第4章

鋼結構的焊接連接4.1鋼結構的連接方法4.2鋼結構中所使用的焊接方法簡介4.3焊接結構的特性和焊接連接4.4焊縫代號(或焊縫符號)4.5對接焊縫的計算和構造4.6直角角焊縫的受力性能4.7直角角焊縫的強度計算4.8角焊縫的尺寸限制和構造要求第4章

鋼結構的焊接連接4.9直角角焊縫連接的計算4.10斜角角焊縫連接的計算4.11部分焊透的對接焊縫連接的計算4.12焊縫的質量等級4.13焊縫殘余應力和殘余變形4.14國外設計規(guī)范中的某些規(guī)定

鋼結構的構件是由型鋼、鋼板等通過連接（connections）構成的，各構件再通過安裝連接架構成整個結構。因此，連接在鋼結構中處于重要的樞紐地位。在進行連接的設計時，必須遵循安全可靠、傳力明確、構造簡單、制造方便和節(jié)約鋼材的原則。

鋼結構的連接方法可分為焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接和輕型鋼結構用的緊固件連接等，如下圖。第4章鋼結構的焊接連接4.1鋼結構的連接方法

1、手工電弧焊

這是最常用的一種焊接方法。通電后產生電弧使焊條中的焊絲熔化，滴落在焊件上被電弧所吹成的小凹槽熔池中。由焊條藥皮形成的熔渣和氣體覆蓋著熔池，防止空氣與熔化的液體金屬接觸，避免形成脆性易裂的化合物。焊縫金屬冷卻后把被連接件連成一體。第4章鋼結構的焊接連接4.2鋼結構中所使用的焊接方法簡介

手工電弧焊設備簡單，操作靈活方便，適于任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。但生產效率低，勞動強度大，焊接質量與焊工的技術水平和精神狀態(tài)有很大的關系。

手工電弧焊所用焊條應與焊件鋼材（或稱主體金屬）相適應，例如：對Q235鋼采用E43型焊條（E4300～E4328）；對Q345鋼采用E50型焊條（E5000～E5048）；對390鋼和Q420鋼采用E55型焊條（E5500～E5518）。焊條型號中字母E表示焊條（elecfrodes)，前兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強度，后兩位數(shù)字表示適用連接位置、電流及藥皮類型等。

不同鋼種的鋼材相焊接時，宜采用低組配方案，即宜采用與低強度鋼相適應的焊條。第4章鋼結構的焊接連接4.2鋼結構中所使用的焊接方法簡介1、手工電弧焊

埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。焊絲不涂藥皮，但施焊端靠由焊劑漏頭自動流下的顆粒狀焊劑所覆蓋，電弧完全被埋在焊劑之內，電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接，具有很高的生產率。由于采用了自動或半自動化操作，焊接時的工藝條件穩(wěn)定，焊縫的化學成分均勻，故焊成的焊縫的質量好，焊件變形小。

埋弧焊所用焊絲和焊劑應與主體金屬的力學性能相適應，并應符合現(xiàn)行國家標準的規(guī)定。第4章鋼結構的焊接連接4.2鋼結構中所使用的焊接方法簡介2、自動（或半自動）埋弧焊1、焊絲轉盤；2、送絲電機；3、焊劑漏斗

4、電源；5、融化的焊劑；6、焊縫金屬

7、焊件；8、焊劑；9、移動方向

氣體保護焊的焊縫熔化區(qū)沒有熔渣，焊工能夠清楚地看到焊縫成型的過程；由于保護氣體是噴射的，有助于熔滴的過渡；又由于熱量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成

的焊縫強度比手工電弧焊高，塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接。但不適用于在風較大的地方施焊。

4、其他：如電阻焊等第4章鋼結構的焊接連接4.2鋼結構中所使用的焊接方法簡介3、氣體保護焊

氣體保護焊是利用二氧化碳氣體或其他惰性氣體作為保護介質的一種電弧熔焊方法。它直接依靠保護氣體在電弧周圍造成局部的保護層，以防止有害氣體的侵入并保證了焊接過程的穩(wěn)定性。第4章鋼結構的焊接連接4.3焊接結構的特性和焊接連接簡介一、焊縫連接的特性

焊接連接(welded

connection)是現(xiàn)代鋼結構最主要的連接方法。其優(yōu)點是：構造簡單，節(jié)點復雜也可直接相連；用料經濟，不削弱截面；制作加工方便，可實現(xiàn)自動化操作；連接的密閉性好，結構剛度大。

其缺點是：在焊縫附近的熱影響區(qū)內，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導致局部材質變脆；焊接殘余應力和殘余變形使受壓構件承載力降低；焊接結構對裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴展到整體，低溫冷脆問題較為突出。第4章鋼結構的焊接連接4.3焊接結構的特性和焊接連接簡介一、焊縫連接的特性裂紋焊瘤燒穿弧坑氣孔夾渣咬邊未熔合未焊透

焊接殘余應力——焊接應力較高的部位將達到鋼材屈服強度而發(fā)生塑性變形，在鋼材冷卻后這些部位殘存的應力。它是構件未受荷載時的應力，是自相平衡的內應力體系。

正確選材、正確設計節(jié)點、施焊工藝嚴格、考核焊工。第4章鋼結構的焊接連接4.3焊接結構的特性和焊接連接簡介一、焊縫連接的特性焊接殘余變變形——在焊接和冷冷卻過程中中焊件產生生的變形。。使用前矯直直，工廠預預拼裝。第4章鋼結結構的焊接接連接4.3焊接結構的的特性和焊焊接連接簡簡介一、焊縫連連接的特性性焊接接頭的的形式第4章鋼結結構的焊接接連接4.3焊接結構的的特性和焊焊接連接簡簡介二、焊接接接頭的形式式和焊縫的的類別對接連接用用拼接蓋蓋板的對接接連接搭搭接連連接T形連接T形連接角角形連連接角角形連接接（角焊縫））（（對接焊焊縫）（（角角焊縫）（（角角焊縫）焊縫的類別別1.對接焊縫位于板件同同一平面內內且截面相相同，因而而傳力均勻勻平緩，沒沒有明顯的的應力集中中且用料經經濟，但是是焊件邊緣緣需要加工工，被連接接兩板的間間隙和坡口口尺寸有嚴嚴格的要求求。第4章鋼結結構的焊接接連接4.3焊接結構的的特性和焊焊接連接簡簡介二、焊接接接頭的形式式和焊縫的的類別第4章鋼結結構的焊接接連接4.3焊接結構的的特性和焊焊接連接簡簡介二、焊接接接頭的形式式和焊縫的的類別I形單邊VU形雙邊U形V形X形K形坡口深度鈍邊尺寸坡口角度根部間隙焊縫的類別別2.角焊縫角焊縫（fillet

welds）是最常用用的焊縫。。角焊縫按按其與作用用力的關系系可分為：：焊縫長度度方向與作作用力垂直直的正面角角焊縫；焊焊縫長度方方向與作用用力平行的的側面角焊焊縫以及斜斜焊縫。按按其截面形形式可分為為直角角焊焊縫和斜角角角焊縫。。第4章鋼結結構的焊接接連接4.3焊接結構的的特性和焊焊接連接簡簡介二、焊接接接頭的形式式和焊縫的的類別第4章鋼結結構的焊接接連接4.3焊接結構的的特性和焊焊接連接簡簡介二、焊接接接頭的形式式和焊縫的的類別焊縫的類別別3.其它第4章鋼結結構的焊接接連接4.3焊接結構的的特性和焊焊接連接簡簡介二、焊接接接頭的形式式和焊縫的的類別圖4.14（a）塞焊縫（b）槽焊縫（（c）點焊縫第4章鋼結結構的焊接接連接4.3焊接結構的的特性和焊焊接連接簡簡介三、焊接（（施焊）位位置平焊橫橫焊仰焊立焊第4章鋼結結構的焊接接連接4.4焊縫代號作用——表明焊縫型型式、尺寸寸和輔助要要求。表示方法——由圖形符號號、輔助符符號和引出出線等部分分組成。指引線畫法法第4章鋼結結構的焊接接連接4.4焊縫代號焊縫基本符符號與基準準線的相對對位置焊縫在箭頭頭側雙面對稱布布置的角焊焊縫焊縫在非箭箭頭側雙面對稱U形對接焊縫縫第4章鋼結結構的焊接接連接4.4焊縫代號焊縫符號中中的輔助符符號與補充充符號第4章鋼結結構的焊接接連接4.4焊縫代號焊縫符號中中的輔助符符號與補充充符號第4章鋼結結構的焊接接連接4.5對接焊縫的的計算和構構造一、對接接焊縫的計計算焊縫等級：：《鋼結構工程程施工質量量驗收規(guī)范范》（GB50205）三級焊縫：：外觀檢查查二級焊縫：：在外觀檢檢查的基礎礎上再做無無損檢驗，，用超聲波波檢驗每條條焊縫的20％長度，且且不小于200mm一級焊縫：：在外觀檢檢查的基礎礎上用超聲聲波檢驗每每條焊縫全全部長度，，以便揭示示焊縫內部部缺陷引弧：（否則焊縫縫有效長度度扣2t）第4章鋼結結構的焊接接連接4.5對接焊縫的的計算和構構造二、對接接焊縫的構構造第4章鋼結結構的焊接接連接4.6角焊縫的受受力性能側面角焊縫縫的應力分分布正面角焊縫縫的應力分分布第4章鋼結結構的焊接接連接4.6角焊縫的受受力性能角焊縫的應應力—位移曲線側面角焊縫縫:塑性性能好好剪應力沿長長度分布不不均焊縫強度較較低正面角焊縫縫:剛度較大沿長度應力力分布較均均勻但截面受力狀態(tài)態(tài)復雜焊縫強度較較低第4章鋼結結構的焊接接連接4.6角焊縫的受受力性能[例題4-1]試驗算圖3.2.6所示鋼板的的對接焊縫縫的強度。。圖中a=540mm，t=22mm，軸心力的的設計值為為N=2500kN。鋼材為Q235-B，手工焊，，焊條為E43型，三級檢檢驗標準的的焊縫，施施焊時加引引弧板。解：直縫連接接其計算長長度lw=540mm，焊接正應應力為改用斜對接接焊縫，取取斜焊縫與與作用力間間的夾角θ=56°°，則此時焊焊縫的計算算長度為焊縫中的正正應力、減減應力和折折算應力分分別為（不滿足要要求）說明當tanθ≤1:1.5時，焊縫強強度能夠保保證，可不不必驗算。。第4章鋼結構的的焊接連接4.7直角角焊縫的強強度計算一、基本假定1.沿45度方向的焊縫截截面為計算時的的破壞面2.角焊縫的抗拉、、抗壓、抗剪強強度取相同值，，為ffw3.在形心力作用下下，假定沿焊縫縫長度的應力分分布是均勻的第4章鋼結構的的焊接連接二、強度計算法法1.在通過焊縫形心心的拉力、壓力力或剪力作用下下：（1）當力垂直于焊焊縫長度方向時時（2）當力垂直于焊焊縫長度方向時時2.在其它力或各種種力綜合作用下下，同一點上sf和tf共同作用時bf——正截面角焊縫強度設計值值增大系數(shù)。靜靜力荷載和間接接動力載時取bf=1.22；對于直接承受動動力荷載結構中中的焊縫，由于于正面角焊縫的剛度大，韌韌性差，應將其其強度降低使用用，取bf=1.0。he——角焊縫的有效高高度，直角角焊焊縫he=0.7hf。lw——角焊縫計算長度度，為實際長度度扣2hf，用于考慮起弧弧和熄弧。4.7直角角焊縫的強強度計算第4章鋼結構的的焊接連接4.8角焊縫的尺寸限限制和構造要求求1.焊腳尺寸hf1）最小焊腳尺寸：：對手工焊，hf應不小于1.5t0.5，t為較厚焊件的厚厚度(mm)，對自動焊可減減小1mm；T型接頭單面叫焊焊縫時增加1mm。t小于等于4mm時則取hf=h。第4章鋼結構的的焊接連接2）最大焊腳尺寸寸：除了直接焊焊接鋼管結構的的焊腳尺寸hf不宜大于支管壁壁厚的2倍之外，hf不宜大于較薄焊焊件厚度的1.2倍。板件邊緣的的角焊縫，當板板件厚度t≤6mm時，hf≤t；當t＞6mm時，hf≤t-（1-2）mm。圓孔或槽孔內內的角焊縫尺寸寸尚不宜大于圓圓孔直徑或槽孔孔短徑的1/3。4.8角焊縫的尺寸限限制和構造要求求第4章鋼結構的的焊接連接2、焊縫的計算長長度1)lw＞８hf和lw＞40mm2)側面角焊縫的計計算長度不宜大大于60hf，直接承受動力力荷載時不宜大大于40hf（若內力沿測面面角焊縫全長分分布時，比如焊焊接梁翼緣板與與腹板的連接焊焊縫，計算長度度可不受上述限限制）。3、斷續(xù)角焊縫4.8角焊縫的尺寸限限制和構造要求求第4章鋼結構的的焊接連接4、側焊縫間距5、當角焊縫的端端部在構件轉角角處時，可連續(xù)續(xù)地作長度為2hf的繞角焊，以消消除起弧或熄弧弧的影響。4.8角焊縫的尺寸限限制和構造要求求lw≥b,b≤≤16t2(t＞12mm),b≤16t2(t＞12mm)第4章鋼結構的的焊接連接5、搭接連接間距距6、直接承受動力力荷載時宜采用用1:1.5的不等焊腳的角角焊縫4.8角焊縫的尺寸限限制和構造要求求第4章鋼結構的的焊接連接4.9直角角焊縫連接接的計算一、外力N通過焊縫形心時時的計算在鋼桁架中，角角鋼腹桿與節(jié)點點板的連接焊縫縫一般采用兩面面?zhèn)群?，也可采采用三面圍焊，，特殊情況也允允許采用L形圍焊。腹桿受受軸心力作用，，為了避免焊縫縫偏心受力，焊焊縫所傳遞的合合力的作用線應應與角鋼桿件的的軸線重合。第4章鋼結構的的焊接連接4.9直角角焊縫連接接的計算一、外力N通過焊縫形心時時的計算在鋼桁架中，角角鋼腹桿與節(jié)點點板的連接焊縫縫一般采用兩面面?zhèn)群福部刹刹捎萌鎳?，，特殊情況也允允許采用L形圍焊。腹桿受受軸心力作用，，為了避免焊縫縫偏心受力，焊焊縫所傳遞的合合力的作用線應應與角鋼桿件的的軸線重合。對對于三面面圍焊可先假定定正面角焊縫的的焊腳尺寸，求求出正面角焊縫縫所分擔的軸心心力N3。當腹桿為雙角角鋼組成的T形截面，且肢寬寬為b時，第4章鋼結構的的焊接連接4.9直角角焊縫連接接的計算一、外力N通過焊縫心時的的計算單面連接單角鋼鋼，焊縫強度設設計值折減為0.85ftw第4章鋼結構的的焊接連接4.9直角角焊縫連接接的計算一、外力N通過焊縫心時的的計算[例題]試確定右圖所示示承受靜態(tài)軸心心力的三面圍焊焊連接的承載力力及肢尖焊縫的的長度。已知角角鋼2∟125×10，與厚度為8mm的節(jié)點板連接，其其搭接長度為300mm，焊腳尺寸hf=8mm，鋼材為Q235-B，手工焊，焊條為為E43型。第4章鋼結構的焊焊接連接4.9直角角焊縫連接的的計算一、外力N通過焊縫心時的計計算第4章鋼結構的焊焊接連接4.12焊縫的質量等級GB50017規(guī)范規(guī)定，焊縫應應根據(jù)結構的重要要性、荷載特性、、焊縫形式、工作作環(huán)境以及應力狀狀態(tài)等情況，按下下述原則分別選用用不同的質量等級級：

（1）在需要進行疲勞勞計算的構件中，，凡對接焊縫均應應焊透，其質量等等級為：①①作用力垂直于焊焊縫長度方向的橫橫向對接焊縫或T型對接與角接組合合焊縫，受拉時應應為一級，受壓時時應為二級；②②作用力平行行于焊縫長度方向向的縱向對接焊縫縫應為二級。（（2）不需要計算疲勞勞的構件中，凡要要求與母材等強的的對接焊縫應予焊焊透，其質量等級級當受拉時應不低低于二級，受壓時時宜為二級。（（3）重級工作制和起起重量Q≥50t的中級工作制吊車車梁的腹板與上翼翼緣之間以及吊車車桁架上弦桿與節(jié)節(jié)點板之間的T形接頭焊縫均要求求焊透。焊縫形式式一般為對接與角角接的組合焊縫，，其質量等級不應應低于二級。（4）不要求焊透的T形接頭采用的角焊焊縫或部分焊透的的對接與角接組合合焊縫，以及搭接接連接采用的角焊焊縫，其質量等級級為：

①對對直接承受動力荷荷載且需要驗算疲疲勞的結構和吊車車起重量等于或大大于50t的中級工作制吊車車梁，焊縫的外觀質量標標準應符合二級；；②對其他結構，焊焊縫的外觀質量標準可為為三級。第4章鋼結構的焊焊接連接4.13焊接殘余應力與殘殘余變形一、焊接殘余應力力焊接過程是一個不不均勻加熱和冷卻卻的過程。在施焊焊時，焊件上產生生不均勻的溫度場場導致不均勻的膨膨脹。溫度高的鋼鋼材膨脹大，但受受到兩側溫度較低低、膨脹量較小的的鋼材所限制，產產生了熱塑性壓縮縮。焊縫冷卻時，，被塑性壓縮的焊焊縫區(qū)趨向于縮短短，但受到兩側鋼鋼材限制而產生縱縱向拉應力。在低低碳鋼和低合金鋼鋼中，這種拉應力力經常達到鋼材的的屈服強度。在無外部約束的情情況下，焊接應力力是一種無荷載作作用下的內應力，，因此會在焊件內內部自相平衡，這這就必然在距焊縫縫稍遠區(qū)段內產生生壓應力。當有外部約束時，，焊接應力不會在在焊件內部自相平平衡，這就必然在在約束結構上產生生荷載。第4章鋼結構的焊焊接連接