焊接结构生产 第 教学作者 邓洪军 主编 学习情境一 学习情境焊接接头静载强计算PPT课件

1、 现以对接接头（如下图所示）为例进行强现以对接接头（如下图所示）为例进行强度校核。两板板厚均为度校核。两板板厚均为10mm10mm，长为，长为300mm300mm，宽，宽为为100mm100mm，对接接头采用，对接接头采用V V形坡口，坡口角度为形坡口，坡口角度为60606565，其材质均为，其材质均为Q235BQ235B钢。在实际工钢。在实际工作中，对接接头受到平面内弯矩作用，弯矩作中，对接接头受到平面内弯矩作用，弯矩M M=260Nm=260Nm，通过静载强度校核该焊缝能否满通过静载强度校核该焊缝能否满足使用要求足使用要求。第1页/共27页熟悉电弧焊接头的工作应力分布情况熟悉电弧焊接头的工

2、作应力分布情况掌握焊接结构的静载强度计算方法掌握焊接结构的静载强度计算方法第2页/共27页电弧焊接头的工作应力分布电弧焊接头的工作应力分布焊接结构的静载强度计算方法焊接结构的静载强度计算方法第3页/共27页一、应力集中一、应力集中二、电弧焊接头的应力分布二、电弧焊接头的应力分布1 1、对接接头、对接接头2 2、T T形（十字）接头形（十字）接头3 3、搭接接头、搭接接头第4页/共27页应力集中应力集中：所谓应力集中，是指接头局部区域的最大应力：所谓应力集中，是指接头局部区域的最大应力 值较平均应力值高的现象。值较平均应力值高的现象。应力集中系数应力集中系数K KT T=maxmax/avav焊

3、接接头中产生焊接接头中产生应力集中的原因应力集中的原因焊缝中有工艺缺陷焊缝中有工艺缺陷焊缝外形不合理焊缝外形不合理焊接接头设计不合理焊接接头设计不合理第5页/共27页电弧焊接头的工作应力分布电弧焊接头的工作应力分布对接接头对接接头影响应力集中系数的因素：影响应力集中系数的因素：余高余高h h和焊缝向母材金属过渡和焊缝向母材金属过渡 的半径的半径r r。图图1 余高和过渡半径与应力集中系数的关系余高和过渡半径与应力集中系数的关系第6页/共27页余高余高：在焊接结构生：在焊接结构生产中，对接接头的焊产中，对接接头的焊缝略高于母材金属的缝略高于母材金属的板面，超出母材表面板面，超出母材表面连线上面的

4、那部分焊连线上面的那部分焊缝金属的最大高度称缝金属的最大高度称为余高。为余高。电弧焊接头的工作应力分布电弧焊接头的工作应力分布对接接头对接接头图图2 对接接头工作应力分布对接接头工作应力分布第7页/共27页电弧焊接头的工作应力分布电弧焊接头的工作应力分布T T形（十字）接头形（十字）接头未开坡口：未焊透，未开坡口：未焊透，根部和焊趾应力集中根部和焊趾应力集中很大，很大，K KT T随随减小而减小而减小，随减小，随K K增大减小。增大减小。开坡口：焊透，应力集开坡口：焊透，应力集中系数小于中系数小于1，基本不，基本不存在应力集中。存在应力集中。图图3 T形接头工作应力分布形接头工作应力分布第8页

5、/共27页电弧焊接头的工作应力分布电弧焊接头的工作应力分布搭接接头搭接接头根据搭接角焊缝受力的方向：根据搭接角焊缝受力的方向：正面角焊缝正面角焊缝：焊缝与力的作用：焊缝与力的作用 方向垂直。方向垂直。侧面角焊缝侧面角焊缝：焊缝与力的作用：焊缝与力的作用 方向相平行。方向相平行。斜向角焊缝斜向角焊缝：介于正面角焊缝：介于正面角焊缝 和侧面角焊缝之和侧面角焊缝之 间。间。图图4 搭接接头角焊缝搭接接头角焊缝第9页/共27页搭接接头搭接接头正面角焊缝的工作应力分布正面角焊缝的工作应力分布在角焊缝的焊根在角焊缝的焊根A A点和焊趾点和焊趾B B点，都有较大的应力集中。点，都有较大的应力集中。减小减小角

6、和增大熔深，焊透根部，都可以降低应力集中系数。角和增大熔深，焊透根部，都可以降低应力集中系数。图图5 正面角焊缝工作应力分布正面角焊缝工作应力分布第10页/共27页搭接接头搭接接头侧面角焊缝的工作应力分布侧面角焊缝的工作应力分布其其特点特点是最大应力在两端，中部是最大应力在两端，中部应力最小，而且焊缝较短时应力应力最小，而且焊缝较短时应力分布较均匀，焊缝较长时，应力分布较均匀，焊缝较长时，应力分布不均匀的程度就增加。分布不均匀的程度就增加。通常通常规定规定侧面角焊缝不得大于侧面角焊缝不得大于5050K K（K K为焊脚尺寸）。为焊脚尺寸）。图图6 侧面角焊缝工作应力分布侧面角焊缝工作应力分布第

7、11页/共27页搭接接头搭接接头联合角焊缝的工作应力分布联合角焊缝的工作应力分布既有侧面角焊缝又有正面角焊缝的搭既有侧面角焊缝又有正面角焊缝的搭接接头称为接接头称为联合角焊缝搭接接头联合角焊缝搭接接头。只有侧面只有侧面角焊缝的搭接接头中，母材角焊缝的搭接接头中，母材金属断面上的应力分布不均匀。金属断面上的应力分布不均匀。增加正面增加正面角焊缝后应力分布较为均角焊缝后应力分布较为均匀，截面上两端点上的应力集中得匀，截面上两端点上的应力集中得到改善。到改善。图图7 联合角焊缝工作应力分布联合角焊缝工作应力分布第12页/共27页1.1.工作焊缝和联系焊缝工作焊缝和联系焊缝焊缝与被连接的元件是焊缝与被

8、连接的元件是串联的，它承担着传递串联的，它承担着传递全部载荷的作用，即焊全部载荷的作用，即焊缝一旦断裂，结构就立缝一旦断裂，结构就立即失效，其应力称为工即失效，其应力称为工作应力。作应力。工作焊缝工作焊缝一、焊接接头的静载强度计算一、焊接接头的静载强度计算图图8 工作焊缝工作焊缝第13页/共27页焊缝与被连接的元件是焊缝与被连接的元件是并联的，它仅传递很小并联的，它仅传递很小的载荷，主要起元件之的载荷，主要起元件之间相互联系的作用，焊间相互联系的作用，焊缝一旦断裂，结构不会缝一旦断裂，结构不会立即失效，其应力称为立即失效，其应力称为联系应力。联系应力。联系焊缝联系焊缝1.1.工作焊缝和联系焊缝

9、工作焊缝和联系焊缝一、焊接接头的静载强度计算一、焊接接头的静载强度计算图图9 联系焊缝联系焊缝第14页/共27页2.2.焊接接头强度计算的假设焊接接头强度计算的假设1 1）残余应力对接头强度没有影响；）残余应力对接头强度没有影响；2 2）焊趾处和余高处的应力集中对接头强度没有影响；）焊趾处和余高处的应力集中对接头强度没有影响；3 3）接头的工作应力是均布的，以平均应力计算；）接头的工作应力是均布的，以平均应力计算；4 4）正面角焊缝与侧面角焊缝强度没有差别；）正面角焊缝与侧面角焊缝强度没有差别；5 5）焊脚尺寸）焊脚尺寸K K的大小对角焊缝的强度没有影响；的大小对角焊缝的强度没有影响；6 6）

10、角焊缝都是在切应力的作用下破坏的，按切应力计算）角焊缝都是在切应力的作用下破坏的，按切应力计算 其强度；其强度；第15页/共27页2.2.焊接接头强度计算的假设焊接接头强度计算的假设7 7）角焊缝的破断面在角焊缝截）角焊缝的破断面在角焊缝截面的最小高度上，其值等于内接面的最小高度上，其值等于内接三角形高三角形高a a，直角等腰角焊缝的，直角等腰角焊缝的计算高度：计算高度：KKa7 . 028 8）采用熔深较大的焊接方）采用熔深较大的焊接方法时，应考虑余高和熔深。法时，应考虑余高和熔深。其角焊缝计算断面高度其角焊缝计算断面高度a a为为a=（K+p）cos45当当K8mmK8mm时，可取时，可取

11、a a等于等于K K当当K K8mm8mm时，可取时，可取p p=3mm=3mm图图10 角焊缝截面角焊缝截面第16页/共27页3.3.电弧焊接头的静载强度计算电弧焊接头的静载强度计算电弧焊接头静载强度计算的一般表达式为电弧焊接头静载强度计算的一般表达式为: : 或或 式中式中,为平均工作应力为平均工作应力; ; 为焊缝的许用应力为焊缝的许用应力. .第17页/共27页（1 1）对接接头的静载强度计算）对接接头的静载强度计算 不考虑焊缝余高不考虑焊缝余高 焊缝长度取实际长度焊缝长度取实际长度 计算厚度取两板中较计算厚度取两板中较薄者薄者 如果焊缝的许用应力如果焊缝的许用应力与基本金属的相等与基

12、本金属的相等, ,则不必进则不必进行强度计算行强度计算图图11 对接接头受力方式对接接头受力方式第18页/共27页受垂直板面弯矩受垂直板面弯矩(M(M2 2):):1ttFL1ppFL1 FsL受拉时受拉时: :受压时受压时: :受剪切时受剪切时: :1216tML2216tML受板平面内弯矩受板平面内弯矩(M(M1 1):):（1 1）对接接头的静载强度计算）对接接头的静载强度计算第19页/共27页 两块板厚为两块板厚为5mm5mm、宽为、宽为500mm500mm的钢板对接在一起，的钢板对接在一起，两端受两端受284000N284000N的拉力，材料为的拉力，材料为Q235-AQ235-A钢

13、，钢， t =142MPat =142MPa，试校核其焊缝强度。，试校核其焊缝强度。 例例1（1 1）对接接头的静载强度计算）对接接头的静载强度计算第20页/共27页解：解： 已知已知F F284000N284000N，L L500mm500mm， 115mm5mm， t t 142MPa142MPa，MPaMPammmmNLFtt1426 .11355002840001所以这个对接接头焊缝强度满足要求，所以这个对接接头焊缝强度满足要求，结构工作时是安全的。结构工作时是安全的。（1 1）对接接头的静载强度计算）对接接头的静载强度计算第21页/共27页例例 2 2 两块板厚为两块板厚为10mm1

14、0mm的钢板对接，焊缝受的钢板对接，焊缝受29300N29300N的切力，材料为的切力，材料为Q235Q235A A钢，试钢，试设计焊缝的长度（钢板宽度）。设计焊缝的长度（钢板宽度）。（1 1）对接接头的静载强度计算）对接接头的静载强度计算第22页/共27页解解 由公式由公式(3-4)(3-4)可得可得 由已知条件知由已知条件知Q=29300NQ=29300N，=10mm=10mm；由焊缝金；由焊缝金属许用应力表中查得属许用应力表中查得 98MPa98MPa，代入上，代入上式得式得mmMPaNL9 .29981029300取取L=32mm, L=32mm, 即当焊缝长度为即当焊缝长度为32mm

15、32mm时时, ,强度满足要求。强度满足要求。 1QL（1 1）对接接头的静载强度计算）对接接头的静载强度计算第23页/共27页 4 . 1KLF 4 . 1KLF 7 . 0LKF（2 2）搭接接头的静载强度计算）搭接接头的静载强度计算受拉、压搭接接头的静载强度计算受拉、压搭接接头的静载强度计算第24页/共27页 例例3 3 将将100mm100mm 100mm 100mm 10mm 10mm的角钢用角焊缝搭接的角钢用角焊缝搭接在一块钢板上，见下图。受拉伸时要求与角钢等强在一块钢板上，见下图。受拉伸时要求与角钢等强度，试计算接头的合理尺寸度，试计算接头的合理尺寸K K和和L L应该是多少？应该是多少？ （2 2）搭接接头的静载强度计算）搭接接头的静载强度计算第25页/共27页 解解 从材料手册查得角钢断面面积从材料手册查得角钢断面面积A=19.2cmA=19.2cm2 2；许；许用拉应力用拉应力t t 160MPa160MPa160N/mm160N/mm2 2，焊缝许用，焊缝许用切应力切应力=100MPa=100MPa100N/mm100N/mm2 2 角钢的允许载荷角钢的允许载荷F=AF=At =1920mmt =