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焊接连接10.2.1 焊接方法、材料与强度1. 焊接方法钢结构常用电渣焊、气体保护焊、电阻焊和电弧焊。电弧焊分为手工电弧焊、自动焊和半自动焊。以手工电弧焊为最常用，设备简单，操作方便，但质量波动较大，取决于电焊工的操作水平。自动焊与半自动焊需要自动电焊机，当自动电焊机靠人工移动时称为半自动焊。2. 焊接材料电弧手工焊采用的焊条，应符合现行国家标准非合金钢及细晶粒钢焊条GB/T5117或热强钢焊条GB/T5118的规定。选择的焊条型号应与主体金属力学性能相适应。对Q235钢采用E43型焊条，对Q345钢采用E50型焊条，对Q390钢及Q420钢采用E55型焊条。对直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构，宜采用低氢型焊条。自动焊或半自动焊采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应，并不低于现行国家标准埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂GB/T5293和埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂 GB/T12470中相关的规定。3. 焊缝强度焊缝的强度设计值见表101。10.2.2 焊接接头及焊缝形式焊接接头有平接（图102（a）、搭接（图102（b），（c）、T形连接（图102（d），（e）和角接（图102（f），（g），所采用的焊缝主要有对接焊缝（图102（a），（e），（g）及角焊缝（图102（b），（c），（d），（f）两种。对接焊缝按坡口形式分为形缝（103（a）、带钝边单边V形缝（图103（b）、带钝边V形缝（Y形缝图103（c）、带钝边U形缝（图103（d）、带钝边双单边V形缝（K形缝图103（e）、双Y形缝（X形缝图103（f）)等。图102 焊接接头及焊缝形式图103 对接焊缝坡口形式当焊件厚度t10mm时可采用直边缝，5mm以下可单面焊，610mm应双面焊。当焊件厚度t=1020mm时，因直边缝不易焊透，可采用带钝边单边V形缝或带钝边V形缝。对于较厚的焊件t20mm，应采用U形缝、K形缝和X形缝。在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于12.5的斜角（图104）。当厚度不同时，焊缝坡口形式应根据较薄焊件厚度决定。图104 对接焊缝拼接角焊缝的形式可分直角角焊缝与斜角角焊缝，直角角焊缝的截面形式有普通焊缝、平坡焊缝、深熔焊缝等，如图105(a)，(b)，(c）。一般情况下采用普通焊缝，在承受动力荷载的连接中，可用平坡焊缝或深熔焊缝等。在T形接头中焊件不成直角时，可采用斜角角焊缝，适用于夹角为60135时，如图105(d)，(e)，(f）。除钢管结构外，夹角大于135或小于60的斜角角焊缝不宜用作受力焊缝。图105 直角与斜角焊缝10.2.3 焊缝符号及标注1. 焊缝符号焊缝符号由基本符号和引出线组成，必要时还可以加上补充符号和焊接尺寸符号。基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，如形焊缝用表示，V形焊缝用表示，角焊缝用表示，塞焊缝与槽焊缝用表示等。补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，如角焊缝三面围焊用匚表示，周边焊缝符号用O表示，工地现场焊缝符号用表示等。引出线由带箭头的指引线（斜线）和两条基准线（一条实线、一条虚线，均为水平线）组成，基准线的虚线可绘在基准线实线的上侧或下侧。2. 焊缝标注当箭头指向焊缝所在的一面时（即近端），基本符号及尺寸符号等应标在基准线实线侧。当箭头指向焊缝所在的另一面时（相对的一面即远端），应将基本符号及尺寸符号等标在基准线虚线侧。若为双面对称焊缝，基准线可不加虚线。对有坡口的焊缝，箭头线应指向带坡口的一侧。图106（b）是图106（a）所示V形坡口焊缝的表示方法。图106c表示相同焊缝符号的表示方法，在同一图形上，可只选择一处标注焊缝的符号和尺寸。焊缝符号为3/4圆弧，画在引出线的转折处的外突一侧。在同一图形上，当有数种相同的焊缝时，可将焊缝分类编号标注。熔透角焊缝的符号在引出线的转折处有涂黑的圆点，如图106（d ）所示。当焊缝分布比较复杂或不能表达清楚时，在标准焊缝符号的同时，可在图形上加中实线（表示可见焊缝）、加栅线（表示不可见焊缝）、安装焊缝，如图106（e）所示。焊缝的符号与标注要求详见国家标准焊缝符号表示法(GB/T324-2008)、技术制图、焊缝符号的尺寸、比例及简化表示法（GB/T12212-2012），建筑结构制图标准（GB/T50105-2010）的要求。图10-6 焊缝标注10.2.4 焊缝的质量等级钢结构设计规范（GB50017-2003）对焊缝的质量要求分为一级、二级和三级。按下列原则分别选用：1. 在需要进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透。对作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时应为二级；作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。2. 不需要计算疲劳的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝应予焊透，其质量等级当受拉时应不低于二级，受压时宜为二级。3. 重级工作制和起重量Q50t的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头焊缝均要求焊透，焊缝形式一般为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级。4. 不要求焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，其质量等级为：对直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车起重量等于或大于50t的中级工作制吊车梁，焊缝的外观质量标准应符合二级；对其他结构，焊缝的外观质量标准可为三级。钢结构设计规范指出：上述规定是供设计人员如何根据焊缝的重要性、受力情况、工作条件和设计要求等对焊缝质量等级的选用作出原则和具体规定，而表101则是根据对接焊缝的不同质量等级对各种受力情况下的强度设计值作出规定。在表101中，虽然受压和受剪的对接焊缝不论其质量等级如何均具有相同的强度设计值，但不能据此就误认为这种焊缝可以不考虑其重要性和其他条件而一律采用三级焊缝。还如一、二级的受拉对接焊缝其强度相同，也不能误认为是与一律采用二级焊缝的情况相同。10.2.5 对接焊缝的计算1. 轴心受力的对接焊缝计算（图107）图107 对接焊缝（10-1）式中 N轴心拉力或轴心压力；lw焊缝计算长度，当采用引弧板施焊时，取焊缝实际长度；当不采用引弧板时，每条焊缝长度应减去2t;t在对接接头中为连接件的较小厚度，在T形接头中为腹板的厚度；ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。当正对接焊缝连接的强度低于焊件强度时，为提高连接的承载力，可改用斜焊缝，使焊缝长度增长。只要使斜缝和作用力之间夹角满足tg1.5时（即56），可不再计算焊缝强度,如图107(b）所示。2. 受弯受剪的对接焊缝计算矩形截面的对接焊缝，应分别计算在弯矩与剪力作用下的最大正应力与最大剪应力满足强度条件（图109）。（10-2）（10-3）式中 Ww焊缝截面的截面模量；Iw焊缝截面对中和轴的惯性矩；Sw焊缝截面计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩；ftw、fvw分别为对接焊缝的抗拉强度、抗剪强度设计值。工字形截面对接时尚应验算受拉区同时受有较大正应力1与较大剪应力1处（梁腹板与翼缘交接处）的折算应力（图10-10）。（公式里v改为t）（10-4）图1010 工字形截面受弯受剪对接焊缝图1011 牛腿与钢柱连接3. 不焊透（部分焊透）的对接焊缝当板厚而受力较小时，可采用不焊透的对接焊缝，例如采用四块较厚的板焊成箱形轴心受压柱时，焊缝主要起联系作用，如图1012（f），由于这种焊缝不焊透，应力集中严重，只相当于角焊缝的作用，故采用减小焊缝的计算厚度，按角焊缝的公式计算。直接承受动荷载的构件不宜采用不焊透焊缝。计算厚度he如下：V形坡口（图1012a）：当60时，he=S；当 60时，he=0.75S单边V形和K形坡口（图1011b、c）：当=455，he=S-3U形、J形坡口（图1012d、e）：he=S图1012 不焊透的对接焊缝S为坡口深度，即根部至焊缝表面（不考虑余高）的最短距离（mm）。当熔合线处焊缝截面边长等于或接近于最短距离S时（图1012（b）、（c）、（e），抗剪强度设计值应按角焊缝的强度设计值乘以0.9。为V形、K形部分焊透焊缝坡口角度。在角焊缝计算公式中，在垂直于焊缝长度方向的压力作用下，取系数f=1.22，其他受力情况取f=1.0。10.2.6 角焊缝的计算角焊缝有平行于作用力方向的侧面角焊缝和垂直于作用力方向的正面角焊缝。侧面角焊缝主要承受剪力。正面角焊缝应力状态较复杂，但焊缝强度比侧面焊缝高。为简化计算与偏于安全，角焊缝不论是侧面角焊缝还是正面角焊缝且无论受何种外力作用，焊缝的破坏面均取直角的平分角截面AD（略去DE部分）如图1013所示。图中he称为角焊缝的计算厚度，其值取he=cos45 hf=0.7hf(hf为焊脚尺寸)。1.角焊缝的尺寸及构造要求：角焊缝的焊脚尺寸hf（mm）不得小于1.5，t为较厚焊件厚度mm（当采用低氢型碱性焊条施焊时，t可采用较薄焊件的厚度）。但对自动焊，最小焊脚尺寸可减小1mm，对T形连接的单面角焊缝，应增加1mm，当焊件厚度等于或小于4mm时则最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同。图1013 角焊缝的计算厚度 （图中AD的长度标为he）图1014 焊脚尺寸角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍（钢管结构除外）（图1014a）。板件（厚度为t）边缘的角焊缝最大焊脚尺寸，尚应符合下列要求：当t6mm时，hft；当t6mm，hft-(1-2)mm（图1014b）。圆孔或槽孔内的角焊缝焊脚尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽孔短径的1/3。角焊缝的两焊脚尺寸一般为相等。当焊件的厚度相差较大且等焊脚尺寸不能符合上述条要求时，可采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触的焊脚边应符合上述第条的要求；与较厚焊件接触的焊脚边应符合上述第条的要求。侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度不得小于8hf和40mm。侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf，当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。若内力沿侧面角焊缝全长分布时，其计算长度不受此限。在直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形。焊脚尺寸的比例对正面角焊缝宜为1:1.5（长边顺内力方向），对侧面角焊缝可为11。在次要构件或次要焊缝连接中，可采用断续角焊缝。断续角焊缝焊段的长度不得小于10hf或50mm，其净距不应大于15t（受压构件）或30t（受拉构件），t为较薄焊件的厚度。当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时，每条侧面角焊缝长度不宜小于两侧角焊缝之间的距离；同时两侧面角焊缝之间的距离不宜大于16t（当t12mm）或190mm（当t12mm），t为较薄焊件的厚度。杆件与节点板的连接焊缝，宜采用两面侧焊，也可用三面围焊，对角钢杆件还可采用L形围焊，所有围焊的转角处必须连续施焊（图1015）。当角焊缝的端部在构件转角处做长度为2hf的绕角焊时，转角处必须连续施焊（图1016）。(a) 两面侧焊(b) 三面围焊(C) L形围焊图1015 杆件与节点板的连接焊接图1016 绕角焊缝在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm。角焊缝的优点是焊件板边不需要先加工，也不需要校正缝距，施工方便。其缺点是应力集中现象比较严重；需搭接长度，材料耗用量大。2.角焊强度计算公式：（a）正面角焊缝（b）侧面角焊缝图1017 轴力作用下的角焊缝正面角焊缝（力垂直于焊缝长度方向），见图1017a：（105）侧面角焊缝（力平行于焊缝长度方向），见图1017b：（106）在弯矩、剪力和轴力共同作用下角焊缝计算公式（图1018）：（107）式中 f按焊缝有效截面（helw）计算，垂直于焊缝长度方向的应力ffM+fN，fM由弯矩产生的应力，fN由轴力产生的应力。f按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力；he角焊缝的计算厚度；对直角焊缝等于0.7hf, hf为焊脚尺寸lw角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2hf，当采用引弧板时取焊缝实际长度；f正面角焊缝的强度设计值增大系数；对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，f=1.22；对直接承受动力荷载的结构，f=1.0；ffw角焊缝的强度设计值。图1018 弯矩、剪力和轴力作用下的角焊缝角钢与钢板连接（图10-19a）计算时，由于角钢截面重心到肢背和肢尖的距离不相等，相应焊缝承受的力也应不相同。由力的平衡条件可以求得，焊缝内力分配系数K1、K2见表102，肢背分配的力较大，肢尖分配的力较小