第十四章 焊接接头强度及计算

1．工作焊缝 作焊
2．联系焊缝 焊
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第三节 焊接接头强度计算基础 一、焊接接头的组配 1 高组配 焊缝金属的强度高于母材金属时称为高 1. 组配。高组配的焊接接头中，断裂多发生在母材 金属上。 金属上 2. 低组配 焊缝金属的强度低于母材金属时称为低 组配。低组配的焊接接头中，断裂多发生在焊缝 金属上。
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二 焊缝的基本形式 二、焊缝的基本形式
1．对接焊缝 2．角焊缝
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焊角尺寸：K 计算断面：a所在的截面
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三、焊接接头的基本形式
1．对接接头 对接接头 2．搭接接头 搭接接头 3．T形接头（十字接头） 4．角接接头 角接接头
l
P 308176 N 440mm ' 2 0.7 K [ ] 0.7 10mm 100 N mm
角钢一段的正面角焊缝的长度l3=100mm，则两侧面角焊缝的总长为 440-100=340mm。根据材料手册查得角钢的轴线位置e1=28.4mm， e2=71.6mm 71 6 。两侧面角焊缝受力应满足以下关系： 两侧面角焊缝受力应满足以下关系 0.7Kl1[]e1=0.7Kl2[]e2 因此，l2的长度应为： l2=340×28.4%=97mm，l1=340-97=243mm 取整后得，l1=250 mm，l2=100 mm。 说明：必须合理布置焊缝，才能达到受力均衡，保证接头的强度。
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3．T形接头（十字接头）
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4．角接接头 角接接头
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第二节 第 节 焊接接 焊接接头的工作应力分布 的 作应 分布
(一)应力集中的概念
由于构件的截面突然的变化，或受力部位出 现局部应力明显增大的现象 称为应力集中 现局部应力明显增大的现象，称为应力集中：
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7. 角焊缝的破断面（计算断面）在角焊缝截面最小高度a （计算高度）上。直角等腰三角形角焊缝的计算高度： 计算高度 角等腰 角形角焊缝的计算高度
8. 少量的熔深对接头强度没有影响，熔深较大时a由下式 确定（如图）：
当K≤8mm 8 ，a可取K。 当K>8mm，p一般可取3mm。
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2 角焊缝受弯矩 M 2.
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3 角焊缝受偏心载荷 3.
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例4-3 一偏心受载的搭接接头，如下图所示。已知焊缝长度h=400mm， l0=100mm，焊脚尺寸K=10mm。外加载荷P=30000N，梁长L=1000mm， 试校核焊缝强度 焊缝的许用切应力[ 试校核焊缝强度。焊缝的许用切应力 ]=100MPa ] 100MP 。
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二、接头强度计算的基本假设
1. 残余应力对接头强度没有影响； 2. 应力集中对接头强度没有影响； 3. 工作应力的分布式是均匀的，以平均应力计算； 4. 正面角焊缝与侧面角焊缝的强度没有差别； 5. 焊脚尺寸的大小对角焊缝的强度没有影响； 6. 角焊缝都是在切应力的作用下破坏，按切应力计算强度。
Q ' l 1


4 平面内弯矩M1 4..
6M 1 2 l' l 1
5.非平面内弯矩M2
6M 2 2 l' l 1

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例4-1 两块 两块相同厚度的钢板对接接头，材料为 度 板对接接头 材料为Q345， 钢板宽度为300mm，受垂直板面弯矩3000000N·mm， Q345焊缝的许用拉应力 [ l' ] 191MPa ，试计算焊缝所需的 厚度（板厚） 厚度（板厚）。 6M 2 ' l 可得 解 根据式 2 l
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三、强度计算的基本方法 （一）对接焊缝
用许用拉应力校核 即 ≤ [ 用许用拉应力校核，即 l ]
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（二）角焊缝
1 按剪应力计算 1．按剪应力计算 2 按折合应力计算 2．按折合应力计算
并且要求 ≤ [l ]。 式中： 是因材料屈服极限s而变的系数， s =240N/mm2， = 0.7； s =360N/mm2， = 0.78。 其它钢种按s值，用插值法确定 值。
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第十四章 焊接接头强度及计算
焊接接头的基本概念和特点，焊缝与 焊接接头的基本形式 焊接接头强度计算 焊接接头的基本形式，焊接接头强度计算 的基本方法。
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第一节 焊接接头的特点及形式
一、焊接接头的概念及特点 、焊接接头的概念及特点 1. 概念：
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1. 角焊缝受拉力、压力F
F ' l a

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例4-2 将100mm×100mm×10mm的角钢用角焊缝搭接 在一块钢板上，如图所示。受拉伸时要求与角钢等强度，试 接头的焊脚尺寸K和焊缝长度l应该是多少？ 应该是多少
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解：根据材料手册可知：角钢横截面面积 解 根据材料手册可知 角钢横截面面积A=19.261cm 19 261 2，许用应力 许用应力 l' =160MPa=160N/mm2，焊缝金属的许用剪应力[]=100MPa=100N/mm2， 角钢承受的最大载荷P =A l'=1926.1mm2×160N/mm2=308176N。 假定接头上各段焊缝中切应力都达到焊缝许用切应力值，即=[] 若取K=10mm（等于角钢厚），用焊条电弧焊，则所需的焊缝总长度为：
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• 由于焊缝的形状和焊缝布置的特点，焊接接头工作应 力的分布是不均匀。 产生应力集中的主要原因有： 1.焊缝中的工艺缺陷； 2.不合理的焊缝外形，如焊缝余高（加厚高、加强高） 过大； 3.不合理的焊接接头的设计，例如接头截面的突然变化， 加盖板的对接接头等； 4 焊缝布置不合理，如只有单侧焊缝的 4. 焊缝布置不合理 如只有单侧焊缝的T形接头，也会 形接头 也会 引起应力集中。
（三）T形接头强度计算
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例4-4 一T形接头如下图所示。已知L=200mm，h=300mm，F=75000N， 焊缝金属的许用切应力[]=100MPa, 试设计角焊缝的焊脚尺寸K。
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解
计算M
M
3Fl 0.7 Kh 2
将已知数据代入上式得Leabharlann Baidu计算Q
Q
F 1.4 Kh
M
3 75000 200 500 0.7 K 0.7 K 300 2
75000 150 将已知数据代入上式得 1.4 K 300 1.4 K 500 2 250 2 2 2 ( ) ( ) M Q 计算合 合 0.7 K 1.4 K
2 2 合 M Q 63.34 2 7.14 2 MPa 63.74 MPa
计算合成应力合
由于63.74<100，即合< []，所以此搭接接头是安全的。
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解
用分段法计算M
M
M 0.7 Kh 2 0.7 Kl 0 (h K ) 6
由P力引起的弯矩M=PL=30000×1000N·mm=30000000N·mm。 代入已知数据
M
30000000 0.7 10100 (400 10) 0.7 10 400 6
Q
利用强度校核公式合< []，即 故
( K
(
500 2 250 2 ) ( ) 100 0.7 K 1.4 K
500 2 250 2 ) ) ( 1.4 0.7 mm 7.4mm 100
取K=8mm。
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1．对接接头 对接接头
开坡口的目的：焊透金属、 开坡口的目的 焊透金属 确保质量及经济性 坡口形式选择：板材厚度、 焊接方法和工艺过程 考虑一下几方面：
可焊到性或便于施焊 降低焊接材料的消耗量 坡口易加工 减小或控制变形
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2．搭接接头
1
1
6M 2 l[ l' ]
由已知条件 条 M2=3000000N·mm，l=300mm，[ l' ] 191MPa 代入上式得 1≥17.7mm 取1 =18mm，即当焊缝厚度为18mm时，该对接接头焊缝 强度能满足要求。 强度能满足要求
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（二）搭接接头的静载强度计算
2
N / mm 2 63.34 N / mm 2 63.34 MPa
计算Q
Q
P 0.7 K l
∑l为焊缝总长，即∑l=(400+100+100)mm=600mm
Q
30000 N / mm 2 7.14 N / mm 2 7.14 MPa 0.7 10 600
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四 焊接接头静载强度的计算 四、焊接接头静载强度的计算 （ ）对接接头的静载强度计算 （一）对接接头的静载强度计算

' l

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1.受拉力P 2.受压力P 3.受剪切力Q
F ' l l 1 l


F ' a l 1 a
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(二)电弧焊焊接接头的工作应力分布
（1）对接接头的 工作应力分布
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（2）搭接接头中的工作应力分布
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（3）T形接头（十字接头）的工作应力分布
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2 特点 2.
• 几何形状不连续 几何形状不连续、化学成分不连续、金相组织不连续、力 化学成分不连续 金相组织不连续 力 学性能不连续 • 影响力学性能的主要因素：焊接缺陷、接头形状不连续、 焊接残余应力和变形 • 常见的焊接缺陷：裂纹、未熔合、咬边、夹渣、气孔 • 接头形状不连续：焊缝增高、截面变化，造成应力集中 • 力学性能不均匀：焊接残余应力和残余变形 • 材质方面：组织变化，材质硬化 • 其他因素：焊后热处理、矫正变形等