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1、第1章焊接接头静载力学性能第1页，共107页，编辑于2022年，星期一第第1 1章章 焊接接头静载力学行为焊接接头静载力学行为知识要点掌握程度相关内容焊接接头基本概念熟悉焊接接头的组成、特点，掌握焊缝形式和焊接接头形式，了解焊缝和焊接接头的表达方法。焊接接头的作用、组成、特点；对接焊缝，角焊缝；对接接头、搭接接头、T形接头、角接接头；焊缝符号。焊接接头不均匀性了解焊接接头的不均匀性，熟悉焊接接头的力学行为。焊缝金属、热影响区和焊接接头的力学性能；低强组配焊接接头的力学行为。工作应力分布和工作性能掌握和熟练绘制四种熔化焊焊接接头的工作应力分布，了解应力集中对工作性能的影响规律。应力集中；工作焊缝
2、、联系焊缝；工作应力分布；应力集中与工作性能的关系。静载强度计算方法掌握各种焊接接头静载强度的计算方法，焊缝许用应力的确定方法，能够灵活应用这些方法计算和校核实际焊接接头的静载强度。静载强度计算的作用、假设条件；许用应力；熔化焊、电阻焊接头静载强度计算方法和公式。本章学习要点本章学习要点第2页，共107页，编辑于2022年，星期一电焊条电焊条焊件焊件2手工电弧焊示意图手工电弧焊示意图焊件焊件1 手工电弧焊焊接过程手工电弧焊焊接过程焊接接头通常起两方面的作焊接接头通常起两方面的作用：用：一是连接作用一是连接作用，即把被焊，即把被焊材料连接成一个整体，形成一材料连接成一个整体，形成一个构件；个构件
3、；二是传力作用二是传力作用，即，即传递被焊材料所承受的载荷，传递被焊材料所承受的载荷，使构件能够应用。使构件能够应用。第3页，共107页，编辑于2022年，星期一焊缝金属焊缝金属熔合区熔合区(线线)热影响区热影响区母材母材熔化焊焊接接头结构熔化焊焊接接头结构1.1.1 焊接接头的组成焊接接头的组成第4页，共107页，编辑于2022年，星期一 (a)对接焊缝接头对接焊缝接头 (b)搭接角焊缝接头搭接角焊缝接头 (c)T形角焊缝接头形角焊缝接头1-焊缝金属焊缝金属 2-熔合区熔合区 3-热影响区热影响区 4-部分母材部分母材图图1-1 熔化焊焊接接头的组成熔化焊焊接接头的组成1.1.1 焊接接头的
4、组成焊接接头的组成第5页，共107页，编辑于2022年，星期一 焊接接头区域包括：焊缝金属 熔合线 热影响区 母材 焊缝的柱状树枝晶1.1.1 焊接接头的组成焊接接头的组成第6页，共107页，编辑于2022年，星期一焊缝金属区：由焊接填充材料和局部母材共同熔化并凝固后而形成的铸造组织区域，焊缝金属的性能取决于这两部分材料熔化后的成分和组织。熔合区：焊缝金属边界上固液两相交错共存并随后凝固的部分，是焊缝金属与热影响区相互过渡的区域。熔合区很窄，因此宏观上又称为熔合线，但它却是焊接接头中最薄弱的地带，经常出现由于该处的某些缺陷而引起焊接结构破坏的现象。1.1.1 焊接接头的组成焊接接头的组成第7页
5、，共107页，编辑于2022年，星期一过热区过热区(粗晶区粗晶区)：此区的加热温度范围为：此区的加热温度范围为固相线至固相线至1100，具有过热组织或晶粒显，具有过热组织或晶粒显著粗大的组织。著粗大的组织。正火区正火区(细晶区细晶区)：此区的加热温度范围：此区的加热温度范围为为AC3以上，未达到过热温度，由于焊后以上，未达到过热温度，由于焊后空冷，相当于热处理后的正火组织。空冷，相当于热处理后的正火组织。部分相变区（不完全重结晶区）：此部分相变区（不完全重结晶区）：此区的加热温度范围为区的加热温度范围为AC3-AC1之间。空冷之间。空冷时为先共析铁素体（细小）和珠光体以及时为先共析铁素体（细小
6、）和珠光体以及未溶的粗大铁素体组织。未溶的粗大铁素体组织。低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化热影响区：紧邻有关焊缝金属的母材受热作用影响而发生显微组织和力学性能变化的区域。1.1.1 焊接接头的组成焊接接头的组成第8页，共107页，编辑于2022年，星期一部分母材区：主要是指受焊接热循环和热塑性变形作用而具有较大残余应力的区域。1.1.1 焊接接头的组成焊接接头的组成第9页，共107页，编辑于2022年，星期一优点：承载的多向性 结构的多样性 连接的可靠性 加工的经济性 1.1.2 焊接接头的特点焊接接头的特点缺点：缺点：几何不几何不连续连续性性 性能不均匀性性能不均匀性 焊焊接
7、接变变形和残余形和残余应应力力 第10页，共107页，编辑于2022年，星期一影响焊接接头性能的主要因素材质方面；材质方面；力学方面。力学方面。第11页，共107页，编辑于2022年，星期一1.1.3 焊缝及焊接接头的基本形式焊缝及焊接接头的基本形式1.1.3.1 焊缝的基本形式焊缝的基本形式对接焊缝、角焊缝对接焊缝、角焊缝图图1-3 对接焊缝示意图对接焊缝示意图图图1-4 对接坡口的三要素对接坡口的三要素第12页，共107页，编辑于2022年，星期一坡口的选择一般要考虑以下坡口的选择一般要考虑以下几个方面：几个方面：焊接材料的消耗焊接材料的消耗 可焊到性可焊到性 坡口加工成本坡口加工成本 焊
8、接变形的调控焊接变形的调控I形形 V形形 单边单边V形形 X形形 U形形 双双U形形图图1-5 坡口的基本形式坡口的基本形式 1.1.3 焊缝及焊接接头的基本形式焊缝及焊接接头的基本形式第13页，共107页，编辑于2022年，星期一1.1.3 焊缝及焊接接头的基本形式焊缝及焊接接头的基本形式 (b)凹角焊缝凹角焊缝 (c)凸角焊缝凸角焊缝 (d)不等腰角焊缝不等腰角焊缝 图图1-6 角焊缝类型及其截面形状角焊缝类型及其截面形状 一般用腰长一般用腰长K表示角焊缝的大小，称表示角焊缝的大小，称K为焊脚尺寸为焊脚尺寸；a为角焊缝截为角焊缝截面上的最小尺寸，称为计算厚度面上的最小尺寸，称为计算厚度。焊
9、脚尺寸和计算厚度是角焊缝。焊脚尺寸和计算厚度是角焊缝的的几何形状参数几何形状参数。(a)平角焊缝平角焊缝(a)平角焊缝平角焊缝第14页，共107页，编辑于2022年，星期一1.1.3.1 焊接接头的基本形式焊接接头的基本形式 对接接头、对接接头、T型接头、搭接接头、角接接头型接头、搭接接头、角接接头1.1.3 焊缝及焊接接头的基本形式焊缝及焊接接头的基本形式焊缝焊缝焊件焊件1焊件焊件2焊接接头焊接接头焊接接头焊接接头第15页，共107页，编辑于2022年，星期一(1)对接接头对接接头1.1.3 焊缝及焊接接头的基本形式焊缝及焊接接头的基本形式对接接头对接接头(a)垂直缝对接接头垂直缝对接接头
10、(b)斜缝对接接头斜缝对接接头图图1-7 对接接头形式对接接头形式第16页，共107页，编辑于2022年，星期一搭接接头搭接接头(2)搭接接头搭接接头(a)正面角焊缝接头正面角焊缝接头(b)侧面角焊缝接头侧面角焊缝接头 (c)联合角焊缝接头联合角焊缝接头(d)开槽焊接头开槽焊接头 (e)塞焊接头塞焊接头 图图1-8 搭接接头形式搭接接头形式 第17页，共107页，编辑于2022年，星期一(3)T形（十字）接头形（十字）接头T形接接头形接接头1.1.3 焊缝及焊接接头的基本形式焊缝及焊接接头的基本形式第18页，共107页，编辑于2022年，星期一1.1.3 焊缝及焊接接头的基本形式焊缝及焊接接头
11、的基本形式第19页，共107页，编辑于2022年，星期一(4)角接接头角接接头1.1.3 焊缝及焊接接头的基本形式焊缝及焊接接头的基本形式角角接接接接头头第20页，共107页，编辑于2022年，星期一1.1.4 焊缝及接头形式的表示方法焊缝及接头形式的表示方法GB/T324-2008焊缝符号表示方法焊缝符号表示方法 焊缝符号组成：基本符号：表示焊缝截面基本形状或特征表示焊缝截面基本形状或特征 。补充符号：用来补充说明有关焊缝或接头的某些特征，：用来补充说明有关焊缝或接头的某些特征，如表面形状、衬垫、焊缝分布、施焊地点等。如表面形状、衬垫、焊缝分布、施焊地点等。尺寸符号：表示焊缝相关尺寸的符号：
12、表示焊缝相关尺寸的符号 。焊接方法代号：为了简化焊接方法的标注和文字说明。：为了简化焊接方法的标注和文字说明。指引线 :表示指引焊缝位置的符号表示指引焊缝位置的符号基基本本要要素素第21页，共107页，编辑于2022年，星期一表表1-1 焊缝的基本符号焊缝的基本符号1.1.4 焊缝及接头形式的表示方法焊缝及接头形式的表示方法第22页，共107页，编辑于2022年，星期一表表1-2 焊缝的补充符号焊缝的补充符号1.1.4 焊缝及接头形式的表示方法焊缝及接头形式的表示方法第23页，共107页，编辑于2022年，星期一1.1.4 焊缝及接头形式的表示方法焊缝及接头形式的表示方法表表1-3 焊缝的尺寸
13、符号焊缝的尺寸符号第24页，共107页，编辑于2022年，星期一1.1.4 焊缝及接头形式的表示方法焊缝及接头形式的表示方法表表1-4 常用焊接方法代号常用焊接方法代号第25页，共107页，编辑于2022年，星期一 在视图中，焊缝一般用符号和数字代号来表示，并用指引线指到在视图中，焊缝一般用符号和数字代号来表示，并用指引线指到图样上的有关焊缝处。图样上的有关焊缝处。例如例如：（：（a）图所示中的对接接头的焊缝，可用（）图所示中的对接接头的焊缝，可用（b）图所示的）图所示的方法进行标注。其中，方法进行标注。其中，表示用手工电弧焊，表示用手工电弧焊，V为开为开V形坡口，形坡口，坡口角度为坡口角度为
14、，根部间隙为，根部间隙为b，有，有n段焊缝，焊缝长度为段焊缝，焊缝长度为l。（a）（b）焊缝标注焊缝标注焊缝的表示方法焊缝的表示方法 b 第26页，共107页，编辑于2022年，星期一 箭头线用来将焊缝符号指到图样上的有关焊缝处，必要时允箭头线用来将焊缝符号指到图样上的有关焊缝处，必要时允许弯折一次，见图（许弯折一次，见图（b）。基准线一般应与图样的底边平行，如）。基准线一般应与图样的底边平行，如图（图（c）示。）示。指引线指引线 一般由箭头线和两条基准线组成。其中，箭头线用细实线一般由箭头线和两条基准线组成。其中，箭头线用细实线绘制，基准线一条为实线，另一条为虚线，虚线可画在实线绘制，基准线
15、一条为实线，另一条为虚线，虚线可画在实线的上侧或下侧，如图（的上侧或下侧，如图（a）所示。）所示。.bnl（a）（b）（c）第27页，共107页，编辑于2022年，星期一基本符号相对基准线的位置的规定如下基本符号相对基准线的位置的规定如下（a）（b）（c）（d）（1）如果焊缝在箭头所指的一侧，基本符号标在基准线的实）如果焊缝在箭头所指的一侧，基本符号标在基准线的实线一侧，如图（线一侧，如图（a）所示；）所示；（2）如果焊缝在非箭头所指的一侧，基本符号标在基准线的）如果焊缝在非箭头所指的一侧，基本符号标在基准线的虚线一侧，如图（虚线一侧，如图（b）所示；）所示；（3）标注对称焊缝及双面焊缝时，可
16、不加虚线，如图（）标注对称焊缝及双面焊缝时，可不加虚线，如图（c）、）、（d）所示。）所示。第28页，共107页，编辑于2022年，星期一焊缝符号的标注原则焊缝符号的标注原则 说明如下：说明如下：说明如下：说明如下：（1）焊缝横截面上的尺寸，标在基本符号的左侧；）焊缝横截面上的尺寸，标在基本符号的左侧；（2）焊缝长度方向的尺寸，标在基本符号的右侧；）焊缝长度方向的尺寸，标在基本符号的右侧；（3）坡口符号）坡口符号、坡口面角度、坡口面角度、根部间隙、根部间隙b，标在基本符号的，标在基本符号的上侧和下侧；上侧和下侧；（4）相同焊缝数量符号标在尾部；）相同焊缝数量符号标在尾部；第29页，共107页，
17、编辑于2022年，星期一 （4）当需要标注的尺寸数据较多，又不易分辨时，可在数据前）当需要标注的尺寸数据较多，又不易分辨时，可在数据前面增加相应的尺寸符号。面增加相应的尺寸符号。箭头线的方向与尺寸位置无箭头线的方向与尺寸位置无关，当数条焊逢相同时，可用关，当数条焊逢相同时，可用公共基准线进行标注，如图所公共基准线进行标注，如图所示。示。多条焊缝标注多条焊缝标注焊缝符号的标注原则焊缝符号的标注原则 第30页，共107页，编辑于2022年，星期一(a)交错断续角焊缝交错断续角焊缝(b)周围施焊周围施焊 图图1-13 焊缝符号标注举例焊缝符号标注举例 a图依次表示双面角焊缝，图依次表示双面角焊缝，焊
18、脚尺寸均为焊脚尺寸均为5mm，焊缝段，焊缝段数为数为35段，每段焊缝长度为段，每段焊缝长度为50mm，交错断续焊，相邻焊缝，交错断续焊，相邻焊缝的间距为的间距为30 mm。b图依次表示周围施焊，图依次表示周围施焊，由埋弧焊焊成的由埋弧焊焊成的V形焊缝在形焊缝在箭头一侧，要求焊缝表面平箭头一侧，要求焊缝表面平齐，由焊条电弧焊焊成的封齐，由焊条电弧焊焊成的封底焊缝在另一侧，也要求焊底焊缝在另一侧，也要求焊缝表面平齐。缝表面平齐。第31页，共107页，编辑于2022年，星期一 在焊接图样中，一般只用焊缝符号标注在视在焊接图样中，一般只用焊缝符号标注在视图的轮廓线上，而不一定采用图示法。但如需要，图的
19、轮廓线上，而不一定采用图示法。但如需要，也可在图样上采用图示法画出焊缝，并同时标注也可在图样上采用图示法画出焊缝，并同时标注焊缝符号。焊缝符号。焊接图例焊接图例第32页，共107页，编辑于2022年，星期一挂架立体图挂架立体图立板立板横板横板肋板肋板圆筒圆筒1 1轴承挂架焊接图轴承挂架焊接图1 立体图立体图：第33页，共107页，编辑于2022年，星期一 2 分解图：该挂架由立板、横板、肋板和圆筒组成分解图：该挂架由立板、横板、肋板和圆筒组成挂架分解图挂架分解图第34页，共107页，编辑于2022年，星期一3 焊缝位置图：各组成零件之间相互焊接而成，图示中橘色线表示的部焊缝位置图：各组成零件之
20、间相互焊接而成，图示中橘色线表示的部分为焊缝位置。分为焊缝位置。挂架焊接位置图挂架焊接位置图第35页，共107页，编辑于2022年，星期一4 焊接图：用三个视图表达了由四个零件焊接而成的挂架焊接图：用三个视图表达了由四个零件焊接而成的挂架结构。结构。主视图主视图左视图左视图名细栏名细栏明细栏表示了组成零件的名称、数量、材料等，明明细栏表示了组成零件的名称、数量、材料等，明细栏的上方有技术要求，注明了焊接方法及对焊缝细栏的上方有技术要求，注明了焊接方法及对焊缝的其它要求。的其它要求。主视图是挂架的正面投影，上面用焊缝符号表示了立主视图是挂架的正面投影，上面用焊缝符号表示了立板与圆筒、肋板与圆筒之
21、间的焊接关系。板与圆筒、肋板与圆筒之间的焊接关系。左视图上用焊接符号表示了立板与横板、肋板与横左视图上用焊接符号表示了立板与横板、肋板与横板、肋板与圆筒之间的焊接关系。板、肋板与圆筒之间的焊接关系。第36页，共107页，编辑于2022年，星期一挂架焊接图挂架焊接图44454452第37页，共107页，编辑于2022年，星期一明细栏明细栏R=12.5。第38页，共107页，编辑于2022年，星期一主视图主视图44焊缝分析：焊缝分析：（1 1）立板与圆筒）立板与圆筒立板与圆筒之间的焊缝，立板与圆筒之间的焊缝，是一条围绕圆筒周围焊是一条围绕圆筒周围焊接的环形角焊缝，其焊接的环形角焊缝，其焊角高度为角
22、高度为4mm。（2 2）立板与肋板）立板与肋板立板与肋板之间的焊缝，立板与肋板之间的焊缝，是两条相同的角焊缝，是两条相同的角焊缝，其焊角高度为其焊角高度为4mm。第39页，共107页，编辑于2022年，星期一40左视图左视图5焊缝分析：焊缝分析：立板与横板之间的焊立板与横板之间的焊缝：上面是单边缝：上面是单边V形形焊缝，表面铲平，焊缝，表面铲平，坡口角度为坡口角度为45，间，间隙为隙为2mm；下面是角；下面是角焊缝，焊角高度是焊缝，焊角高度是4mm。44452肋板与横板、肋板肋板与横板、肋板与圆筒之间的焊缝，与圆筒之间的焊缝，均为双面连续角焊均为双面连续角焊缝，其焊角高度为缝，其焊角高度为5m
23、m。第40页，共107页，编辑于2022年，星期一1.2.1 焊接接头宏观力学性能的一般特征焊接接头宏观力学性能的一般特征图图1-14 材料的强度和韧性匹配关系图材料的强度和韧性匹配关系图 保证结构安全运行的保证结构安全运行的条件是实际结构的载荷应条件是实际结构的载荷应同时小于抵抗塑性断裂和同时小于抵抗塑性断裂和抵抗脆性断裂的承载能力。抵抗脆性断裂的承载能力。因此，按比例增加材料的因此，按比例增加材料的强度和韧性是提高结构承强度和韧性是提高结构承载能力并保证安全运行的载能力并保证安全运行的最合理匹配。最合理匹配。第41页，共107页，编辑于2022年，星期一焊缝金属的凝固 1.熔池体积小，冷却
24、速度快2.熔池中的液态金属处于过热状态3.熔池在运动状态下结晶 单道焊单道焊组织为典型的柱状晶。组织为典型的柱状晶。柱状晶通常是与等温线垂直的柱状晶通常是与等温线垂直的方向长大。方向长大。焊缝熔池焊缝熔池多层焊多层焊时，后续焊道对前一道焊时，后续焊道对前一道焊缝重新加热，于是消除了柱状缝重新加热，于是消除了柱状晶，并使晶粒细化。晶，并使晶粒细化。熔池的形状和大小，受母材的热物理性质、尺寸熔池的形状和大小，受母材的热物理性质、尺寸和焊接方法以及工艺参数等因素的影响。和焊接方法以及工艺参数等因素的影响。1.2.2 1.2.2 焊缝焊缝金属的力学性能金属的力学性能第42页，共107页，编辑于2022
25、年，星期一1.2.2 1.2.2 焊缝焊缝金属的力学性能金属的力学性能第43页，共107页，编辑于2022年，星期一1.2.2 1.2.2 焊缝焊缝金属的力学性能金属的力学性能第44页，共107页，编辑于2022年，星期一1.2.3 热热影响区的力学性能影响区的力学性能图图1-17 热影响区强度与塑性分布示意图热影响区强度与塑性分布示意图 图图1-18 热影响区韧性分布示意图热影响区韧性分布示意图第45页，共107页，编辑于2022年，星期一(a)试板及预制的刻槽缺口试板及预制的刻槽缺口 (b)硬度分布情况硬度分布情况 图图1-19 经历热应变后缺口尖端的硬度分布经历热应变后缺口尖端的硬度分布
26、1.2.3 热热影响区的力学性能影响区的力学性能第46页，共107页，编辑于2022年，星期一47热影响区的强度、塑性和韧性随热循环的不同而变化热影响区的强度、塑性和韧性随热循环的不同而变化（一）热影响区的强度、塑性分布特点（钢材焊接）（一）热影响区的强度、塑性分布特点（钢材焊接）1200，粗晶区，硬度、强度比，粗晶区，硬度、强度比 母材高，塑性比母材低；母材高，塑性比母材低；700-900，屈服强度比母材低；，屈服强度比母材低；低于低于700，无组织变化。，无组织变化。（二）热影响区的韧性变化（二）热影响区的韧性变化韧性不均匀韧性不均匀（三）热影响区热塑性应变脆化（三）热影响区热塑性应变脆化
27、（HSE）性能下降，硬度提高和塑性下降性能下降，硬度提高和塑性下降1.2.3 热热影响区的力学性能影响区的力学性能第47页，共107页，编辑于2022年，星期一1.2.3 焊焊接接接接头头的力学性能的力学性能高强高强组配：焊缝金属强度组配：焊缝金属强度高于高于母材母材低强低强组配：焊缝金属强度组配：焊缝金属强度低于低于母材母材等强等强组配：焊缝金属强度组配：焊缝金属强度等于等于母材母材 焊接接头的力学性能与母材和焊缝金属二者焊接接头的力学性能与母材和焊缝金属二者之间的强度组配有直接关系。之间的强度组配有直接关系。第48页，共107页，编辑于2022年，星期一高强组配高强组配(a)高强组配高强组
28、配(W焊缝金属焊缝金属 B母材母材 J焊接接头焊接接头)图图1-20 对接接头不同强度组配的应力对接接头不同强度组配的应力-应变关系应变关系高强组配焊接高强组配焊接接头的断裂多接头的断裂多发生在母材上发生在母材上 第49页，共107页，编辑于2022年，星期一低强组配低强组配(b)低强组配低强组配(W焊缝金属焊缝金属 B母材母材 J焊接接头焊接接头)图图1-20 对接接头不同强度组配的应力对接接头不同强度组配的应力-应变关系应变关系低强组配焊接接头的断裂多低强组配焊接接头的断裂多发生在焊缝金属上，但焊接发生在焊缝金属上，但焊接接头强度并不等于焊缝金属接头强度并不等于焊缝金属本身的强度本身的强度
29、 第50页，共107页，编辑于2022年，星期一低强组配焊接接头强度并不等于焊缝金属本身的强度？低强组配焊接接头强度并不等于焊缝金属本身的强度？第51页，共107页，编辑于2022年，星期一1.3.1 焊缝性质和应力集中概念焊缝性质和应力集中概念(1)工作焊缝和联系焊缝工作焊缝和联系焊缝工作焊缝：工作焊缝：若焊缝与被连接构件是若焊缝与被连接构件是串联串联的，担负传递全部或绝大部分的，担负传递全部或绝大部分载荷的作用，载荷的作用，一旦焊缝断裂，焊接接头即破坏，结构立即失效一旦焊缝断裂，焊接接头即破坏，结构立即失效，称之为工作焊缝或承载焊缝称之为工作焊缝或承载焊缝,其应力称为工作应力。其应力称为工
30、作应力。工作焊缝必须进行焊缝强度计算工作焊缝必须进行焊缝强度计算第52页，共107页，编辑于2022年，星期一 联联系系焊缝焊缝：若若焊缝焊缝与被与被连连接构件接构件并并联联，只，只传递传递很少一部分很少一部分载载荷或不荷或不传递载传递载荷，荷，主要起主要起联联系被系被焊焊构件的作用，构件的作用，即便即便焊缝焊缝断裂，接断裂，接头头也不会破坏也不会破坏，称之，称之为为联联系系焊缝焊缝或非承或非承载焊缝载焊缝，其，其应应力称力称为联为联系系应应力。力。在判断焊缝是工作焊缝还是联系焊缝时，不仅要看焊缝与被连接板的布在判断焊缝是工作焊缝还是联系焊缝时，不仅要看焊缝与被连接板的布置形式，更重要的是看焊
31、缝断裂接头是否立即失效。置形式，更重要的是看焊缝断裂接头是否立即失效。联系焊缝要考虑经济性而减小、减短焊缝联系焊缝要考虑经济性而减小、减短焊缝具有双重性的焊缝，即有工作应力又有联系应力，则只计算工作应力，而不具有双重性的焊缝，即有工作应力又有联系应力，则只计算工作应力，而不考虑联系应力考虑联系应力1.3.1 焊缝性质和应力集中概念焊缝性质和应力集中概念第53页，共107页，编辑于2022年，星期一(2)应力集中应力集中定义：定义：当承受载荷时，焊接接头中的当承受载荷时，焊接接头中的工作应力分布不均匀工作应力分布不均匀，使局部区域的最大应力值使局部区域的最大应力值max比平均应力值比平均应力值a
32、v高高。表达式表达式：1.3.1 焊缝性质和应力集中概念焊缝性质和应力集中概念第54页，共107页，编辑于2022年，星期一焊缝中的工艺缺陷 例如气孔、夹渣、裂纹、未熔合和未焊透等，其中由于焊接裂纹和未焊透是面状缺陷，引起的应力集中最为严重。不合理的焊缝外形 例如余高过大的对接焊缝、凸角焊缝等，都会在焊趾处产生较大的应力集中。不合理的接头设计 例如焊接接头截面有突变、采用加盖板的对接接头、只有单面焊缝的T T形接头等都会造成严重的应力集中。应力集中产生的主要原因有应力集中产生的主要原因有:第55页，共107页，编辑于2022年，星期一1.3.2.1 对接接头对接接头是工作应力分布比较均匀的一种
33、焊接接头形式。是工作应力分布比较均匀的一种焊接接头形式。在焊缝与母材的过渡处引起应力集中，最大应力在焊缝与母材的过渡处引起应力集中，最大应力集中部位在焊趾。集中部位在焊趾。1.3.2 熔化焊接头的工作应力分布熔化焊接头的工作应力分布第56页，共107页，编辑于2022年，星期一图图1-24 对接接头工作应力分布对接接头工作应力分布正面焊趾部位正面焊趾部位：KT为为1.6背面焊趾部位背面焊趾部位：KT为为1.5 第57页，共107页，编辑于2022年，星期一图图1-25 对接接头焊缝几何尺寸与对接接头焊缝几何尺寸与KT之间的关系之间的关系KT的影响因素的影响因素：余高余高h，KT，去除余高去除余
34、高 焊趾过渡半径焊趾过渡半径r，KT 第58页，共107页，编辑于2022年，星期一1.3.2.2 搭接接头搭接接头外形变化较大外形变化较大 应力集中现象比对接接头严重得多应力集中现象比对接接头严重得多根据受力方向，可将搭接接头角焊缝分为：根据受力方向，可将搭接接头角焊缝分为：正面角焊缝正面角焊缝(l3)-与受力方向垂直的角焊缝与受力方向垂直的角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝(l1及及l5)-与受力方向平行的角焊缝与受力方向平行的角焊缝斜向角焊缝斜向角焊缝(l2和和l4)-与受力方向呈一定角度的角焊缝与受力方向呈一定角度的角焊缝 第59页，共107页，编辑于2022年，星期一焊缝根部A A点、焊趾B
35、 B点应力集中严重(1)正面搭接角焊缝正面搭接角焊缝图图1-27 正面角焊缝搭接接头的应力分布正面角焊缝搭接接头的应力分布降低应力集中措施：降低应力集中措施：控制角焊缝的形状和尺寸控制角焊缝的形状和尺寸 减小焊趾角减小焊趾角 增大焊接熔深增大焊接熔深第60页，共107页，编辑于2022年，星期一(a)受力前受力前 (b)受力后附加弯矩的出现受力后附加弯矩的出现图图1-28 正面角焊缝搭接接头正面角焊缝搭接接头注意：正面角焊缝与作用力偏心注意：正面角焊缝与作用力偏心 构件严重变形，产生构件严重变形，产生附加弯曲应力附加弯曲应力规定规定l 4第61页，共107页，编辑于2022年，星期一(2)侧面
36、角焊缝的工作应力分布侧面角焊缝的工作应力分布图图1-29 侧面搭接接头应力及变侧面搭接接头应力及变形分布示意图形分布示意图由由x曲线可见，侧面角曲线可见，侧面角焊缝的切应力焊缝的切应力两端大，两端大，中间小中间小。第62页，共107页，编辑于2022年，星期一图图1-29 侧面搭接接头应力及变形侧面搭接接头应力及变形分布示意图分布示意图主要原因是主要原因是搭接板不是绝对刚体，在受搭接板不是绝对刚体，在受力时本身产生弹性变形力时本身产生弹性变形。从左到右由从左到右由F逐渐降至零逐渐降至零 从左到右由零逐渐升至从左到右由零逐渐升至F 使上板和下板搭接区段内的使上板和下板搭接区段内的弹性变形弹性变形
37、也随也随之从左到右逐渐减小和增大，各对应点的之从左到右逐渐减小和增大，各对应点的相对位移相对位移从左到右也逐渐减小和增大从左到右也逐渐减小和增大.结果使两板之间的侧面焊缝中的结果使两板之间的侧面焊缝中的切应切应力两端大，中间小力两端大，中间小。第63页，共107页，编辑于2022年，星期一切应力切应力最大切应力最大切应力第64页，共107页，编辑于2022年，星期一等强度设计等强度设计取角焊缝焊脚尺寸取角焊缝焊脚尺寸 和和 ，则焊缝的最小长度，则焊缝的最小长度 ，侧面焊缝中的最大切应力，侧面焊缝中的最大切应力 第65页，共107页，编辑于2022年，星期一图图 1-30 不同长度侧面角焊缝的应
38、力分布不同长度侧面角焊缝的应力分布 角焊缝长度越长，角焊缝长度越长，应力集中越大，中间应力集中越大，中间部位的焊缝没有得到部位的焊缝没有得到充分利用，而两端部充分利用，而两端部位焊缝可能会因超载位焊缝可能会因超载而破坏。而破坏。第66页，共107页，编辑于2022年，星期一(3)联合角焊缝的工作应力分布联合角焊缝的工作应力分布图图1-32联合角焊缝搭接接头联合角焊缝搭接接头的应力分布的应力分布有助于改善焊接接头应力分有助于改善焊接接头应力分布不均匀的现象布不均匀的现象 第67页，共107页，编辑于2022年，星期一(4)盖板接头中的工作应力分布盖板接头中的工作应力分布(a)侧面角焊缝联接侧面角
39、焊缝联接(b)联合角焊缝联接联合角焊缝联接图图1-33 盖板搭接接头的工作应力分布盖板搭接接头的工作应力分布第68页，共107页，编辑于2022年，星期一(5)斜向角焊缝的工作应力分布斜向角焊缝的工作应力分布(a)斜向角焊缝搭接接头示意图斜向角焊缝搭接接头示意图(b)搭接强度与搭接强度与角的关系角的关系斜向角焊缝的单位长度承载能力介于正面角焊缝与侧面角焊缝之间，斜向角焊缝的单位长度承载能力介于正面角焊缝与侧面角焊缝之间，且随且随角变化，角变化，角越大其强度值越小。角越大其强度值越小。第69页，共107页，编辑于2022年，星期一1.3.2.3 T形（十字）接形（十字）接头头 未熔透的十字未熔透
40、的十字接头，在焊趾接头，在焊趾和焊根处有较和焊根处有较大的应力集中大的应力集中系数，其中以系数，其中以焊根处为最大焊根处为最大。十字接头有熔透和未熔透两种十字接头有熔透和未熔透两种第70页，共107页，编辑于2022年，星期一 熔透的十字接头有较小的应力集中系数。熔透的十字接头有较小的应力集中系数。开坡口并保证焊透是降低十字接头应力集中的重要措施之一，对开坡口并保证焊透是降低十字接头应力集中的重要措施之一，对重要的十字接头必须开坡口或采用深熔焊方法进行焊接重要的十字接头必须开坡口或采用深熔焊方法进行焊接第71页，共107页，编辑于2022年，星期一图图1-36 焊脚尺寸对焊趾应力集中的影焊脚尺
41、寸对焊趾应力集中的影响响图图1-37焊趾角度与应力集中焊趾角度与应力集中的关系的关系第72页，共107页，编辑于2022年，星期一1.3.2.4 角接接头角接接头图图1-39 角接接头的应力分布角接接头的应力分布角焊缝同一个截面上既承受较大角焊缝同一个截面上既承受较大的拉应力，又承受较大的压应力的拉应力，又承受较大的压应力 第73页，共107页，编辑于2022年，星期一1.3.3 电阻焊接头的工作应力电阻焊接头的工作应力(1)点焊接头点焊接头搭接接头形式搭接接头形式(a)单排点焊接头单排点焊接头 (b)两排点焊接头两排点焊接头 (c)多排交错点焊接头多排交错点焊接头(d)单面盖板点焊接头单面盖
42、板点焊接头 (e)双面盖板点焊接头双面盖板点焊接头图图1-40 电阻点焊搭接接头的基本形式电阻点焊搭接接头的基本形式第74页，共107页，编辑于2022年，星期一焊焊点主要承受剪切点主要承受剪切应应力力还还承受正承受正应应力力 图图1-41 单排点焊接头的偏心弯矩单排点焊接头的偏心弯矩第75页，共107页，编辑于2022年，星期一图图1-42 点焊接头的工作应力分布点焊接头的工作应力分布单单排点排点焊焊接接头头的的应应力分布与力分布与t/d有关有关 第76页，共107页，编辑于2022年，星期一多排点多排点焊焊以两端以两端焊焊点受力最大点受力最大不多于不多于3排排 图图1-43多排点焊接头中各
43、焊点多排点焊接头中各焊点的载荷分布的载荷分布F一列焊点的总载荷量一列焊点的总载荷量 Fmax一个焊点的最大承载能力一个焊点的最大承载能力 n焊点排数焊点排数图图1-44 承载能力与焊点排数关系承载能力与焊点排数关系第77页，共107页，编辑于2022年，星期一图图1-45 点焊焊点受拉时的应力分布点焊焊点受拉时的应力分布第78页，共107页，编辑于2022年，星期一(2)缝焊接头缝焊接头 缝焊接头的工作应力分布比点焊均匀，静载强度缝焊接头的工作应力分布比点焊均匀，静载强度和动载强度都明显高于点焊接头。和动载强度都明显高于点焊接头。第79页，共107页，编辑于2022年，星期一1.3.4 应力集
44、中对工作性能的影响应力集中对工作性能的影响图图1-46 搭接接头的应力均匀化搭接接头的应力均匀化 只要接头材料具有足够的塑性，在加载过程中能发生应力均匀化，只要接头材料具有足够的塑性，在加载过程中能发生应力均匀化，应力集中对接头的静载强度不会有影响。应力集中对接头的静载强度不会有影响。第80页，共107页，编辑于2022年，星期一1.4.1 静载强度计算的方法和假设条件静载强度计算的方法和假设条件(1)静载强度计算的目的静载强度计算的目的 在已知母材和焊接材料力学性能的情况下，在已知母材和焊接材料力学性能的情况下，计算焊缝的形状尺寸和长计算焊缝的形状尺寸和长度；度；在已知焊缝形状尺寸和长度的情
45、况下，在已知焊缝形状尺寸和长度的情况下，选择母材或焊接材料的强度级选择母材或焊接材料的强度级别；别；在已知母材和焊接填充材料力学性能、焊缝形状尺寸和长度的情在已知母材和焊接填充材料力学性能、焊缝形状尺寸和长度的情况下，况下，校核焊缝的安全性。校核焊缝的安全性。第81页，共107页，编辑于2022年，星期一(2)静载强度计算的方法静载强度计算的方法 计算判据计算判据 最大工作应力最大工作应力 按照焊接结构的受力分析、结构形状和焊缝计算按照焊接结构的受力分析、结构形状和焊缝计算断面等数据计算而得断面等数据计算而得 焊缝许用应力焊缝许用应力 折减系数法折减系数法 数值法数值法，即采用各行业针对不同焊
46、接结构已，即采用各行业针对不同焊接结构已经规定的具体数值。焊缝许用应力可以参考经规定的具体数值。焊缝许用应力可以参考有关的焊接手册和行业标准。有关的焊接手册和行业标准。第82页，共107页，编辑于2022年，星期一(3)焊接接头静载强度计算的简化假定焊接接头静载强度计算的简化假定应力集中对接头强度无影响；应力集中对接头强度无影响；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；正面角焊缝和侧面角焊缝的强度和刚度没有差别正面角焊缝和侧面角焊缝的强度和刚度没有差别 焊脚尺寸的大小对角焊缝强度没有影响；焊脚尺寸的大小对角焊缝强度没有影响；角焊缝都是在切应力作用下破坏，
47、对于等腰直角角焊缝，焊角焊缝都是在切应力作用下破坏，对于等腰直角角焊缝，焊缝计算厚度缝计算厚度a=0.7K；忽略焊缝的余高和少量熔深，以焊缝中最小的断面忽略焊缝的余高和少量熔深，以焊缝中最小的断面a为计算断面。为计算断面。第83页，共107页，编辑于2022年，星期一a=由内切三角形确定由内切三角形确定 第84页，共107页，编辑于2022年，星期一(1).(1).对接接头静载强度计算 计算公式如下：受拉时：受压时：受剪时：1.4.2 熔化焊接头的静载强度计算熔化焊接头的静载强度计算第85页，共107页，编辑于2022年，星期一向内弯：垂直弯：注：对于未焊透的对接接头，上述各式中应将 中减去未
48、焊透深度，l取实际焊缝长度 ，、分别是焊缝许用拉、压、切应力。第86页，共107页，编辑于2022年，星期一1 1）受拉、压的搭接接头 单面焊、正面或侧面搭接焊缝的强度公式：单面焊的正面、侧面联合搭接焊缝的强度公式：2.搭接接头静载强度计算搭接接头静载强度计算图图1-49 搭接接头受拉压力搭接接头受拉压力 一般搭接接头一般搭接接头第87页，共107页，编辑于2022年，星期一2 2）受弯矩的搭接接头计算方法有三种：分段计算法：轴惯性矩计算法最大切应力：图图1-50 分段计算法分段计算法 图图1-51轴惯性矩计算法轴惯性矩计算法 第88页，共107页，编辑于2022年，星期一 极惯性计算法 最大
49、切应力：极惯性矩，（又等于相互垂直的两个轴的计算惯性矩之和）图图1-52 极惯性矩计算法极惯性矩计算法 第89页，共107页，编辑于2022年，星期一 3.T型型(十字十字)接头静载强度计算接头静载强度计算开坡口并熔透，按对接接头的计算方法进行强度校核开坡口并熔透，按对接接头的计算方法进行强度校核不开坡口，再讨论不开坡口，再讨论 第90页，共107页，编辑于2022年，星期一图图1-55 T形接头受偏心力形接头受偏心力 F焊缝焊缝不考虑两条焊缝之间的距离不考虑两条焊缝之间的距离 第91页，共107页，编辑于2022年，星期一图图1-56 T形接头受垂直弯力形接头受垂直弯力 M板面，焊缝之间距离
50、不能忽视板面，焊缝之间距离不能忽视 第92页，共107页，编辑于2022年，星期一4 复杂截面构件接头的静载强度计算复杂截面构件接头的静载强度计算 自自 学学第93页，共107页，编辑于2022年，星期一5 角焊缝静载强度计算方法角焊缝静载强度计算方法 角焊缝的承载能力与外载荷的角焊缝的承载能力与外载荷的作用方向有关；作用方向有关；角焊缝承受压力的能力比承受拉角焊缝承受压力的能力比承受拉力的能力大很多，约为力的能力大很多，约为1.7倍；倍；角焊缝承受切力的能力最小，它仅角焊缝承受切力的能力最小，它仅为承受拉力的为承受拉力的75%左右；左右；角焊缝的强度计算按切力虽然比较角焊缝的强度计算按切力虽