焊接结构学焊接接头及其静载强度.pptx

焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）1 1焊接接头及其静载强度焊接接头及其静载强度本章内容一、焊接接头基本知识二、焊接接头工作应力的分布三、焊接接头静载强度的计算焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）2 2焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识一、焊接接头的基本形式一、焊接接头的基本形式1.1.对接接头对接接头2.2.搭接接头搭接接头3.3.角接接头角接接头4.T4.T字接接头字接接头对接接头对接接头 接头受力简单、均匀，应力集中较小，接头受力简单、均匀，应力集中较小，强度较高，优先选用强度较高，优先选用搭接接头搭接接头 接头强度好。但受力复杂，应力集中严重，接头强度好。但受力复杂，应力集中严重，易产生焊接缺陷。易产生焊接缺陷。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）3 3二、焊缝的基本类型二、焊缝的基本类型1 1、对接焊缝（坡口面间焊接）、对接焊缝（坡口面间焊接）坡口形式坡口形式焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）4 4二、角焊缝二、角焊缝焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）5 5三、组合焊缝三、组合焊缝焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）6 6四、工作焊缝与联系焊缝四、工作焊缝与联系焊缝焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）7 7三、焊缝代号的表示方法三、焊缝代号的表示方法焊缝的表示方法焊缝的表示方法（1 1）、焊焊缝缝的的结结构构形形式式用用焊焊缝缝代代号号来来表表示示，焊焊缝缝代代号号主主要要由由：指指引引线线、基基本本符符号号、焊焊缝缝尺尺寸寸、辅辅助助符符号号和和补补充充符符号号等等组组成成。焊焊缝缝的的基基本本符符号号用用来来说说明明焊焊缝缝横横截截面面的的形形状状，线线宽宽为为标标注注字字符符高高度度的的1/101/10，如如字字高高为为3.5mm3.5mm，则则符符号号线线宽宽为为0.35mm0.35mm。辅助符号是表示焊缝表面形状的符号，如凸起或凹下等辅助符号是表示焊缝表面形状的符号，如凸起或凹下等.补充符号是用来表示焊缝的范围等特征的符号。补充符号是用来表示焊缝的范围等特征的符号。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）8 8焊缝基本符号举例焊缝基本符号举例焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）9 9焊缝的辅助符号焊缝的辅助符号焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）10 10焊缝的补充符号焊缝的补充符号焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）11 11（2 2）、指引线）、指引线采用采用细实线细实线绘制，一般由带箭头的指引线（称为绘制，一般由带箭头的指引线（称为箭箭头线头线）和两条基准线（其中一条为）和两条基准线（其中一条为实线实线，另一条为，另一条为虚线虚线，基准线一般与图纸标题栏的长边平行）必要，基准线一般与图纸标题栏的长边平行）必要时可以加上尾部（时可以加上尾部（9090夹角的两条细实线），如图夹角的两条细实线），如图所示。所示。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）12 12（3 3）、箭头线）、箭头线对于焊缝的位置一般没有特殊的要求。当箭头线直接指向焊缝对于焊缝的位置一般没有特殊的要求。当箭头线直接指向焊缝时，可以指向焊缝的正面或反面。但当标注单边时，可以指向焊缝的正面或反面。但当标注单边V V形焊缝、带形焊缝、带钝边的单边钝边的单边V V形焊缝、带钝边的单边形焊缝、带钝边的单边J J形焊缝时，形焊缝时，箭头线应当指箭头线应当指向有坡口一侧的工件向有坡口一侧的工件。如图。如图a a、b b所示。所示。(a)(b)(c)（4 4）、基准线的虚线也可以画在基准线实线的上方，如图）、基准线的虚线也可以画在基准线实线的上方，如图c c所所示。示。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）1313（5 5）、）、当箭头线直接指向焊缝时，基本符号应标注在实线侧当箭头线直接指向焊缝时，基本符号应标注在实线侧，如下图中的角焊缝符号。如下图中的角焊缝符号。当箭头线指向焊缝的另一侧时，基本当箭头线指向焊缝的另一侧时，基本符号应标注在基准线的虚线侧符号应标注在基准线的虚线侧，如上图，如上图c c中的中的V V形焊缝的标注以形焊缝的标注以及下图中下方的角焊缝。及下图中下方的角焊缝。基本符号相对基准线的位置（双角焊缝）基本符号相对基准线的位置（双角焊缝）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）14 14双面焊缝（单边双面焊缝（单边V V形焊缝）形焊缝）（6 6）、标注）、标注对称对称焊缝和焊缝和双面双面焊缝时，基准线中的虚线可省略。焊缝时，基准线中的虚线可省略。如下图所示。如下图所示。对称焊缝（角焊缝）标注对称焊缝（角焊缝）标注焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）15 15（7 7）、在不致引起误解的情况下，当箭头线指向焊缝，而另）、在不致引起误解的情况下，当箭头线指向焊缝，而另一侧又无焊缝要求时，允许省略基准线的虚线。一侧又无焊缝要求时，允许省略基准线的虚线。（8）、焊缝的尺寸符号为：）、焊缝的尺寸符号为：高度方向高度方向长度方向长度方向焊接尺寸符号及意义焊接尺寸符号及意义焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）16 16 在在焊焊缝缝基基本本符符号号的的左左侧侧标标注注焊焊缝缝横横截截面面上上的的尺尺寸寸，如如钝钝边边高高度度P P、坡坡口口深深度度H H，焊焊角角高高度度K K等等。如如果果焊焊缝缝的的左左侧侧没没有有任何标注又无其它说明时，说明对接焊缝要完全焊透。任何标注又无其它说明时，说明对接焊缝要完全焊透。在焊缝基本符号的在焊缝基本符号的右侧右侧，标注焊缝，标注焊缝长度方向长度方向的尺寸，如的尺寸，如焊缝段数焊缝段数n n、焊缝长度、焊缝长度l l、焊缝间隙、焊缝间隙e e。如果基本符号右侧无任。如果基本符号右侧无任何标注又无其它说明时，表明焊缝在整个工件长度方向上是何标注又无其它说明时，表明焊缝在整个工件长度方向上是连续的。连续的。在焊缝基本符号的在焊缝基本符号的上侧上侧或或下侧下侧，标注，标注坡口角度坡口角度；坡口坡口面角度面角度和和根部间隙根部间隙b b。在指引线的在指引线的尾部尾部表注相同焊缝的表注相同焊缝的数量数量N N和和焊接方法焊接方法。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）17 17焊缝标注与说明举例焊缝标注与说明举例 焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）18 18 图7-37 焊接装配图实例（支架）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）19 19焊接接头工作应力的分布焊接接头工作应力的分布一、焊接接头的应力集中一、焊接接头的应力集中定义：由于焊接的形状和焊缝布置的特点，焊接接头工作应力的分布是不均匀定义：由于焊接的形状和焊缝布置的特点，焊接接头工作应力的分布是不均匀的，其最大应力的，其最大应力 max比平均应力值比平均应力值 m高，这种情况称应力集中。高，这种情况称应力集中。表达式：表达式：焊接接头中存在应力集中的影响因素焊接接头中存在应力集中的影响因素 焊接工艺焊接工艺缺陷缺陷、冶金缺陷、夹渣、气孔、咬、冶金缺陷、夹渣、气孔、咬边、未焊透均会引起应力集中边、未焊透均会引起应力集中,其中咬边、未焊其中咬边、未焊透较为严重。透较为严重。不合理的焊缝外形不合理的焊缝外形。不同焊缝形状会引起不。不同焊缝形状会引起不同程度的应力集中。同程度的应力集中。接头型式：不同接头型式引起应力集中不同。接头型式：不同接头型式引起应力集中不同。制造过程中的缺陷。制造过程中的缺陷。焊接残余应力。焊接残余应力。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）2020二、电弧焊接头工作应力的分布二、电弧焊接头工作应力的分布1 1、对接接头的工作应力分布、对接接头的工作应力分布 对接接头的焊缝形状产生了结对接接头的焊缝形状产生了结构不连续性，因而引起不同的构不连续性，因而引起不同的应力分布，在焊缝与母材的过应力分布，在焊缝与母材的过渡处引起应力集中，最大应力渡处引起应力集中，最大应力集中部位在集中部位在焊趾焊趾。应力集中的大小与应力集中的大小与余高余高和和过渡过渡区半径区半径有关。有关。降低降低 K KT T 方法：方法：打磨余高、增加打磨余高、增加过渡区半径过渡区半径。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）21 212 2、T T型（十字）接头的工作应力型（十字）接头的工作应力分布分布 T T型（十字）接头有熔透和未熔透型（十字）接头有熔透和未熔透两种。两种。未熔透的十字接头，在未熔透的十字接头，在焊趾焊趾和和焊根焊根处有较大的应力集中系数，其处有较大的应力集中系数，其中以中以焊根焊根处为最大。处为最大。熔透的十字接头有较小的应力熔透的十字接头有较小的应力集中系数。集中系数。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）22223 3、搭接接头的工作应力分布、搭接接头的工作应力分布1 1）正面角焊缝）正面角焊缝（与（与力作用方向垂直）力作用方向垂直）焊缝焊缝根部根部A A点、点、焊趾焊趾B B点应力集中严点应力集中严重重 焊趾焊趾B B点的应力点的应力集中系数随角焊缝集中系数随角焊缝的斜边的的斜边的夹角夹角而而变。变。减小减小、增大熔、增大熔深焊透根部和增大深焊透根部和增大底边焊脚长度底边焊脚长度，可，可使使KT减小。减小。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）23232 2）侧面角焊缝）侧面角焊缝（与力（与力作用方向垂直平行）作用方向垂直平行）应力集中在焊缝两端，应力集中在焊缝两端，焊缝越长，焊缝越长，KT越大。越大。3 3）联合角焊缝）联合角焊缝应力集中大大降应力集中大大降低。低。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）2424焊接接头静载强度的计算焊接接头静载强度的计算焊缝接头强度计算的假设焊缝接头强度计算的假设 残余应力对接头强度无影响残余应力对接头强度无影响 应力集中对接头强度无影响应力集中对接头强度无影响 接头的工作应力是均布的，以平均应力计接头的工作应力是均布的，以平均应力计 不计正面与侧面焊缝、焊缝的加强与减弱和不同不计正面与侧面焊缝、焊缝的加强与减弱和不同焊接规范引起的焊缝性能差异，而用统一的计焊接规范引起的焊缝性能差异，而用统一的计算截面和许用应力算截面和许用应力 角焊缝都是在切应力的作用下破坏角焊缝都是在切应力的作用下破坏,按切应力计按切应力计算其强度算其强度.焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）2525 角焊缝的破断面在角焊缝截面的最小高度上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其值等于内接三角形高.余高和少量的熔深对接头的强度没有影响余高和少量的熔深对接头的强度没有影响,但但是是,在采用熔深较大的埋弧焊和在采用熔深较大的埋弧焊和CO2CO2气体保护焊气体保护焊时时,应给予考虑应给予考虑,角焊缝计算断面高度角焊缝计算断面高度a a为为:a=(K+p)cos45 当当K8mm时时,可取可取a等于等于K;当当 K 8mm时时,可取可取p=3mm.焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）2626电弧焊接头的静载强度计算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电弧焊接头静载强度计算的一般表达式为:或或式中式中,为平均工作应力为平均工作应力;为焊缝的许用应力为焊缝的许用应力.1.1.对接接头的静载强度计算对接接头的静载强度计算不考虑焊缝余高不考虑焊缝余高焊缝长度取实际长度焊缝长度取实际长度计算厚度取两板中较薄者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如果焊缝的许用应力与基本金属的相等,则不必进行强则不必进行强度计算度计算对接接头进行强度计算时对接接头进行强度计算时焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）2727对接接头受力情况对接接头受力情况Fs为切力为切力M1为平面内弯矩为平面内弯矩M2为垂直平面的弯矩为垂直平面的弯矩计算公式如下：计算公式如下：受拉时：受拉时：受压时：受压时：受剪时：受剪时：而内弯：而内弯：垂直弯：垂直弯：综合作用：综合作用：注注：对于未焊透的对接接头，上述各式中应将：对于未焊透的对接接头，上述各式中应将 中减去未焊透深度，中减去未焊透深度，l l取实际焊缝长度，取实际焊缝长度，、分别是焊缝许用拉、压、切应力。分别是焊缝许用拉、压、切应力。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）2828例题例题例例1 1 两两块块板板厚厚为为5mm5mm、宽宽为为500mm500mm的的钢钢板板对对接接，两两端端受受28400N28400N的的拉拉力力，材材料料为为Q235Q235A A钢钢，t t 142142M MPaPa，试校核其焊缝强度。，试校核其焊缝强度。解解:已已知知F=28400NF=28400N，L=500mmL=500mm，=5mm=5mm，t t 142MPa142MPa，代入式，代入式 得得 所以该对接接头焊缝强度满足要求，结构工作时是安所以该对接接头焊缝强度满足要求，结构工作时是安全的。全的。焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）2929例例2 2 两块板厚为两块板厚为10mm10mm的钢板对接，焊缝受的钢板对接，焊缝受29300N29300N的切力，材料为的切力，材料为Q235Q235A A钢，试设计焊缝的长度钢，试设计焊缝的长度（钢板宽度）。（钢板宽度）。解解 由公式由公式 可得可得由由已已知知条条件件知知Q=29300NQ=29300N，=10mm=10mm；由由表表中中查查得得98MPa98MPa，代入上式得，代入上式得取取L=32L=32mm,mm,即当焊缝长度为即当焊缝长度为3232mmmm时时,强度满足要求强度满足要求.焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）30302 2、搭接接头的静载强度计算、搭接接头的静载强度计算联合搭接角焊缝联合搭接角焊缝计算公式：计算公式：焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）3131例题例题 将将100mm 100mm 10mm100mm 100mm 10mm的角钢用角焊缝搭接在一的角钢用角焊缝搭接在一块钢板上，见图。受拉伸时要求与角钢等强度，试块钢板上，见图。受拉伸时要求与角钢等强度，试计算接头的合理尺寸计算接头的合理尺寸K K和和L L应该是多少？应该是多少？焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）3232解解 从从材材料料手手册册查查得得角角钢钢断断面面面面积积A=19.2cmA=19.2cm2 2；许许用用拉拉应应力力t t 160MPa160MPa160N/mm160N/mm2 2，焊缝许用切应力，焊缝许用切应力=100MPa=100MPa100N/mm100N/mm2 2角钢的允许载荷角钢的允许载荷F=AF=At=19200mm160 N/mmt=19200mm160 N/mm2 2=307200N=307200N。假假定定接接头头上上各各段段焊焊缝缝中中切切应应力力都都达达到到焊焊缝缝许许用用切切应应力力值值，即即。若取若取K K10mm10mm，用焊条电弧焊，则所需的焊缝总长度为，用焊条电弧焊，则所需的焊缝总长度为角钢一端的正面角焊缝角钢一端的正面角焊缝L L3 3=100mm=100mm，则两侧焊缝总长度为，则两侧焊缝总长度为339mm339mm。根。根据材料手册查得角钢的拉力作用线位置据材料手册查得角钢的拉力作用线位置e e28.3mm28.3mm，按杠杆原理，按杠杆原理，则侧面角焊缝则侧面角焊缝L L2 2应承受全部侧面角焊缝应该承受载荷的应承受全部侧面角焊缝应该承受载荷的28.3%28.3%。故。故 另外一侧的侧面角焊缝长度应该是：另外一侧的侧面角焊缝长度应该是：取取L L1 1250mm250mm，L L2 2100mm.100mm.焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）焊接结构制造工艺及实施（接头及静载强度）3333母材及焊缝的许用应力 1.设计应力小于许用应力。设计应力小于许用应力。2.母材和焊缝的许用应力分别用母材和焊缝的许用应力分别用 和和 表表示。示。3.焊缝的许用应力焊缝的许用应力 大小与许多因素有关，大小与许多因素有关，不但与焊缝工艺、材料有关，而且也与焊不但与焊缝工艺、材料有关，而且也与焊接检验方法的精确程度有关。接检验方法的精确程度有关。4.焊缝的许用应力焊缝的许用应力 也可以由母材的许用也可以由母材的许用应力应力 乘以焊缝的强度减弱系数乘以焊缝的强度减弱系数f来估算，来估算，即：即：=（取值）（取值）