1、第三章钢结构的连接焊缝31 钢结构的连接方法钢结构的连接方法3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法钢结构中通常采用：钢结构中通常采用：电弧焊：电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊电弧焊：电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊(埋弧自动或半自动焊埋弧自动或半自动焊)以及气体保护焊等。以及气体保护焊等。电渣焊：熔嘴电渣焊电渣焊：熔嘴电渣焊电阻焊电阻焊3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法 3211 手工电弧焊手工电弧焊 工艺流程工艺流程(图图3.2)，通电后，在涂，通电后，在涂有药皮的焊条与焊件之间产生电
2、有药皮的焊条与焊件之间产生电弧。电弧的温度或高达弧。电弧的温度或高达3000。在高温作用下，电弧周围的金属在高温作用下，电弧周围的金属变成液态，形成熔池。同时，焊变成液态，形成熔池。同时，焊条中的焊丝很快熔化，滴落入熔条中的焊丝很快熔化，滴落入熔池中，与焊件的熔融金属相互结池中，与焊件的熔融金属相互结合，冷却后即形成焊缝。焊条药合，冷却后即形成焊缝。焊条药皮则在焊接过程中产生气体，保皮则在焊接过程中产生气体，保护电弧熔化金属，并形成熔渣覆护电弧熔化金属，并形成熔渣覆盖着焊缝，防止空气中的氧、氮盖着焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔化金属接触而形等有害气体与熔化金属接触而形成易脆的化合物。成
3、易脆的化合物。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3211 手工电弧焊手工电弧焊焊条。焊条。3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3212 埋弧焊(自动或半自动)3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3212 埋弧焊(自动或半自动)相适应，即要求焊缝与主相适应，即要求焊缝与主体金属等强度。体金属等强度。3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3213 气体保护焊于野外或有风的地方施焊。于野外或有风的地方施焊。2 焊接方法和焊缝连接
4、形式321 钢结构常用焊接方法3212 埋弧焊(自动或半自动)引出线由横线和带箭头的斜线组成。如果焊缝长度不过大，当焊缝两端点处的应力达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀。焊件表面油污未清除干净等。2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法3211 手工电弧焊传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，因而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。(4)应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉 比如梁腹板加劲肋与腹板及翼缘的连接焊缝，就应中断，以保证主要的焊缝(翼缘与腹板的连接焊缝)连接通过图(g)。焊接残余变形构件外形发生扭曲焊接残余应力对结构和构件的力学性能及承载力产生不利影响。由
5、于先焊的焊缝已经凝固，阻止后焊的焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向的热塑性压缩。2 部分焊透的对接焊缝45)的情况下，将产生三向焊接拉应力，阻碍了塑性变形的发展，增加了钢材在低温下的脆断倾向。传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，因而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。斜角角焊缝两焊脚边的夹角90或90的焊缝称为斜角角焊缝。在受拉构件中l30t，t为较薄焊件的厚度。2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式3222 焊缝形式焊缝长度方向与作用力平行的侧面角焊缝以及斜焊缝。电弧的温度或高达3000。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊
6、接方法钢结构常用焊接方法3214 电渣焊和电阻焊电渣焊和电阻焊o 电渣焊和电阻焊电渣焊和电阻焊参见课本p1913.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式o按相互位置可分为对接、搭接、T形连接和角部连接o四种(图3.4)。3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。图主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。图3.4(a)所示为采用对接焊缝的对接连接，由于相互连接的两构件在所示为采用对接焊缝的对接连接，
7、由于相互连接的两构件在同一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用料经济，同一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用料经济，但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连
8、接形式焊缝连接形式3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3222 焊缝形式o焊缝形式主要有对接焊缝和角焊缝（连续角焊缝和间断续角o 焊缝）。o对接焊缝分为正对接焊缝图3.5(a)和斜对接焊缝图3.5(b)。o角焊缝可分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝图3.5(c)。同时，焊条中的焊丝很快熔化，滴落入熔池中，与焊件的熔融金属相互结合，冷却后即形成焊缝。2 焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号33 角焊缝的构造与计算332 角焊缝的构造要求对接焊缝的计算1 焊透的对接焊缝的计算焊接连接因方便快捷，在钢结构工程中得到了广泛使用，但因为施焊过程中不均匀温度
9、场的存在，会产生两类问题2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式3222 焊缝形式34 对接焊缝的构造与计算10(b)所示的坦式，侧面角焊缝的截面则作成凹面式图3.正面角焊缝受力状态正面角焊缝(图3.39(a)所示的焊透对接焊缝是不必要的；9倍角焊缝的强度设计值。斜角角焊缝两焊脚边的夹角90或90的焊缝称为斜角角焊缝。(2)承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝对于夹角135或60的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。必要时，可在水平横线的末端加一尾部作为其他说明之用。2)，通电后，在涂有药皮的焊条与焊件之间产生电弧。但其对接焊缝的抗拉强度有较大的变异性，钢结构设计规范规定其
10、设计值只为主体钢材的85%左右。7 hf为直角角焊缝的有效厚度。焊丝焊剂埋弧焊所用焊丝和焊剂应与主体金属强度相适应，即要求焊缝与主体金属等强度。33 角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3222 焊缝形式和间o焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝二种(图3.6)。连续角焊缝的受力性能较好，为主要的角焊缝形式。间断角焊缝的起、灭弧处容易引起应力集中，重要结构应避免采用，只能用于一些次要构件的连接或受力很小的连接中。间断角焊缝的间断距离l不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀。一般
11、在受压构件中应满足l15t；在受拉构件中l30t，t为较薄焊件的厚度。3.2 焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验3231 焊缝缺陷3.2 焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验3232 焊缝质量检验o 焊缝缺陷的存在将削弱焊缝的受力面积，在缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。因此，焊缝质量检验极为重要。o 检验方法一般可用外观检查及无损检查，前者检查外观缺陷和几何尺寸，后者检验内部缺陷。无损检验目前广泛采用超声波检验，使用灵活、经济，对内部缺陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质；有时还用磁粉
12、检验、荧光屏等较简单的方法作为辅助；当前最明确可靠的方法是X射线或射线透照或拍片，X射线应用较广。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验3232 焊缝质量检验焊缝质量检验3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号焊缝代号3.2 焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号焊缝代号o 当引出线的箭头指向焊缝所在的一面时，应将图形符当引出线的箭头指向焊缝所在的一面时，应将图形符号和焊缝尺寸等标注在水平横线的上面；号和焊缝尺寸等标注在水平横线的上面；o 当箭头指向对应焊缝所在的另一面时，则应将图形符当箭头指向对应焊
13、缝所在的另一面时，则应将图形符号和焊缝尺寸标注在水平横线的下面。必要时，可在号和焊缝尺寸标注在水平横线的下面。必要时，可在水平横线的末端加一尾部作为其他说明之用。水平横线的末端加一尾部作为其他说明之用。o 图形符号表示焊缝的基本型式，如用图形符号表示焊缝的基本型式，如用 表示角焊缝，表示角焊缝，用用V表示表示V型坡口的对接焊缝。辅助符号表示焊缝的型坡口的对接焊缝。辅助符号表示焊缝的辅助要求，如用辅助要求，如用 表示现场安装焊缝等。表表示现场安装焊缝等。表3.2列出列出了一些常用焊缝代号，可供设计时参考。了一些常用焊缝代号，可供设计时参考。3.2 焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号焊缝代号o
14、 当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时，在标注焊缝代号的同时，可在表达清楚时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上加栅线表示图形上加栅线表示(图图3.9)。33 角焊缝的构造与计算（角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态 33 角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态 33 角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态 33 角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态33 角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力
15、状态角焊缝的形式和受力状态一方面由于力线弯折，另一方面由于在焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝的尖端。2）由于采用了自动控或半自动控制化操作，焊接时的工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，故形成的焊缝质量好，焊件变形小。1 纵向焊接应力（和焊缝轴线方向平行）前已述及，侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力两端大中间小。因此焊缝的计算在计算截面上进行。它直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护区，以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。对Q345钢采用E50型焊条(E5000E5048)；对接连接主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。应该指出的是上述计算方法中，假定轴心力产生的应
16、力为平均分布。2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式5 搭接连接的构造要求在高温作用下，电弧周围的金属变成液态，形成熔池。2 承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的焊丝焊剂埋弧焊所用焊丝和焊剂应与主体金属强度相适应，即要求焊缝与主体金属等强度。对受静力荷载的结构设置引弧板有困难时，允许不设置引弧板，此时，可令焊缝计算长度等于实际长度减2t(此处t为较薄焊件厚度)。2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法3213 气体保护焊对接连接主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。当前最明确可靠的方法是X射线或射线透照或拍片，X射线应用较广。要求：部分焊
17、透的对接焊缝必须在设计图上注明坡口的形式和尺寸。33 角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 1 o 根据角焊缝的工艺和根据角焊缝的工艺和力学性能，为了避免力学性能，为了避免焊 缝 区 的 基 本 金 属焊 缝 区 的 基 本 金 属“过烧过烧”，减小焊件，减小焊件的焊接残余应力和残的焊接残余应力和残余变形，余变形，33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求1 o 对板件边缘的角焊缝当板件厚度对板件边缘的角焊缝当板件厚度t6mm时，取时，
18、取hft(12)mm，当，当t6mm时，取时，取hft。如。如果另一焊件厚度果另一焊件厚度tt时，还应满足时，还应满足hf1.2 t的要的要求。求。33 角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求t33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求o 前已述及，前已述及，侧面角焊缝在弹性侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力两端大中阶段沿长度方向受力两端大中间小。焊缝越长，应力集中系间小。焊缝越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不过大，数越大。如果焊缝长度不过大，当焊缝两端点处的应力达到屈当焊缝两端点处的应力达到屈服强度后，继续加载，应力会服强度
19、后，继续加载，应力会渐趋均匀。但是，如果焊缝长渐趋均匀。但是，如果焊缝长度超过某一限值时，有可能首度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两端破坏，故一般先在焊缝的两端破坏，故一般规定侧面角焊缝的计算长度规定侧面角焊缝的计算长度l lww6060h hf f。33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求o l lww6060h hf fo 当实际长度大于上述限值时，其超过部分在计算当实际长度大于上述限值时，其超过部分在计算中不予考虑。中不予考虑。若内力沿侧面角焊缝全长分布，比如焊若内力沿侧面角焊缝全长分布，比如焊接梁翼缘板与腹板的连接焊缝，屋架中弦杆与节点板
20、接梁翼缘板与腹板的连接焊缝，屋架中弦杆与节点板的连接焊缝，以及梁的支承加劲肋与腹板连接焊缝等，的连接焊缝，以及梁的支承加劲肋与腹板连接焊缝等，计算长度可不受上述限制计算长度可不受上述限制。33 角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求o 角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷中可能产生的其他缺陷(气孔、非金属夹杂等气孔、非金属夹杂等)，使焊，使焊缝不够可靠缝不够可靠。对搭接连接的侧面角焊缝而言，如果焊缝长度过小
21、，由于力线弯折大，也会造成严重应力集中。因此，o 试验结果表明，图中33 角焊缝的构造与计算332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求33 角焊缝的构造与计算332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求o 在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时(图图3.16)，其搭接长度不得小于焊件较小厚度的其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，也不得小倍，也不得小于于25mm。两侧面角焊缝之间距离b也不宜大于16t(t12mm)或200mm(t12mm)，t为较薄焊件的厚度，以免因焊缝横向收缩，引起板件向外发生较大拱曲。对疲劳性能有较高要求处可采用一级焊缝。34 对接焊缝的构造与计算
22、焊缝越长，应力集中系数越大。对U形和坡口角度 60的V形坡口，焊缝有效厚度he=S；如果另一焊件厚度tt时，还应满足hf1.应用上式进行设计时，需要计算有效截面上的应力分量，较为繁难。2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式的角焊缝连接计算这主要是由于应力传递的过分弯折使构件中应力不均匀分布的影响。2 部分焊透的对接焊缝334 各种受力状态下直角角焊缝连接的计算1 承受轴心力作用时角焊缝连接计算45)的情况下，将产生三向焊接拉应力，阻碍了塑性变形的发展，增加了钢材在低温下的脆断倾向。前已述及，侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力两端大中间小。5 搭接连接的构
23、造要求2 焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验3231 焊缝缺陷对于直接承受动力荷载的结构，如重级工作制吊车梁，其上翼缘与腹板的连接，应采用如图3.o 杆件端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面杆件端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现突变，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的影响弧坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的影响。故所故所有围焊的转角处必须连续施焊。有围焊的转角处必须连续施焊。o 对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为处时，可
24、连续地作长度为2 hf的绕角焊。的绕角焊。33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算333 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式（key point)行简化行简化wff3)(32/22wuf)(32/22wff3wufwffo1o1o1o133 角焊缝的构造与计算333 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式o1334 各种受力状态下直角角焊缝连接的计算各种受力状态下直角角焊缝连接的计算o1o1o 应该指出的是上述计算方法中，假定轴心力产生的应应该指出的是上述计算方法中，假定轴心力产生的应力为平均分布。实际上，在图力为平均分布。实际上，在图3.313.31
25、所示轴心力作用下，所示轴心力作用下，水平焊缝为正面焊缝，而竖直焊缝为侧面焊缝，两者水平焊缝为正面焊缝，而竖直焊缝为侧面焊缝，两者单位长度分担的应力是不同的，前者较大后者较小。单位长度分担的应力是不同的，前者较大后者较小。显然，轴心力产生的应力假设为平均分布，与前面基显然，轴心力产生的应力假设为平均分布，与前面基本公式推导中，考虑焊缝方向的思路不符。同样，在本公式推导中，考虑焊缝方向的思路不符。同样，在确定形心位置以及计算扭矩下所产生的应力时，也没确定形心位置以及计算扭矩下所产生的应力时，也没有考虑焊缝方向，而只在最后验算式中引起了系数，有考虑焊缝方向，而只在最后验算式中引起了系数，上面计算方法
26、有一定的近似性。上面计算方法有一定的近似性。335 斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算。但考虑到以前对斜角角焊缝很少研究；而且我国采用的计但考虑到以前对斜角角焊缝很少研究；而且我国采用的计算公式也是根据直角角焊缝简化得出的。因此对斜角角焊算公式也是根据直角角焊缝简化得出的。因此对斜角角焊缝不论其有效截面上的应力情况如何，都按承受剪应力考缝不论其有效截面上的应力情况如何，都按承受剪应力考虑，即不考虑焊缝的方向，一律即虑，即不考虑焊缝的方向，一律即 (或或 )=1.0。ff335 斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算o 在确定焊缝有效厚度时在确定焊缝有效厚度时(图图3.32)，假定焊缝在其所成，假定焊缝
27、在其所成夹角的最小斜面上发生破坏。因此，钢结构设计规范规夹角的最小斜面上发生破坏。因此，钢结构设计规范规定当两焊脚边夹角定当两焊脚边夹角60 90或或 o 90 135，且根部间隙不大于，且根部间隙不大于1.5mm时，时，o 焊缝有效厚度为焊缝有效厚度为2cosahhfeaa335 斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算o 当根部间隙大于当根部间隙大于1.5mm时，则焊缝有效厚度取为时，则焊缝有效厚度取为2cos)sin(aahhfe根部间隙34 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造对接焊缝的构造1、断面要求、断面要求对接焊缝的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝。对接焊缝的焊件常需做
28、成坡口，故又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。当焊件厚度很小坡口形式与焊件厚度有关。当焊件厚度很小(t10mm时，可用直边缝。对于一般厚度时，可用直边缝。对于一般厚度(t=1020mm)的焊件可采用具有斜坡口的的焊件可采用具有斜坡口的单边单边V形或形或V形焊缝。斜坡口和离缝形焊缝。斜坡口和离缝C共同组成共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透；一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透；钝边钝边p有托住熔化金属的作用。有托住熔化金属的作用。34 对接焊缝的构造与计算34 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算34 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算对接焊缝的计算对接焊缝的计
29、算 对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊缝对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊缝质量的检验标准等因素有关。因此质量的检验标准等因素有关。因此 一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等不用计算。三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其等不用计算。三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的抗拉强度为母材强度的85%，当受拉时要求计算。，当受拉时要求计算。（如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是高于（如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是高于母材的。但由于焊接技术问题，焊缝中可能有气孔、夹渣、母材的。但由于焊
30、接技术问题，焊缝中可能有气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。实验证明，焊接缺陷对受压、受剪咬边、未焊透等缺陷。实验证明，焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受剪的对接焊缝与的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。当缺母材强度相等，但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。当缺陷面积与焊件截面积之比超过陷面积与焊件截面积之比超过5%时，对接焊缝的抗拉强时，对接焊缝的抗拉强度将明显下降。）度将明显下降。）342 对接焊缝的计算对接焊缝的计算(2)承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝(2)承受弯矩和剪力共同作用的
31、对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝2 部分焊透的对接焊缝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3.39(a)所示的焊透对接焊缝是不必要的；如采用角焊缝图3.39(b)，形又不平整；采用不焊透的对接焊缝图3.39(c)，可以省工省料，较为美观大方。：部分焊透的对接焊缝必须在设计图上注明坡口的：部分焊透的对接焊缝必须在设计图上注明坡口的形式和尺寸。形式和尺寸。坡口形式分坡口形式分V形、单边形、单边V形和形和U形，由下图可见，形，由下图可见
32、，不焊透不焊透的对接焊缝可视为在坡口内焊接的角焊缝的对接焊缝可视为在坡口内焊接的角焊缝，故其强度计算方，故其强度计算方法与前述直角角焊缝相同，但偏安全地取法与前述直角角焊缝相同，但偏安全地取 =1.0。其焊缝有。其焊缝有效高度和效高度和焊缝根部至焊缝表面焊缝根部至焊缝表面(不考虑余高不考虑余高)的最短距离的最短距离S S相关相关 f2 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝 对对U形和坡口角度形和坡口角度 60的的V形坡口，焊缝有效厚度形坡口，焊缝有效厚度he=S；但对于但对于 60的的V形坡口焊缝，考虑到焊缝根部处不形坡口焊缝，考虑到焊缝根部处不易焊满，因而将易焊满，因而将he降低，即降低，即
33、he=0.75S；对单边对单边V形坡口焊缝则形坡口焊缝则取取he=S3mm。a2 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝ao 当熔合线处焊缝截面边长等于或接近于最短距离当熔合线处焊缝截面边长等于或接近于最短距离S S时时 下图下图(b)b)、(c)(c)、(d)(d)，应验算焊缝在熔合线上的抗剪应验算焊缝在熔合线上的抗剪强度，其强度设计值取强度，其强度设计值取0.90.9倍角焊缝的强度设计值。倍角焊缝的强度设计值。o 部分焊透对接焊缝的最小有效厚度为部分焊透对接焊缝的最小有效厚度为1.5 1.5 ，t t为为坡口所在焊件的较大厚度坡口所在焊件的较大厚度(单位取单位取mm)mm)。t2 部分焊透的
34、对接焊缝部分焊透的对接焊缝35 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形351 焊接应力的分类和产生的原因焊接应力的分类和产生的原因 焊接连接因方便快捷，在钢结构工程中得到了广泛焊接连接因方便快捷，在钢结构工程中得到了广泛使用，但因为施焊过程中不均匀温度场的存在，会产生使用，但因为施焊过程中不均匀温度场的存在，会产生两类问题两类问题焊接残余应力对结构和构件的力学性能及承载力产生不焊接残余应力对结构和构件的力学性能及承载力产生不利影响。种类有有沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂利影响。种类有有沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接直于焊缝长度方向的横向焊接应力
35、和沿厚度方向的焊接应力。应力。焊接残余变形构件外形发生扭曲焊接残余变形构件外形发生扭曲 这两类问题都直接影响到结构的安全和正常使用，因这两类问题都直接影响到结构的安全和正常使用，因此必须防止和考虑其不利影响。此必须防止和考虑其不利影响。351 焊接应力的分类和产生的原因焊接应力的分类和产生的原因 焊接过程是一个焊接过程是一个不均匀加热和冷却的不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，过程。在施焊时，焊件上产生焊件上产生，焊缝及，焊缝及其附近温度最高，其附近温度最高，可达可达1600以上，以上，而邻近区域温度而邻近区域温度则急剧下降则急剧下降(图图3.41)。温度高的钢材膨胀大，但受到两侧温度较低、膨胀
36、量较小的钢材所限制，产生了。在低碳钢和低合金钢中，这种拉应在低碳钢和低合金钢中，这种拉应力经常达到钢材的屈服强度力经常达到钢材的屈服强度。焊接应力是一种无荷载作用下的内应力，因此会在焊接应力是一种无荷载作用下的内应力，因此会在焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍远区段内产生焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍远区段内产生压应力压应力图图3.41(c)。种原因产生的合应力种原因产生的合应力 图图(d)。在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。因此，除有纵向和横向焊接应力外，还施焊。因此，除有纵向和横向焊接应力外，还存在着沿钢板厚度方向的焊接应力存在着沿钢板厚度方
37、向的焊接应力(图图3.43)。这三种应力形成同号三向应力，将大大降低连这三种应力形成同号三向应力，将大大降低连接的塑性。接的塑性。352 焊接应力对结构性能的影响焊接应力对结构性能的影响。设轴心受拉构件在受荷前设轴心受拉构件在受荷前(N=0)截面上就存在纵向焊接应截面上就存在纵向焊接应力，并假设其分布如图力，并假设其分布如图(a)所示。所示。352 焊接应力对结构性能的影响焊接应力对结构性能的影响 在轴心力在轴心力N作用下，部分截面的焊接拉应力已达屈服点，作用下，部分截面的焊接拉应力已达屈服点，应力不再增加，如果钢材具有一定的塑性，拉力应力不再增加，如果钢材具有一定的塑性，拉力N就仅由受压就仅
38、由受压弹性区承担。两侧受压区应力由原来受压逐渐变为受拉，最后弹性区承担。两侧受压区应力由原来受压逐渐变为受拉，最后应力也达到屈服点，这时全截面应力都达到屈服点应力也达到屈服点，这时全截面应力都达到屈服点图图(b)。可见有无焊接应力，结构的最终强度承载力都为可见有无焊接应力，结构的最终强度承载力都为Btfyo1o在厚板或具有交叉焊在厚板或具有交叉焊缝缝(图图3.45)的情况下，的情况下，将产生三向焊接拉应将产生三向焊接拉应力，阻碍了塑性变形力，阻碍了塑性变形的发展，增加了钢材的发展，增加了钢材在低温下的脆断倾向。在低温下的脆断倾向。因此，降低或消除焊因此，降低或消除焊缝中的残余应力是改缝中的残余
39、应力是改善结构低温冷脆性能善结构低温冷脆性能的重要措施之一。的重要措施之一。在焊缝及其附近的主体金属残余拉在焊缝及其附近的主体金属残余拉应力通常达到钢材的屈服点，此部位正应力通常达到钢材的屈服点，此部位正是形成和发展疲劳裂纹最为敏感的区域。是形成和发展疲劳裂纹最为敏感的区域。因此，焊接残余应力对结构的疲劳强度因此，焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显不利影响。有明显不利影响。353 焊接变形焊接变形o在焊接过程中，在焊接过程中，由于不均匀的加由于不均匀的加热和冷却，焊区热和冷却，焊区在纵向和横向收在纵向和横向收缩时，势必导致缩时，势必导致构件产生局部鼓构件产生局部鼓曲、弯曲、歪曲曲、弯曲、歪曲和
40、扭转等。类型和扭转等。类型如下图。任一焊如下图。任一焊接变形超过验收接变形超过验收规范的规定时，规范的规定时，必须进行校正。必须进行校正。354 减少焊接应力和焊接变形的措施减少焊接应力和焊接变形的措施1 设计上的措施设计上的措施 只要结构上允许，应尽可只要结构上允许，应尽可能使焊缝对称于构件截面的中性轴，以减小焊接变形，能使焊缝对称于构件截面的中性轴，以减小焊接变形，例如图例如图(a)和图和图(c)所示的情况。所示的情况。1 设计上的措施设计上的措施 (2)在保证安全的前提下，不得随意加大在保证安全的前提下，不得随意加大 焊缝厚度。焊缝尺寸过大容易引起过大的焊接残余应力。焊缝厚度。焊缝尺寸过
41、大容易引起过大的焊接残余应力。(3)，且不宜过分集中，且不宜过分集中 当几块钢板交汇在一当几块钢板交汇在一处进行连接时，应采取图处进行连接时，应采取图(e)的方式。如采用图的方式。如采用图(f)的方式，由的方式，由于热量高度集中，会引起过大的焊接变形，同时焊缝及基本金属于热量高度集中，会引起过大的焊接变形，同时焊缝及基本金属也会发生组织改变。也会发生组织改变。354 减少焊接应力和焊接变形的措施减少焊接应力和焊接变形的措施1 设计上的措施设计上的措施(4)比如梁腹板加劲比如梁腹板加劲肋与腹板及翼缘的连接焊缝，就应中断，以保证主要的焊肋与腹板及翼缘的连接焊缝，就应中断，以保证主要的焊缝缝(翼缘与腹板的连接焊缝翼缘与腹板的连接焊缝)连接通过连接通过图图(g)。(5)图(i)。3542 工艺上的措施工艺上的措施o(1)例如钢板对接时采用分段退例如钢板对接时采用分段退焊，厚焊缝采用分层焊，工字形截面按对角跳焊焊，厚焊缝采用分层焊，工字形截面按对角跳焊(图图3.48)。
