第5章焊接接头.ppt

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1、第5章 焊接接头,5.1 焊接接头的一般性能 5.2 焊接接头的工作应力分布和工作性能 5.3 焊接接头静载强度计算,在焊件需连接的部位，用焊接方法制造而成的接头称为焊接接头，一般简称接头。焊接接头本身的力学性能不均匀、焊接接头部位所受工作应力分布不均匀，是造成接头破坏的主要原因。,焊接接头由焊缝金属、熔合区、热影响区组成,熔焊焊接接头的组成 对接接头的断面图 搭接接头的断面图,5.1 焊接接头的一般性能,一、 焊接接头的基本概念,影响焊接接头性能的主要因素,残余应力,组织成分不同,焊趾及咬边,热影响区,焊缝金属,缺陷：裂纹、未焊透、气孔、夹渣,裂纹、脆化,应力集中,角变形,错边,错边,应力集

2、中,二、 焊接接头的不均匀性及其力学行为,粗晶区出现强硬度高的原因主要受冷却速度的影响,延性的降低与钢材的含碳量和热循环时产生的马氏体多少有关. T=1200-AC3 ,全部为奥氏体,加热速度快,高温停留短,晶粒细小.强度好,延性高. T=900-700 ,部分为奥氏体,冷却后为粗细不匀的组织.,脆化区位置和范围主要与母材组织成分和焊接热输入有关. 一般焊接热输入越大,高温时间越长,则越容易因晶粒粗大而导致韧性降低.韧性最低是在熔合区上.,热塑性脆化: 在400-200内发生的热塑性变形所引起的延性、韧性下降. 该区称为蓝脆区。 蓝脆区特点：强度稍有提高，而延性、韧性明显降低。 热循环的热应力

3、使近缝区产生热塑性变形，则其力学性能发生变化。 焊接接头经受一次热循环，它的延性变形量不大，韧性下降不明显，但多层焊或焊接带有刻槽的焊件时，缺口附近要经历相当大的塑性变形。,焊缝金属的性能与焊接热输入有关，主要表现有二： 1）用较小的热输入进行单层焊时，冷却速度大，焊缝金属组织细化，焊缝金属变硬，强度升高。 2）增加焊接热输入、提高层间预热温度对高强度钢施焊，焊缝强度与韧性有明显下降，主要是因为焊前增加预热，冷速减慢，焊缝金属组织粗大。,三、焊缝及焊接接头的基本形式,对接焊缝 角焊缝,焊缝的形式应根据焊件的厚度、工作条件、受力情况等因素进行选择。 焊缝是构成焊接接头的主体部分，对接焊缝和角焊缝

4、是焊缝的基本形式。,对接焊缝,坡口角度的大小与板厚和焊接方法有关，其作用是使电弧能深入根部使根部焊透。坡口角度越大，焊缝金属量越多，焊接变形也会增大，一般坡口角度选60左右。 采用根部间隙是为了保证焊缝根部能焊透，一般情况下，坡口角度小，需要同时增加根部间隙；根部间隙较大时，又容易烧穿，为此，需要采用钝边防止烧穿。根部间隙过大时，还需要加垫板。,对接焊缝的典型坡口形式,对接焊缝开坡口的根本目的，是为了确保接头质量，同时也从经济效益考虑。坡口形式的选择取决于板材厚度、焊接方法和工艺过程。 通常必须考虑以下几个方面。 1）可焊性和便于施焊。这是选择坡口形式的重要依据之一，也是保证焊接质量的前提。

5、2）降低焊接材料的消耗量。 3）坡口易加工 V形和X形坡口可用气割或等离子弧切割，亦可用机械切削加工。对于U形或双U形坡口，一般需用刨边机加工。在圆筒体上应尽量少开坡口，因其加工困难。 4）减少或控制焊接变形 采用不适当的坡口形状容易产生较大的变形。,角焊缝,角焊缝按其截面形状可分为平角焊缝、凹角焊缝、凸角焊缝和不等焊脚角焊缝。 各种截面形状角焊缝的承载能力与载荷性质有关。静载时，如母材金属塑性良好，则角焊缝的截面形状对承载能力没有明显影响；动载时，凹角焊缝比平角焊缝的承载能力高，凸角焊缝的承载能力最低。不等腰角焊缝，长边平行于载荷方向时，承受动载效果好。,角焊缝截面形状及其计算断面,四、焊接

6、接头的基本形式,对接接头：两焊件表面构成大于或等于135 、小于或等于180夹角，即两板件相对端面焊接而形成的接头。 对接接头从强度角度看是比较理想的接头形式，也是广泛应用的接头形式之一。常见的对接接头的焊缝轴线与载荷方向相垂直，也有少数与载荷方向成斜角的斜焊缝对接接头。,F,F,对接接头 斜缝对接接头,搭接接头,两板件部分重叠起来进行焊接所形成的接头称为搭接接头。 搭接接头的应力分布不均匀，疲劳强度较低，不是理想的接头形式。但由于焊前准备及装配工作较为简单，故多用于受力较小且不要求密封性的结构中。 搭接接头中，最常见的是角焊缝组成的搭接接头，一般用于12mm 以下的钢板焊接。除此之外，还有开

7、槽焊、塞焊、锯齿状搭接等多种形式。,开槽焊搭接接头,F,F,开槽焊搭接接头，先将被连接件加工成槽形孔，然后用焊缝金属填满该槽，开槽焊焊缝断面为矩形，其宽度为被连接件厚度的二倍，开槽长度应比搭接长度稍短一些。,2,塞焊接头,塞焊接是在被连接的钢板上钻孔，用来代替开槽焊的槽形孔，用焊缝金属将孔填满使两板连接起来。当被连接板厚小于5mm时，可以采用大功率的埋弧焊或CO2气体保护焊直接将钢板熔透而不必钻孔。,F,F,T形（十字）接头,T形接头是典型的电弧焊接头，能承受各种方向的力和力矩，这类接头应避免采用单面角焊缝，因为这种接头的根部有很深的缺口，其承载能力低。,T形接头的承载能力,Fy,Fx,M,F

8、y,Fz,Fx,M,角接接头,两板件端面构成30135夹角的焊接接头称作角接接头，角接接头多用于箱形构件。,五、焊缝及接头形式的表示方法,（3）焊接接头在图样上的表示方法,1）焊缝的表示方法,2）焊缝符号和焊接方法代号的标注方法,3）焊接接头的简化标注方法,返回,5.2 焊接接头工作应力分布和工作性能,一、 应力集中的概念,返回,对接接头的应力集中主要由余高引起的，且主要出现在焊趾处。应力集中系数的大小取决于,中系数增大。,余高与过渡半径与KT的关系,余高对应力集中的影响,由余高带来的应力集中，对动载结构的疲劳强度是十分不利的，所以此时要求它越小越好。 国家标准规定：在承受动载荷情况下，焊接接

9、头的焊缝余高应趋于零。 因此，对重要的动载结构，可采用削平余高或增大过渡圆弧的措施来降低应力集中，以提高接头的疲劳强度。,返回,5.3 焊接接头静载强度计算,返回,一.工作焊缝和联系焊缝,工作焊缝:焊缝与被连接的元件是串联的,它承担着传递全部载荷的作用,焊缝一旦断裂,结构就会立即失效. 联系焊缝:焊缝与被连接的元件是并联的,它仅传递很小的载荷,主要起元件之间相互联系的作用,焊缝一旦断裂,结构不会立即失效. 在结构设计时无需计算联系焊缝的强度,只需计算工作焊缝的强度.,工作焊缝和联系焊缝,焊接接头的设计要点,应尽量使接头形式简单,结构连续,且不设在最大 应力作用截面上. 要特别重视角焊缝的设计,

10、不宜选择过大的焊脚. 尽量避免在厚度(Z向)方向传递力. 接头的设计要便于制造和检验. 一般不考虑残余应力对接头强度的影响.,二.焊接接头强度计算的假设,残余应力对接头强度没有影响. 焊趾处和余高处的应力集中对接头强度无影响. 接头的工作应力是均布的,以平均应力计算. 正面角焊缝与侧面角焊缝的强度没有差别. 焊脚尺寸的大小对角焊缝的强度没有影响. 角焊缝都是在切应力的作用下破坏,按切应力计算其强度.,在静载条件下为了计算方便常作如下假设:,7)角焊缝的破断面在角焊缝截面的最小高度上,其值等于内接三角形高. 8)余高和少量的熔深对接头的强度没有影响,但是,在采用熔深较大的埋弧焊和CO2气体保护焊

11、时,应给予考虑,角焊缝计算断面高度a为:,a=(K+p)cos45 当K8mm时,可取a等于K; 当 K8mm时,可取p=3mm.,三.电弧焊接头的静载强度计算,电弧焊接头静载强度计算的一般表达式为:,或,式中,为平均工作应力; 为焊缝的许用应力.,1.对接接头的静载强度计算,不考虑焊缝余高 焊缝长度取实际长度 计算厚度取两板中较薄者 如果焊缝的许用应力与基本金属的相等,则不必进行强度计算,对接接头进行强度计算时,对接接头受力情况,Fs为切力 M1为平面内弯矩 M2为垂直平面的弯矩,(1)受拉或受压对接接头,受拉时,受压时,式中 F接头所受的拉力或压力（N）； L焊缝长度（mm）； 1接头中较

12、薄板的厚度（mm）； t p接头受拉或受压时焊缝中所承受的工作应力（MPa）； t焊缝受拉或受弯时的许用应力（MPa）； p焊缝受压时的许用应力（MPa）；,例题,例1 两块板厚为5mm、宽为500mm的钢板对接，两端受28400N的拉力，材料为Q235A钢，t142MPa，试校核其焊缝强度。 解: 已知F=28400N，L=500mm， =5mm，t142MPa，代入式（2-1）得,所以该对接接头焊缝强度满足要求，结构工作时是安全的。,(2)受剪切对接接头,式中 Q接头所受的切力（N）； L焊缝长度（mm）； 1接头中较薄板的厚度（mm）； 接头焊缝中所承受的切应力（MPa）； 焊缝许用切应

13、力（MPa）；,例题,例2 两块板厚为10mm的钢板对接，焊缝受29300N的切力，材料为Q235A钢，试设计焊缝的长度（钢板宽度）。 解 由公式(3-2)可得 由已知条件知Q=29300N，=10mm；由表2-3中查得98MPa，代入上式得,取L=32mm, 即当焊缝长度为32mm时,强度满足要求.,四、 焊缝许用应力,确定焊缝的许用应力有两种方法。 第一种方法，按基本金属的许用应力乘以一个系数，确定焊缝的许用应力。这个系数主要是根据所用焊接方法和焊接材料而确定。若用一般焊条和手工焊成的焊缝，应采用较低的系数，用低氢型焊条或机械化焊焊成的焊缝，采用较高的系数。 第二种方法，采用已经规定的具体数值，这种方法多为某种产品行业所用。为了本行业的方便和技术上的统一，常根据产品的特点、工作条件、所用材料、工艺过程和质量检验方法等，制定出相应的焊缝许用应力的具体数值。,五、 焊接接头的设计原则,1、 焊接接头设计的一般原则,2、 常用焊接接头设计的注意事项,返回,