角焊缝的构造和计算

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1、3.3角焊缝的构造和计算  3.3.1角焊缝的形式和强度    角焊缝按其与作用力的关系可分为：正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝；    正面角焊缝：焊缝长度方向与作用力垂直；    侧面角焊缝：焊缝长度方向与作用力平行。    按其截面形式分：直角角焊缝(图3.10)、斜角角焊缝(图3.11)。   直角角焊缝通常焊成表面微凸的等腰直角三角形截面[图3.10(a)]。在直接承受动力荷载的结构中，为了减少应力集中，提高构件的抗疲劳强度，侧面角焊缝以凹形为最好。但手工焊成凹形极为费事，因此采用手工焊时，焊缝做成直线性较为合适[图3.10(a)]。当用自动焊时，由于电流较大，金属熔化速度快、

2、熔深大，焊缝金属冷却后的收缩自然形成凹形表面[图3.10(c)]。为此规定在直接承受动力荷载的结构（如吊车梁）中，侧面角焊缝做成凹形或直线形均可。对正面角焊缝，因其刚度较大，受动力荷载时应焊成平坡式[图3.10(b)]，直角边的比例通常为1:1.5（长边顺内力方向）。    两焊脚边的夹角α>90°或α<90°的焊缝称为斜角角焊缝，斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。对于夹角α>135°或α<60°的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。大量试验结果表明：    侧面角焊缝(图3.12)主要承受剪应力，塑性较好，弹性模量低（E=0.7×105～1×105N/mm2），强度也较低。

3、由于传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，因而应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大中间小的状态，焊缝越长，应力分布不均匀性越显著。但在在接近塑性工作阶段时，产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。即分布不均匀，且不均匀程度随的增大而增加，破坏常在两端开始，再出现裂纹后很快沿焊缝有效截面迅速断裂   正面角焊缝(图3.13)受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力。由于传力时力线弯折，并且焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝的尖端，故焊根处存在着很严重的应力集中。与侧面角焊缝相比，正面角焊缝的刚度较大（弹性模量E≈1.5×105N/mm2），强度较高，但塑性变形要差些。即

4、沿焊缝长度方向分布比较均匀，但应力状态比侧面角焊缝复杂，两焊脚边均有拉、压应力和，在焊缝根部存在应力集中，裂纹首先在此处产生，断裂面可近似地假定在有效截面。    斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。    假定：直角角焊缝的破坏截面在45°截面处，计算是采用有效截面he。 3.3.2角焊缝的构造要求    1、最大焊脚尺寸    为了避免焊缝区的基本金属“过热”，减小焊件的焊接残余应力和残余变形，除钢管结构外，角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍，见图3.14(a)。      2、最小焊脚尺寸    角焊缝的焊脚尺寸也不能过小，否则焊缝因输入能量过小，

5、而焊件厚度较大，以致施焊时冷却速度过快，产生淬硬组织，导致母材开裂。      3、不等焊脚尺寸的构造要求    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以上最大焊脚尺寸及最小焊脚尺寸要求时，可采用不等脚焊脚尺寸，见图3.14(c)。   4、侧面角焊缝的最大计算长度    承受静荷载或间接动力荷载时：    承受动力荷载：    当计算长度大于上述限值时，其超过部分在计算中不予考虑，若内力沿焊缝全长分布时，其计算长度不受此限制，如工字形截面梁或柱的翼缘与腹板连接焊缝。    5、角焊缝的最小计算长度    如过小，焊件局部受热严重，且弧坑太近，还有其他可

6、能产生的缺陷。                    6、搭接连接的构造要求    当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时(图3.15)：   ，为较薄焊件的厚度。    当仅有两条正面焊缝时：搭接长度(图3.16)。   杆件端部搭接采用围焊(包括三面围焊、L形围焊)时，转角处截面突变会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬边等缺陷，从而加大应力集中的影响，故所有围焊的转角处必须连接施焊。对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为2的绕角焊(图3.15)。 3.3.3直角角焊缝强度计算的基本公式    图3.17所示为直角角焊缝的截面。试验表明，直角角焊缝的破

7、坏常发生在有效截面处（焊喉），故对角焊缝的研究均着重于这一部位。     直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算式为：                       式中——按焊缝有效截面（helw）计算，垂直于焊缝长度方向的应力；        ——按焊缝有效截面（helw）计算，沿焊缝长度方向的剪应力；        ——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，=1.22；直接承受动力荷载的结构=1.0。（由于正