焊接结构分享资料

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1、第三章 焊接接头1 焊接接头的一般性能焊接接头的一般性能 焊接接头：用焊接方法连接的不可拆卸接头。焊接接头：用焊接方法连接的不可拆卸接头。作作用用: (1)连连接接作作用用（2）传传力力作作用用，即即传传递递被被焊焊工工件件所所承受的载荷承受的载荷目目前前应应用用最最广广的的是是熔熔化化焊焊，所所以以本本章章重重点点分分析析熔熔化化焊焊的焊接接头。的焊接接头。1一、焊接接头的一般概念一、焊接接头的一般概念1.1 焊接接头的组成焊接接头的组成焊焊接接接接头头组组成成：焊焊缝缝金金属属、熔熔合合线线、热热影影响响区区、母材。母材。简述组织简述组织的特点？的特点？21.21.2 熔化焊接接头的特点：

2、熔化焊接接头的特点：a.焊焊接接接接头头是是一一个个不不均均匀匀体体（组组织织和和性性能能不不均均匀匀性）。性）。焊缝：铸态组织。焊缝：铸态组织。近缝区：受热塑性变形和热循环的影响。近缝区：受热塑性变形和热循环的影响。远缝区：母材。远缝区：母材。3b.由于焊接的不均匀加热由于焊接的不均匀加热,存在较大的残余应力。存在较大的残余应力。c.工作应力分布不均匀，存在应力集中（由焊缝工作应力分布不均匀，存在应力集中（由焊缝的形状和布局不同而造成的，当焊缝中存在工艺的形状和布局不同而造成的，当焊缝中存在工艺缺陷，焊缝外形不合理或接头形式不合理时，将缺陷，焊缝外形不合理或接头形式不合理时，将加剧应力集中程

3、度）。加剧应力集中程度）。d.不可拆卸的接头，具有整体性和高刚性。不可拆卸的接头，具有整体性和高刚性。焊接接头是一个不连续体焊接接头是一个不连续体 4焊接接头不连续性焊接接头不连续性国际上普遍使用国际上普遍使用不连续性并非一定是指焊接缺陷，是否是焊接缺不连续性并非一定是指焊接缺陷，是否是焊接缺陷，视其不连续的程度及其造成的后果。陷，视其不连续的程度及其造成的后果。焊接缺陷的含义只局限于现行的技术标准和规范焊接缺陷的含义只局限于现行的技术标准和规范中所不容许的焊接不连续性。中所不容许的焊接不连续性。5焊接过程（包括熔炼、铸造和热处理的过程）焊接过程（包括熔炼、铸造和热处理的过程）存在四个不连续：

4、存在四个不连续：几何不连续几何不连续 截面突然改变截面突然改变（化学）成分不连续（化学）成分不连续 化学成分不均匀化学成分不均匀（金相）组织不连续（金相）组织不连续 金相组织不均匀金相组织不均匀力学不连续力学不连续 应力集中和残余应力应力集中和残余应力 焊接接头不连续性焊接接头不连续性61.3 影响焊接接头性能的主要因素：影响焊接接头性能的主要因素： 71.焊接缺陷：焊接缺陷：（裂裂纹纹、未未焊焊透透、气气孔孔、夹夹渣渣、咬咬边边），平平面面状状缺陷（焊接裂纹）是接头失效的发源地。缺陷（焊接裂纹）是接头失效的发源地。2.焊接残余应力和变形：焊接残余应力和变形：残残余余应应力力和和变变形形引引起

5、起局局部部应应力力达达到到屈屈服服极极限限，影影响响结结构构刚刚度度和和尺尺寸寸稳稳定定性性。制制造造中中若若未未将将其其控控制制在在合合理理的的范范围围，引引起起工工作作应应力力的的变变化化，降降低低结结构构的承载能力。的承载能力。83.接头形状的不连续性：接头形状的不连续性：焊焊缝缝增增高高及及其其他他型型式式不不连连续续性性产产生生应应力力集集中，对接头强度造成明显影响中，对接头强度造成明显影响4.焊焊接接过过程程中中热热循循环环及及热热塑塑性性应应变变引引起起的的材质性能下降：材质性能下降：5.焊后热处理及焊接变形矫正：焊后热处理及焊接变形矫正：91.4 为了提高结构的安全性，设计注意

6、事项为了提高结构的安全性，设计注意事项a.不损害强度的前提下，尽量少焊。不损害强度的前提下，尽量少焊。b.设设计计接接头头时时，在在注注意意焊焊接接接接头头可可靠靠性性的的同同时时，要尽量选用自动化程度较高的焊接方法。要尽量选用自动化程度较高的焊接方法。c.减减少少焊焊接接接接头头的的拘拘束束应应力力，避避免免焊焊缝缝过过于于集集中和接近。中和接近。10d.大型结构，在接头上必须考虑加工误差，对大型结构，在接头上必须考虑加工误差，对坯料的加工精度和装配精度有严格的要求，以坯料的加工精度和装配精度有严格的要求，以避免焊接错边、焊接变形等施工误差；在接头避免焊接错边、焊接变形等施工误差；在接头强度

7、设计上要充分考虑焊接过程中可能出现的强度设计上要充分考虑焊接过程中可能出现的加工误差。加工误差。11二、接头不均匀性及其力学行为二、接头不均匀性及其力学行为 2.1热影响区的力学性能热影响区的力学性能在焊接热源的作用下，焊缝两侧发生组织性能在焊接热源的作用下，焊缝两侧发生组织性能变化的区域叫做热影响区变化的区域叫做热影响区热影响区中各区的组织和性能极不均匀热影响区中各区的组织和性能极不均匀原因：焊接温度场温度梯度较大，不同焊接热原因：焊接温度场温度梯度较大，不同焊接热循环引起热影响区的力学性能不均匀。循环引起热影响区的力学性能不均匀。 121热影响区的强度和塑性变化热影响区的强度和塑性变化Tm

8、=1200左右的粗晶区：左右的粗晶区：硬度和强度比母材高，塑性比母材低，硬度和强度比母材高，塑性比母材低，塑性降低的程度与钢材的含碳量和热循环造成塑性降低的程度与钢材的含碳量和热循环造成的马氏体量数量有关的马氏体量数量有关13粗晶区硬粗晶区硬度、强度高，度、强度高，塑性低。塑性低。急冷形成马氏体组织急冷形成马氏体组织14 Tm=700900的区域的区域: 屈屈服服强强度度比比母母材材低低，对对调调质质高高强强钢钢更更为为明明显显。调调质质钢钢经经淬淬火火、回回火火处处理理后后，强强度度提提高高，但但由由于于焊焊接接加加热热的的影影响响，板板材材在在加加热热到到高高于于回回火火温温度度而而低低于

9、于相相变变点点温温度度的的区区域域内内时时，原原来来的的回回火火马马氏氏体体会会因因重重结结晶晶而而消消失失，致致使使材材料料屈屈服服强强度度显著下降。显著下降。15Tm700900的区域的区域:因没有组织变化，因此拉伸性能与母材无多大因没有组织变化，因此拉伸性能与母材无多大差异。差异。2热影响区的韧性变化热影响区的韧性变化 如图如图3-4，热影响区的韧性不均匀，两个区域，热影响区的韧性不均匀，两个区域的韧性非常低的韧性非常低(1) 从从1200摄氏度粗晶区到熔合线脆化摄氏度粗晶区到熔合线脆化16图图3-4 热影响区的韧度分布和组织示意图热影响区的韧度分布和组织示意图 1-调质钢调质钢 2-低

10、碳钢低碳钢17原因：对含碳量较高的不易淬火钢，晶粒粗大；原因：对含碳量较高的不易淬火钢，晶粒粗大；对合金元素较多的易淬火钢，产生脆硬的孪晶马对合金元素较多的易淬火钢，产生脆硬的孪晶马氏体组织，焊后焊趾处应力集中，通常成为焊接氏体组织，焊后焊趾处应力集中，通常成为焊接接头破坏的起始点。接头破坏的起始点。(2)焊缝附近脆化区：焊缝附近脆化区：低碳钢低碳钢:A1以下以下200-400区域区域高碳钢高碳钢:A1A3相交点之间。相交点之间。脆化区产生的原因：焊接热循环造成的各种冶金脆化区产生的原因：焊接热循环造成的各种冶金因素的影响因素的影响18一般情况：焊接线能量越大，高温时间越长晶粒越一般情况：焊接

11、线能量越大，高温时间越长晶粒越粗大，韧性越低。粗大，韧性越低。 3.热影响区的热塑性应变脆化：热影响区的热塑性应变脆化：在在焊接热应力作用下焊接热应力作用下，最高加热温度区域为，最高加热温度区域为400200的的HAZ发生较大的塑性变形，引起韧性下降，发生较大的塑性变形，引起韧性下降，硬度上升的现象。硬度上升的现象。实质：由固溶实质：由固溶N所引起的一种动态应变时效所引起的一种动态应变时效 19危害：塑性明显下降。危害：塑性明显下降。多层焊接后带有刻槽的构件缺口处经受了较大多层焊接后带有刻槽的构件缺口处经受了较大的塑性变形，塑性变形硬化的塑性变形，塑性变形硬化+时效硬化，使得时效硬化，使得此处

12、容易萌生裂纹此处容易萌生裂纹202 2.2 .2 焊缝金属的力学性能：焊缝金属的力学性能： 1.1.金属性能与组织的关系：金属性能与组织的关系：焊缝金属的晶粒越细小，力学性能越好。焊缝金属的晶粒越细小，力学性能越好。焊缝金属组织：焊接材料与部分母材熔化经过焊缝金属组织：焊接材料与部分母材熔化经过熔化、冷凝而形成的铸造组织它是从母材开始熔化、冷凝而形成的铸造组织它是从母材开始垂直于等温线方向（最大温度梯度的方结晶长垂直于等温线方向（最大温度梯度的方结晶长大的）。大的）。21单层焊是典型的柱状晶。单层焊是典型的柱状晶。多层焊金属的力学性能比单层焊的好。多层焊金属的力学性能比单层焊的好。22金属性能

13、与焊接方法及工艺参数的关系：金属性能与焊接方法及工艺参数的关系：a.a.采采用用较较低低的的线线能能量量时时，冷冷却却速速度度较较大大，焊焊缝缝金金属属变硬，强度升高。变硬，强度升高。b.b.增增加加焊焊接接热热输输入入，提提高高层层间间预预热热温温度度。由由于于冷冷却却速速率率的的降降低低，高高强强钢钢焊焊缝缝金金属属强强度度和和韧韧度度有有明明显显下下降降，因因此此在在高高强强钢钢焊焊接接时时，应应确确定定一一个个最最低低的的冷冷却却速速率率，以以控控制制焊焊接接热热输输入入和和层层间间预预热热温温度度的的上上限限，但但也也应应防防止止焊焊接接裂裂纹纹的的产产生生，而而应应有有较较高高的的

14、层层间间预预热温度。热温度。 23 焊接接头的力学性能与母材和焊缝金属两者焊接接头的力学性能与母材和焊缝金属两者之间的强度如何组配有关。之间的强度如何组配有关。高组配高组配: 焊缝金属的强度高于母材金属时称为高组配。焊缝金属的强度高于母材金属时称为高组配。高组配的焊接接头中，断裂多发生在母材金属上。高组配的焊接接头中，断裂多发生在母材金属上。低组配低组配: 焊缝金属的强度低于母材金属时称为低组配。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。低组配的焊接接头中，断裂多发生在焊缝金属上。2 2.3 .3 焊接接头力学性能匹配焊接接头力学性能匹配24三、焊缝及

15、接头的基本形式三、焊缝及接头的基本形式 3.1焊缝的基本形式焊缝的基本形式焊缝是构成焊接接头的主体部分：焊缝是构成焊接接头的主体部分：对接焊缝，角焊缝对接焊缝，角焊缝a.对接焊缝对接焊缝用用于于对对接接接接头头，一一般般是是按按被被连连接接的的焊焊件件的的厚厚度度方方向向进进行连接的，是力学性能较好的焊缝型式行连接的，是力学性能较好的焊缝型式按焊接边缘形式分为：按焊接边缘形式分为：1.1.不开坡口：卷边、平对。不开坡口：卷边、平对。2.2.坡坡口口（保保证证焊焊透透及及接接头头性性能能和和质质量量）：V V形形、U U形形、X X形、形、K K形等形等。各种坡口尺寸可根据国家标准或根据具体情况

16、而定各种坡口尺寸可根据国家标准或根据具体情况而定25坡口型式的选择坡口型式的选择：坡坡口口型型式式的的选选择择主主要要取取决决于于焊焊件件的的厚厚度度和和采采用用的的焊焊接接方方法法，同同时时还还要要兼兼顾顾以下几个方面：以下几个方面：1.焊焊接接材材料料的的消消耗耗（少少）：同同厚厚度度的的焊接接头，焊接接头，X坡口比坡口比V坡口节省材料坡口节省材料2.可可焊焊到到性性。根根据据焊焊件件能能否否翻翻转转，翻翻转难易，或内外两侧的焊接条件而定转难易，或内外两侧的焊接条件而定3.坡坡口口加加工工的的难难易易程程度度。与与V型型坡坡口口相相比比，U型型、J型型坡坡口口焊焊材材消消耗耗较较少少，但但

17、坡坡口口加加工工难难度度大大，将将会会导导致致成成本本增增加。加。4.焊接变形焊接变形(小小)。双面施焊的坡口型双面施焊的坡口型式配合正确的焊接规范，则焊接变形式配合正确的焊接规范，则焊接变形较小较小26b.角焊缝角焊缝一般是按被连接的焊件的两个表面进行连接的。一般是按被连接的焊件的两个表面进行连接的。1.角焊缝的分类：角焊缝的分类：1 1）按截面形状分：）按截面形状分：平、凹、凸、不等焊角角焊缝平、凹、凸、不等焊角角焊缝 凹角焊缝凹角焊缝的的应力集中程度最小，凸角焊缝的应力集中程度最应力集中程度最小，凸角焊缝的应力集中程度最大，动载荷：凹大，动载荷：凹凸凸其破断面（计算断面）是角焊缝截面的最

18、小高度其破断面（计算断面）是角焊缝截面的最小高度a所在的截面所在的截面a)平角焊缝平角焊缝 b)凹角焊缝凹角焊缝 c)凸角焊缝凸角焊缝 d)不等焊角角焊缝不等焊角角焊缝272）按承载方向分：）按承载方向分：正面角焊缝：焊缝正面角焊缝：焊缝载荷载荷侧面角焊缝：焊缝侧面角焊缝：焊缝载荷载荷斜面角焊缝：焊缝倾斜于载荷斜面角焊缝：焊缝倾斜于载荷282.角焊缝在力学方面的特点角焊缝在力学方面的特点（1）接头的几何形状有急剧的变化，力线传递接头的几何形状有急剧的变化，力线传递复杂。焊根和焊趾部有应力集中，且一般大于对复杂。焊根和焊趾部有应力集中，且一般大于对接焊缝。接焊缝。侧面角焊缝搭接接头的应力分布侧面

19、角焊缝搭接接头的应力分布29(2)正正面面角角焊焊缝缝的的强强度度比比侧侧面面角角焊焊缝缝高高20%30；侧侧面面角角焊焊缝缝沿沿焊焊缝缝长长度度上上的的应应力力分分布布不不均均匀的；匀的；(3)正正面面角角焊焊缝缝的的单单位位长长度度承承载载能能力力并并不不是是随随焊焊脚脚K的的增增加加而而成成正正比比增增加加的。的。30(4)焊缝的强度与断面的形焊缝的强度与断面的形状有关。正面角焊缝强度状有关。正面角焊缝强度随着随着增大而增加。增大而增加。 工程上为了安全可靠和计工程上为了安全可靠和计算简便，常假定角焊缝是算简便，常假定角焊缝是在在平均切应力平均切应力作用下断裂作用下断裂的。并的。并假定其

20、断裂面是在假定其断裂面是在角焊缝截面的最小高度角焊缝截面的最小高度a处处 313.2接头的基本形式对接接头对接接头搭接接头搭接接头T T型接头型接头角接接头角接接头 32a.对接接头对接接头理想的焊接接头。理想的焊接接头。 对接接头为焊接结构中使用最广泛的接头形式。对接接头为焊接结构中使用最广泛的接头形式。其其应力集中程度较低，应力集中程度较低，便于施焊，且接头质量易便于施焊，且接头质量易保证，常用于重要的焊接结构，但焊前准备及装保证，常用于重要的焊接结构，但焊前准备及装配要求较高。配要求较高。分类：分类：直缝对接：焊缝方向与直缝对接：焊缝方向与载荷垂直，焊缝金属承载荷垂直，焊缝金属承受较低的

21、正应力，具有受较低的正应力，具有不低于母材的性能，节不低于母材的性能，节省材料。（最常见）省材料。（最常见）斜缝对接：焊缝方向与斜缝对接：焊缝方向与载荷成斜角。载荷成斜角。33b.搭接接头搭接接头应应用用：常常用用于于焊焊前前准准备备和和装装配配要要求求简简单单的的板板类类焊焊件件结结构构中中，如如桥桥梁梁、房房架架、大型储罐的底板拼焊大型储罐的底板拼焊特点：应力分布不均匀，往往产生弯曲附加应力，特点：应力分布不均匀，往往产生弯曲附加应力，疲劳强度较低，不是理想的接头。但焊前准备和疲劳强度较低，不是理想的接头。但焊前准备和装配工作简单，横向收缩量小，在结构中得到广装配工作简单，横向收缩量小，在

22、结构中得到广泛的应用。泛的应用。34开槽焊开槽焊 ：B=2 塞焊塞焊: :电铆焊电铆焊薄厚两工件的连接效果好，薄厚两工件的连接效果好，效率高效率高 搭接接头通常无需开坡口，采用双面焊接成形。若无法搭接接头通常无需开坡口，采用双面焊接成形。若无法双面施焊时，为保证结构的强度并控制其附加变形，在双面施焊时，为保证结构的强度并控制其附加变形，在工件重叠面积较大时，可采用圆孔内工件重叠面积较大时，可采用圆孔内塞焊塞焊或长孔内或长孔内槽焊槽焊35锯齿焊锯齿焊直缝单面搭接强度较低，不能承受较大载荷，直缝单面搭接强度较低，不能承受较大载荷，采用锯齿焊提高强度。采用锯齿焊提高强度。36c.丁字（丁字（T T形

23、）接头形）接头1.1.能承受各方向的力和力矩能承受各方向的力和力矩，且，且完全焊透完全焊透的单面坡口的单面坡口和双面坡口的和双面坡口的 T T 形接头在任何一种载荷下都具有很形接头在任何一种载荷下都具有很高的强度高的强度2.2.焊接时应避免采用不开坡口的单面角焊缝焊接时应避免采用不开坡口的单面角焊缝（接头根（接头根部存在较深的未焊透，产生严重的应力集中），部存在较深的未焊透，产生严重的应力集中），采用双面焊采用双面焊缝，提高构件的承载能力。缝，提高构件的承载能力。37接头形式：接头形式：不开坡口：填充金属消耗多，变形大。不开坡口：填充金属消耗多，变形大。k形坡口，适于厚板且承受动载的构件。形坡

24、口，适于厚板且承受动载的构件。半半v形形坡坡口口：单单面面施施焊焊，焊焊后后再再清清根根焊焊满满，比比K型坡口更可靠。型坡口更可靠。38d.角接接头角接接头两被焊工件端面间构成大于两被焊工件端面间构成大于 30、小于、小于135 夹夹 角角的接头称为角接接头，多用于箱形结构的接头称为角接接头，多用于箱形结构。特点：特点：角接接头便于组装，能获得美观的外形，但应力角接接头便于组装，能获得美观的外形，但应力分布很复杂，承载能力低，通常只起连接作用，分布很复杂，承载能力低，通常只起连接作用，不能用来传递工作载荷。不能用来传递工作载荷。39角接头角接头a 简单但是承载能力差；简单但是承载能力差； b

25、双面焊接强度高，但是金属消耗大双面焊接强度高，但是金属消耗大 c、d 容易焊透但是需要注意层状撕裂容易焊透但是需要注意层状撕裂 e、f 装配简单，省工，经济，装配简单，省工，经济，但是承载能力不高但是承载能力不高 g 保证直角但是刚性大保证直角但是刚性大 h 焊缝多不易焊接，不焊缝多不易焊接，不理想的接头。理想的接头。40一、应力集中的概念一、应力集中的概念 由于几何形状不连续，造成焊接接由于几何形状不连续，造成焊接接头工作应力分布不均匀头工作应力分布不均匀,最大应力值最大应力值比平均应力值高的现象称为应力集比平均应力值高的现象称为应力集中。其大小用应力集中系数中。其大小用应力集中系数KT表示

26、，表示，l 局部应力峰值；局部应力峰值； l 平均应力。平均应力。 2 焊接接头的工作应力分布和工作性能 图图3-2 产生应力集中的原因产生应力集中的原因41产生应力集中的原因：产生应力集中的原因：根原：由于结构的不连续，根原：由于结构的不连续，主要有以下因素引起：主要有以下因素引起：a.工艺缺陷工艺缺陷(咬边、未焊透和裂纹较严重咬边、未焊透和裂纹较严重)b.不合理的焊缝外形不合理的焊缝外形(加厚高过大，加厚高过大，角焊缝成角焊缝成凸形凸形) c.不合理的焊接接头设计不合理的焊接接头设计 对对接接接接头头的的应应力力集集中中最最小小，搭搭接接接接头头的的应应力力集集中中最最大大， T形形接接头

27、头应应力力集集中中介介于于其其间间。(接接头头截截面面的的突突变变，加加盖盖板板的的对对接接接接头头)。但但通通过过改改变变焊焊缝缝形形状状以以及及焊焊透透情情况况，例例如如把把焊焊趾趾加加工工成成圆圆滑滑过过渡渡形形状状，使应力传递缓和，可大大降低应力集中程度。使应力传递缓和，可大大降低应力集中程度。42二、接头的工作应力分布和工作性能二、接头的工作应力分布和工作性能 2.12.1对接接头对接接头在焊接生产中，对接在焊接生产中，对接接头的焊缝通常略高接头的焊缝通常略高于母材板面，高出部于母材板面，高出部分称为余高。由此产分称为余高。由此产生了构造上的不连续生了构造上的不连续性，在焊缝与母材的

28、性，在焊缝与母材的过渡处引起应力集中过渡处引起应力集中43应力分布特点：应力分布特点：1)1)在加厚高与母材过渡处有应力集中，正面在加厚高与母材过渡处有应力集中，正面KT 背面背面KT。2)2)对接接头对接接头KT 大小主要取决于焊缝加厚高大小主要取决于焊缝加厚高c c和焊缝向和焊缝向母材的过渡半径母材的过渡半径r r。 c c增加；增加；r r降低，降低， KT 增加。增加。 44应力集中应力集中对动载结构的疲劳强度最不利。对动载结构的疲劳强度最不利。消除措施：消除措施：(1)(1)减少加厚高，增加过渡弧半径（采用砂轮打磨过减少加厚高，增加过渡弧半径（采用砂轮打磨过渡区）。渡区）。(2)(2

29、)对于承受冲击载荷的焊接结构，应将接头加厚高对于承受冲击载荷的焊接结构，应将接头加厚高打磨光。打磨光。 45 焊接不同厚度的重要受力件时，若采用对接接头，焊接不同厚度的重要受力件时，若采用对接接头，则应在较厚的板上作出单面或双面削薄，焊缝不应则应在较厚的板上作出单面或双面削薄，焊缝不应布置在倾斜部位，应离开倾斜部位约布置在倾斜部位，应离开倾斜部位约5mm。 对接接头外形变化不大，应力集中较小，且易对接接头外形变化不大，应力集中较小，且易于降低和消除。因此对接接头是最好的接头形式，于降低和消除。因此对接接头是最好的接头形式，静载可靠，疲劳强度高。静载可靠，疲劳强度高。462.2 2.2 T T型

30、接头型接头T型接头焊缝向母材过渡型接头焊缝向母材过渡急剧，接头在外力作用急剧，接头在外力作用下力线扭曲很大，应力下力线扭曲很大，应力分布极不均匀，且情况分布极不均匀，且情况比较复杂比较复杂a.应力分布的特点应力分布的特点1）角焊缝根部和焊趾处）角焊缝根部和焊趾处有很大的应力集中。有很大的应力集中。2）开坡口与未开坡口应）开坡口与未开坡口应力集中的大小和分布不力集中的大小和分布不同同a）未开坡口）未开坡口 b)开坡口开坡口47b.b.影响影响K KT T的因素的因素1.1.坡口坡口未开坡口未开坡口K KT T大。大。2.2.角焊缝的形状（角焊缝的形状（）、）、尺寸（尺寸（K K焊脚尺寸）焊脚尺寸

31、）48工作焊缝：工作焊缝：增加，增加，K K减少，减少，K KT T增加；增加；联系焊缝：联系焊缝：增加，增加， K K增加，增加， K KT T增加增加3.3.尺寸、外形相同：工作焊缝尺寸、外形相同：工作焊缝K KT T 联系焊缝。联系焊缝。联系焊缝的应力集中联系焊缝的应力集中49c.c. 避免应力集中的破坏避免应力集中的破坏丁字接头应尽量避免在其板厚方向承受高拉应力，因丁字接头应尽量避免在其板厚方向承受高拉应力，因轧制板材常有夹层缺陷，尤其厚板更易出现层状撕裂轧制板材常有夹层缺陷，尤其厚板更易出现层状撕裂，工作焊缝转化为联系焊缝。，工作焊缝转化为联系焊缝。502.32.3搭接接头搭接接头分

32、类：依据角焊缝受力方向：正面角焊缝；侧面分类：依据角焊缝受力方向：正面角焊缝；侧面角焊缝；斜向角焊缝角焊缝；斜向角焊缝a.a.正面角焊缝的工作应力分布正面角焊缝的工作应力分布应力分布：角焊缝根部应力分布：角焊缝根部A A和焊趾和焊趾B B处存在较大的应处存在较大的应力集中，分布不均匀。力集中，分布不均匀。 51影响应力集中的因素：影响应力集中的因素：1.1.焊趾焊趾B B处的应力集中随着处的应力集中随着的下降，及增大熔深的下降，及增大熔深焊透根部而下降。焊透根部而下降。2.2.搭接接头的正面角焊缝与作用力偏心，所以承受搭接接头的正面角焊缝与作用力偏心，所以承受拉力时接头上产生附加弯曲造成弯曲，

33、为减小弯曲拉力时接头上产生附加弯曲造成弯曲，为减小弯曲变形，要求搭接接头长度不小于变形，要求搭接接头长度不小于4 4倍板厚。倍板厚。523.3.两板的厚度一样，尺寸相同的焊缝，受力随着两板的厚度一样，尺寸相同的焊缝，受力随着作用点的不同而改变。作用点的不同而改变。. .板厚度不同时，应力分布不同。板厚度不同时，应力分布不同。53b.b.侧面角焊缝的工作应力分布侧面角焊缝的工作应力分布应力分布复杂（正应力、切应力）应力分布复杂（正应力、切应力）切应力沿焊缝长度上分布是不均匀的（焊缝尺寸、板切应力沿焊缝长度上分布是不均匀的（焊缝尺寸、板截面积和外力作用点）。截面积和外力作用点）。特点：沿焊缝长度分

34、布不均匀，在图特点：沿焊缝长度分布不均匀，在图a a所示的外力作所示的外力作用下，两端应力大，中间应力小。用下，两端应力大，中间应力小。54侧面焊缝的侧面焊缝的K KT T与焊缝长度有关：增加时，应力不均匀与焊缝长度有关：增加时，应力不均匀程度增加，因此规定侧面焊缝长度不得大于程度增加，因此规定侧面焊缝长度不得大于50K50K。55c.c.联合角焊缝的搭接接头：既有侧面角焊缝又有正面联合角焊缝的搭接接头：既有侧面角焊缝又有正面角焊缝的搭接接头。角焊缝的搭接接头。应力分布特点：侧面角焊缝中的应力分布特点：侧面角焊缝中的K KT T得到改善。得到改善。563 焊接接头静载强度计算 一、工作焊缝和联

35、系焊缝一、工作焊缝和联系焊缝焊缝根据其载荷的传递情况分：工作焊缝和联系焊缝。焊缝根据其载荷的传递情况分：工作焊缝和联系焊缝。工作焊缝：焊缝与连接件串工作焊缝：焊缝与连接件串连，传递全部的载荷，一旦连，传递全部的载荷，一旦断裂，结构就立即失效。断裂，结构就立即失效。联系焊缝：焊缝与连接件并联系焊缝：焊缝与连接件并连，传递很小的载荷，焊缝连，传递很小的载荷，焊缝断裂后，结构不会立即失效。断裂后，结构不会立即失效。a)a)工作焊缝工作焊缝 b)b)联系焊缝联系焊缝57作用在焊缝上的应力根据焊缝种类分为两种：作用在焊缝上的应力根据焊缝种类分为两种：工作应力：工作焊缝所承受的应力。工作应力：工作焊缝所承

36、受的应力。联系应力：联系焊缝所承受的应力。联系应力：联系焊缝所承受的应力。58设计计算的依据：计算设计计算的依据：计算工作焊缝工作焊缝的强度。对于具有的强度。对于具有双重性的焊缝，只计算工作应力，不考虑联系应力。双重性的焊缝，只计算工作应力，不考虑联系应力。 二、焊接接头静载强度简化计算的假定二、焊接接头静载强度简化计算的假定1.残余应力对接头强度没有影响。残余应力对接头强度没有影响。2.焊趾处和加厚高等处的应力集中，对于接头强度焊趾处和加厚高等处的应力集中，对于接头强度没有影响没有影响。3. 接头的工作应力是均布的，以平均应力计算。接头的工作应力是均布的，以平均应力计算。4. 正面角焊缝与侧

37、面角焊缝的强度和刚度没有差别正面角焊缝与侧面角焊缝的强度和刚度没有差别595. 焊脚尺寸的大小对于角焊缝的强度没有影响焊脚尺寸的大小对于角焊缝的强度没有影响6.角焊缝都是在角焊缝都是在切应力切应力下破坏的，按切应力计算下破坏的，按切应力计算强度。强度。7. 以焊缝中最小的截面为计算断面（又称危险截以焊缝中最小的截面为计算断面（又称危险截面），角焊缝破断面（计算断面）不在承载面面），角焊缝破断面（计算断面）不在承载面上，而在角焊缝截面最小高度处，其值为上，而在角焊缝截面最小高度处，其值为0.7 K8. 加厚高和少量的熔深对于接头的强度没有影响但加厚高和少量的熔深对于接头的强度没有影响但埋弧自动焊

38、和埋弧自动焊和CO2气保护焊的熔深较大应予考气保护焊的熔深较大应予考虑虑,焊缝最大高度为：焊缝最大高度为：a（KP）cos45 60a=（K+p）COS45当当K8mm，a可取可取K，当当K8mm，P一般可取一般可取3mm61各种焊缝的计算截面各种焊缝的计算截面 (为计算厚度）为计算厚度）62三、静载强度计算三、静载强度计算3.1、对接接头的静载强度、对接接头的静载强度a.对接接头受力分析对接接头受力分析63受拉受拉垂直与焊缝方向垂直与焊缝方向p受压受压垂直与焊缝方向垂直与焊缝方向p受剪切：载荷平行于焊缝方向受剪切：载荷平行于焊缝方向受弯矩作用：平面内受弯矩作用：平面内M1；平面外；平面外M2

39、。1）计算对接接头，不考虑加厚高，计算基本）计算对接接头，不考虑加厚高，计算基本金属强度的公式也适于此种接头。金属强度的公式也适于此种接头。2）焊缝计算长度取实际长度，计算厚度取两）焊缝计算长度取实际长度，计算厚度取两板中较薄者。板中较薄者。 64 受拉伸：受拉伸： 受压：受压： 受剪切：受剪切： 受平面内弯矩受平面内弯矩M1 受平面外弯矩受平面外弯矩M2 65 焊缝受拉伸许用应力；焊缝受拉伸许用应力； P拉伸载荷；拉伸载荷； 焊缝许用压应力；焊缝许用压应力； 焊缝有效长度；焊缝有效长度； 焊缝许用剪应力；焊缝许用剪应力； 剪力。剪力。 由材料力学纯弯曲时梁横截面上的正应力计算公式可知：由材料

40、力学纯弯曲时梁横截面上的正应力计算公式可知： 抗弯截面模量抗弯截面模量 横截面对中性轴的惯性矩横截面对中性轴的惯性矩 ymax 最大正应力点离中性轴的距离最大正应力点离中性轴的距离对于矩形截面：对于矩形截面： h高；高； b宽。宽。 66平面内弯曲平面内弯曲（ ） ， ， ， 所以，所以， 平面外弯曲（平面外弯曲（ ） ， ， ， ；所以所以 67c、斜焊缝的情况斜焊缝的情况 载荷载荷p的法向分量：的法向分量：载荷载荷p的切向分量：的切向分量： 计算折合应力：计算折合应力：其中：其中： 1（板厚）板厚）2 , 为实际长度，存在正为实际长度，存在正应力和切应力，应力和切应力，683.2、搭接接头

41、静载强度的计算、搭接接头静载强度的计算a、受拉，受压搭接接头静载强度计算受拉，受压搭接接头静载强度计算1、正面角焊缝：、正面角焊缝：根据假设条件：角焊缝破断面（计算断面）不根据假设条件：角焊缝破断面（计算断面）不在承载面上，而在角焊缝截面最小高度上。最在承载面上，而在角焊缝截面最小高度上。最小高度值等于焊接三角形高度小高度值等于焊接三角形高度a，a计算高度，计算高度，a0.7k 69侧面角焊缝：侧面角焊缝：联合焊缝：联合焊缝： 正面焊缝长度；正面焊缝长度； 侧面焊缝长度；侧面焊缝长度； 正面侧面焊缝长度；正面侧面焊缝长度； 焊缝有效厚度焊缝有效厚度（0.7K） 70例题例题1将将100mm10

42、0mm的角钢用角焊缝搭接的角钢用角焊缝搭接在一块钢板上，见图在一块钢板上，见图33，受拉伸时要求与角，受拉伸时要求与角钢等强，试计算接头的合理尺寸钢等强，试计算接头的合理尺寸K和和L应是应是多少？多少？71b、受弯矩的搭接接头：以切应力计算、受弯矩的搭接接头：以切应力计算l可以采用的方法有分段法，轴惯性矩计算可以采用的方法有分段法，轴惯性矩计算法，极惯性矩计算法法，极惯性矩计算法1）分段法：）分段法： 根据平衡条件，外力距根据平衡条件，外力距M与侧面焊缝产生的与侧面焊缝产生的内力距内力距MH和正面焊缝产生的内力距和正面焊缝产生的内力距MV之间之间相平衡。相平衡。 即即 M MH + Mv 。

43、7273a焊缝有效厚度（焊缝有效厚度（0.7K）所以，所以， 742) 轴惯性距计算方法轴惯性距计算方法焊缝单位面积的反作用力为：焊缝单位面积的反作用力为：对中性轴的力矩为：对中性轴的力矩为： 与外力矩相平衡的焊缝内力矩为：与外力矩相平衡的焊缝内力矩为：设设 为距中性轴单位长度处的应力值，为距中性轴单位长度处的应力值，则有：则有：7576代入上式得：代入上式得： 焊缝有效截面积对中性轴焊缝有效截面积对中性轴X-X的惯性距的惯性距 = 最大切应力为：最大切应力为： 焊缝有效截面积对焊缝有效截面积对x轴的最大距离。轴的最大距离。77l0LFYY如图一偏心受载的搭接接头，已知焊缝长如图一偏心受载的搭

44、接接头，已知焊缝长h=400h=400mm，l l0 0=100mm=100mm，采用等腰焊缝，焊角尺寸，采用等腰焊缝，焊角尺寸K=10mmK=10mm，外加载，外加载荷荷F=30000N，梁长，梁长L=100cm，焊缝的许用切应力，焊缝的许用切应力=10000N/=10000N/cm2。请判定该焊缝结构是否安全。请判定该焊缝结构是否安全。787980c、双焊缝搭接接头的计算双焊缝搭接接头的计算 双焊缝搭接接头由两条角焊缝焊接而成，双焊缝搭接接头由两条角焊缝焊接而成，分成两类计算分成两类计算1.长焊缝小间距搭接接头：长焊缝小间距搭接接头：l弯曲力矩弯曲力矩MPL产生的剪切应力产生的剪切应力m:

45、l剪力剪力QP产生的剪切应力产生的剪切应力Q: 合成切应力合成切应力81长焊缝小间距搭接接头长焊缝小间距搭接接头 82弯曲力矩弯曲力矩MPL产生的剪切应力为产生的剪切应力为: (方向垂直焊缝轴线）方向垂直焊缝轴线）剪力剪力QP产生的剪切应力为产生的剪切应力为: (方向垂直于焊缝轴线方向垂直于焊缝轴线) 合成剪应力合成剪应力(1)偏心力偏心力 P垂直焊缝垂直焊缝83(2)偏心力偏心力 P/焊缝（力的分析原理同上）焊缝（力的分析原理同上） 方向与焊缝轴线垂直方向与焊缝轴线垂直, 方向与焊缝轴线平行方向与焊缝轴线平行 842.短焊缝大间距时的情况：短焊缝大间距时的情况：(1)偏心力偏心力 P/焊缝时

46、焊缝时图图3-17 短焊缝大间距搭接接头短焊缝大间距搭接接头 85 方向与焊缝轴线平行方向与焊缝轴线平行 方向与焊缝轴线平行方向与焊缝轴线平行所以：所以：简化为：简化为：86(2) 偏心力偏心力 p垂直于焊缝时垂直于焊缝时 方向与焊缝轴线平行方向与焊缝轴线平行 方向与焊缝轴线垂直方向与焊缝轴线垂直所以：所以：简化为：简化为：87d、开槽焊接接头及塞焊接头静载强度计算开槽焊接接头及塞焊接头静载强度计算强度计算：与搭接接头相似，按工作面承受强度计算：与搭接接头相似，按工作面承受切力切力计算，计算，即切力作用于基本金属与焊缝金属接触面上，承载能即切力作用于基本金属与焊缝金属接触面上，承载能力取决于母

47、材与焊缝接触面积大小。力取决于母材与焊缝接触面积大小。S表示有效承载表示有效承载面积面积 开槽焊：开槽焊： 塞焊：塞焊： l此外受焊接方法等因素的影响，故辅之以系数此外受焊接方法等因素的影响，故辅之以系数m (0.7m1.0) ,当槽或孔的可焊性较差时取当槽或孔的可焊性较差时取0.7，可焊，可焊性较好时，熔深较大时取性较好时，熔深较大时取1.0，n是焊点个数是焊点个数88图图3-18 开槽焊接接头开槽焊接接头 893.2、T形接头静载强度的计算形接头静载强度的计算 1、 受拉、压受拉、压 (1) 不开坡口焊接不开坡口焊接 拉拉: 压压:(2) 开坡口焊透开坡口焊透 (按对接接头进行强度计算按对

48、接接头进行强度计算) 90图图3-19 T形接头形接头 P912、 受弯受弯(1)平面内弯曲（平面内弯曲（ ）1) 不开坡口焊接不开坡口焊接2) 载荷载荷P/焊缝轴线焊缝轴线 9293 方向与焊缝轴线垂直方向与焊缝轴线垂直, 方向与焊缝轴方向与焊缝轴线平行线平行 , 所以所以: 3)开坡口焊透开坡口焊透(按对接接头进行强度计算按对接接头进行强度计算) 受纯弯矩受纯弯矩94 P/焊缝焊缝 方向与焊缝轴线垂直方向与焊缝轴线垂直, 方向与焊缝轴线方向与焊缝轴线平行平行 , 所以所以: 95(2)平面外弯曲（平面外弯曲（ M ）1) 不开坡口焊接不开坡口焊接 96图图3-20 弯距垂直于板面时弯距垂直

49、于板面时T形接头形接头 972) 开坡口焊透开坡口焊透(按对接接头进行强度计算按对接接头进行强度计算)3) P垂直垂直焊缝焊缝不开坡口不开坡口98 开坡口焊透开坡口焊透99例题例题3：分析下图构件的焊缝的类型，若要保分析下图构件的焊缝的类型，若要保证结构安全，则焊缝间距有什么要求？若已知证结构安全，则焊缝间距有什么要求？若已知该结构的许用应力该结构的许用应力分别分别16000N为为/cm2和和10000N/ cm2,构件受力构件受力P为为75000N，单条焊单条焊缝长度为缝长度为50mm，板料厚度均为板料厚度均为10mm，试通试通过计算判定其使用时是否安全。过计算判定其使用时是否安全。100例

50、题例题4：如图搭接接头上板厚如图搭接接头上板厚10mm，下板厚，下板厚15mm，已知许用应力，已知许用应力分别为分别为15000N/cm2和和10000N/cm2,构件受力构件受力Q为为60000N，采用等腰，采用等腰角角焊缝。根据焊缝和载荷的几何关系确定搭接焊缝。根据焊缝和载荷的几何关系确定搭接焊缝的类型及单边焊缝长度，并判定该长度下焊缝的类型及单边焊缝长度，并判定该长度下焊缝结构是否合理。焊缝结构是否合理。101答：答：不等厚板搭接接头，角焊缝焊脚尺寸以薄板计不等厚板搭接接头，角焊缝焊脚尺寸以薄板计算，本题中取算，本题中取10mm，焊缝为搭接接头上的侧面角，焊缝为搭接接头上的侧面角焊缝。焊

51、缝。 设单边焊缝长度为设单边焊缝长度为L，搭接焊缝为双缝结构，搭接焊缝为双缝结构，焊缝总长度为焊缝总长度为2L，角焊缝按照许用切应力计算。，角焊缝按照许用切应力计算。则有，则有，计算所得计算所得L至少大于至少大于42.8mm,取整为取整为43mm。 按照规定侧面角焊缝的长度不大于按照规定侧面角焊缝的长度不大于50K，因此，因此根据计算判定，结构合格。根据计算判定，结构合格。102例题例题5：一丁字接头，如下图，已知焊缝金属的：一丁字接头，如下图，已知焊缝金属的许用切应力许用切应力=100MPa，试设计角焊缝的焊，试设计角焊缝的焊角尺寸角尺寸K。103m = m = (3PL)/0.7Kh2已知

52、：已知：P=75kN,L=200mm,h=300mm,代入上式得：代入上式得： m =m =（375000200）/0.7K3002=500/0.7K Q=Q=F/(1.4Kh),将数代入公式：将数代入公式： Q =Q =75000/(1.4K300)=250/(1.4K300) =250/(1.4K) 104105例题例题6：如下图材料为：如下图材料为Q235-A，承受的拉力，承受的拉力F=293kN，角焊缝许用剪切应力，角焊缝许用剪切应力= 100MPa，许用拉应力为，许用拉应力为142MPa,试设计该角焊缝的尺寸试设计该角焊缝的尺寸106解，由公式：解，由公式：已知条件：已知条件：F=2

53、93kN，= 100MPa代入上式得：取取K=6mm，当角焊缝的焊角尺寸为，当角焊缝的焊角尺寸为6mm时，就时，就满足强度要求。满足强度要求。1074 焊缝代号焊缝代号 108 一、焊缝符号的组成与表示一、焊缝符号的组成与表示 为了简化图样，统一焊接施工图上的为了简化图样，统一焊接施工图上的标注代号，国标标注代号，国标GB324-88 GB324-88 规定了焊缝符规定了焊缝符号的表示方法。焊缝符号一般由基本符号号的表示方法。焊缝符号一般由基本符号和引出线组成，必要时可以加上辅助符号、和引出线组成，必要时可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸及数据。补充符号和焊缝尺寸及数据。 1091 1、基本

54、符号基本符号：表示焊缝端面形状的符号。表：表示焊缝端面形状的符号。表1-2 1-2 所示为常用焊缝的基本符号。所示为常用焊缝的基本符号。2 2、辅助符号辅助符号： 表示对焊缝有辅助要求的符表示对焊缝有辅助要求的符号，如表示焊缝表面形状特征和对焊缝布号，如表示焊缝表面形状特征和对焊缝布置有要求的符号。如表置有要求的符号。如表1-2 1-2 所示。当不需所示。当不需要确切说明焊缝的表面形状时，可以不用要确切说明焊缝的表面形状时，可以不用辅助符号。辅助符号。 1101111123 3、补充符号补充符号：为了补充说明焊缝某些特征而为了补充说明焊缝某些特征而采用的符号采用的符号4 4、焊缝尺寸符号焊缝尺

55、寸符号：用来代表焊缝的尺寸要求，用来代表焊缝的尺寸要求，当需要注明尺寸要求时才标注。表当需要注明尺寸要求时才标注。表1-31-3所所示为常用焊缝的焊缝尺寸符号。示为常用焊缝的焊缝尺寸符号。1131145 5、引出线引出线：由箭头线和基准线组成，箭头指向焊缝：由箭头线和基准线组成，箭头指向焊缝处，基准线由两条互相平行的细实线和虚线组成。处，基准线由两条互相平行的细实线和虚线组成。当需要时，可在基准线的末端加一尾部，说明焊当需要时，可在基准线的末端加一尾部，说明焊接方法或相同焊缝数目等。接方法或相同焊缝数目等。115二、焊缝符号应用实例二、焊缝符号应用实例1 1、对接接头、对接接头 表示此焊接结构

56、表示此焊接结构采用带钝边的采用带钝边的V V形对接焊缝，坡形对接焊缝，坡口角度为口角度为，根，根部间隙为部间隙为b b，钝，钝边高度为边高度为p p，环，环绕工件周围施焊绕工件周围施焊1162 2、T T型接头型接头 表示表示T T型接头采用对称断续角焊缝。其中型接头采用对称断续角焊缝。其中n n表示表示焊缝段数，焊缝段数，l l表示每段焊缝长度，表示每段焊缝长度，e e为焊缝段的为焊缝段的间距，间距，K K表示焊角尺寸。表示焊角尺寸。 1173、角接接头角接接头采用双角接接头采用双面焊缝。接头上面焊缝。接头上侧为带钝边单边侧为带钝边单边V V型焊缝，坡口角型焊缝，坡口角度为度为，根部间，根部间隙为隙为b b，钝边高度，钝边高度为为p p； 接头下侧接头下侧为角焊缝，焊缝为角焊缝，焊缝表面凹陷，焊角表面凹陷，焊角尺寸为尺寸为K K。118