【正文】 結(jié)構(gòu)的重要性、載荷特性、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：，凡對接焊縫均應(yīng)焊透。，以及搭接連接采用的角焊縫，由于內(nèi)部探傷困難，不能要求其質(zhì)量等級為一級或二級。圓孔或槽孔內(nèi)的角焊縫焊腳尺寸尚不宜大于圓孔或槽孔短徑的1/3。斷續(xù)角焊縫焊段的長度不得小于10K或50mm，其靜距不應(yīng)大于15t（受壓構(gòu)件）或30t（受拉構(gòu)件），t為較薄焊件的厚度。（焊縫表面較難成型，受力狀況不良）或α＜60176。② 根部間隙過小，根部難以熔透，并須采用較小規(guī)定的焊條，從而減慢焊接過程。在保證焊透的前提下，間隙盡可能小?，F(xiàn)廣泛采用碳弧氣刨方法清根。因此，這種坡口焊縫只在較厚板的T形接頭中采用才是經(jīng)濟的。在這種情況下構(gòu)件之間連接的焊縫一般并不須要全部熔透，而是在滿足強度要求的前提下，正確地設(shè)計焊縫的形狀和尺寸。 ㈠ 工作焊縫與聯(lián)系焊縫[12]在焊接結(jié)構(gòu)中的焊縫，按其所起的作用可分為工作焊縫和聯(lián)系焊縫兩種，見圖238所示。我國鍋爐和壓力容器、起重機、橋梁、鐵路車輛等行業(yè)都在各自設(shè)計規(guī)范中確定了各種材料的許用應(yīng)力和許用安全系數(shù)。焊縫長度一般取焊縫的實際長度；熔透的T形接頭和十字接頭按對接焊縫進(jìn)行強度計算，焊縫的計算厚度取立板的厚度。斷續(xù)焊縫的焊腳尺寸可根據(jù)折算方法確定。]受剪：τ=Qlδ≤[ τ39。]4）部分熔透接頭的靜載強度計算公式部分熔透T形接頭或十字接頭的焊縫靜載強度計算公式同角焊縫的計算公式，見表236。當(dāng)危險點難以確定時，應(yīng)選幾個大應(yīng)力點計算其合成應(yīng)力，以最大值的點位危險點。100％強度的角焊縫就是等強度焊縫，它主要用于集中載荷的部位，如導(dǎo)軌的焊接；50％強度的角焊縫用于焊接箱體中，若為單面角焊縫，則焊腳尺寸要加倍，即K= 3/4δ；30％強度的角焊縫主要用于并不承載的角焊縫，當(dāng)它小于最小焊腳尺寸（表234）時，則取最小焊腳尺寸。 表239起重機結(jié)構(gòu)焊縫許用應(yīng)力[16]焊縫種類應(yīng)力種類符號用普通方法檢查的焊條電弧焊埋弧焊或用精確方法檢查的焊條電弧焊對接拉伸、壓縮應(yīng)力[σ′][σ][σ]對接及角焊縫剪切應(yīng)力[τ′][σ]2[σ]2注：[σ]為基本金屬的許用拉應(yīng)力。≤≤135176。=s3； U形、J形坡口：=s。從減小變形和填充金屬考慮，可縮小定位焊的間距。焊接方法可以是焊條電弧焊或二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。引板長度不小于80mm；2）埋弧自動焊縫焊接過程中不應(yīng)斷弧，如有斷弧則必須將停弧處刨成1：5斜坡，并搭接50mm再引弧施焊，焊后搭接處應(yīng)修磨均勻。投產(chǎn)前應(yīng)對所選的焊接工藝進(jìn)行評定，通常是與生產(chǎn)相同的條件下對焊成接頭作破壞性試驗。 6．焊前預(yù)熱溫度應(yīng)通過焊接性試驗和焊接工藝評定確定；預(yù)熱范圍一般為焊縫每側(cè)100mm以上，距焊縫30~50mm范圍內(nèi)測溫。3） 先焊在工作。 4．焊接前必須徹底清除等焊區(qū)域內(nèi)的有害物，焊接時嚴(yán)禁在母材的非焊接部位引弧，焊接后應(yīng)清理焊縫表面的熔渣及兩側(cè)的飛濺。但允許有少量銹跡。然后再焊上永久性的埋弧焊縫。對于開裂的定位焊縫，必須先查明原因，然后再清除開裂的焊縫，在保證桿件尺寸正確的條件下補充定位焊。（2） 位置 雙面焊且背面須清根的焊縫，定位焊縫最好布置在背面；形狀對稱的構(gòu)件，定位焊縫也應(yīng)對稱布置；有交叉焊縫的地方不設(shè)定位焊縫，至少離開交叉點50mm；定位焊縫應(yīng)距設(shè)計焊縫端部30mm以上。177。② 當(dāng)對接焊縫和T形對接與角接組合焊縫無法采用引弧板和引出板施焊時，每條焊縫的長度計算時應(yīng)各減去 2t。時，a=U形、J形坡口：α=SIx=al（δa）2l—焊縫長度剪：τ=Q2al ≤[τ′]彎：τ=MIx≤ymax[τ′] 表238機械焊接結(jié)構(gòu)中焊縫的許用應(yīng)力焊縫種類應(yīng)力狀態(tài)焊縫許用應(yīng)力一般E43型及E50型焊條電弧焊低氫焊條電弧焊、埋弧焊、半埋自動弧焊對接縫拉應(yīng)力[σ][σ]壓應(yīng)力[σ][σ]切應(yīng)力[σ][σ]角焊縫切應(yīng)力[σ][σ]注：表中[σ]為基本金屬的拉伸許用應(yīng)力。以T形接頭的雙面角焊縫為例。部分熔透的對接接頭，其焊縫強度也按角焊縫計算，所用公式見表237。]平面內(nèi)彎矩M1：σ=6M1l2δ≤[σl39。]—焊縫的許用壓應(yīng)力 τ39。③ 因構(gòu)造上需要的非承載角焊縫，其最小焊腳尺寸可根據(jù)焊件厚度和焊接工藝要求確定，可參照表234。2）坡口焊縫靜載強度計算公式 基于上述假定對熔透的坡口焊縫的靜載強度得到了簡化，表235給出了計算公式。它是以滿足工作能力為基本要求的一種設(shè)計方法，對于一般用途的構(gòu)件，設(shè)計時應(yīng)滿足的強度條件為 工作應(yīng)力≤許用應(yīng)力 或者 安全系數(shù) 失效應(yīng)力工作應(yīng)力≥許用安全系數(shù)這里的失效應(yīng)力，如果為屈服準(zhǔn)則，則為材料的屈服點，如按斷裂準(zhǔn)則，則為強度極限：在疲勞強度設(shè)計中為疲勞極限。當(dāng)背面施焊有困難時，可采用單面開小坡口的角焊縫背面只焊一道角焊縫并按最小焊角尺寸確定，見表234。必須指出，只承受壓載荷的T形（或十字）接頭，如端面接觸良好（磨平頂緊），大部分載荷由端面直接傳遞，焊縫所承受載荷減小，故焊縫可以不焊透，角焊縫尺寸也可減小。這三種焊縫截面積（填充金屬）的比較，以開雙面V形坡口焊縫最省。⑥若條件允許，板厚結(jié)構(gòu)宜設(shè)計或選用雙面開坡口的焊縫，雙面V形焊縫不僅比單面V形焊縫少用一半的填充材料，而且可作兩面交替焊接，把焊接角度控制到最小。埋弧焊的熔深比焊條電弧焊大，故鈍邊可適當(dāng)加大以減小填充金屬。而后者增大，卻增加填充金屬量。（直角角焊縫）。焊腳尺寸的比例：對正面角焊縫宜為1：（長邊順內(nèi)力方向）；對側(cè)面角焊縫可為1：1。當(dāng)焊件厚度等于或小于4mm時，則最小焊腳尺寸與焊件厚度相同。所以規(guī)定，應(yīng)予焊透，質(zhì)量等級不低于二級。 2）標(biāo)準(zhǔn)的坡口形狀和尺寸 國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T98588《氣焊、手工電弧焊及氣體保護(hù)焊焊縫坡口基本形式與尺寸》和GB/T98688《埋弧焊焊縫坡口基本形式與尺寸》（見附錄Ⅰ和附錄Ⅱ）。下列為設(shè)計和選擇焊接接頭形式時須考慮的幾個因素：① 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀 、尺寸、材質(zhì)及技術(shù)要求；② 焊接方法及接頭的基本特性；③ 接頭承受載荷的性質(zhì)、大小，如拉伸、壓縮、彎曲、交變載荷和沖擊等；④ 接頭的工作環(huán)境，如溫度、腐蝕介質(zhì)等；⑤ 焊接變形與控制，以及施焊的難易程度；⑥ 接頭焊前的準(zhǔn)備和焊接所需費用。如兩個方向都受力，則宜采用圓形、方形或特殊形狀的軋鋼、鍛鋼插入件。3） T形接頭和十字接頭T形接頭是將一件端面與另一件表面構(gòu)成直角或近似直角的接頭。缺點：母材和焊接材料消耗大，接頭動載強度低，搭接面有間隙，若外漏易發(fā)生腐蝕，若封閉澤不能在高溫工作。缺點：焊前準(zhǔn)備工作量大，組裝費工時，而且焊接變形也較大。具體坡口形狀和尺寸見下節(jié)內(nèi)容。焊接時只要焊接順序選用合理，焊接變形就可以得到有效的控制，特別是撓曲變形可以得到有效的控制。如從控制變形的角度考慮，鋼橋結(jié)構(gòu)的箱形薄壁結(jié)構(gòu)的板材不宜太薄，如起重20t、跨度28m的箱形雙梁式起重機，主體箱形梁長度達(dá)45m、斷面為寬800mm、高1666mm、內(nèi)側(cè)腹板厚度為8mm，外側(cè)腹板6mm，焊成箱形后，無論整體變形還是局部變形都比較大，而且矯正困難。 k2=1+85εsn εs=σs∕E式中 n——層數(shù)。所以在沒有特別說明情況下，一般所說的焊接變形，多是指焊接殘余變形。如果是簡單的金屬桿件在自由狀態(tài)下均勻的加熱或冷卻，該桿件將按熱膨冷縮的基本規(guī)律在長度上產(chǎn)生伸長或縮短的變形，焊接時不均勻加熱過程，熱源只集中在焊接部位，且以一定速度向前移動。1） 盡量減少結(jié)構(gòu)上焊縫的數(shù)量和焊縫尺寸。應(yīng)力腐蝕裂紋主要是由材質(zhì)、腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用的結(jié)果。 2）對構(gòu)件加工尺寸精度的影響圖232帶氣割邊及帶蓋板的焊接桿 件的內(nèi)應(yīng)力 對尺寸精度要求高的焊接結(jié)構(gòu)，焊后一般都采用切削加工來保證構(gòu)件的技術(shù)條件和裝配精度。圖231所示即為殘余應(yīng)力。應(yīng)力沿焊件一個方向作用二維空間應(yīng)力雙向（或雙軸）應(yīng)力。 選擇好焊接方法的影響因素還包括技術(shù)水平、設(shè)備和焊接用消耗材料等。一種焊接方法能進(jìn)行這四種位置的焊接稱可全位置焊的方法?？珊缸钚〉暮穸仁侵阜€(wěn)定狀態(tài)下單面單道焊恰好焊透而不發(fā)生燒穿的厚度。表212焊接方法影響因素焊接方法適用材料下焊接厚度(mm)接頭形式焊接位置費用自動化程度對接T接搭接平焊立焊橫焊仰焊設(shè)備費焊接費手工電弧焊碳鋼單道2～6 多道6以上AAAABBC少少差低合金鋼單道2～6 多道6以上二氧化碳?xì)獗：柑间撋淞鬟^渡:單道3～10。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證。7）下列情況的承重結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不應(yīng)采用Q235沸騰鋼：①焊接結(jié)構(gòu)。吊車起重量不小于50t的中級工作制吊車梁，對鋼材沖擊韌性的要求應(yīng)與需要演算疲勞的構(gòu)件相同。露天結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生時效，有害介質(zhì)作用的鋼材易腐蝕、疲勞和斷裂，應(yīng)區(qū)別地選擇不同的材質(zhì)，宜采用耐候鋼，其質(zhì)量要求應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4172《焊接結(jié)構(gòu)有耐候鋼》的規(guī)定。2） 載荷情況 一般承受靜載荷的結(jié)構(gòu)，應(yīng)主要以滿足強度要求來選取。 鋼結(jié)構(gòu)用鋼的分類 [5] 在鋼結(jié)構(gòu)中采用的鋼材主要有兩種：碳素結(jié)構(gòu)鋼（或稱普通碳素鋼）和低合金結(jié)構(gòu)鋼。對稱、焊縫形狀尺寸焊縫截面尺寸標(biāo)在基本符號左側(cè)。 基本符號必要時可附帶有尺寸符號及數(shù)據(jù)，這些尺寸符號見表155。 常用焊接方法基本特點與應(yīng)用[2] [3] 表141簡要地介紹了本單位常用金屬焊接方法的原理、特點及使用范圍。 兩材料原子之間不能產(chǎn)生結(jié)合和擴散的主要原因是材料的連接表面有氧化膜、水、和油等吸附層以及兩材料原子之間尚未達(dá)到產(chǎn)生結(jié)合力的距離，對金屬而言該距離約為3～5192。 焊接過程的物理本質(zhì)[1] 焊接促使原子或分子之間產(chǎn)生結(jié)合和擴散的方法是加熱或加壓，或者兩者并用。 熔焊在連接部位需加熱至熔化狀態(tài)，一般不加壓；壓焊必須施加壓力，加熱是為了加速實現(xiàn)焊接；釬焊時母材不熔化，只熔化起連接作用的填充材料（釬料）。表153 焊縫的輔助符號的應(yīng)用名稱示意圖符號平面V形對接焊縫凸面X形對接焊縫凹面角焊縫平面封底V形焊縫 焊縫的補充符號是為了補充說明焊縫的某些特征而采用的符號，見表154。反之標(biāo)在虛線側(cè)。 按以上要求，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范具體規(guī)定：承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強度、伸長率、屈服點和碳、硫、磷含量的合格保證；焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證；對某些承受動力荷載的結(jié)構(gòu)以及重要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有常溫或負(fù)溫沖擊韌性的合格保證。1） 結(jié)構(gòu)的重要性 對重型工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)、大跨度鋼結(jié)構(gòu)、壓力容器、高層或超高層民用建筑或構(gòu)筑物等重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮選用質(zhì)量好的鋼材；其他按工作性質(zhì)分別選用普通質(zhì)量的鋼材；另外，安全等級不同，要求的鋼材質(zhì)量也應(yīng)不同。4） 結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境 在低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)，尤其是焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用具有良好抗低溫脆斷性能的鎮(zhèn)靜鋼。當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度不高于20℃時，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具用20℃沖擊韌性的合格保證；對Q390鋼和Q420鋼應(yīng)具有40℃沖擊韌性的合格保證。⑦ 中、厚板坡口對接。對焊接結(jié)構(gòu)還應(yīng)具有碳含量的合格證。結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品中規(guī)則的的長焊縫和環(huán)縫宜采用埋弧焊；手弧焊用于打底焊和短焊縫焊接，機械類產(chǎn)品接頭一般較短，根據(jù)其準(zhǔn)確度要求，選用氣體保護(hù)焊（一般厚度）、電渣焊（重型構(gòu)件易于立焊的）；半成品類的產(chǎn)品的焊接接頭往往是規(guī)則的，宜采用適于機械化的焊接方法，如埋弧焊和氣體保護(hù)焊。對于熔焊而言，是以焊透而不燒穿為前提。4 焊接位置 在不能變位的情況下焊接焊件上所有的焊縫，就會因焊縫處于不同空間位置而須采用平焊、立焊、橫焊、或仰焊等四種不同的位置的焊接。高碳鋼或碳當(dāng)量高的合金結(jié)構(gòu)鋼宜采用冷卻速度慢的焊接方法，已減少熱影響區(qū)開裂傾向。2 分類（見表231） 表231焊接應(yīng)力分類焊接應(yīng)力分類說明按應(yīng)力在焊件內(nèi)的空間位置分一維空間應(yīng)力單向（或單軸）應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力焊完冷卻后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力。由此可知，焊接殘余應(yīng)力的存在將明顯降低脆性材料鋼結(jié)構(gòu)的靜載強度。 4）對應(yīng)力腐蝕裂紋的影響 金屬材料在某些特定介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下發(fā)生的延遲開裂現(xiàn)象，稱為應(yīng)力腐蝕裂紋。工藝措施將在下一章詳細(xì)介紹。焊接變形與焊件形狀尺寸、材料的熱物理性能及加熱條件等因素有關(guān)。 我們關(guān)心最多的是焊接殘余變形，因為它直接影響結(jié)構(gòu)的使用性能。 表233 k1與焊接方法的關(guān)系（材料為低碳鋼）焊接方法二氧化碳焊埋弧焊焊條電弧焊系數(shù)～多層焊的縱向收縮量，將上式中的塑性變形區(qū)面積AH改為一層焊縫金屬的截面積，并將所計算的結(jié)果再與系數(shù)k2相乘。對一些易變形的細(xì)長桿件或結(jié)構(gòu)可采用臨時工藝筋板、沖壓加強筋、增加板厚等形式提高板件的剛度。如工字梁其截面是對稱的，焊縫也對稱與工字梁截面的中性軸。如直徑比較小的筒體，由于在內(nèi)部操作困難，所以縱焊縫或環(huán)焊縫可開單面V或U形坡口。優(yōu)點:傳力效率最高，應(yīng)力集中較低,并易保證焊透和排除工藝缺陷，具有較好的綜合性能，使重要零件和結(jié)構(gòu)連接的首選接頭。優(yōu)點：焊前準(zhǔn)備工作量較小，裝配較容易，對焊工技術(shù)水平要求較對接接頭低，且橫向收縮量也較小，可用于工作環(huán)境良好，不重要的結(jié)構(gòu)中。見圖235。該類型接頭應(yīng)盡量避免在其板厚方向承受高拉應(yīng)力，因軋制的鋼板常有夾