鋼結(jié)構(gòu)的焊縫連接課件

第4章

鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法4.2鋼結(jié)構(gòu)中所使用的焊接方法簡(jiǎn)介4.3焊接結(jié)構(gòu)的特性和焊接連接4.4焊縫代號(hào)(或焊縫符號(hào))4.5對(duì)接焊縫的計(jì)算和構(gòu)造4.6直角角焊縫的受力性能4.7直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算4.8角焊縫的尺寸限制和構(gòu)造要求第4章

鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.9直角角焊縫連接的計(jì)算4.10斜角角焊縫連接的計(jì)算4.11部分焊透的對(duì)接焊縫連接的計(jì)算4.12焊縫的質(zhì)量等級(jí)4.13焊縫殘余應(yīng)力和殘余變形4.14國(guó)外設(shè)計(jì)規(guī)范中的某些規(guī)定

鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件是由型鋼、鋼板等通過(guò)連接（connections）構(gòu)成的，各構(gòu)件再通過(guò)安裝連接架構(gòu)成整個(gè)結(jié)構(gòu)。因此，連接在鋼結(jié)構(gòu)中處于重要的樞紐地位。在進(jìn)行連接的設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便和節(jié)約鋼材的原則。

鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接和輕型鋼結(jié)構(gòu)用的緊固件連接等，如下圖。第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法

手工電弧焊設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便，適于任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。但生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接質(zhì)量與焊工的技術(shù)水平和精神狀態(tài)有很大的關(guān)系。

手工電弧焊所用焊條應(yīng)與焊件鋼材（或稱主體金屬）相適應(yīng)，例如：對(duì)Q235鋼采用E43型焊條（E4300～E4328）；對(duì)Q345鋼采用E50型焊條（E5000～E5048）；對(duì)390鋼和Q420鋼采用E55型焊條（E5500～E5518）。焊條型號(hào)中字母E表示焊條（elecfrodes)，前兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度，后兩位數(shù)字表示適用連接位置、電流及藥皮類型等。

不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，宜采用低組配方案，即宜采用與低強(qiáng)度鋼相適應(yīng)的焊條。第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.2鋼結(jié)構(gòu)中所使用的焊接方法簡(jiǎn)介1、手工電弧焊

埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。焊絲不涂藥皮，但施焊端靠由焊劑漏頭自動(dòng)流下的顆粒狀焊劑所覆蓋，電弧完全被埋在焊劑之內(nèi)，電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接，具有很高的生產(chǎn)率。由于采用了自動(dòng)或半自動(dòng)化操作，焊接時(shí)的工藝條件穩(wěn)定，焊縫的化學(xué)成分均勻，故焊成的焊縫的質(zhì)量好，焊件變形小。

埋弧焊所用焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬的力學(xué)性能相適應(yīng)，并應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.2鋼結(jié)構(gòu)中所使用的焊接方法簡(jiǎn)介2、自動(dòng)（或半自動(dòng)）埋弧焊1、焊絲轉(zhuǎn)盤；2、送絲電機(jī)；3、焊劑漏斗

4、電源；5、融化的焊劑；6、焊縫金屬

7、焊件；8、焊劑；9、移動(dòng)方向

氣體保護(hù)焊的焊縫熔化區(qū)沒(méi)有熔渣，焊工能夠清楚地看到焊縫成型的過(guò)程；由于保護(hù)氣體是噴射的，有助于熔滴的過(guò)渡；又由于熱量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成

的焊縫強(qiáng)度比手工電弧焊高，塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接。但不適用于在風(fēng)較大的地方施焊。

4、其他：如電阻焊等第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.2鋼結(jié)構(gòu)中所使用的焊接方法簡(jiǎn)介3、氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊是利用二氧化碳?xì)怏w或其他惰性氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。它直接依靠保護(hù)氣體在電弧周圍造成局部的保護(hù)層，以防止有害氣體的侵入并保證了焊接過(guò)程的穩(wěn)定性。

其缺點(diǎn)是：在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體，低溫冷脆問(wèn)題較為突出。第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.3焊接結(jié)構(gòu)的特性和焊接連接簡(jiǎn)介一、焊縫連接的特性裂紋焊瘤燒穿弧坑氣孔夾渣咬邊未熔合未焊透

焊接殘余應(yīng)力——焊接應(yīng)力較高的部位將達(dá)到鋼材屈服強(qiáng)度而發(fā)生塑性變形，在鋼材冷卻后這些部位殘存的應(yīng)力。它是構(gòu)件未受荷載時(shí)的應(yīng)力，是自相平衡的內(nèi)應(yīng)力體系。

正確選材、正確設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)、施焊工藝嚴(yán)格、考核焊工。第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.3焊接結(jié)構(gòu)的特性和焊接連接簡(jiǎn)介一、焊縫連接的特性

焊接殘余變形——在焊接和冷卻過(guò)程中焊件產(chǎn)生的變形。使用前矯直，工廠預(yù)拼裝。第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.3焊接結(jié)構(gòu)的特性和焊接連接簡(jiǎn)介一、焊縫連接的特性

焊縫的類別1.對(duì)接焊縫位于板件同一平面內(nèi)且截面相同，因而傳力均勻平緩，沒(méi)有明顯的應(yīng)力集中且用料經(jīng)濟(jì)，但是焊件邊緣需要加工，被連接兩板的間隙和坡口尺寸有嚴(yán)格的要求。第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.3焊接結(jié)構(gòu)的特性和焊接連接簡(jiǎn)介二、焊接接頭的形式和焊縫的類別第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.3焊接結(jié)構(gòu)的特性和焊接連接簡(jiǎn)介二、焊接接頭的形式和焊縫的類別I形單邊VU形雙邊U形V形X形

K形坡口深度鈍邊尺寸坡口角度根部間隙

焊縫的類別2.角焊縫角焊縫（fillet

welds）是最常用的焊縫。角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為：焊縫長(zhǎng)度方向與作用力垂直的正面角焊縫；焊縫長(zhǎng)度方向與作用力平行的側(cè)面角焊縫以及斜焊縫。按其截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。

第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.3焊接結(jié)構(gòu)的特性和焊接連接簡(jiǎn)介二、焊接接頭的形式和焊縫的類別

焊縫的類別3.其它第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.3焊接結(jié)構(gòu)的特性和焊接連接簡(jiǎn)介二、焊接接頭的形式和焊縫的類別

圖4.14（a）塞焊縫（b）槽焊縫（c）點(diǎn)焊縫第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.3焊接結(jié)構(gòu)的特性和焊接連接簡(jiǎn)介三、焊接（施焊）位置平焊橫焊仰焊立焊第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.4焊縫代號(hào)

作用——表明焊縫型式、尺寸和輔助要求。表示方法——由圖形符號(hào)、輔助符號(hào)和引出線等部分組成。指引線畫法第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.4焊縫代號(hào)

焊縫符號(hào)中的輔助符號(hào)與補(bǔ)充符號(hào)第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.4焊縫代號(hào)

焊縫符號(hào)中的輔助符號(hào)與補(bǔ)充符號(hào)第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.5對(duì)接焊縫的計(jì)算和構(gòu)造一、對(duì)接焊縫的計(jì)算焊縫等級(jí)：《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205）三級(jí)焊縫：外觀檢查二級(jí)焊縫：在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無(wú)損檢驗(yàn)，用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫的20％長(zhǎng)度，且不小于200mm一級(jí)焊縫：在外觀檢查的基礎(chǔ)上用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫全部長(zhǎng)度，以便揭示焊縫內(nèi)部缺陷引弧：（否則焊縫有效長(zhǎng)度扣2t）第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.6角焊縫的受力性能側(cè)面角焊縫的應(yīng)力分布正面角焊縫的應(yīng)力分布第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.6角焊縫的受力性能第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.7直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算一、基本假定1.沿45度方向的焊縫截面為計(jì)算時(shí)的破壞面2.角焊縫的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度取相同值，為ffw3.在形心力作用下，假定沿焊縫長(zhǎng)度的應(yīng)力分布是均勻的第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接二、強(qiáng)度計(jì)算法1.在通過(guò)焊縫形心的拉力、壓力或剪力作用下：（1）當(dāng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向時(shí)（2）當(dāng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向時(shí)2.在其它力或各種力綜合作用下，同一點(diǎn)上

sf

和

tf

共同作用時(shí)bf——正截面角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。靜力荷載和間接動(dòng)力載時(shí)取

bf=1.22；對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的焊縫，由于正面角焊縫的剛度大，韌性差，應(yīng)將其強(qiáng)度降低使用，取bf=1.0。he——角焊縫的有效高度，直角角焊縫he=0.7hf。lw——角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，為實(shí)際長(zhǎng)度扣2hf，用于考慮起弧和熄弧。4.7直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.8角焊縫的尺寸限制和構(gòu)造要求1.焊腳尺寸hf1）最小焊腳尺寸：對(duì)手工焊，hf應(yīng)不小于1.5t0.5，t為較厚焊件的厚度(mm)，對(duì)自動(dòng)焊可減小1mm；T型接頭單面叫焊縫時(shí)增加1mm。t小于等于4mm時(shí)則取hf

=h。第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接2）最大焊腳尺寸：除了直接焊接鋼管結(jié)構(gòu)的焊腳尺寸hf不宜大于支管壁厚的2倍之外，hf不宜大于較薄焊件厚度的1.2倍。板件邊緣的角焊縫，當(dāng)板件厚度t≤6mm時(shí)，hf≤t；當(dāng)t＞6mm時(shí)，hf≤t-（1-2）mm。圓孔或槽孔內(nèi)的角焊縫尺寸尚不宜大于圓孔直徑或槽孔短徑的1/3。

4.8角焊縫的尺寸限制和構(gòu)造要求第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接2、焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度1)lw＞８hf和lw＞40mm2)側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不宜大于60hf，直接承受動(dòng)力荷載時(shí)不宜大于40hf

（若內(nèi)力沿測(cè)面角焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，比如焊接梁翼緣板與腹板的連接焊縫，計(jì)算長(zhǎng)度可不受上述限制）。3、斷續(xù)角焊縫4.8角焊縫的尺寸限制和構(gòu)造要求第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4、側(cè)焊縫間距5、當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，可連續(xù)地作長(zhǎng)度為2hf的繞角焊，以消除起弧或熄弧的影響。4.8角焊縫的尺寸限制和構(gòu)造要求lw≥b,b≤16t2(t＞12mm),b≤16t2(t＞12mm)第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接5、搭接連接間距6、直接承受動(dòng)力荷載時(shí)宜采用1:1.5的不等焊腳的角焊縫4.8角焊縫的尺寸限制和構(gòu)造要求第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.9直角角焊縫連接的計(jì)算一、外力N通過(guò)焊縫形心時(shí)的計(jì)算

在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫一般采用兩面?zhèn)群?，也可采用三面圍焊，特殊情況也允許采用L形圍焊。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.9直角角焊縫連接的計(jì)算一、外力N通過(guò)焊縫形心時(shí)的計(jì)算

在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫一般采用兩面?zhèn)群?，也可采用三面圍焊，特殊情況也允許采用L形圍焊。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。

對(duì)于三面圍焊可先假定正面角焊縫的焊腳尺寸，求出正面角焊縫所分擔(dān)的軸心力N3。當(dāng)腹桿為雙角鋼組成的T形截面，且肢寬為b時(shí)，第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.9直角角焊縫連接的計(jì)算一、外力N通過(guò)焊縫心時(shí)的計(jì)算單面連接單角鋼，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減為0.85ftw第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.9直角角焊縫連接的計(jì)算一、外力N通過(guò)焊縫心時(shí)的計(jì)算[例題]

試確定右圖所示承受靜態(tài)軸心力的三面圍焊連接的承載力及肢尖焊縫的長(zhǎng)度。已知角鋼2∟125×10，與厚度為8mm的節(jié)點(diǎn)板連接，其搭接長(zhǎng)度為300mm，焊腳尺寸hf=8mm，鋼材為Q235-B，手工焊，焊條為E43型。第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.9直角角焊縫連接的計(jì)算一、外力N通過(guò)焊縫心時(shí)的計(jì)算第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.12焊縫的質(zhì)量等級(jí)

GB50017規(guī)范規(guī)定，焊縫應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應(yīng)力狀態(tài)等情況，按下述原則分別選用不同的質(zhì)量等級(jí)：

（1）在需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡對(duì)接焊縫均應(yīng)焊透，其質(zhì)量等級(jí)為：

①作用力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的橫向?qū)雍缚p或T型對(duì)接與角接組合焊縫，受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)；

②作用力平行于焊縫長(zhǎng)度方向的縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級(jí)。

（2）不需要計(jì)算疲勞的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的對(duì)接焊縫應(yīng)予焊透，其質(zhì)量等級(jí)當(dāng)受拉時(shí)應(yīng)不低于二級(jí)，受壓時(shí)宜為二級(jí)。

（3）重級(jí)工作制和起重量Q≥50t的中級(jí)工作制吊車梁的腹板與上翼緣之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的T形接頭焊縫均要求焊透。焊縫形式一般為對(duì)接與角接的組合焊縫，其質(zhì)量等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)。

（4）不要求焊透的T形接頭采用的角焊縫或部分焊透的對(duì)接與角接組合焊縫，以及搭接連接采用的角焊縫，其質(zhì)量等級(jí)為：

①對(duì)直接承受動(dòng)力荷載且需要驗(yàn)算疲勞的結(jié)構(gòu)和吊車起重量等于或大于50t的中級(jí)工作制吊車梁，焊縫的外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合二級(jí)；

②對(duì)其他結(jié)構(gòu)，焊縫的外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可為三級(jí)。

第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.13焊接殘余應(yīng)力與殘余變形一、焊接殘余應(yīng)力

焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過(guò)程。在施焊時(shí)，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)導(dǎo)致不均勻的膨脹。溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度較低、膨脹量較小的鋼材所限制，產(chǎn)生了熱塑性壓縮。焊縫冷卻時(shí)，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮短，但受到兩側(cè)鋼材限制而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應(yīng)力經(jīng)常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。

在無(wú)外部約束的情況下，焊接應(yīng)力是一種無(wú)荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會(huì)在焊件內(nèi)部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力。

當(dāng)有外部約束時(shí)，焊接應(yīng)力不會(huì)在焊件內(nèi)部自相平衡，這就必然在約束結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生荷載。第4章鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接4.13焊接殘余應(yīng)力與殘余變形一、焊接殘余應(yīng)力兩塊鋼板對(duì)接焊接連接的焊接殘余應(yīng)力示例1.沿焊縫軸線方向的縱向焊接殘余應(yīng)力2.垂直于焊縫軸線方向的橫向焊接殘余應(yīng)力3.厚板中沿板厚方向的焊接殘余應(yīng)力4.垂直于焊縫軸線方向的橫向焊接殘余應(yīng)力第4