角焊缝构造和计算图文版

lw
t1
t2
2hf
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。
二、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
hf α hf
按he=0.7hf
hf
hf
按he=hf
cos
α 2
α hf
按he=hf
cos
α 2
α hf
(a)
(b)
斜角角焊缝 a）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝
对于α>135o 或α<60o斜角
角焊缝,除钢 管结构外,不 宜用作受力 焊缝。
3. 应力分布
侧面角焊缝（见图7.24） 正面角焊缝（见图7.26） 有效厚度截面：he= 0.7hf
A. 应力分析
试验表明侧面角 焊缝主要承受剪力，
剪应力τf
强度相对较低，塑性
性能较好。因外力通
过焊缝时发生弯折， N
N
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。
lw
B. 破坏形式
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。
t=12
∠140*90*10
N
N
140
l
C、采用L形围焊
N2 0 代入下式3-20，3-21得:
N3
lw3he3 f
f
w f
N1 N N3
对于设计问题:
lw1
N1 N3
e1
N
e2 b
lw1

N1
he1
f
w f
hf 3

f
N3
f
w f
lw3
x
x
3、N、M、V共同作用下 (1)偏心轴力作用下角焊缝强度计算
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：
lw
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 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：
t1
t2
b 16t（1 t1 12mm）
或190mm（t1 12mm）
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。
焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产 生不均匀的温度场，焊缝处可达1600oC，而邻近区域温 度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小 的钢材限制，产生热态塑性压缩，焊缝冷却时被塑性压 缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉 应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达 到屈服强度。焊接残余应力是无荷载的内应力，故在焊 件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。
σfA σfB
x
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。
对于B点：
fB
M Iw

h2 2
fB f
V he,2 l w, 2
V
A
σf1
σf2
τf
B
MM
h1 h h2 x
x
h1
结论： 焊接残余应力 对结构的静力 强度没有影响。
2、对结构刚度的影响
t
f
fy -
B
N
b
+
N
f
fy -
N
b+
N
-
-
A、当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应 力已经达到fy ，故该部分刚度为零（屈服），这时 在N作用下应变增量为：
1

B
N
b
t

E
3、对低温冷脆的影响 对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，
限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。 所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷
脆性能的重要措施。
4、对疲劳强度的影响 在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到
钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感 区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不 利影响。
三、焊接变形
焊接变形包括：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、 角变形和扭曲变形等，通常是几种变形的组合。
e
Nx
lw 2
θ
M
A
N
Ny
f ,A
N x 6M
lw he
he
l
2 w
f ,A
Ny l w he
lw
2
het he
σNx σM τNy

f
,A f
2


2 f
,
A

f
w f
(2) V、M共同作用下焊缝强度计算
Ve
MM
F
A
B h1 h h2 x
B’
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
σ┻
式中：f
w u
--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：
V he lw
f VAy TAy
τV
A点平行于焊缝长度方 向的应力为:
f TAx
强度验算公式：


f f
2



2 f

f
w f
ry
x
即：


TAy
f
VAy
2


2 TAx


f
w f
y rx
A τTAx θrτTAy τTA 0 τVy x
角焊缝构造和计算
一、构造
1. 种类:根据受力方向和焊缝的位置分正面 角焊缝和侧面角焊缝 根据焊脚边的夹角分直角角焊缝和 斜角角焊缝
2. 焊缝截面形式 普通焊缝 、直线型 、等边凹型
（1）直角角焊缝
hf hf
hf
hf 普通式
1.5hf 平坡式
hf 凹面式
（2）斜角角焊缝
hf α hf
按he=0.7hf
y rx
A τTAx
x
θrτTAy τTA
x 0 τVy x
he
y
TA

Tr IP

Tr Ix Iy
TAx

T

sin

T r IP

ry r
TAy
T
cos

T r IP

rx r
剪力V作用下,A点应力:
A点垂直于焊缝长度方 向的应力为:
VAy V
t
hf t1
t
hf
t1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（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:
hf ,min 1.5 t2
(计算数值只进不舍)！
式中: t2----较厚焊件厚度
当t2≤4mm时, hf,min=t2
另:对于自动埋弧焊hf,min可减去1mm;
即：T作用下被连接件有绕焊缝 形心旋转的趋势； B、T作用下焊缝群上任意点的应力 方向垂直于该点与焊缝形心的连 线，且大小与r成正比； C、在V作用下，焊缝群上的应力均 匀分布。
故：该连接的设计控制点 为A点和A’点
l1 ry
y
x0 e2
A
Vr x
0T
y A’ l2
T作用下A点应力:
将其沿x轴 和y轴分解:
he
y
思考:以上计算方法为近似计算，为什么?
7.5 焊接残余应力和焊接残余变形
一、焊接残余应力的分类及其产生的原因 1、焊接残余应力的分类 A、纵向焊接残余应力—沿焊缝长度方向; B、横向焊接残余应力—垂直于焊缝长度方向; C、沿厚度方向的焊接残余应力 2、焊接残余应力产生的原因 （1）纵向焊接残余应力
注：
l w 60h f
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。
（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：
lw 8h f 且 不 得 小 于40mm
300oC 500oC 800oC
施 焊
8cm 6
-
方
300oC 4
向
80500o0CoC
2 0
+
2
4
6 8cm
-
-+
--
-
+
（2）横向焊接残余应力
产生的原因:
1、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形的趋势，导致两 焊件在焊缝处中部受拉，两端受压；