4.6-4.13钢结构的焊缝连接.ppt

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1、4.6直角角焊缝的受力性能 NN N N 正面角焊缝 侧面角焊缝 一.角焊缝 如下图所示搭接接头中，焊缝轴线与板件受力方向一 致时称为侧面角焊缝；焊缝轴线与板件受力方向垂直 时称为正面角焊缝。 角焊缝可用于搭 接接头、T形接 头、角形接头、 十字形接头。 媳 侈 图 枣 疡 渗 旨 胸 磅 啄 僵 币 敝 淋 图 寝 刻 算 僚 却 揪 羹 锰 殃 敦 慨 练 意 抵 劝 壹 霸 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 1.直角角焊缝 角焊缝的截面形状如图所示。 两焊脚间的夹角为直角时称为 直角角焊缝。 等

2、焊脚直角角焊缝不等焊脚直角角焊缝 凹面直角角焊缝 湖 菩 签 盾 魂 雹 鹰 弊 娃 庐 运 腑 叁 球 问 涧 嫁 托 岳 乏 凌 疫 凤 些 扭 链 旭 身 先 淤 募 茵 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 2.斜角角焊缝 对于135o或 60o斜角角焊缝 ,除钢管结构外,不 宜用作受力焊缝。 当60o135o时 ，按受力焊缝计算 。 两焊脚的夹角将不 是直角。 咙 潭 家 是 虑 坍 窃 臻 废 芥 碍 核 镑 拖 磷 怒 印 沟 地 息 荆 颓 敌 付 芦 粒 脂 鸭 谈 概 媳 拄 4 .

3、6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 3.辅助连接焊缝 塞焊缝、槽焊缝和点焊缝。 易 贺 煎 韶 叹 魁 狂 夹 绦 翱 狄 堕 而 聂 酒 覆 豺 胖 痕 早 吗 驾 务 则 珍 思 盾 屠 牢 琅 歌 咕 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 二.直角角焊缝的受力分析 吵 砸 肩 龚 群 医 敢 熬 拜 州 跳 吧 档 堕 秆 陪 叁 耪 张 撇 仑 缩 紊 呆 芦 咀 凶 潜 断 咯 俏 莹 4 . 6 - 4 . 1

4、 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 1.侧面角焊缝 试验表明侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较 低，塑性性能较好。因外力通过焊缝时发生弯折，故 剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw/hf 越大剪应力分布越不均匀。 A.应力分析 N lw N 剪应力f 童 硕 炙 拒 抽 冬 宫 殊 春 缉 耳 婴 磕 克 资 渠 藤 钝 腕 寓 玩 氓 劳 榨 砚 捉 冯 贞 恨 沿 谗 哨 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 板件2 板件1

5、B.破坏形式 繁 儡 证 侄 炯 饺 埋 洒 晾 冉 霉 婿 誓 鲸 笨 枕 丑 曳 步 踌 丸 拄 卵 狡 摈 垫 祭 傣 拘 肿 属 筏 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 2.正面角焊缝 A.应力分析 正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差，但 强度较高，与侧面角焊缝相比可高出1/3左右。 疽 甲 茁 耶 鬼 棋 圾 炉 阐 爆 冻 蔫 晰 釉 叫 叼 区 坯 风 肋 病 眯 闻 壬 察 陪 薛 爷 闭 校 每 绣 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 -

6、 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 B.破坏形式 虽 睹 坑 纸 琶 舶 獭 茁 剿 迷 浊 紫 才 榆 张 峰 搁 啸 垢 毖 讯 锻 走 粒 剖 摔 压 透 洼 弧 煽 警 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4.7 直角角焊缝的强度计算 一.基本假定 焊脚 根部 焊趾 熔深 有效截面 余高 有效厚 度he hf hf 等边直角角焊缝的各部 分名称 1.采用沿45方向的焊缝截 面为计算时的破坏面。 2.角焊缝的抗拉、抗压和抗 剪强度设计值，我国设计规 范中取相同数值并记作 3.在通过焊

7、缝形心的拉力、 压力和剪力作用下，假定沿 焊缝长度的应力是均匀分布 的。 妨 著 氟 旦 傈 嚏 貉 琶 镇 蚕 水 御 爸 钾 栅 倚 摇 惠 脱 掩 毁 锐 毗 壮 带 查 后 楼 立 在 烧 蹬 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 闯 庸 刽 缮 疤 藩 扭 竣 谦 芒 知 糊 哦 枫 欠 租 露 瘟 翠 值 卉 坞 寺 那 弱 把 铂 馈 睁 獭 索 殃 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 二.直角角焊缝

8、的强度计算公式 1. 通常认为直角角焊缝是以 45方向的最小截面(即有效 厚度与焊缝计算长度的乘积) 作为有效截面或称计算截面 。作用于焊缝有效截面上的 应力如图所示。 滤 山 互 则 倒 塘 教 疾 剃 炽 竿 世 戌 来 包 拿 消 嫉 痰 底 庄 卷 咖 饰 怯 击 循 掐 辖 糜 摄 野 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 2. 根据假定可知，焊缝在有效截面处破坏，各应力 分量满足折算应力。 3.直角角焊缝强度计算公式 角焊缝受斜向轴心力N（互相垂直 的分量为Nx、Ny）的作用。Ny在 焊缝有效

9、截面上引起垂直于一个 直角边的应力f 。 N Ny Nx N Ny Nx 吐 拍 旦 孪 恃 胎 瘩 甄 橱 忍 速 胚 坷 燎 特 栈 即 播 幕 窖 搽 嚎 酪 峪 炬 铃 称 卯 畜 阻 圣 惜 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 f = f he lw 45O45O hf 鞘 汪 硝 疙 签 旷 酱 候 料 饼 荡 孵 枉 篙 挥 遥 俺 忘 巍 低 能 怠 白 汹 痊 景 半 阅 吼 扼 首 磨 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢

10、 结 构 的 焊 缝 连 接 N Ny Nx N Ny Nx 姑 赢 录 成 街 卵 脖 赢 蹿 卑 垛 暗 好 跳 押 轩 椽 屋 宿 悼 冰 惺 角 绩 眨 围 怕 釉 具 营 前 权 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 窝 利 拦 撂 裸 档 又 玉 避 阻 逆 跨 傅 唬 悉 悟 芥 祟 奥 殊 墙 瑞 高 孰 息 铲 冯 疲 崔 统 智 巳 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 为什么？ 趾 盈 应 裔

11、缀 傅 嫡 旁 葡 归 组 擞 掇 搪 忍 瘫 炔 御 闲 枣 赌 瞩 屏 诱 闯 赏 饿 廉 橇 椎 较 惭 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4.8 角焊缝的构造要求 角焊缝的尺寸包括焊脚尺寸和焊缝计算长度。 角焊缝的设计计算应满足强度要求和构造要求。 1.焊脚尺寸hf (1)最小焊脚尺寸 焊脚尺寸过小，焊缝冷却过快产生淬硬组织，焊缝变脆。 匹 曲 守 膝 切 荣 殃 诸 委 谷 懈 颁 玩 旧 培 窟 际 揭 矽 佑 镭 舆 硷 豁 刊 鲁 恨 司 斌 给 沽 啮 4 . 6 - 4 . 1 3

12、 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 (2)最大焊脚尺寸 焊脚尺寸过大，可能造成焊件“过烧”或被烧穿。焊缝过 大，冷却时收缩变形也就加大。 带 黄 潦 差 衡 锥 玖 丽 劣 材 赋 垒 微 皿 旺 姬 颤 琶 鹏 绝 齿 哉 仕 轴 陆 冕 画 眺 呸 嗜 植 尘 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 2.焊缝的计算长度 (1)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 、落弧点相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故

13、 为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定： (2)侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性工作阶段有效截面上的剪应力沿长度方 向分布不均匀。焊缝长度越大，不均匀程度越高。 注： 1、当大于以上值时，超过部分在计算时不予考虑； 2、当内力沿侧面角焊缝全长分布时，不受上式限制。 盔 杜 肖 菊 冬 颊 吼 谆 察 郎 纶 哮 黑 阳 国 尊 期 跺 蛔 由 狰 陌 旬 枢 事 警 屋 殃 刀 床 肺 级 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 3.断续角焊缝的相关规定 在次要构件或者次要角焊缝连接中可采用断续角

14、焊缝。 4.板件端部仅用2条侧面角焊缝连接时，每条侧面角 焊缝的长度不宜小于两侧面角焊缝之间的距离。 两侧面角焊缝之间的距离不宜大于16t（t12mm时） 或200mm （t12mm时），t为较薄焊件的厚度。 不满足这些要求时，除了设置 侧面角焊缝外，还可以另加正 面角焊缝或槽焊缝或点焊缝。 登 总 烁 拔 札 糜 弛 船 职 隔 穷 傣 闻 铅 骡 顾 燃 比 叠 灼 襟 龟 毒 艘 谍 耿 荷 删 哗 越 竖 暗 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 5.搭接连接中，搭接长度的确定。 l 6.直接承受

15、动力荷载的结构，正面角焊缝宜采用1:1.5 的不等焊脚角焊缝。侧面角焊缝仍可采用1：1等焊脚 角焊缝。为了减小接头处的应力集中程度，角焊缝的 表面宜为直线形或凹形。 hf 1.5hf 亭 噪 青 作 峨 陪 抢 问 甩 胀 碌 凡 输 郸 斥 纹 尧 鲍 旷 账 案 盐 峪 旺 继 荣 霸 斡 益 刁 砒 油 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4.9 直角角焊缝连接的计算 1.轴心力（拉力、压力和剪 力）作用下角焊缝的计算 如图所示，通过焊缝重心作用一轴向 力N，轴向力与焊缝长度方向夹角为 。 爱 抑

16、 嫁 察 次 麓 锯 诲 撞 哇 嘲 拷 盒 恨 围 鸳 灸 络 帛 蛇 漓 糜 吃 动 燎 恿 泛 框 握 检 狼 饱 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 破 瑶 褂 曙 脓 讣 曙 镐 僵 噶 分 营 渍 紫 佯 湖 问 粥 税 增 违 檄 暴 拂 截 戮 搞 摇 溺 拜 骗 走 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 械 哦 以 北 芳 黔 午 滨 困 饭 窥 夕 躯 儿 逗 拒 博 筋 泣 标 萍 钓 村 龟

17、 酞 刮 斟 捡 镣 肾 咯 蚌 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 2.轴心力作用下，角钢与其他构件连接的角焊缝计算 N e1 e2 b N1 N2 xx lw1 lw2 (1)用侧面角焊缝连接 轴心力N通过角钢截面形心， 肢背焊缝和肢尖焊缝到形心的 距离e1e2；设肢背焊缝受力 为N1，肢尖焊缝受力为N2。根 据平衡条件： 怔 侧 赖 缴 捌 拴 恤 镇 棠 功 膀 肆 瓮 咯 江 客 欢 直 收 疚 雾 掠 倍 庇 砰 发 淫 莹 轰 扎 懈 丑 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊

18、 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 暗 胸 澡 赴 扮 即 慨 加 榴 耪 漳 衫 紧 赠 是 市 特 彭 朗 汝 疲 转 舍 双 烂 柠 逃 折 峭 海 压 内 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 N e1 e2 b N1 N2 xx N3 lw1 lw2 (2)采用三面围焊连接 计算时先选定正面角焊缝的焊脚尺 寸hf3，并算出它所能承受的内力： 畴 秒 认 逮 硅 昨 恳 宿 胳 呕 逾 胁 述 郭 坟 战 呐 榜 肤 啮 寡 旺 拧 恭 馅 啸 投 唐 准

19、 点 翰 休 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 N e1 e2 b N1 xx N3 lw1 (3)采用L形角焊缝连接 N2=0 按照（4-21a）求的N3后， 可得： N1=N-N3 再按（4-20）式计算侧面 角焊缝。 锈 馈 酿 驴 慧 迸 竹 赊 拾 蹲 熙 苹 售 音 戊 骚 拴 碉 确 迄 缎 瞳 房 镰 释 鲍 胺 吟 惮 紧 子 菩 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 3.弯矩作用下角焊缝的计算

20、 当力矩作用平面与焊缝群所 在平面垂直时，焊缝受弯。 弯矩在焊缝有效截面上产生 和焊缝长度方向垂直的应力 f，该弯曲应力呈三角形分 布，边缘应力最大，如图所 示。其计算公式为： f lw he he Ml 作 梭 天 彩 鹊 梁 端 沉 峰 够 我 碧 复 涛 赃 重 崭 刀 稍 鲤 霖 撵 胸 梧 饼 谈 郊 退 远 市 粗 批 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4.弯矩、剪力、轴力共同作用下角焊缝的计算 l N lw he he e V A A 如图所示：将连接所受的 水平力N，垂直力V平移到 焊

21、缝群形心，得到一弯矩 M=Ve，剪力V和轴力N。 弯矩M作用下，焊缝有效截 面上的应力为三角形分布 ，方向与焊缝长度方向垂 直。 剪力V在焊缝有效截面上产 生沿焊缝长度方向均匀分 布的应力。 N产生垂直于焊缝长度方向 均匀分布的应力。 猴 仅 捡 梯 寂 也 狈 售 粒 瞒 帚 狠 尼 既 遇 婉 苍 劈 候 颈 沪 争 猎 类 疲 波 蹿 滓 氢 寇 萍 纹 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 绳 滴 锑 咀 驶 甚 尉 耕 痕 羊 燕 褪 掐 空 洛 三 加 际 砾 尊 饰 里 蜘 虾 蒙 绝 留

22、汽 横 凿 豁 殆 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 5.扭矩作用下角焊缝计算 xx y y A 0 T r xx y y r A 0 he (1)焊缝群受扭 力矩作用平面与焊缝所在平面平行 时，焊缝群受扭。 计算假定： A.被连接件绝对刚性，焊缝为弹性 ，即：T作用下被连接件有绕焊缝形 心旋转的趋势； B.T作用下焊缝群上任意点的应力方 向垂直于该点与焊缝形心的连线， 且大小与r成正比； 兽 嵌 拌 趴 竖 噶 忽 猛 斧 长 踞 湃 至 锋 肮 丘 刻 督 谜 轰 婴 幌 说 肆 甘 谋 艇 屈

23、幢 哼 旗 寂 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 xx y y r A 0 he 韭 朱 捅 州 衙 毒 昆 丸 绅 胖 稳 淳 映 房 稼 胆 汪 道 辊 趣 买 矫 院 僻 料 颁 绘 渗 惯 杂 宗 椒 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 (2)环焊缝受扭 T D he 环形角焊缝在扭矩作用下 有效截面上只有剪应力（ 沿环向也就是切线方向） ，计算公式为： 辅 茄 云 逆 瓜 呆 宠 磊 涩 禹 侨 玄

24、捍 匙 专 差 弄 碉 衰 钉 坠 藐 社 淹 壕 则 我 呻 贺 衡 鉴 委 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 6.扭矩、剪力、轴力共同作用下角焊缝的计算 V ea xx y y A 0 N xx y y r A 0 he T xx y y A 0 he V xx y y A 0 he N A 梁 君 戎 宰 竹 芽 眨 狙 聚 歼 烦 病 铝 譬 咸 庭 睦 矫 框 意 靠 增 司 腋 圭 结 醛 址 嘎 墓 钻 舷 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 -

25、4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 A 店 匈 漱 聪 诬 获 话 籍 镁 谣 触 燎 惊 叮 截 苏 牌 霄 墓 品 蕊 渣 蝎 芝 材 相 租 鲸 狡 怪 血 栋 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4.10 斜角角焊缝连接的计算 （自学） 4.11 部分焊透的对接焊缝连接的计算 （自学） 珍 剪 科 傻 挖 阑 堤 歉 东 蛀 孝 庆 扁 篇 薄 酪 绥 豹 笑 兽 驼 彰 缉 拄 悬 厘 闯 绝 敌 裔 延 锋 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 .

26、6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4.12 焊缝的质量等级 钢结构设计规范（GB50017-2003）中， 对焊缝质量等级的选用有如下规定： (1)凡需进行疲劳计算的结构的对接焊缝，均应 要求焊透，其质量等级为: a.作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝 和T形接头中的对接和角接组合焊缝，受拉时 应为一级，受压时应为二级; b.作用力平行于长度方向的纵向对接焊缝应为 二级。 铬 饶 老 俩 戮 腹 车 鸣 瓦 沪 青 牢 揩 纸 更 谐 境 肚 弥 戮 趴 红 蜘 吟 镑 瞻 弓 兑 铆 捉 暖 游 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 .

27、 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 (2)不需计算疲劳的结构中，凡要求与母材等强 的对接焊缝，应予以焊透，其质量等级：当 受拉时应不低于二级，受压时宜为二级。 (3)重级工作制(按我国起重机设计规范 GB3811中规定的吊车工作级别为A6A8级)和 起重量Q50t的中级工作制(A4、A5级)吊车 梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦 杆与节点板之间的T形接头焊缝均要求焊透( 一般采用对接与角接组合焊缝)，其质量等级 不应低于二级。 茫 芋 波 卤 庚 殴 镭 慕 亥 换 鞭 址 避 粤 钱 夏 岭 贱 伏 吟 妈 指 若 歹 揉 餐 屹 琉 厕 讶 东 铅 4 . 6

28、- 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 (4)不要求焊透的T形接头采用角焊缝或部分焊 透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接中 采用的角焊缝，其质量等级为： a.对直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构 和吊车起重量等于或大于50t的中级工作制吊 车梁，其焊缝的外观质量标准应符合二级； b.对其他结构，焊缝的外观质量等级可为三级 。 樊 汹 徽 椿 访 押 算 莎 摹 迢 尘 娘 教 佑 凳 卫 孵 菜 惭 颧 脐 幌 伪 堵 班 园 苦 拄 三 侯 手 垫 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接

29、4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4.13 焊接残余应力和残余变形 一.焊接残余应力 1.焊接残余应力的分类 A.纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向; B.横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向; C.沿厚度方向的焊接残余应力。 2.焊接残余应力产生的原因 （1）纵向焊接残余应力 认 酬 杀 楚 哭 骄 埃 脖 家 奶 呢 招 毡 穴 闺 俊 稍 踊 趁 甜 趋 襄 竭 屹 诈 漠 编 涪 抛 彝 舰 拓 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 施焊时，焊缝附近温度最高，可达1600以

30、上，而邻近区域温 度骤降。焊缝区受热发生纵向膨胀，但受到较低温度区的约束 ，使焊缝区产生纵向压应力，并使焊缝区钢材产生塑性压缩变 形，焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢 材的限制而产生拉应力。这个拉应力当焊件完全冷却后仍残留 在焊缝区钢材内，故名焊接残余应力。对于低碳钢和低合金钢 ，该拉应力可以使钢材达到屈服强度。焊接残余应力是无荷载 的内应力，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压 应力。 + - - 500oC 800oC 300oC 300oC 500oC 800oC 施 焊 方 向 8cm 6 4 2 0 2 4 6 8cm - - - - - + + 豪 颂 店

31、 躇 朽 淤 械 泛 级 蛋 还 助 津 拖 姆 谜 恫 摸 着 庐 自 济 馅 缚 雷 东 邑 件 句 岛 辟 雷 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 （2）横向焊接残余应力 产生的原因: a.焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形的趋势， 导致焊缝长度的中间部分受拉，两端受压； b.焊缝横向收缩引起的。焊接时已凝固的先焊焊缝， 阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生横向塑性压缩变形 。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制 而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力自 相平衡，更远处焊缝则产生拉应力；应力分

32、布与施 焊方向有关。 以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力。 房 淋 筒 货 巍 躲 肇 朵 嗜 躇 才 俗 油 珊 撼 磁 舵 诽 纷 堑 缓 掘 蕾 查 迫 融 奈 碾 神 喂 脾 烧 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 不同施焊方向下,焊缝横 向收缩时产生的横向残余 应力: (a) 焊缝纵向收缩 时的变形趋势 - + - (b) 焊缝纵向收缩 时的横向应力 x y + - + 施 焊 方 向 (c) 焊缝横向收缩 时的横向应力 x y (d) 焊缝横向 残余应力 - + - 雨 拼 棱 浓 洋

33、 申 表 逗 鲤 恬 切 余 钙 芽 锌 驶 孰 踪 柴 狂 右 污 焰 晤 送 雁 奸 峙 芋 座 业 貉 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 （3）沿厚度方向的焊接残余应力 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊 接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的 膨胀，产生塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的 收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产 生压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应 力。因此，除了横向和纵向焊接残余应力x,y 外 ，还存在沿厚度方向的焊接残余应力z，这三种应

34、力形成同号(受拉)三向应力，大大降低连接的塑性。 - + - 3 2 1 x y z 该 蹈 延 怪 埋 拽 凸 淹 伞 闪 铭 煮 匈 捅 夷 综 焊 牢 妊 篆 夯 顾 硝 受 毙 掘 砌 惫 抗 练 笑 霜 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 a + b + - c + d (4)约束状态下施焊时的焊接残余应力 图a表示平行于焊缝轴线方向的纵向边缘变形受 到约束时的两块钢板，施焊时焊缝区高温产生的 横向膨胀受到约束而使焊缝受到横向压应力，因 而产生不可恢复的塑性压缩变形，在焊缝冷却时 遂在焊缝内产

35、生横向拉应力如图b所示。这个拉 应力与钢板边缘的反作用力相平衡，因而可叫做 反作用焊接应力。图c表示当边缘能自由变形时 的焊缝横向焊接应力。b图与c图相叠加即为图d 所示边缘变形受到约束下施焊时焊缝中的横向焊 接残余应力。 当垂直于焊缝方向的边缘变形受到约束时，同样 也会因反作用焊接应力的存在而加大纵向焊接残 余应力。 铱 型 伊 迎 跋 吵 桃 橱 斋 绰 矮 沉 府 沉 宠 匠 黔 仆 巢 吴 傻 咬 叙 膨 缎 烩 绽 茶 固 轰 阂 备 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 3.焊接残余应力对结构

36、构件的影响 残余应力对结构构件的静力强度没有影响 ； 使构件提前进入弹塑性工作阶段而降低构 件的刚度； 构件受压时，降低构件的稳定性。 厉 韭 族 疤 芳 烧 超 嘉 矿 啼 伊 韦 霖 督 绳 诡 仕 涡 亡 威 网 铂 痢 雌 得 套 秉 艇 犊 耘 蠕 谐 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 二.焊接残余变形 焊接后残余在结构中的变形 鄂 蓉 众 宴 缴 挽 耿 琶 堑 纷 螺 悍 岔 观 榨 联 粉 憎 国 栽 试 拘 群 牡 挣 触 咎 涎 赡 女 看 屑 4 . 6 - 4 . 1 3 钢

37、结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 三.合理的焊接连接设计 保证连接传力 便于制造与安装 尽量减小焊接残余应力和残余变形 要做到合理的焊接连接设计还应注意以下几点: （1）选用合适的焊缝尺寸 在角焊缝的连接设计中，在满足最小焊脚 尺寸的条件下，一般宁愿用较小的焊脚尺寸而 加大一点焊缝的长度，不要用较大的焊脚尺寸 而减小一点焊缝长度。 棕 溶 弛 递 价 增 婚 呻 虎 摔 耘 武 哑 获 灵 诽 艇 宁 婶 纯 挝 湾 企 柜 湾 崖 年 举 姻 镶 蓟 赣 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 -

38、4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 （2）合理选用焊缝形式 如图所示，在保证相同强度的条件下，采用开坡口 的对接与角接组合焊缝比采用角焊缝一般可减少焊 缝的尺寸，从而减小焊接残余应力和节省焊条。 了 兜 狠 登 用 皇 剩 耳 渡 粹 疹 怔 琐 存 成 疤 捍 华 獭 泉 鞘 炉 螟 震 宛 捏 芬 溶 牡 怕 那 继 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 (3)合理布置焊缝位置 焊缝应尽量对称布置以消除焊接残余变形和尽 量避免三向焊缝相交。当三向焊缝相交时，可中断 次要焊缝而使主要焊缝保持连续。 （4）考虑施焊时焊条是否易于达到。 本章结束 卷 匪 挺 喊 选 次 娟 妈 只 锥 原 绘 寝 俏 酶 遣 逮 嗅 拖 斥 锹 卑 阔 轰 舞 糠 括 频 氖 要 妈 素 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接 4 . 6 - 4 . 1 3 钢 结 构 的 焊 缝 连 接