2-2 焊接(对接焊缝)

VS w 3V f vw I wt w 2lwt
Ww —焊缝截面的截面模量 I w —焊缝截面惯性矩 S w —焊缝计算剪应力处以上或以下部分截
面对中性轴的面积矩
tl Ww w 6
2
S max
Iw
tl w 8
2
tl w 12
3
（2）工字形截面
M V V M


.1
验算截面
在腹板和翼缘连接处（1点）， 、 均较大。除按式 （ 2-7,2-8 ）对 max 、 max 进行检算外，还要用最大折 算应力进行检算。 折算应力检算公式（规范规定采用以下公式）：
12 3 12 1.1 f t w
（2-9）
3.承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝
e
h V N 1 h0 σM1 σM,max σN
τ1
τmax
t
由M=Ve 由N 由V
柱
牛腿
焊缝计算截面
轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用 下产生剪应力，其计算公式为：
max N M， max
基本要求
1.了解钢结构连接的种类及特点。 2.了解焊接的工作性能，掌握焊接连接的 构造要求和计算方法。 3.掌握螺栓连接的构造要求和计算方法。 4.掌握焊接残余应力和残余变形产生的原 因及对结构工作性能的影响。
项目二 焊接
(一) 焊接的方法、形式、焊缝符号标注及焊缝质量等级
钢结构是由钢构件连接形成的结构，因此连接 在钢结构中占有很重要的位置，它直接关系钢结构 的安全和经济。在受力过程中，连接应具有足够的 强度，以使被连接构件之间保持正确的相互位置。
方法。
送丝器 焊丝 转盘
悍剂漏斗
熔渣
悍剂
悍件
悍缝金属
图 埋弧自动电弧焊
（2）优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度
低；电弧热量集中，熔深大，热影响区小；工艺条件稳
定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好，焊件变形小。
（3）缺点：装配精度要求高，设备投资大，施工位置 受限等。 （4）焊丝的选择：埋弧焊的焊条应与焊件钢材相匹配， 如：Q235-H08、H08A、H08MnA; Q345、Q390-H08A、 H08E、H08Mn等。 3、气体保护焊 气体保护焊是利用惰性气体或二氧化碳气体作为保护
N （6）槽焊连接
2、焊缝形式
（1）
按 受 力 方 向 对接焊缝
正对接焊缝
斜对接焊缝 正面角焊缝
——正交
正交
斜交
角焊缝
斜焊缝
——斜交 ——平行
侧面角焊缝
（2）角焊缝沿长度方向的布置分为： ①连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。
连续角焊缝
②断续角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，用于 次要构件或受力小的连接。 长度b≥10hf或50mm 受压时间断距离l≤15t; l 间隔角焊缝 受拉时l≤30t， b 其中t为较薄焊件的厚度。
“规范”规定
1.2b
b
tan 1.5 时，不检算焊缝强度。
0.67b
b 1. 5 0.67 b
2.受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝
（1）矩形截面
M
M
lw
V
lw
V
t
(2-7) (2-8)

t
验算截面
分别 验算 、
M 6M max 2 ft w Ww lwt
max
裂纹
焊瘤
烧穿
弧坑
气孔
夹渣
咬边
未熔合
未焊透
焊缝缺陷
2、焊缝质量检验 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。（超声波检验、X射 线或γ射线透照或拍片）
3、焊缝质量等级及选用
（1）焊缝质量等级 《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001规定 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。 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；
引出板
引弧板
b
引弧板
引弧板和引出板
（2）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的斜角，以平缓过度，减 小应力集中。对于直接受动力荷载且需要进行 疲劳计算的结构，斜角坡度应不大于1:4。
图2-20 变截面钢板拼接
• 对接焊缝又可分为焊透的和未焊透的两种 焊缝。 • 焊透的对接焊缝强度高，传力性能好，一 般对接焊缝多采用焊透的，只有构件较厚， 内力较小时，方可采用未焊透的焊缝。
介质，在电弧周围造成局部的保护层，使被熔化的钢材
不与空气接触。其优点：电弧加热集中，焊接速度快， 熔化深度大，焊缝强度高，塑性好。
焊缝连接形式及焊缝形式
1、焊缝连接形式 按被连接钢材的相互位置，可分为：
（1）对接连接
有拼接盖板的对接连接
（2）搭接连接
（3）T形连接
（4）角部连接
（5）焊钉连接
N
承压型高强度螺栓
普通螺栓连接：装卸便利，设备简单；螺栓精度低时 不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大。 高强螺栓连接：加工方便，对结构削弱少，可拆换， 能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好；需进行摩 擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高。
铆钉连接
铆钉连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉端部铆合, 常用加热铆合，也可在常温下铆合。
连接的作用是通过一定方式将板材或型钢组合成构 件,或将若干构件组合成整体结构,以保证其共同工作。 钢结构的连接方法可分为焊接连接、螺栓连接和铆 钉连接三种。
焊接连接 N N
螺栓连接 N
铆钉连接
N
焊接连接 铆钉连接
N
螺栓连接
N
钢结构连接特点
焊缝连接
对接焊缝连接 焊缝连接 角焊缝连接 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；
一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的 超声波探伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应 采用射线探伤检验，并应符合国家相应质量标准的要求。 （2）焊缝等级选用 《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。平行于 作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。
【例】试验算下图所示钢板的对接焊缝的强度。图中 a=540mm,t=22mm,轴心力的设计值为N=2150kN。钢材为 Q235B，手工焊，焊条为E43型，焊缝为三级检验标准,施 焊时加引弧板和引出板。
【解】由附表1-3可知，f t w 175N mm2 , f vw 120 N mm2 。 直缝连接其计算长度 lw 540mm ，焊缝正应力为：
焊件 电弧 熔池 图 手工电弧焊
导线
（2）优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位 置的焊接，特别适于焊接短焊缝。
（3）缺点：生产效率低，劳动强度大，焊接质量取决于
焊工的精神状态与技术水平，质量波动大。 （4）焊条的表示方法：E后面加4个数字 E—表示焊条(Electrode) 前两位数字为熔融金属的最小抗拉强度（N/mm2) 后两位数字表示适用焊接位置、电流种类及药皮类型等。
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。
缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材局部材质变脆； 焊接残余应力和残余变形降低受压构件承载力；
对裂纹敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到
整体，低温冷脆问题较为突出。
螺栓连接
普通螺栓连接
螺栓连接 高强度螺栓连接 精制螺栓 A、B级 粗制螺栓 C级 摩擦型高强度螺栓
（3）角焊缝按施焊位置分为：
仰焊
横焊
仰焊
立 焊 立 焊
仰焊 平焊 横焊
船形位置焊 （平焊）
焊缝符号及标注
图2-17 对接焊缝的坡口形式、符号及尺寸标注
图2-15 焊缝标注图形
1、 2
焊缝缺陷及焊缝质量检验
1、焊缝缺陷
焊缝缺陷是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、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹 渣、咬边、未熔合、未焊透等；以及焊缝尺寸不符合要 求、焊缝成形不良等。
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。
③重级工作制和起重量Ｑ＞500kN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，质量不
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＞500kN的中级工作制吊车 梁的角焊缝的外观质量应符合二级。
b

（2）斜焊缝
验算截面矩形，有 、 。
N sin f t w 或 f cw t lw
N N lw Ncos N
N
N
t
N cos f vw t lw
N
f vw —对接焊缝抗剪设计强度。
—焊缝长度方向与作用力方向间夹角。 Nsin —斜焊缝计算长度。 lw
垫板
垫板
加垫板的坡口
垫板
2、对接焊缝的优缺点 优点：用料经济、力线不弯折、传力均匀、无明显的 应力集中，利于承受动力荷载。 缺点：经常需开坡剖口，焊件下料精度要求高。
对接焊缝的构造处理
（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用 引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算 时将焊缝长度两端各减去t(t为较薄焊件的厚度)。
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(三) 对接焊缝的计算
1.轴心力(拉力或压力)作用时的对接焊缝计算
图2-22 轴心力(拉力或压力)作用下的对接焊缝
（1）直缝 验算截面矩形，只有正应力。
矩形截面 N N N N
lw t
b
N f t w 或 f cw l wt
(2-6)
引弧板
N N—轴向拉力或压力设计值。 f t w 或 f cw l wt —焊缝计算长度（有引弧扳时为 lw 焊件宽度b ，无引弧扳时为b-2t(mm)。
（5）焊条的选择 焊条应与焊件钢材相适应；不同钢种的钢材焊接， 宜采用与低强度钢材相适应的焊条。如： Q235钢——E43型焊条（E4300--E4328) Q345钢——E50型焊条(E5000--5048) Q390、Q420钢——E55型焊条(E5500--5518) 2、埋弧焊（自动或半自动） （1）原理：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊
N M ft w Aw Ww
VSmax max fVw I wt 腹板与翼缘交界处的折算应力:
2 （ N + M1 ） 312 1.1 ft w
式中
M h0 M1 Ww h
VS1 1 I wt
焊透的对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少， 焊缝强度要否折减外，其计算方法与母材的强度计算完 全相同。
铆钉连接的传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检
查，连接变形小，承受动力荷载时抗疲劳性能好，适合 于重型和直接承受动力荷载的结构。
但由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下很
少采用，逐渐被高强螺栓取代。
钢结构常用焊接方法
1、手工电弧焊
（1）原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。
焊钳
焊机
焊条
保护气体
t— 两连接件中较小的厚度，T形连接时为腹板厚度。 ftw—对接焊缝抗拉设计强度，按不同质检级别定， 除3级质检外(为主体钢材的0.85倍)与钢材同。 fcw—对接焊缝抗压设计强度，与钢材同。
焊缝抗拉强度质检分级由《钢结构工程施工及验收 规范》规定，分 I 、 II 、 III 级。达到 I 、 II 级质量时 （ x 光 射线检查），焊缝抗拉设计强度和母材相同， III级质量（只外观检查）的抗拉设计强度约为I、II级 的0.85倍（以5N/mm2倍数取整）。
(二) 对接焊缝的形式与构造
对接焊缝的形式
a) I型 b) I型 c) 单边V型 d) V型
e) 单边U型
f) U型
g) X型
h)K型
溶合线
对接焊缝坡口的型式
对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡 口形式与焊件厚度有关。 (1) 对 手 工 焊 ， 焊件厚度t≤6mm ； 对 埋 弧 焊 t≤10mm时可不做坡口，采用直边缝。
C=0.5～2mm
直边缝
(2)当焊件厚度t=7～ 20mm 时，宜采用单边 V 形或双 边V形坡口。
α
C=2～3mm
α p
C=2～3mm
单边V形坡口
双边V形坡口
(3) 当t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。
p p
C=3～4mm
C=3～4mm
U形坡口 p
C=3～4mm
K形坡口
X形坡口
为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。
对接连接正焊缝若加引弧板施焊，且质量达 到一、二级，则无需焊缝抗拉强度验算。
只有以下两种情况，才需对正焊缝进行抗拉 强度验算： a.未使用引弧板施焊； b.III级焊缝质量。 正焊缝长度不够时可增加焊缝长度 或改用斜焊缝。 三级检验标准时，当 56.3 时，不需要验算焊缝强度。
b ≥1.18b