焊接接头及静载强度计算

第二章 焊接接头及其静载强度在焊件需连接的部位，用焊接方法制造而 成的接头称为焊接接头，一般简称接头。焊接 接头本身的力学性能不均匀、焊接接头部位所 受工作应力分布不均匀，是造成接头破坏的主 要原因。 第一节 焊接接头的类型 第二节 电弧焊接头的工作应力 第三节 焊接头头的静载强度计算

第一节 焊接接头的类型

一、焊接接头的组成 二、焊缝的基本形式 三、焊接接头的基本形式

一、焊接接头的组成焊接接头由焊缝金属、熔合区、热影响区组成

图2-1 熔焊焊接接头的组成

对接接头的断面图

搭接接头的断面图

影响焊接接头性能的主要因素焊接接头是一个成分、组织和性能都不均匀的连接体。此外， 焊接接头因焊缝的形状和布置的不同，将会产生不同程度的应力 集中。所以，不均匀性和应力集中是焊接接头的两个基本属性。 影响焊接接头性能的主要因素有以下两个方面： 力学方面因素：接头形状的不连续性(余高、接头错边)、焊 接缺陷(未焊透、裂纹)、残余应力和残余变形等。 材质方面因素：焊接热循环所引起的组织变化、焊接材料引 起的焊缝化学成分的变化、焊后热处理所引起的组织变化以及矫 正变形所引起的加工硬化等。

影响焊接接头性能的主要因素残余应力组织成分不同 焊趾及咬边

应力集中 角变形

焊 缝 金 属

热 影 响 区

错 边 应力集中

错边

缺陷：裂纹、未焊透、 裂纹、脆化 气孔、夹渣

二、焊缝的基本形式焊缝的形式应根据焊件的厚度、工作条件、受 力情况等因素进行选择。 焊缝是构成焊接接头的主体部分，对接焊缝和 角焊缝是焊缝的基本形式。

对接焊缝 角焊缝

对接焊缝

对接焊缝的接头可采用卷边、平对接或加工 成各种形式的坡口。对接焊缝开坡口的目的， 是为了确保接头的质量，同时也从经济效益 考虑。坡口形式的选择取决于板材厚度、焊 接方法和工艺过程。通常必须考虑以下几个 方面： 1)可焊到性或便于施焊； 2)降低焊接材料的消耗量； 3)坡口易加工； 4)减少或控制焊接变形。

对接焊缝

坡口角度的大小与板厚和焊接方法有关，其作 用是使电弧能深入根部使根部焊透。坡口角度 越大，焊缝金属量越多，焊接变形也会增大， 一般坡口角度选60°左右。 采用根部间隙是为了保证焊缝根部能焊透，一 般情况下，坡口角度小，需要同时增加根部间 隙；根部间隙较大时，又容易烧穿，为此，需 要采用钝边防止烧穿。根部间隙过大时，还需 要加垫板。

对接焊缝的典型坡口形式

角焊缝

角焊缝按其截面形状可分为

平角焊缝、凹角 焊缝、凸角焊缝和不等焊脚角焊缝。 各种截面形状角焊缝的承载能力与载荷性质 有关。静载时，如母材金属塑性良好，则角 焊缝的截面形状对承载能力没有明显影响； 动载时，凹角焊缝比平角焊缝的承载能力高， 凸角焊缝的承载能力最低。不等腰角焊缝， 长边平行于载荷方向时，承受动载效果好。

角焊缝截面形状及其计算断面K K

aK

aK

K

a

K a K

三、焊接接头的基本形式对接接头：两焊件表面构成大于或等于135 °、小于或等于 180夹角，即两板件相对端面焊接而形成的接头。 对接接头从强度角度看是比较理想的接头形式，也是广泛应 用的接头形式之一。常见的对接接头的焊缝轴线与载荷方向 相垂直，也有少数与载荷方向成斜角的斜焊缝对接接头。 F F

对接接头

斜缝对接接头

搭接接头两板件部分重叠起来进行焊接所形成的接头称为搭接接头。 搭接接头的应力分布不均匀，疲劳强度较低，不是理想的接头 形式。但由于焊前准备及装配工作较为简单，故多用于受力较 小且不要求密封性的结构中。 搭接接头中，最常见的是角焊缝组成的搭接接头，一般用于 12mm 以下的钢板焊接。除此之外，还有开槽焊、塞焊、锯齿 状搭接等多种形式。

开槽焊搭接接头2δ

F

开槽焊搭接接头，先将被 连接件加工成槽形孔，然 后用焊缝金属填满该槽， 开槽焊焊缝断面为矩形， 其宽度为被连接件厚度的 二倍，开槽长度应比搭接 长度稍短一些。

F

塞焊接头

F

F

塞焊接是在被连接的 钢板上钻孔，用来代 替开槽焊的槽形孔， 用焊缝金属将孔填满 使两板连接起来。当 被连接板厚小于5mm 时，可以采用大功率 的埋弧焊或CO2气体保 护焊直接将钢板熔透 而不必钻孔。

T形(十字)接头

T形接头是典型的电弧焊接头，能承受各种方向的力和力矩，这 类接头应避免采用单面角焊缝，因为这种接头的根部有很深的 缺口，其承载能力低。

T形接头的承载能力Fy M M Fy Fz

Fx

Fx

角接接头

两板件端面构成30°~135°夹角的焊接接头 称作角接接头，角接接头多用于箱形构件。

第二节 电弧焊接头的工作应力

一、应力集中的概念 二、电弧焊接头的工作应力分布

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