焊接接頭及靜載強(qiáng)度計(jì)算1

焊接接頭及靜載強(qiáng)度計(jì)算1第一頁(yè)，共45頁(yè)。一、焊接接頭的組成焊接接頭由焊縫金屬、熔合區(qū)、熱影響區(qū)組成圖2-1熔焊焊接接頭的組成對(duì)接接頭的斷面圖搭接接頭的斷面圖第二頁(yè)，共45頁(yè)。影響焊接接頭性能的主要因素焊接接頭是一個(gè)成分、組織和性能都不均勻的連接體。此外，焊接接頭因焊縫的形狀和布置的不同，將會(huì)產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力集中。所以，不均勻性和應(yīng)力集中是焊接接頭的兩個(gè)基本屬性。影響焊接接頭性能的主要因素有以下兩個(gè)方面：

力學(xué)方面因素：接頭形狀的不連續(xù)性(余高、接頭錯(cuò)邊)、焊接缺陷（未焊透、裂紋）、殘余應(yīng)力和殘余變形等。

材質(zhì)方面因素：焊接熱循環(huán)所引起的組織變化、焊接材料引起的焊縫化學(xué)成分的變化、焊后熱處理所引起的組織變化以及矯正變形所引起的加工硬化等。第三頁(yè)，共45頁(yè)。影響焊接接頭性能的主要因素殘余應(yīng)力組織成分不同焊趾及咬邊熱影響區(qū)焊縫金屬缺陷：裂紋、未焊透、氣孔、夾渣裂紋、脆化應(yīng)力集中角變形錯(cuò)邊錯(cuò)邊應(yīng)力集中第四頁(yè)，共45頁(yè)。二、焊縫的基本形式對(duì)接焊縫角焊縫焊縫的形式應(yīng)根據(jù)焊件的厚度、工作條件、受力情況等因素進(jìn)行選擇。焊縫是構(gòu)成焊接接頭的主體部分，對(duì)接焊縫和角焊縫是焊縫的基本形式。第五頁(yè)，共45頁(yè)。對(duì)接焊縫對(duì)接焊縫的接頭可采用卷邊、平對(duì)接或加工成各種形式的坡口。對(duì)接焊縫開坡口的目的，是為了確保接頭的質(zhì)量，同時(shí)也從經(jīng)濟(jì)效益考慮。坡口形式的選擇取決于板材厚度、焊接方法和工藝過程。通常必須考慮以下幾個(gè)方面：1）可焊到性或便于施焊；2）降低焊接材料的消耗量；3）坡口易加工；4）減少或控制焊接變形。第六頁(yè)，共45頁(yè)。對(duì)接焊縫坡口角度的大小與板厚和焊接方法有關(guān)，其作用是使電弧能深入根部使根部焊透。坡口角度越大，焊縫金屬量越多，焊接變形也會(huì)增大，一般坡口角度選60°左右。采用根部間隙是為了保證焊縫根部能焊透，一般情況下，坡口角度小，需要同時(shí)增加根部間隙；根部間隙較大時(shí)，又容易燒穿，為此，需要采用鈍邊防止燒穿。根部間隙過大時(shí)，還需要加墊板。第七頁(yè)，共45頁(yè)。對(duì)接焊縫的典型坡口形式第八頁(yè)，共45頁(yè)。角焊縫角焊縫按其截面形狀可分為平角焊縫、凹角焊縫、凸角焊縫和不等焊腳角焊縫。各種截面形狀角焊縫的承載能力與載荷性質(zhì)有關(guān)。靜載時(shí)，如母材金屬塑性良好，則角焊縫的截面形狀對(duì)承載能力沒有明顯影響；動(dòng)載時(shí)，凹角焊縫比平角焊縫的承載能力高，凸角焊縫的承載能力最低。不等腰角焊縫，長(zhǎng)邊平行于載荷方向時(shí)，承受動(dòng)載效果好。第九頁(yè)，共45頁(yè)。角焊縫截面形狀及其計(jì)算斷面KKaKKaKKaKKa第十頁(yè)，共45頁(yè)。三、焊接接頭的基本形式對(duì)接接頭：兩焊件表面構(gòu)成大于或等于135°、小于或等于180夾角，即兩板件相對(duì)端面焊接而形成的接頭。對(duì)接接頭從強(qiáng)度角度看是比較理想的接頭形式，也是廣泛應(yīng)用的接頭形式之一。常見的對(duì)接接頭的焊縫軸線與載荷方向相垂直，也有少數(shù)與載荷方向成斜角的斜焊縫對(duì)接接頭。FF對(duì)接接頭斜縫對(duì)接接頭第十一頁(yè)，共45頁(yè)。搭接接頭兩板件部分重疊起來進(jìn)行焊接所形成的接頭稱為搭接接頭。搭接接頭的應(yīng)力分布不均勻，疲勞強(qiáng)度較低，不是理想的接頭形式。但由于焊前準(zhǔn)備及裝配工作較為簡(jiǎn)單，故多用于受力較小且不要求密封性的結(jié)構(gòu)中。搭接接頭中，最常見的是角焊縫組成的搭接接頭，一般用于12mm以下的鋼板焊接。除此之外，還有開槽焊、塞焊、鋸齒狀搭接等多種形式。第十二頁(yè)，共45頁(yè)。開槽焊搭接接頭FF開槽焊搭接接頭，先將被連接件加工成槽形孔，然后用焊縫金屬填滿該槽，開槽焊焊縫斷面為矩形，其寬度為被連接件厚度的二倍，開槽長(zhǎng)度應(yīng)比搭接長(zhǎng)度稍短一些。2δ第十三頁(yè)，共45頁(yè)。塞焊接頭塞焊接是在被連接的鋼板上鉆孔，用來代替開槽焊的槽形孔，用焊縫金屬將孔填滿使兩板連接起來。當(dāng)被連接板厚小于5mm時(shí)，可以采用大功率的埋弧焊或CO2氣體保護(hù)焊直接將鋼板熔透而不必鉆孔。FF第十四頁(yè)，共45頁(yè)。T形（十字）接頭T形接頭是典型的電弧焊接頭，能承受各種方向的力和力矩，這類接頭應(yīng)避免采用單面角焊縫，因?yàn)檫@種接頭的根部有很深的缺口，其承載能力低。第十五頁(yè)，共45頁(yè)。T形接頭的承載能力FyFxMFyFzFxM第十六頁(yè)，共45頁(yè)。角接接頭兩板件端面構(gòu)成30°~135°夾角的焊接接頭稱作角接接頭，角接接頭多用于箱形構(gòu)件。第十七頁(yè)，共45頁(yè)。第二節(jié)電弧焊接頭的工作應(yīng)力一、應(yīng)力集中的概念二、電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布第十八頁(yè)，共45頁(yè)。應(yīng)力集中的概念應(yīng)力集中，是指接頭局部區(qū)域的最大應(yīng)力值較平均應(yīng)力值高的現(xiàn)象。常以應(yīng)力集中系數(shù)KT表示。KT=在焊接接頭中產(chǎn)生應(yīng)力集中的原因是：1）焊縫中有工藝缺陷。2）焊縫外形不合理。3）焊接接頭設(shè)計(jì)不合理。第十九頁(yè)，共45頁(yè)。二、電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布1、對(duì)接接頭由于余高造成了構(gòu)件表面不平滑，在焊縫與母材金屬的過渡處引起應(yīng)力集中。焊趾處KT為1.6，焊根處KT為1.5。KT的大小與余高h(yuǎn)和焊縫向母材金屬過渡的半徑r有關(guān)。減小r和增大h，均使KT增加。當(dāng)余高h(yuǎn)為零時(shí)，KT=1，應(yīng)力集中消失。如果余高太大，雖然使焊縫截面增厚，但卻使應(yīng)力集中程度增加，因此生產(chǎn)中應(yīng)適當(dāng)控制余高。第二十頁(yè)，共45頁(yè)。對(duì)接接頭的應(yīng)力集中第二十一頁(yè)，共45頁(yè)。余高對(duì)應(yīng)力集中的影響由余高帶來的應(yīng)力集中，對(duì)動(dòng)載結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度是十分不利的，所以此時(shí)要求它越小越好。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：在承受動(dòng)載荷情況下，焊接接頭的焊縫余高應(yīng)趨于零。因此，對(duì)重要的動(dòng)載結(jié)構(gòu)，可采用削平余高或增大過渡圓弧的措施來降低應(yīng)力集中，以提高接頭的疲勞強(qiáng)度。第二十二頁(yè)，共45頁(yè)。余高與過渡半徑與KT的關(guān)系第二十三頁(yè)，共45頁(yè)。正面搭接角焊縫的應(yīng)力分布第二十四頁(yè)，共45頁(yè)。側(cè)面角焊縫的工作應(yīng)力分布第二十五頁(yè)，共45頁(yè)。聯(lián)合角焊縫的應(yīng)力分布第二十六頁(yè)，共45頁(yè)。加蓋板的應(yīng)力集中第二十七頁(yè)，共45頁(yè)。側(cè)面搭接接頭的工作應(yīng)力均勻化第二十八頁(yè)，共45頁(yè)。第三節(jié)焊接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算一、工作焊縫和聯(lián)系焊縫二、焊接接頭的設(shè)計(jì)要點(diǎn)三、焊接接頭強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)四、電弧焊接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算五、焊縫許用應(yīng)力第二十九頁(yè)，共45頁(yè)。一.工作焊縫和聯(lián)系焊縫工作焊縫:焊縫與被連接的元件是串聯(lián)的,它承擔(dān)著傳遞全部載荷的作用,焊縫一旦斷裂,結(jié)構(gòu)就會(huì)立即失效.聯(lián)系焊縫:焊縫與被連接的元件是并聯(lián)的,它僅傳遞很小的載荷,主要起元件之間相互聯(lián)系的作用,焊縫一旦斷裂,結(jié)構(gòu)不會(huì)立即失效.在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需計(jì)算聯(lián)系焊縫的強(qiáng)度,只需計(jì)算工作焊縫的強(qiáng)度.第三十頁(yè)，共45頁(yè)。工作焊縫和聯(lián)系焊縫第三十一頁(yè)，共45頁(yè)。焊接接頭的設(shè)計(jì)要點(diǎn)應(yīng)盡量使接頭形式簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)連續(xù),且不設(shè)在最大應(yīng)力作用截面上.要特別重視角焊縫的設(shè)計(jì),不宜選擇過大的焊腳.盡量避免在厚度(Z向)方向傳遞力.接頭的設(shè)計(jì)要便于制造和檢驗(yàn).一般不考慮殘余應(yīng)力對(duì)接頭強(qiáng)度的影響.第三十二頁(yè)，共45頁(yè)。二.焊接接頭強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)殘余應(yīng)力對(duì)接頭強(qiáng)度沒有影響.焊趾處和余高處的應(yīng)力集中對(duì)接頭強(qiáng)度無(wú)影響.接頭的工作應(yīng)力是均布的,以平均應(yīng)力計(jì)算.正面角焊縫與側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度沒有差別.焊腳尺寸的大小對(duì)角焊縫的強(qiáng)度沒有影響.角焊縫都是在切應(yīng)力的作用下破壞,按切應(yīng)力計(jì)算其強(qiáng)度.在靜載條件下為了計(jì)算方便常作如下假設(shè):第三十三頁(yè)，共45頁(yè)。角焊縫的破斷面在角焊縫截面的最小高度上,其值等于內(nèi)接三角形高.余高和少量的熔深對(duì)接頭的強(qiáng)度沒有影響,但是,在采用熔深較大的埋弧焊和CO2氣體保護(hù)焊時(shí),應(yīng)給予考慮,角焊縫計(jì)算斷面高度a為:a=(K+p)cos45°

當(dāng)K≤8mm時(shí),可取a等于K;當(dāng)K>8mm時(shí),可取p=3mm.第三十四頁(yè)，共45頁(yè)。三.電弧焊接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算電弧焊接頭靜載強(qiáng)度計(jì)算的一般表達(dá)式為:б≤[бˊ]或τ≤[τˊ]式中б,τ為平均工作應(yīng)力;[бˊ][τˊ]為焊縫的許用應(yīng)力.第三十五頁(yè)，共45頁(yè)。1.對(duì)接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算不考慮焊縫余高焊縫長(zhǎng)度取實(shí)際長(zhǎng)度計(jì)算厚度取兩板中較薄者如果焊縫的許用應(yīng)力與基本金屬的相等,則不必進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算對(duì)接接頭進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)第三十六頁(yè)，共45頁(yè)。對(duì)接接頭受力情況Fs為切力M1為平面內(nèi)彎矩M2為垂直平面的彎矩第三十七頁(yè)，共45頁(yè)。(1)受拉或受壓對(duì)接接頭受拉時(shí)受壓時(shí)式中F——接頭所受的拉力或壓力（N）；L——焊縫長(zhǎng)度（mm）；δ1——接頭中較薄板的厚度（mm）；бt

бp——接頭受拉或受壓時(shí)焊縫中所承受的工作應(yīng)力（MPa）；[бˊt]——焊縫受拉或受彎時(shí)的許用應(yīng)力（MPa）；[бˊp]——焊縫受壓時(shí)的許用應(yīng)力（MPa）；第三十八頁(yè)，共45頁(yè)。例題例1兩塊板厚為5mm、寬為500mm的鋼板對(duì)接，兩端受28400N的拉力，材料為Q235—A鋼，[бˊt]＝142MPa，試校核其焊縫強(qiáng)度。解:已知F=28400N，L=500mm，δ=5mm，[бˊt]＝142MPa，代入式（2-1）得

所以該對(duì)接接頭焊縫強(qiáng)度滿足要求，結(jié)構(gòu)工作時(shí)是安全的。

第三十九頁(yè)，共45頁(yè)。(2)受剪切對(duì)接接頭式中

Q——接頭所受的切力（N）；L——焊縫長(zhǎng)度（mm）；δ1——接頭中較薄板的厚度（mm）；τ

——接頭焊縫中所承受的切應(yīng)力（MPa）；[τˊ]——焊縫許用切應(yīng)力（MPa）；第四十頁(yè)，共45頁(yè)。例題例2兩塊板厚為10mm的鋼板對(duì)接，焊縫受29300N的切力，材料為Q235—A鋼，試設(shè)