第八章 钢结构的连接(焊接)1

2.焊缝质量检查
外观检查(visual inspection)：检查外观缺陷和几何尺寸； 内部无损检验(non-destruction test) ：检验内部缺陷。 注:内部检验主要采用超声波(ultrasonic inspection) ， 有时还用磁粉检验(magnetic particle )荧光检验等辅助 检验方法。还可以采用X射线(X-radiography)或γ射 线透照或拍片。
引弧板
3）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。
.5 1:2 ≤ :2 ≤1 .5
3.对接焊缝的优缺点
【优点】用料经济、传力均匀、无明显的应力集中， 利于承受动力荷载。 【缺点】需剖口，焊件长度要求精确。
钢结构常用焊接方法
第 八 章
(Connections)
要求
1.了解钢结构连接的种类及各自的特点； 2.了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算 方法及构造要求； 3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构 工作的影响； 4.了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算 和构造要求。
【优点】不削弱截面，方便施工，连接刚度大，密 封性好； 【缺点】材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。
f
f
α h
α
hf
f
h
按 h
f e
= h
f
co s α 2
h
按 h
e
= 0 .7 h
f
f
α h
α h
f
hf
f
(a )
(b )
斜 角 角 焊 缝 a ） 锐 角 角 焊 缝 ； b ） 钝 角 角 焊 缝
2.直角角焊缝的受力分析
（1）侧面角焊缝（侧焊缝）
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。
20世纪初开始在工程结构上较广泛应用。焊接是现代钢结构最 主要的连接方法。
一、焊缝连接
§8.1
钢结构的连接方法
对接焊缝连接 (butt welding)
角焊缝连接 (fillet welding)
对接焊缝按受力与焊缝方向分： 正对接焊缝(a)：作用力方向与 对接焊缝 焊缝方向正交。 斜对接焊缝(b)：作用力方向与 焊缝方向斜交。 角焊缝按受力与焊缝方向分： 正面角焊缝：作用力方向与 焊缝长度方向垂直。 角焊缝 侧面角焊缝：作用力方向与 焊缝长度方向平行。 斜焊缝：作用力方向与焊缝方向斜交。
《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；
3.焊缝质量等级及选用
《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。
2．电阻焊
电阻焊是利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热 量来熔化金属，再通过压力使其焊合。冷弯薄壁型钢的焊 接，常用电阻点焊，板叠总厚度一般不超过12mm，焊点应 主要承受剪力，其抗拉(撕裂)能力较差。
3．电渣焊
电渣焊是利用电流通过熔渣所产生 的电阻热作为热源，将填充金属和 母材熔化，凝固后形成金属原子间 牢固连接。 缺点是输入的热量大，接头在高温 下停留时间长、焊缝附近容易过 热，焊缝金属呈粗大结晶的铸态组 织，冲击韧性低，焊件在焊后一般 需要进行正火和回火热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。
B. 正面角焊缝的破坏形 式
（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。
二、角焊缝的构造
1、最大焊脚尺寸hf,max(leg size)
hf
t t1
hf
t1
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:
VS w 3 V = = ⋅ ≤ fVw I w t 2 lw t (8 − 4)
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。
（2）工字形截面梁对接连接计算
τmax
M V 1 焊缝截面 σ1
σmax
τ
τ1
A、对于焊缝的σmax和τmax应满足式8-4要求； B、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点），其折算应力 尚应满足：
1）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。 2）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强 度为母材强度的85%，三级检验的焊缝的强度低于母材。 3）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度 相等。
1.轴心力作用下的对接焊缝计算
N w w σ= ≤ f t 或f c lw t
(8 − 1)
N
lw
焊缝缺陷及焊缝质量检查 1.焊缝缺陷(weld defect)
焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影 响区钢材表面或内部的缺陷。 常见的缺陷有裂纹(crack)、焊瘤、烧穿、弧坑、 气孔(porosity)、夹渣(slag inclusion)、咬边 (undercut)、未熔合、未焊透(lack of penetration) 等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。
二、对接焊缝的计算
焊透（full penetration） 对接焊缝分为 部分焊透（partial penetration） （自学）
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 t N
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，不予计算。三级焊缝需进行计算； 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。 记住啦！ 【强调】对接焊缝的强度！！！
• 19世纪20-30年代出现铆钉连 接。把铆钉加热到10001500oC，用铆钉枪铆合。
§8.2 对接焊缝的构造与计算
一、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（edge preparation）， 坡口形式与板厚和施工条件有关。 可不做坡口,采用直边缝···················t<6mm(手工焊) ···················t<10mm(埋弧焊) 宜采用单边V形和双边V形坡口··········t=7~20mm 宜采用U形、K形、X形坡口···············t>20mm t--焊件厚度
B、焊条的表示方法： E—焊条(Electrode) 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。
（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。
4.焊缝代号(welding symbol)
σ + 3τ ≤ 1.1 ft
2 1 2 1
w
(8 − 7)
1.1的含义 是什么？
【系数1.1】 考虑最大折算应力只在局部出现，而将强度设 计值适当提高系数。 【说明】工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由 上、下翼缘承担，剪应力主要由腹板承担，这使得截 面上各处的材料能达到充分的利用。
例题：
§8.3 角焊缝的构造与计算
1. 电弧焊
焊钳 焊条 焊机 保护气体
焊件
电弧
熔池 导线
原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。
记 住 啦
A、焊条的选择： 焊条应与焊件钢材相适应。 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)
N
t
式中： (A) N—轴心拉力或压力； 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，可采用斜对接焊缝连接如图B。
N
Nsinθ θ t
lw
N
Ncosθ
σ
=
N s in θ lw t N cosθ lw t
(B)
≤ ≤ f t w 或 f cw f vw (8 − 2 ) (8 − 3 )
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
1.焊缝形式
（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
2. 焊缝的方位
（不是“竖焊”）
（不是“俯焊”）
3.焊接连接形式
平接
搭接 顶 接
顶接
焊接的优点 * * * * 构造简单，任何形式的构件都可直接相连； 用料经济，不削弱截面； 制作加工方便，可实现自动化操作； 连接的密闭性好，结构刚度大，整体性好。 焊接的缺点 * 焊缝附近有热影响区，钢材的金相组织发生改变，导致局部 材质变脆； * 焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏、降低压杆稳定的临 界荷载，残余变形使结构形状、尺寸发生变化； * 焊接裂缝一经发生，便容易扩展到整体； * 低温冷脆问题较为突出。