船舶结构焊接第2章26焊缝及焊接接头

1、一、焊缝的型式和特点 焊缝是组成焊接接头的主体部分， 对接焊缝和角焊缝是焊缝的两种最基本的型式 一、焊缝的形式和特点 1.对接焊缝(butt weld) （1）尺寸要素 熔宽、熔深、加厚高 B/H ： 叫焊缝形状系数 B h H (2) 坡口 groove： 根据设计或工艺需要，将焊件的待焊部位加工装配成一定几何形状的 沟槽。 开坡口 bevelling(of the edge)： 用机械、火焰或电弧等工艺方法加工坡口的过程. 开坡口的目的：焊透 坡口的类型 卷边坡口 平对坡口 V型坡口 U型坡口 X型坡口 K型坡口 （3）选择坡口的原则 、根据板厚和焊接方法选择坡口，保证熔透。 气焊，手弧焊

2、，自动焊的熔透深度逐步增加，则板厚及钝 边高度也可相应增加。 、焊接材料的消耗量：对于同样厚度的焊接接头，采用 x型坡口比v型坡口能节省较多的焊接材料、电能和工时， 构件越厚节省越多。 、可焊到性：它是选择坡口型式的重要条件之一，一般 地说，要根据构件能否翻转，翻转难易，或内外两侧的焊 接条件而定。对不能翻转的和内经较小的容器，为了避免 大量的仰焊及不能或不便从内侧施焊，都宜采用v型或u型 坡口。 、坡口加工：v型和x型坡口可用气割或等离子切割，亦 可用机械切割加工。但u型和双u型坡口，一般需要刨边机 加工。 、焊接变形：采用不适当的坡口型式容易产生较大的焊 接变形，如果坡口形势适宜工艺合理，

3、则可有效的减少焊 接变形。 2 、角焊缝 角焊缝按其截面形状可分为四种，如下图 所示，角焊缝的大小用焊角高度k来表示，通常称 k为焊角尺寸。承担静载荷时，如材料塑性良好， 角焊缝的截面形状对承载能力没有显著影响。承 担动载荷时，下图中凹型比平型的承载能力高， 凸型的最低。不等边的，当长边平行于载荷方向 时，承受动载效果较好。 3、其它焊缝型式 Plug weldSlot weld Edge weld ; Edge joint Spot weld 二、焊接接头的型式及特点 焊接接头的基本形式： 1）对接接头 2)搭接接头 3)丁字（T型）接头 4)角接头 1、对接接头对接接头 特点：受力好，装配

4、精度要求高。截面变化平缓，应力集中小，受力状态 是各种接头中最好的。但是它的装配要求较高，如果两边母材上下错动， 或间隙过大、过小都不行。 例如：船体外壳板都是对接接头，如果下料不准确，大了一点，那怕是半 公分，就不能保证焊接质量，必须再切一刀。但是如果一下切多了，或 者没有考虑到焊后收缩变形小了23公分，那么对不起，这快钢板就只 好报废了，对国家，对人民，对你的工厂都将带来一定的损失，对你个 人吗？一个月的奖金就别拿了。 2、搭接接头 (lap joint) （1）缺点： 应力集中大, 受力状态不好, 疲劳强度低 （2）优点： 对装配的要求不高 受力差，装配要求简单。 它的特点刚好和对接接头

5、相反，应力 分布很不均匀，疲劳强度低，但是它 们的焊前准备工作几装配要求却很简 单。你看它，下料时大一点，小一点， 只要不过火对接头性能就没有太大的 影响，正是因为这个优点，搭接接头 在某些对强度要求不高的结构上应用 比较广泛，如：大型贮罐的底板。 （3）根据搭接接头中角焊缝受力的 方向可将其分为： 1） 与力的作用方向 垂直的角焊缝； 2） 与力的作用方向 平行的角焊缝 ； 3）与力的作用方向呈一定 角度的角焊缝。 （1）正面角焊缝的工作应力分布 在正面角焊缝的搭接接头中力线弯曲较为严重， 应力分布很不均匀，根据测试结果可以看出，在 角焊缝的根部A点和焊趾B点都有较大的应力集 中，如图227

6、所示，其数值与许多因素有关， 如焊趾B点的应力集中系数就是随角焊缝的斜边 与水平边的夹角而变化的，减小其夹角和增 大熔深焊透根部，可以降低应力集中系数。 由于搭接接头的正面角焊缝与作用力偏心， 所以承受拉力时接头上产生附加弯曲应力， 如下图所示。为了减少弯曲应力，两条正面 角焊缝之间的距离应不小于其板厚的4倍。 （2）侧面角焊缝的搭接 接头中的工作应力分布 用侧面角焊缝连接的 搭接接头中其应力分布更为 复杂。在焊缝中既有正应力 又有切应力，切应力沿焊缝 长度上的分布是不均匀的， 当受拉力P作用时,沿侧面角 焊缝长度上切应力分布如图 中qxa所示(qxa为单位长度焊 缝承受的切力）。 形成这种两

7、端应力大，中间应力小的主要原因，是因为搭接板材不是绝对 刚体，在受力时本身产生弹性变形所至。当侧面角焊缝的搭接接头焊缝较长时 这种应力分布的不均匀程度就更大，因此采用过长的侧面焊缝将使应力集中增 加，是不合理的。一般规范规定，侧面焊缝长度不得大于50k。 （3）联合角焊缝的搭接接 头 中的工作应力分布 在只用侧面角焊缝 焊成的搭接接头中，不但 沿焊缝长度上应力分布是 不均匀的，而且在母材断 面上应力分布也是不均匀 的 如图a中的横截面A-A,在焊缝附近出现较大正应力，其应力集中非常严重。 为了改善这一断面上的应力分布，常增添一条正面角焊缝，这样就形成了联合 角焊缝的搭接接头，如图b所示。增添正

8、面角焊缝后A-A断面上的正应力分布变 得较为均匀,最大切应力降低,故此断面上的应力集中得到改善，由于正面角焊 缝承担了一部分外力，以及正面角焊缝比侧面角焊缝刚度大、变形小，所以侧 面角焊缝的切应力分布也得到改善。设计搭接接头时，采用联合角焊缝的搭接 接头，不但可以改善应力分布还可以缩短搭接长度。 3、丁字（十字）接头 (cruciform joint; cross-shaped joint) 丁字（十字）接头是将相互垂 直或近似垂直的被连接件用角焊 缝连接起来的接头 特点： 可以承受各个方向的力和力矩； 有较大应力集中 丁字（十字）接头在船体上的应用非常广泛，比如船的纵横骨架、扶强材等。 它的

9、种类也较多，常见的如下图所示。 丁字（十字）接头的焊缝 向母材过渡较剧烈，力线弯曲严 重，应力分布极不均匀，在焊缝 跟部和趾部有较大的应力集中。 如图所示。 图（a）是未开坡口的十 字接头中正面焊缝的应力分布状 况。由于整个厚度没有焊透，所 以焊缝跟部应力集中很大。在焊 趾截面B-B上应力分布也是不均 匀的，B点的应力集中系数的值随 角焊缝形状而变，角减小应力 集中系数减小，焊角尺寸增大应 力集中系数也减小。 图（b）是开坡口并焊透 的丁字（十字）接头，这种接头 的应力集中大大降低。 4、角接头 (corner joint) 两板件端面构成大于或等于 30 ，小于135 夹角的接头。 图（a）

10、是最简单的角接头，但承载能力差； 图（b）是采用双面焊缝从内部加强的角接头，承载能力较大； 图（c）和（d）开坡口易焊透，有较高的强度，而且在外观上具有 良好的棱角， 但要注意层状撕裂问题； 图（e）和（f）易装配，省工时，是最经济的角接头； 图（g）是保证接头具有准确直角的角接头，并且刚性大，但角钢厚度应大于板厚； 图（h）是不合理的角接头，焊缝多而且不易施焊。 5、管接头 指用管件组成的结构中的焊接连接点，通常 称管节点。 （1）管节点（管接头）的组成 （2）管节点（管接头）的基本形式 导管架 导管架 海洋平台中的生活模块 T型管节点 复合管节点 复合管节点 复合管节点 6、铆焊联合结构

11、与铆焊联合接头 （1）铆焊联合结构 既有焊接接头，又有铆接 接头的结构称为铆焊联合结构 为什么可以在焊接结构的某些部位采用 铆接接头？ 这是因为： 1）铆接结构有较高的止裂性 2）铆接接头比焊接接头的刚度小 3）铆接接头的应力集中系数比某些焊接接头的低 4）铆接接头形成的内应力比焊接接头低 铆焊联合结构吸取了铆接和焊 接两种技术各自的优点 铆焊联合结构是一种比较合理 的结构 （2）铆焊联合接头 在同一个接头上既有铆钉又有 焊缝，这样的接头叫铆焊联合接头 。 铆焊联合接头是否合理？ 铆焊联合接头综合了焊接接头和铆接接头的 缺点。 铆焊联合接头是一种不合理的接头型式 。 一、焊缝的形式和特点 1、

12、对接接头对接接头 特点：受力好，装配精度要求高。截面变化平缓，应力集中小，受力状态 是各种接头中最好的。但是它的装配要求较高，如果两边母材上下错动， 或间隙过大、过小都不行。 例如：船体外壳板都是对接接头，如果下料不准确，大了一点，那怕是半 公分，就不能保证焊接质量，必须再切一刀。但是如果一下切多了，或 者没有考虑到焊后收缩变形小了23公分，那么对不起，这快钢板就只 好报废了，对国家，对人民，对你的工厂都将带来一定的损失，对你个 人吗？一个月的奖金就别拿了。 2、搭接接头 (lap joint) （1）缺点： 应力集中大, 受力状态不好, 疲劳强度低 （2）优点： 对装配的要求不高 （3）联合角焊缝的搭接接 头 中的工作应力分布 在只用侧面角焊缝 焊成的搭接接头中，不但 沿焊缝长度上应力分布是 不均匀的，而且在母材断 面上应力分布也是不均匀 的 如图a中的横截面A-A,在焊缝附近出现较大正应力，其应力集中非常严重。 为了改善这一断面上的应力分布，常增添一条正面角焊缝，这样就形成了联合 角焊缝的搭接接头，如图b所示。增添正面角焊缝后A-A断面上的