null3.3角焊缝连接的构造和计算
3.3.1 角焊缝的截面形式和强度3.3角焊缝连接的构造和计算
3.3.1 角焊缝的截面形式和强度角焊缝按截面形式可分为:直角角焊缝(普通、平坡、深熔焊缝)和斜角角焊缝。除管结构外,夹角大于135°或小于60°的斜角角焊缝不宜用作受力焊缝。
承受动力荷载的连接中,宜采用平坡或深熔焊缝 3.3.1 角焊缝的截面形式和强度2)端焊缝受力复杂,其各面均存在正应力和剪应力,且焊根处存在严重的应力集中,塑性差,但强度高(是侧焊缝强度的1.35~1.55倍)。强度分析:试验证明:
1) 侧焊缝以45°最小截面破坏居多,主要承受剪应力,其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。但塑性好,应力可重分布,因此在届临塑性工作阶段,其应力分布的不均匀现象渐趋缓和。3.3.1 角焊缝的截面形式和强度3.3.1 角焊缝的截面形式和强度3)斜焊缝受力性能和强度介于侧焊缝和端焊缝之间。
规范
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规定:在焊缝计算时以侧焊缝强度( )为基准3.3.1 角焊缝的截面形式和强度3.3.2 角焊缝的构造要求3.3.2 角焊缝的构造要求一 对焊脚尺寸 要求:
其中 最小焊脚尺寸: , —较厚板件的厚度。
注意:若 , 取 ;
对自动焊,取 ;
对T形单面焊,取 。
原因:焊脚尺寸过小,焊缝因冷却过快而产生裂缝,不易焊透,为了保证焊缝的最小承载能力。 3.3.2 角焊缝的构造要求3.3.2 角焊缝的构造要求最大焊脚尺寸: , —较薄板件的厚度。
注意:对于贴着板边焊
当t≤6mm时,
当t>6mm时,
原因:以避免焊缝穿透较薄的焊件,而且焊缝冷却收缩将产生较大的焊接残余变形。 3.3.2 角焊缝的构造要求二 对焊缝计算长度 要求:
其中 焊缝最大计算长度: (静荷)
(动荷)
原因:侧缝应力沿长度分布不均匀,两端较中间大,焊缝越长其差别也越大,太长时侧缝两端应力可先达到极限而破坏,此时焊缝中部还未充分发挥其承载力,这种应力分布的不均匀性,对承受动力荷载的构件更加不利。超过部分在计算中不予考虑。
若内力沿角焊缝全长分布,则计算长度不受此限。
焊缝最小计算长度: 且
原因:长度过小会使杆件局部加热严重,且起弧、落弧坑相距太近,加上一些可能产生的缺陷,使焊缝不够可靠。
焊缝计算长度:每条实际长度减去2hf3.3.2 角焊缝的构造要求null三 对绕角焊的要求
当角焊缝的端部在构件转角处时,必须连续地作长度为 2 的绕角焊。
四 对搭接长度的要求
在搭接连接中,当仅采用正面角焊缝时,其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍,并不得小于25mm。
五 对仅用两条侧面角焊缝连接时的要求
当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时,每条侧面角焊缝长度l不宜小于两侧面角焊缝之间的距离b;同时b不宜大于16t(当t>12mm)或200mm(当t≤12mm),t为较薄焊件的厚度。不满足此规定时,应加焊正面角焊缝,或加槽焊或加电铆钉。
3.3.2 角焊缝的构造要求null3.3.2 角焊缝的构造要求3.3.3 直角角焊缝的计算3.3.3 直角角焊缝的计算一 基本假定
1)所有角焊缝只承受剪应力,其强度设计值为
2)焊缝计算截面为45°最小截面,有效高度
面积为 。
二 基本计算公式
焊缝承受Nx、Ny,在有效截面上产生的应力
可分解为三个方向应力,
即σ 、τ 、τ∥3.3 角焊缝连接的构造和计算为了便于计算,不计诸力的偏心作用,并认为有效截面上诸应力都是均匀分布的。为了便于计算,不计诸力的偏心作用,并认为有效截面上诸应力都是均匀分布的。3.3.3 直角角焊缝的计算3.3.3 直角角焊缝的计算3.3.3 直角角焊缝的计算二 基本计算公式
如只有Ny,则
其中: ——端焊缝受力总和;
——侧焊缝受力总和;
——端焊缝强度提高系数,静载时为1.22,动载时为1.0。斜焊缝为3.3.3 直角角焊缝的计算三 几种典型的焊缝受力分析
(1)焊缝受轴心拉力(盖板连接的端焊缝)
(2)焊缝受轴心剪力(盖板连接的侧焊缝)
焊缝计算长度:每条实际长度减去2hf3.3.3 直角角焊缝的计算null(3)角钢连接焊缝的计算
角钢连接焊缝一般可采用两面侧焊,也可采用三面围焊或L形焊。其计算方法如下:
角钢连接肢背、肢尖焊缝的内力分配系数:0.70.650.750.30.350.253.3.3 直角角焊缝的计算null两面侧焊:
三面围焊:
L形焊:3.3.3 直角角焊缝的计算3.3.3 直角角焊缝的计算(4)焊缝受轴心拉力和轴心剪力共同作用
3.3.3 直角角焊缝的计算null(5)焊缝受弯矩作用
(6)焊缝偏心受剪
3.3.3 直角角焊缝的计算null(7)焊缝受N 、M 、V 联合作用
3.3.3 直角角焊缝的计算null(8)焊缝受扭矩作用3.3.3 直角角焊缝的计算null(9)围焊缝受偏心剪力——扭矩+剪力
3.3.3 直角角焊缝的计算null四 计算步骤
1)求出同一平面焊缝群的形心;
2)将荷载向形心简化,找出最不利位置;
3)分别求出各荷载分量在最不利位置产生的应力;
4)区分侧焊缝受力与端焊缝受力,视荷载种类(静荷或动荷)代入公式,进行计算。3.3.3 直角角焊缝的计算 3.3.4 斜角角焊缝的计算
斜角角焊缝一般用于腹板倾斜的T形接头,采用与直角角焊缝相同的计算公式进行计算,但一律 。 3.3.4 斜角角焊缝的计算
斜角角焊缝一般用于腹板倾斜的T形接头,采用与直角角焊缝相同的计算公式进行计算,但一律 。3.4 对接焊缝连接的构造和计算
3.4.1 对接焊缝的构造3.4 对接焊缝连接的构造和计算
3.4.1 对接焊缝的构造一 对接焊缝的坡口形式
对接焊缝的坡口形式与焊件的厚度有关,一般可分为:
I型(垂直坡口,适于厚度很小的焊件);
V型、单面V型(适于一般厚度的焊件);
U型、单面U型、X型、K型(适于较厚的焊件)。3.4.1 对接焊缝的构造二. 引弧板
在焊缝的起灭弧处,为消除其焊接缺陷,施焊时需设置引弧板。当不便设置引弧板时,计算中每条焊缝的计算长度取实际长度减2t(t为较薄构件的厚度)。
三. 对不同宽度或不同厚度的要求
对不同宽度或不同厚度(相差4mm以上)的焊件,为使截面过渡和缓,减小应力集中,要求坡度不大于1:2.53.4.1 对接焊缝的构造3.4.2 对接焊缝的计算3.4.2 对接焊缝的计算 对接焊缝分焊透和部分焊透两种。
3.4.2.1 焊透的对接焊缝的计算
由于对接焊缝是焊件截面的组成部分,焊缝中的应力分布
情况基本上与焊件原来的情况相同。所以,对接焊缝的强度
计算方法与构件截面强度计算相同。
1.轴心受拉(压)
式中 ——对接连接中较小的厚度,忽略焊缝起鼓;
——对接焊缝抗拉强度;
——对接焊缝抗压强度;
——焊缝的计算长度(实际长度减去2t),若加引弧板,则焊缝的计算长度即为板宽。3.4.2 对接焊缝的计算因此通过一、二级检验的对接焊缝
的强度可以认为与母材等强度,连
接不必验算;而仅通过三级检验的
焊缝, ,需要如上验算。
若经验算强度不够,可采用斜焊缝;当a/b≤1.5时,可以不验算。
2.弯剪共同作用
受拉区腹板与翼缘的交界处
其中3.4.2 对接焊缝的计算3.4.2 对接焊缝的计算 部分焊透的对接焊缝的强度计算,应按直角角焊缝的计算方法进行,但取 =1.0。其有效厚度的确定方法见教材。 3.4.2.2 部分焊透的对接焊缝
当受力很小,焊缝主要起联系作用;或焊缝受力虽然较大,但采用焊透的对接焊缝将使强度不能充分发挥时,可采用不焊透的对接焊缝。比如用四块较厚的板焊成箱形截面的轴心受压构件,显然用图 (a)所示的焊透对接焊缝是不必要的;如采用角焊缝 (b),外形又不平整;采用不焊透的对接焊缝(c),可以省工省问,较为美观大方。3.4.2 对接焊缝的计算3.5 焊接残余应力和残余变形3.5 焊接残余应力和残余变形3.5.1 焊接残余应力
1.成因: 由于不均匀分布的温度场,同时存在局部高温,加上纤维间的相互约束,便产生了焊接残余应力。由于约束程度不同,一部分残余应力会以残余变形的形式释放出来。2. 特点: 自相平衡力系。
3. 分类: 可分纵向焊接残余应力、横向焊接残余应力和厚度方向焊接残余应力。3.5.1焊接残余应力3.5.1焊接残余应力(1)纵向焊接残余应力
焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时,焊件上产生不均匀的温度场,焊缝及附近温度最高,达1600℃以上,其邻近区域则温度急剧下降。
不均匀的温度场产生不均匀的膨胀,高温处的钢材膨胀最大,但受到两侧温度较低、膨胀较小的钢材的限制,产生了热状态塑性压缩。焊缝冷却时,被塑性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短,这种缩短变形受到两侧钢材的限制,使焊缝区产生纵向拉应力。在低碳钢和低合金钢中,这种拉应力经常会达到钢材的屈服强度。 3.5.1 焊接残余应力3.5.1 焊接残余应力(2)横向焊接残余应力
横向残余应力产生的原因有二:一是由于焊缝纵向收缩,两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形,但实际上焊缝将两块钢板连成整体,不能分开,于是在焊缝中部产生横向拉应力,而在两端产生横向压应力。二是焊缝在施焊过程中,先后冷却的时间不同,先焊的焊缝已经凝固,且具有一定的强度,会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀,使其发生横向的塑性压缩变形。当先焊部分冷却时,中间焊缝部分逐渐冷却,后焊部分开始冷却。后焊焊缝的收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力,同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。由杠杆原理知,横向残余应力分布。
(3)厚度方向焊接残余应力3.5.2 焊接残余应力对构件工作的影响 3.5.2 焊接残余应力对构件工作的影响 1.对强度无影响
2.降低构件的刚度
3.降低构件的稳定承载力
由于刚度降低,有效截面减小,过早地进入弹塑性区,弹性模量降低,所以稳定承载力降低( )
4.降低构件的疲劳强度
残余应力的存在,加快了疲劳裂纹的开展速度 (双向三向拉力场),因此,疲劳强度降低。
5.加剧低温冷脆
材料在低温下呈脆性,焊接残余应力的同号拉力场会阻碍材料塑性的发展,加重了脆性因素。null 3.5.3 焊接残余变形对构件工作的影响 纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等 。T形连接焊接变形、薄板焊接翘曲变形、垂直连接焊接变形、对接焊缝构件变形、工字型截面焊接变形( 顺序错误、顺序正确)、焊缝厚度方向收缩变形。
1.构件不平整,安装困难,且产生附加应力;
2.变轴心受压构件为偏心受压构件。null1.设计方面
(1)采用细长,不采用短粗的焊缝;
(2)对称布置焊缝,减小变形;
(3)不等高连接加不大于1/4的斜坡,减小应力集中;
(4)尽量防止锐角连接
(5)焊缝不宜过于集中,不要出现三向交叉焊缝
(6)注意施焊方便,以保证焊接质量。3.5.4 减小焊接残余应力和变形的措施null2.制造方面
(1)焊件预热法;
(2)锤击法; 减小残余应力
(3)退火法;
(4)反变形法;
(5)合理施焊次序; 减小残余变形
(6)局部加热法。3.5.4 减小焊接残余应力和变形的措施