5t1且25
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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，作用在该截面上的应
力如下图所示：
σ┻
τ∥
τ┻
d
hf
e
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h---焊缝厚度、h1—熔深 h2—凸度、d—焊趾、e—焊根
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σ
2
┻
3(τ
2
┻
τ∥2
)
f
w u
内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方 法。还可以采用X射线或 γ射线透照或拍片。
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《钢结构工程施工及验收规范》规定： 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级
和三级。
一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数 量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。
三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合 三级质量标准。
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：
当 t≤6mm时，hf,max≤t； 当 t>6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm；
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t hf t1
t
hf
t1
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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:
(3 1)
σ┻
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式中： f uw--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)
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f
Ny he l w
(3 3)
┻ ┻ f
2
f
Nx he l w
第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)
第3、4适用焊接位置、电流及药皮的类型。
不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。
C、优、缺点
优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；
缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。
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焊丝转盘 熔渣
送丝器
、、 、、、 、
➢ 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。
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1、轴心力作用下的对接焊缝计算 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。
当不满足上式时，可采用斜对
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1
1.钢结构的连接方法
2.焊接连接的特性 3.对接焊缝的构造和计算
4.角焊缝的构造和计算
5.焊接残余应力与变形
6.普通螺栓连接的构造与计算
7.高强螺栓连接
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2
钢结构的连接方法
一、焊缝连接 优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大； 缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。
lw1
N1
e1
N
N N1 N2 N1e1 N 2e2
(3 10) (3N211)lw2
e2 b
故:
N1
N e2 e1 e2
k1N
(3 12)
x
x
N2
N
e1 e1 e2
k2 N
(3 13)
、 、 、
、
、
焊剂
、 、、、、、、、、、 、
焊件
焊剂漏斗
埋弧自动焊
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A、焊丝的选择应与焊件等强度。 B、优、缺点：
优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊 接质量好。
缺点：设备投资大，施工位置受限等。
送
机
丝
器
器
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优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质量
好。 缺点：施工条件受限制等。
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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。
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斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角焊缝 之间。
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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
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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 缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：
b 16t（1 t1 12mm）
t1
t2
或190mm（t1 12mm）
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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。
接焊缝连接如图B。
N sin
lwt
f
t
w
或f
w c
N
Nsinθ
Ncosθ
θ
N cos
lwt
f
w v
B
2020/4/2另:当tanθ≤1.5时,不用验算!
N
N
t
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（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：
max
M Ww
6M
l
2 w
t
f tw
V M
lw
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（３）重级工作制和起重量 Ｑ＞５０ｔ的中级工作 制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆 与节点板之间的Ｔ形接头焊透的对接与角接组合焊缝， 不应低于二级。
（４）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷 载且需要验算疲劳和起重量Ｑ＞５０ｔ的中级工作制 吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。
力尚应满足下式要求：
1.1—考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。
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习题：3-2
求解思路： （1）受力特征 （2）计算内容
(3)有效截面及截面特性 （4）应力 （5）强度
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角焊缝的构造与计算
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
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《钢结构设计规范》（GB50017--2003）中，对焊缝 质量等级的选用有如下规定：
(1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的 横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。
(2) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等 强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。
熔化焊条和母材形
成焊缝。
A、焊条的选择： 焊条应与焊件钢
焊机
焊条 保护气体
焊钳
材相适应。
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焊件
电弧
熔池
导线
5
Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328) Q345钢选择E50型焊条(E5000--5048)
Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--5518)
B、焊条的表示方法： E—焊条(Electrode)