【文章內(nèi)容簡介】 焊件厚度 t 3 4 5 10 兩焊縫受力之比 側面角焊縫的工作應力分布（ 1） ? 用側面角焊縫連接的搭接接頭的工作應力分布更為復雜。焊縫中既有正應力，又有切應力，且切應力沿側面焊縫長度上的分布是不均勻的，它與焊縫尺寸、斷面尺寸和外力作用點的位置等因素有關。 ? 左圖所示受力情況，沿側面焊縫長度上的剪切力，兩端大，中間小，因為搭接板材不是絕對剛體，受力時本身產(chǎn)生彈性變形，在兩塊板的搭接區(qū)段通過各截面的力是不同的。 ? 對于右圖受力情況，焊縫傳遞的剪切力以左端最高，向右逐漸減小。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 兩種不同受力情況的側面搭接接頭 F F F F 側面角焊縫的工作應力分布（ 2） ? 對于左圖，當按等強設計側面搭接接頭時，假設正應力的許用值為 [σ]，切應力的許用值為 [τ’ ]= [σ]，焊角 K=板厚 t，則焊縫的最小長度為l=（板寬） 。此時，側面焊縫的最大切應力 τmax=[σ]，應力集中系數(shù) KT為 。 ? 焊縫較短時（如 l=200mm），應力分布較均勻，焊縫較長時（如l=400mm），應力分布不均勻的程度就更大。 ? 一般規(guī)范規(guī)定，側面焊縫長度 l不得大于 50K。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 F F F F 側面角焊縫的工作應力分布（ 2） ? 當兩個被連接件的截面積不相等時，切應力的分布不對稱于焊縫中點，而是靠近小斷面一端的應力高于斷面大一端。 ? 這種接頭的應力集中比斷面相等的接頭更為嚴重。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 F F F F 聯(lián)合角焊縫的工作應力分布 ? 在只有側面角焊縫的搭接接頭中，焊縫附近有最大正應力，應力集中非常嚴重。 ? 增添正面角焊縫后，由于正面焊縫比側面焊縫剛度大，變形小，承擔了一部分外力，斷面上的正應力分布較為均勻，并且側面焊縫的應力分布也得到改善，最大切應力降低。因而應力集中得到改善。 ? 增添正面角焊縫，不但可以改善應力分布，還可以縮短搭接長度。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 F F F F 焊接接頭靜載強度 ? 工作焊縫和聯(lián)系焊縫 ? 對接接頭的靜載強度 ? 搭接接頭的靜載強度 ? 開槽焊接頭及塞焊接頭的靜載強度 ? 丁字接頭的靜載強度 ? 點焊接頭的靜載強度 ? 焊縫許用應力 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 工作焊縫和聯(lián)系焊縫 ? 焊接結構上的焊縫根據(jù)其載荷的傳遞情況可分為兩種：工作焊縫和聯(lián)系焊縫。 ? 工作焊縫 ： 焊縫與被連接元件是串聯(lián)的，它承載著全部載荷的作用，一旦斷裂，結構就立即失效。 ? 聯(lián)系焊縫 ： 焊縫與被連接件是并聯(lián)的，它傳遞很小的載荷，主要起元件之間的相互聯(lián)系作用，焊縫一旦斷裂，結構不會立即失效。 ? 設計時，工作焊縫的強度必須計算，而聯(lián)系焊縫的強度無須計算。既有工作應力，又有聯(lián)系應力時，則只計算工作應力，而不考慮聯(lián)系應力。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 對接接頭的靜載強度 ? 計算對接接頭時，不考慮焊縫加強高，所以計算基本金屬強度的公式也完全適用于計算這種接頭。 ? 焊縫計算長度取實際長度，計算厚度取兩板中較薄者。 ? 如果焊縫金屬的許用應力與基本金屬相同，則不必進行強度計算。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 t1 t2 l 對接接頭（全部焊透） 對接接頭受拉力 ? 對接接頭受拉力時，按焊縫許用拉應力 [σ1’ ]演算其強度： 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 39。11Flt?????? ??t1 t2 l F F 對接接頭受壓力 ? 對接接頭受壓力時，按焊縫許用壓應力 [σa’ ]演算其強度： 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 39。1aFlt?????? ??t1 t2 l F F 對接接頭受剪切力 ? 對接接頭受剪切力時，按焊縫許用拉應力 [τ’ ]演算其強度： 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 39。1Qlt?????? ??t1 t2 l Q Q 對接接頭受板平面內(nèi)彎矩 ? 對接接頭受彎矩時，按焊縫許用拉應力 [σ1’ ]演算其強度： 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 39。11216 Mlt?????? ??t1 t2 l M1 M1 對接接頭受垂直板面彎矩 ? 對接接頭受彎矩時，按焊縫許用拉應力 [σ1’ ]演算其強度： 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 39。21216 Mlt?????? ??t1 t2 l M2 M2 長焊縫小間距搭接接頭 ? 作用力 F與焊縫垂直： ? 作用力 F與焊縫平行： MQ? ? ???合先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 F L K l h F L K h l 22MQ? ? ?合23 , FL FK l K l???? 短焊縫大間距搭接接頭 ? 作用力 F與焊縫平行： ? 作用力 F與焊縫垂直： MQ? ? ???合先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 F L K h l F L K l h 22MQ? ? ?合 , FL FK lh K l???? 開槽焊接頭 ? 開槽焊接頭承受剪切力，它作用于焊縫金屬與母材接觸面上，因此容許載荷能力取決于焊縫金屬與母材接觸面積的大小。 ? 接觸面積與開槽長度 L和板厚 t成正比。 ? 受焊接方法及可達性影響。當開槽的可焊到性差時，焊接接頭強度有所降低，取m=。當開槽的可焊到性較好或采用埋弧焊等熔深較大的焊接方法時，可取m=。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 F t 2t L F ? ? 39。2 , tL m m???? ? ??? 塞焊接頭 ? 塞焊接頭也承受剪切力，也作用于焊縫金屬與母材接觸面上，因此容許載荷能力也取決于焊縫金屬與母材接觸面積的大小。 ? 焊縫金屬接觸面積與焊點直徑 d的平方及點數(shù) n成正比。 ? 受焊接方法及可達性影響。當可焊到性差時，焊接接頭強度有所降低，取m=。當可焊到性較好或采用埋弧焊等熔深較大的焊接方法時，可取 m=。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 ? ? 239。 , n d m m? ???? ? ???F t AA d F A A 焊縫許用應力 ? 焊縫許用應力的大小不但與材料種類和焊接工藝有關，而且與焊接檢驗方法的精確程度密切相關。 ? 隨著焊接技術的不斷發(fā)展，以及焊接檢驗方法的日益改進，焊接接頭的可靠性不斷提高，焊縫的許用應力也相應增大。 ? 確定焊縫的許用應力有兩種方法： ?按基本金屬的許用應力乘以一個系數(shù) ?采用已經(jīng)規(guī)定的具體數(shù)值 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 系數(shù)法確定焊縫許用應力 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 焊縫種類 應力狀態(tài) 焊縫許用應力 42kg及 50kg級焊條電弧焊 低氫焊條電弧焊、自動焊和半自動焊 對接縫 拉應力 壓應力 切應力 [σ] [σ] [σ] [σ] [σ] [σ] 角焊縫 切應力 [σ] [σ] ? 表中 [σ] 為基本金屬的拉伸許用應力。 ? 適用于低碳鋼及 50kg級以下低合金結構鋼。 采用已經(jīng)規(guī)定的具體數(shù)值 ? 普通檢查方法：外觀檢查、測量尺寸和鉆孔檢查等； ? 精確檢查方法：在普通檢查的基礎上，用射線和超聲波進行補充檢查。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 焊縫 種類 應力種類 符號 自動焊、半自動焊和焊條電弧焊（ J422） 自動焊、半自動焊和焊條電弧焊 構件鋼號 Q215 Q235 16Mn或 16Mnq 第一組 第二、三組 第一組 第二、三組 第一組 第二組 第三組 對接 焊縫 抗壓 [σa’] 152 136 152 235 226 210 抗 拉 自動焊或用普通方法檢查的手工焊和半自動焊 [σ1’] 152 136 152 235 226 210 用普通方法檢查的手工焊和半自動焊 [σ1’] 127 142 127 201 191 181 抗剪 [τ’] 93 83 98 93 142 136 127 角焊縫 抗拉、抗壓、抗剪 [τ’] 107 107 鋼結構焊縫許用應力 單位： MPa 鋼材的分組尺寸 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 組別 鋼材的鋼號 Q215或 Q235 16Mn或 16Mnq 棒鋼的直徑或厚度 型鋼或異型鋼厚度 鋼板厚度 鋼材的直徑或厚度 第一組 第二組 第三組 ≤40 40~100 ≤15 15~20 20 4~20 20~40 ≤16 17~25 26~36 焊縫的合理布置 ? 焊縫布置應盡量采用平焊縫：平焊容易操作，勞動條件好，生產(chǎn)率高，焊縫質(zhì)量容易得到保證。 ? 焊縫布置要便于施焊：焊接時焊縫布置要留有足夠的操作空間，使焊接工具能自如地進行操作。圖 a 布置不合理，不便焊條伸到待焊部位，無法施焊，改為圖 b 后操作便能順利行。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 焊縫的合理布置 ? 盡量減小焊縫長度和數(shù)量減少焊縫長度和數(shù)量，能有效地減少焊接應力和變形，同時減少焊接材料消耗，降低成本，提高生產(chǎn)率。 ? 如圖 a所示焊件用四塊鋼板組焊而成，有四道焊縫。若改造為下圖ｂ、 c結構，采用型材和沖壓件減少焊縫，可簡化焊接工藝和減少焊接變形。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 焊縫的合理布置 ? 焊縫應盡量避開最大應力和應力集中部位：焊縫處存在殘余應力和焊接缺陷，往往是力學性能較為薄弱的部位，因此，要求焊縫避開應力較大部位。如大跨度橫梁，最大應力和焊縫在跨度中間，把焊縫移到兩邊靠近支承點處，改善焊縫受力狀況，提高橫梁承載能力。又如對壓力容器應使焊縫避開應力集中的轉角處，采用碟形封頭結構較合理。 ? 焊縫應盡量遠離機械加工面：當焊件上有要求較高的加工表面時，且必須加工后焊接時，為了防止焊接時已加工面受熱而影響其形狀和尺寸精度，焊縫應盡量遠離機械加工面。若焊縫必須靠近加工表面，則先焊而后加工。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 焊縫的合理布置 ? 焊縫布置應避免密集交叉，盡量對稱布置 ? 焊縫密集及交叉會使接頭處嚴重過熱，組織惡化，承載能力降低，嚴重時會引起裂紋。圖 a 結構不合理；ｂ結構合理。 ? 焊縫的均勻對稱可減少焊接應力分布不對稱而產(chǎn)生的變形，圖 a 焊縫偏于剖面中性軸一側，焊后會產(chǎn)生較大彎曲變形；圖 b 的兩條焊縫對稱于剖面中性軸，有可能使焊縫所產(chǎn)生的彎曲變形互相抵消，焊后無明顯彎曲變形。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 焊接變形及預防措施 ? 焊接構件因焊接而產(chǎn)生的內(nèi)應力稱焊接應力，焊件因焊接而產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。焊接時，由于工件是不均勻的局部加熱和冷卻，造成焊件的熱脹冷縮速度和組織變化先后不一致，從而導致焊接應力和變形的產(chǎn)生。 ? 變形是焊件自身降低其應力狀態(tài)的結果，變形的表現(xiàn)形式與工件的截面尺寸、焊縫布置、焊接元件的組合方式及焊接接頭的型式等因素有關。 焊接變形的基本形式有彎曲變形、角變形、波浪變形和扭曲變形等。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 焊接變形及預防措施 ? 焊接變形不但影響結構尺寸的準確性和外形美觀，嚴重時還可能降低承載能力，甚至造成事故。為了防止和減少焊接變形，設計時應盡可能采用合理結構形式和采用必要的焊接工藝措施。 ? ① 采用合理的結構 設計焊接結構時，在保證結構有足夠承載能力情況下，采用盡量小的焊縫尺寸、數(shù)量；焊縫盡量對稱布置；焊縫分散，避免集中。 ? ② 反變形法 用經(jīng)驗和計算方法，估計焊后可能發(fā)生的變形大小和方向，焊前將工件安放在與焊接變形方向相反的位置上。 先進成形制造教育部重點實驗室 , 焊接技術研究中心 防止角變形的反變形 焊接變形及預防措施 ? ③ 剛性固定法 焊前將工件各部分用夾