焊接(角焊缝)参考文档

（2）斜角角焊缝
（d）斜锐角焊缝 （e）斜钝角焊缝
d)
e)
（f）斜凹面角焊缝
f)
两焊边夹角α>90°或α<90°的焊缝称为斜角角焊
缝。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。
对于α>135°或α<60°斜角角焊缝，除钢管结构外, 不宜用作受力焊缝。
我们主要讨论直角焊缝
按角焊缝与外力的关系可分为：
（1）正面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直。 （2）侧面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向平行。 （3）斜焊缝：作用力方向与焊缝方向斜交。
he =0.7hf， he—总是450斜面上的最小高度。
直角焊缝：=900
a)
b)
c)
普通焊缝 a
b
平坡焊缝
凹焊缝
普通焊缝：两焊脚尺寸都等于hf ，常用。但应力集中较严重 （材料突变严重）。
平坡焊缝：是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至1.5hf而成。易焊，应 力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。
凹焊缝：两边的焊缝宽度被加宽成凹面，应力集中小，用于受 动荷的结构中可提高疲劳强度，但手工焊费工。
f
（3）当焊缝端部在焊件转角处时， 应将焊缝延续绕过转角加焊2hf。避 开起落弧发生在转角处的应力集中。
焊缝绕角2hf
2hf
• 二、角焊缝连接的基本计算公式
1、应力分析
焊缝是一个块体，应力状态复杂，计算时把直角三角形 以外的部分去掉，按有效厚度he确定最危险截面（顺着焊缝 方向的平面），通常称为有效截面。
有效截面——焊缝两焊脚面交线（aa）与有效厚度he组 成的截面（下图中adda）。
he hf hf
b d
c a
b
d
hf
c
a
hf
（1）侧焊缝
有效截面上只有与 N 焊缝长度方向平行的剪 应力 。
这些剪应力实际分布
不均。试验表明两头大中
间小。考虑到出现塑性后
应力重分布，规范规定在
焊缝长度范围内按均匀分
布计算。
（1）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算
N1
lw1
c
bN
x
x
N2 lw2
肢背焊缝 肢尖焊缝
N1
b
b
e
N
k1N
N2
e b
N
k2N
lw1
N1 2 0.7hf1
ffw
lw 2
N2 2 0.7hf 2
ffw
K1、 K2——焊缝内力分配系数； N1 、N2 ——分别为角钢肢背和肢
尖传递的内力。
角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数
故侧面焊缝计算长度：
lw 60h f
当实际长度大于以上限值时，计算时超出部分不予考 虑；但当内力沿侧焊缝全长分布时，lw不受此限制.
（2）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 起灭弧坑相距太近，使焊缝不可靠。焊缝越短应力集中 也越严重，故根据经验，规定：
lw 8hf 且 40mm
N
N N
（2）端（正面）焊缝
N
a
有效截面上与焊缝长度 A 方向垂直的正应力⊥和 剪应力⊥ 。
正面角焊缝刚度大，破坏 时变形小，强度比侧缝高， 但塑性变形能力比侧缝小， 常呈脆性破坏。
N
A
b
B1
c
B2
⊥ ⊥
N/2
B2
N/2 N/2 N/2
N/2
（3）一般受力的焊缝
V
⊥
f ⊥⊥
N F
作用在T型连接焊缝上 的一般力N，可以分解为平 行于焊缝方向的力V和垂直
1、采用侧面角焊缝
a)
N
N
因用双盖板，接头一侧共有4条
焊缝，每条焊缝所需计算长度为： N
N
lw
N
4he
f
w f
700103 4 0.78160
195.3
取lw 200 mm
盖板总长：L＝（200+2×8）×2+10=442mm,取L＝450mm
2、采用三面围焊
N
N
N
N
正面角焊缝所能承担的内
力N’为：
BA
b)
N f
M f
1
f ll
B
A
f
N f
M f
有效截面
焊缝受M、V、N作用
剪力V与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用的
状态，在有效截面上产生均匀分布剪应力。
a)
1
V
形心o M N
f =
V V Ae 2 0.7h f lw
轴力N与焊缝轴线垂直，形
成垂直于焊缝方向的均匀分布应
力fN。
c)
有效截面
贴边焊缝
t
hf
t1
（2）最小焊脚尺寸
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 还应满足以下要求:
hf
t
hf ,min 1.5 t
t1
取整mm数，小数点以后只进不舍。
式中: t——较厚焊件厚度 另外：对埋弧自动焊hf,min可减小1mm;
t1＜t
对T形连接单面角焊缝hf,min应增加1mm;
当t≤4mm时, hf,min=t
（3）设计焊角尺寸hf 应满足
hf ,min hf hf ,max
2、焊缝计算长度的构造要求 （1）侧面角焊缝的最大计算长度
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。焊缝越长，应力集中越显著。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；但是当焊缝长度超过某一限值后， 可能首先在焊缝两端发生破坏而逐渐向中间发展，最 终导致焊缝破坏。
和残余变形，除钢管结构除外，hf,max应满足以下要求:
hf
t
hf,max≤1.2t1 式中: t1—较薄焊件厚度。
t1 t1＜t
②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-(1～2)mm 当 t≤6mm时，hf,max≤t
若另一焊件厚度t1＜t时，还应满足hf,max≤1.2t1
a)
N
N
N
N
解：确定焊缝的焊脚尺寸hf hfmax=t-(1~2)mm=10-(1~2)mm=8~9mm（施焊时一般难 以焊满整个厚度）
且 hfmax <=1.2 tmin =1.2×10=12mm (防止产生较大的残 余应力和焊接变形） hf > hf min=1.5(tmax)0.5=5.6mm（防止冷却过快产生淬硬 组织）所以hf 取8mm
斜焊缝 正面角焊缝
侧面角焊缝 N
侧面角焊缝
统称为围焊缝
角焊缝的构造要求
为了避免因焊脚尺寸过大或过小而引起“烧穿”、 “变脆”等缺陷，以及焊缝长度太长或太短而出现焊缝 受力不均匀等现象，对角焊缝的焊脚尺寸、焊缝长度还 有限制。在计算角焊缝连接时，除满足焊缝的强度条件 外，还必须满足以下构造要求。
1、焊角尺寸hf的构造要求 （1）最大焊脚尺寸 ①为了避免焊缝处局部过热，减小焊件的焊接残余应力
在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊， 或三面围焊，特殊情况也允许采用L形围焊。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。
190
170
61-101-0 150
8
61-101- 0 150
285 25
如左图钢桁架节点，弦杆 和腹杆采用双角钢组成的T形 截面，腹杆通过节点板与弦 杆连接。
力及肢尖焊缝的长度。已知角钢为2∠125×10,与厚度为 8mm的节点板连接,其肢背搭接长度为300mm,焊脚尺寸均 为hf=8mm,钢材为Q235B,手工焊,焊条为E43型。
【解】角焊缝强度设计值
f
w f
160N，/ m角m2焊缝内力分配系
数 k1 0.7，, k正2 面0.3角焊缝长度
，则lw3 正 1面25角mm焊缝能承担
b / lw ≤1 为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求：
b≤16t（t >12mm）或190mm（t≤12mm） 式中：b为两侧焊缝的距离；
lw为侧焊缝计算长度； t为较薄焊件的厚度。
（2）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。
t1
t2
f
2h 2h
且
5t1 （t1＜t2） 25mm
f
N helw
z
N
d f a
d
c
y
c
a
③ 两方向力综合作用的角焊缝
f f
2
2 f
ffw
f——正面角焊缝的强度设计值
提高系数，对承受静力荷载或间 接动力荷载的结构取1.22，对直 接承受动力荷载的结构取1.0。
④周围角焊缝（三面围焊，菱形）
N
( f helw )
f
w f
例 设计如图所示一双盖板的对接接头。已知钢板截 面250x14 ,盖板截面为2-200x10,受轴心力N=700kN （静荷载），钢材Q235，手工焊，焊条E43型。
z
x
d
c a
y
d
c
a
角焊缝强度条件一般表达式：P43
f f
2
2 f
ffw
（2-12）
• 三、角焊缝连接的计算
1、受轴心力作用时的计算
① 侧焊缝——作用力平行于焊缝长度方向的角焊缝
x
d
lw
c a
d
c
a
f
N helw
f
w f
（2-14）
N
N
N
② 端焊缝——作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝
此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。
（3）侧面角焊缝的计算长度
lw,min lw lw,max
3、搭接连接的构造要求
N
2hf
2hf
N
l2
Nb
lw
l1
N
钢板拱曲
（1）当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：
试验结果表明，连接的承载力与b / lw有关。当b / lw＞ 1时，连接承载力随比值增大明显下降，这是由于应力传 递的过分弯折而使构件中应力不均所致，为防止连接强度 过分降低，规范规定：
的内力 为：
N3
N3
2helw3 f
f
w f
20.781251.22160
273.3KN
肢背角焊缝所能承受的内力 N为1 ：
N1
2helw1
f
w f
2 0.7 8 300 8160
523.3KN
由公式可知：
N1
k1N
N3 2
0.7N
273.3 2
52.33.3KN
则 N 523 .3 136 .7 942 .9KN
N'
20.7hf lw' f
f
w f
20.782001.22160
43728N
接头一侧所需侧缝的计算长度为：
lw
N N'
4he
f
w f
700103 437284 73.3mm 4 0.78160
盖板总长：L＝（73.3+8）×2+10=172.6mmm,取180mm.
2、角钢连接的角焊缝计算
0.7
由公式计算肢尖焊缝承受的内力 N为2 ：
N2
k2 N
N3 2
0.3942.9 136.7
146.2KN
由此可算出肢尖焊缝的长度为：
lw' 2
N2 2he f
w f
8
146.2 103 2 0.78160
8
89.6mm
3、弯矩、剪力和轴心力共同作用下的T形连接角焊缝计算
a)
1
V
形心 o M N
于的焊缝方向力F。
V产生 ；
F产生f，
f
F helw
f分解为： ⊥和⊥。
有效截面上有：
∥
=
⊥ 、 ⊥ 、 。
N helw
2、 角焊缝的强度
（1）有效截面上的应力状态
前面已经说明：最一般情况（同时有端焊缝，侧焊缝性质的一
般受力焊缝），有效截面上有三个应力、∥ 、 。 —正应力，与焊缝长度方向（x）面外垂直 ∥ —剪应应，与焊缝长度方向（x）面内平行 —剪应力，与焊缝长度方向（x）面内垂直
X
X
N f
N Ae
N 2 0.7h f lw
lw
0.7h f
0.7h f
在弯矩M作用下，有效截面上产生垂直 于焊缝方向且按三角形分布的应力M
M f
M W
6M 2 0.7hf lw2
W—角焊缝有效截面绕x轴（图）的抵抗矩。
a)
b)
c)
有效截面
N f
M f
1
1
V
形心 o M N
X
X
lw
BA
B
A
f ll
• 一、角焊缝的形式和构造
1、角焊缝的形式(按两焊脚边的夹角分) 直角
斜角
（1）直角焊缝
（a）普通焊缝 （b）平坡焊缝
（c）深熔(凹)焊缝
a)
b)
c)
一般采用（a）。但（a）应力集中 较严重，在承受动力荷载时采用（b）、 （c）。
B E
D 45°
hf
C
A
hf
图中，
hf—焊脚尺寸， he—焊缝有效厚度。 并有，
截面及连接情况
内力分配系数 肢背 k1 肢尖 k2
等边角钢
不等边角钢 （短边相连）
不等边角钢 （长边相连）
0.7 0.75 0.65
0.3 0.25 0.35
（2）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算
lw1
N1
N3
c
bN
x
x
N2 lw2
设计时先假定正面角焊缝的焊脚尺寸hf3 ，并求出它所 分担的内力N3 ：
N3 2k2N
由水平平衡关系，得： N1 N N3
L形围焊角焊缝计算公式为：
lw1
N1 2 0.7hf1
ffw
hf 3
N3
2 0.7f
f f w lw3
若求出得hf3大于hfmax ,则不能采用L形围焊
未采用绕角焊时 lw3 b hf 3 采用绕角焊时 lw3 b
【例】 试确定下图所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载
N3 2 0.7hf3bf ffw
通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝分担的内力为:
肢背焊缝
பைடு நூலகம்N1
k1N
1 2
N3
肢尖焊缝
1 N2 k2N 2 N3
利用前面lw1、 lw2表达式可得肢背、肢尖焊缝的计算长度。
（3）角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算
lw1
N1
N3
c
bN
x
x
令N2＝0，由式 N2 k2 N，得12：N3