角焊缝的构造和计算

第三章连接

§3-3角焊缝的构造和计算

3.3.1角焊缝的构造

一、角焊缝的形式和强度

角焊缝（fillet welds）是最常用的焊缝。角焊缝按其与作用力的关系可分为：焊缝长度方向与作用力垂直的正面角焊缝；焊缝长度方向与作用力平行的侧面角焊缝以及斜焊缝。按其截面形式可分为直角角焊缝（图3.3.1）和斜角角焊缝（图3.3.2）。

直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（图3.3.1a）。在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常采用图3.3.1（b）所示的坦式，侧面角焊缝的截面则作成凹面式（图3.3.1c）。图中的hf为焊角尺寸。

两焊脚边的夹角α＞90°或α＜90°的焊缝称为斜角角焊缝（图3.3.2）。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。对于夹角α＞135°或α＜60°的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。

传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两

端大而中间小的状态。焊缝越长，应力分布越不均匀，但在进入塑性工作阶段时产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。

正面角焊缝（图3.3.3b）受力较复杂，截面的各面均存在正应力和剪应力，焊根处有很大的应力集中。这一方面由于力线的弯折，另一方面焊根处正好是两焊件接触间隙的端部，相当于裂缝的尖端。经试验，正面角焊缝的静力强度高于侧面角焊缝。国内外试验结果表明，相当于Q235钢和E43型焊条焊成的正面角焊缝的平均破坏强度比侧面角焊缝要高出35%以上（图3.3.4）。低合金钢的试验结果也有类似情况。由图3.3.4看出，斜焊缝的受力性能和强度介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。

二、角焊缝的构造要求

1、最大焊脚尺寸

为了避免烧穿较薄的焊件，减少焊接应力和焊接变形，角焊缝的焊脚尺寸不宜太大。规范规定：除了直接焊接钢管结构的焊脚尺寸hf不宜大于支管壁厚

的2倍之外，hf不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍。

在板件边缘的角焊缝，当板件厚度t＞6mm时，hf≤t；当t＞6mm时，hf≤t-（1-2）mm；。圆孔或槽孔内的角焊缝尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽孔短径的1/3。

2、最小焊脚尺寸

3、侧面角焊缝的最大计算长度

侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf，当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。这是因为侧焊缝应力沿长度分布不均匀，两端较中间大，且焊缝越长差别越大。当焊缝太长时，虽然仍有因塑性变形产生的内力重分布，但两端应力可首先达到强度极限而破坏。若内力沿测面角焊缝全长分布时，比如焊接梁翼缘板与腹板的连接焊缝，计算长度可不受上述限制。

4、角焊缝的最小计算长度

角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷，使焊缝不够可靠。对搭接连接的侧面角焊缝而言，如果焊缝长度过小，由于力线弯折大，也会造成严重应力集中。因此，为了使焊缝能够有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度均不得小于8hf和40mm，也就是说，其实际焊接长度应较前述数值还要大2hf（单位：mm）。

5、搭接连接的构造要求

当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时（图3.3.5），试验结果表明，连接的

承载力与b/lw有关。b为两侧焊缝的距离，lw为侧焊缝长度。当b/lw＞1时，连接的承载力随着b/lw比值的增大而明显下降。这主要是因应力传递的过分弯折使构件中应力分布不均匀造成的。为使连接强度不致过分降低，应使每条侧焊缝的长度不宜小于两侧面角焊缝之间的距离，即b/lw≤1。两侧面角焊缝之间的距离b也不宜大于16t(t＞12mm)或200mm（t≤12mm）,t为较薄焊件的厚度，以免因焊缝横向收缩，引起板件发生较大拱曲。

在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时（图3.3.6），其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，也不得小于25mm，以免焊缝受偏心弯矩影响太大而破坏。

杆件端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的影响。故所有围焊的转角处必须连续施焊。对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为2hf的绕角焊（图3.3.5）。

杆件与节点板的连接焊缝宜采用两面侧焊，也可用三面围焊，对角钢杆件

可采用L形围焊（图3.3.7），所有围焊的转角处也必须连续施焊。

3.3.2直角角焊缝的基本计算公式

当角焊缝的两焊脚边夹角为90°时，称为直角角焊缝，即一般所指的角焊缝。

角焊缝的有效截面为焊缝有效厚度（喉部尺寸）与计算长度的乘积，而有效厚度he=0.7hf为焊缝横截面的内接等腰三角形的最短距离，即不考虑熔深和凸度（图3.3.8）。

试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，故长期以来对角焊缝的研究均着重于这一部位。通常认为直角角焊缝是以45°方向的最小截面（即有效厚度也称计算厚度与焊缝计算长度的乘积）作为有效计算截面。作用于焊缝有效截面上的应力

国家标准化组织（ISO）推荐用式（3.3.1）来确定角焊缝的极限强度：

我国规范采用了折算应力公式（3.3.2）。引入抗力分项系数后，得角焊缝的计算式：

3.3.3角焊缝的计算

一、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算

1、用盖板的对接连接

当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝中心时，可认为焊缝应力是均匀分布的。图3.3.11用盖板的对接连接中，当只有侧面角焊缝时，按式（3.3.8）计算；当只有正面角焊缝时，按式（3.3.7）计算正面角焊缝承担的内力：

2、承受斜向轴心力的角焊缝

图3.3.12所示受斜向轴心力的角焊缝连接，有两种计算方法。

3、承受轴力的角钢端部连接

在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，特殊情况也允许采用L形围焊（图3.3.13）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。

对于三面围焊（图3.3.13b）可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸hf3，求出正面角焊缝所分担的轴心力N3。当腹杆为双角钢组成的T形截面，且肢宽为b 时，