hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式1、角焊縫的形式:一、角焊縫的形式和受力分析§3.4角焊縫的構造與計算直角角焊縫、斜角角焊縫（1）直角角焊縫hehfhf凹面式（2）斜角角焊縫對于α>135o或α<60o斜角角焊縫,除鋼管結構外,不宜用作受力焊縫。（1）側面角焊縫（側焊縫）2.直角角焊縫的受力分析

試驗表明側面角焊縫主要承受剪力，強度相對較低，塑性性能較好。因外力通過焊縫時發(fā)生彎折，故剪應力沿焊縫長度分布不均勻，兩端大中間小，lw/hf越大剪應力分布越不均勻。剪應力τfA.應力分析NlwNB.破壞形式（2）正面角焊縫A.

應力分析

正面角焊縫受力復雜，應力集中嚴重，塑性較差，但強度較高，與側面角焊縫相比可高出35%--55%以上。B.正面角焊縫的破壞形式（3）斜角焊縫

斜焊縫的受力性能介于側面角焊縫和正側面角焊縫之間。二、角焊縫的構造

1、最大焊腳尺寸hf,max

為了避免焊縫處局部過熱，減小焊件的焊接殘余應力和殘余變形，hf,max應滿足以下要求:

hf,max≤1.2t1（鋼管結構除外）式中:t1---較薄焊件厚度。tt1hf

對于板件邊緣的角焊縫,尚應滿足以下要求：當t≤6mm時，hf,max≤t；當t>6mm時，hf,max≤t-(1~2)mm；hft1t2、最小焊腳尺寸hf,min

為了避免在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產生淬硬組織，導致母材開裂，hf,min應滿足以下要求:

式中:t2----較厚焊件厚度

另:對于埋弧自動焊hf,min可減去1mm;

對于T型連接單面角焊縫hf,min應加上1mm;

當t2≤4mm時,hf,min=t23.側面角焊縫的最大計算長度

側面角焊縫在彈性工作階段沿長度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長度越長，應力集中系數越大。如果焊縫長度不是太大，焊縫兩端達到屈服強度后，繼續(xù)加載，應力會漸趨均勻；當焊縫長度達到一定的長度后，可能破壞首先發(fā)生在焊縫兩端，故：注：

1、當實際長度大于以上值時，計算時多余部分不考慮；

2、當內力沿側焊縫全長分布時，不受上式限制。4.側面角焊縫的最小計算長度

對于焊腳尺寸大而長度小的焊縫，焊件局部加熱嚴重且起落弧坑相距太近，以及可能產生缺陷，使焊縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規(guī)范規(guī)定：5.搭接連接的構造要求

當板件端部僅采用兩條側面角焊縫連接時：

A、為了避免應力傳遞的過分彎折而使構件中應力不均，規(guī)范規(guī)定：B、為了避免焊縫橫向收縮時引起板件的拱曲太大，規(guī)范規(guī)定：t1t2bD.在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度

的5倍，且不得小于25mm。

C.當角焊縫的端部位于構件轉角處時，應作2hf的繞角焊，且轉角處必須連續(xù)施焊。b2hft1t2三、直角角焊縫的強度計算公式

1、試驗表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部，故通常將45o截面作為計算截面，作用在該截面上的應力如下圖所示：hfhehh1h2deσ┻τ┻τ∥helwh---焊縫厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根2、實際上計算截面的各應力分量的計算比較繁難，為了簡化計算，規(guī)范假定：焊縫在有效截面處破壞，且各應力分量滿足以下折算應力公式:

┻┻∥3、由于我國規(guī)范給定的角焊縫強度設計值，是根據抗剪條件確定的故上式又可表達為：式中：--焊縫金屬的抗拉強度┻┻∥σ┻τ┻τ∥helw4、直角角焊縫的強度計算公式：NNyNx┻┻∥σfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45Ohf將3—3、3—4式，代入3—2式得：式3—5即為，規(guī)范給定的角焊縫強度計算通用公式βf—正面角焊縫強度增大系數；靜載時取1.22，動載時取1.0。對于正面角焊縫，τf=0，由3—5式得：對于側面角焊縫，σf=0，由3—5式得：

以上各式中：

he=0.7hf；

lw—角焊縫計算長度，考慮起滅弧缺陷時，每條焊縫取其實際長度減去2hf。四、各種受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計算1、軸心力作用下(1)軸心力作用下的蓋板對接連接:A、僅采用側面角焊縫連接：B、采用三面圍焊連接：NNlwlw’(2)T形角焊縫連接NxNyNθN代入式3-5驗算焊縫強度，即:(3)角鋼角焊縫連接A、僅采用側面角焊縫連接由力及力矩平衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2對于校核問題:對于設計問題:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2B、采用三面圍焊由力及力矩平衡得:余下的問題同情況‘A’，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2對于校核問題:對于設計問題:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2C、采用L形圍焊代入下式3-20，3-21得:對于設計問題:Ne1e2bN1xxN3lw1例1試設計角鋼與連接板的連接焊縫，軸心設計值N=803kN(靜)，角鋼為2∠125×80×10，長肢相連，連接厚度t=12mm,鋼材Q235，手工焊，焊條E43。xx解：1確定焊角尺寸取2.計算焊縫長度，確定節(jié)點板形狀端焊縫受力NN肢尖、肢背所需焊縫長：實際取225+5=230mm實際取86+5=91mm,取90mm肢尖、肢背受力：2、N、M、V共同作用下(1)偏心軸力作用下角焊縫強度計算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet(2)V、M共同作用下焊縫強度計算h1σfAσfBτf對于A點：式中：Iw—全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩；

h1—兩翼緣焊縫最外側間的距離。xxhh2BB’Ah1MeFVM對于B點：強度驗算公式：式中：h2、lw,2—腹板焊縫的計算長度；

he,2—腹板焊縫截面有效高度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVM例2設計如圖所示牛腿與柱連接的角焊縫。已知荷載為F=250KN(設計值，動載)，e=0.4m,鋼材Q235-B。焊條E4316型。e20FM102001501501212Ａ1501501212Ｂ19055109090解：F簡化M=Fe=250×0.4=100KN·mV=F=250KN對工字形截面形成角焊縫，每個翼緣和腹板各有兩角焊縫內焊縫連續(xù)施焊認為解法一：1.確定焊角尺寸取2.焊縫有效截面幾何特性3.強度驗算A；由M產生┴焊縫長度的（動載）B：由M產生┴焊縫長度和由V產生平行焊縫長度（動載）解法二：列出強度公式，求hf假定:A、被連接件絕對剛性，焊縫為彈性，即：T作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉的趨勢；B、T作用下焊縫群上任意點的應力方向垂直于該點與焊縫形心的連線，且大小與r成正比；C、在V作用下，焊縫群上的應力均勻分布。3、T、V共同作用下將F向焊縫群形心簡化得:V=FT=F(e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：該連接的設計控制點為A點和A’點xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyheT作用下A點應力:將其沿x軸和y軸分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力V作用下,A點應力:A點垂直于焊縫長度方向的應力為:A點平行于焊縫長度方向的應力為:強度驗算公式：思考:以上計算方法為近似計算，為什么?τVxxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhe五、斜角角焊縫的計算α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2圖Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b圖B1、由于斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡化計算，規(guī)范規(guī)定：對于兩焊腳邊夾角60o≤α≤135o的斜T形連接，其斜角角焊縫采用與直角角焊縫相同的計算公式，且統(tǒng)一取βf=1.0。2、斜角角焊縫的計算厚度hei由幾何關系得其通式為：式中：b、b1和b2≤5mm說明：A.b1和b2≤1.5mm時,

可取b1、b2=0B.b1和b2>5mm時,

應如圖“B”方式處理，且使b≤5mm。α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2圖Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b圖B§3－5焊接應力和焊接變形一、焊接殘余應力的分類及其產生的原因

1、焊接殘余應力的分類

A、縱向焊接殘余應力—沿焊縫長度方向;B、橫向焊接殘余應力—垂直于焊縫長度方向;C、沿厚度方向的焊接殘余應力。

2、焊接殘余應力產生的原因（1）縱向焊接殘余應力

焊接過程是一個不均勻的加熱和冷卻過程，焊件上產生不均勻的溫度場，焊縫處可達1600oC，而鄰近區(qū)域溫度驟降。高溫鋼材膨脹大，但受到兩側溫度低、膨脹小的鋼材限制，產生熱態(tài)塑性壓縮，焊縫冷卻時被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向收縮，但受到兩側鋼材的限制而產生拉應力。對于低碳鋼和低合金鋼，該拉應力可以使鋼材達到屈服強度。焊接殘余應力是無荷載的內應力，故在焊件內自相平衡，這必然在焊縫稍遠區(qū)產生壓應力。+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm-----++

（2）橫向焊接殘余應力產生的原因:1、焊縫的縱向收縮，使焊件有反向彎曲變形的趨勢，導致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓；2、焊接時已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向膨脹，產生橫向塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產生拉應力，而先焊焊縫產生壓應力，因應力自相平衡，更遠處焊縫則產生拉應力；應力分布與施焊方向有關。

以上兩種應力的組合即為，橫向焊接殘余應力。(a)焊縫縱向收縮時的變形趨勢-+-(b)焊縫縱向收縮時的橫向應力xy+-+施焊方向(c)焊縫橫向收縮時的橫向應力xy-+-+(d)焊縫橫向殘余應力yx不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時產生的橫向殘余應力:-++施焊方向(e)-+-施焊方向(f)xyyx（3）沿厚度方向的焊接殘余應力

在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊，焊接時沿厚度方向已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的膨脹，產生塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產生拉應力，而先焊焊縫產生壓應力，因應力自相平衡，更遠處焊縫則產生拉應力。因此，除了橫向和縱向焊接殘余應力σx,σy

外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應力σz，這三種應力形成同號(受拉)三向應力，大大降低連接的塑性。-+-321σxσyσz二、焊接殘余應力對結構性能的影響1、對結構靜力強度的影響f+--bfy+--bfyNyNy因焊接殘余應力自相平衡，故：當板件全截面達到fy，即N=Ny時：結論：焊接殘余應力對結構的靜力強度沒有影響。+--fyfbBt2、對結構剛度的影響A、當焊接殘余應力存在時，因截面的bt部分拉應力已經達到fy

，故該部分剛度為零（屈服），這時在N作用下應變增量為：f+--bfyNN+-