焊接强度计算(清晰完整版)

这是一个全面介绍焊缝强度计算的材料,图文并茂,公式详细准确。

第一节焊缝连接

一、焊接的方法与构造

焊接是将连接件局部加热成液态或胶体状态，采用压力或加填充金属使之相互结合成整体的方法。

机械装备金属结构主要采用熔焊法中的气焊、电弧焊和电渣焊，压焊法中的点焊。

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1.焊接接头型式主要有三种：1）对接连接

2）搭接连接

3）T

型连接和角接统称为顶接。

图5-1 焊缝和焊缝连接型式

a），b），d）对接e），c），f）搭接g），h）T型连接i），j）角接1-直对接焊缝2-斜对接焊缝3-端面角焊缝4-侧面角焊缝5-槽焊缝6-塞焊缝（电铆钉）7，9-顶接角焊缝8，10-顶接对接焊缝

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2．焊缝的种类及构造

机械装备金属结构中主要采用对接焊缝和角焊缝两种。

（1）角焊缝按其长度的连贯性分为连续焊缝和断续（间断）焊缝两种。（2）焊缝按焊工施焊的方位分为俯焊、立焊（水平的和垂直的）、仰焊（图5-2）。

焊接时应优先采用施焊方便、质量可靠的俯焊缝；仰焊的条件最差，不易保证焊缝质量，应尽量避免。

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二、焊缝的标注

根据GB/T 324-2008《焊缝符号表示方法》的规定，在结构施工图纸上完整的焊缝符号包括基本符号、指引线、补充符号、尺寸符号。

1 焊缝代号包括：(1)基本符号

(2)辅助符号

(3)补充符号(3)尾部

(4)尺寸符号

2 焊缝指引线:(1)箭头线(2)基准线

图5-2 焊缝指引线、焊缝符号及尺寸标注分区示意图

1-箭头线2-实基准线3-虚基准线4-尾部线

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三、焊缝的强度与许用应力

焊缝的强度与构件材质、焊条型号、连接型式和焊接工艺等有关，焊缝的强度用许用应力（以结构件材料的基本许用应力乘以换算系数而得）来表征焊缝的许用应力依焊条种类、结构材料、焊缝型式和应力种

类而有所不同。

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四、焊缝的计算 (一)简单焊缝的计算 1.承受轴向力的对接焊缝 a.当构件采用横向对接正焊缝时，对接正焊缝(图5-3a)的焊缝截面应力按下式计算： N

σ

=

l fδ

≤

[σ

h

]

(5-1)

当对接正焊缝(如手工焊)的强度低于钢材强度时，为保证其等强度，可采用对接斜焊缝连接(图5-3b),斜焊缝截面应力按下式算：lfα

ll fαα

图5-3承受轴向力的对接焊缝连接 a)正焊缝 b)斜焊缝

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σ

h

=

N

s inα l fδ

≤

[σ

h

]

(5-2) (5-3)

τ

h

=

N cosα≤ lfδ

[τ h]

b.角焊缝连接分为端焊缝、侧焊缝和围焊缝三种型式。角焊缝连接的破坏形式和焊缝截面应力分布较复杂，则假定角焊缝沿强度较小的焊缝分角线平面发生剪切破坏，剪应力沿焊缝长度方向为均匀分布。对称构件采用侧焊缝或围焊缝连接时，角焊缝截面应力按下式算：

τ

h

=

N≤[τ 0 .7 h fΣ l f

h

]

(5-4)

图5-4角焊

缝的破坏形式和应力分布

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不对称构件采用角焊缝连接(图5-5)时，侧焊缝面积的分配应保证焊缝形心与构件截面的形心重合或接近，则按下式计算：

l if=

Ki N+ 10 ( i= b, j) 0.7 h f[τ h]

(5-5)

图5-5用侧焊缝连接不对称构件

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2.承受弯矩和剪力共同作用的焊缝 a.承受弯矩和剪力的对接焊缝中的K型焊缝(图5-6)。按下式计算：

σh=

M 6M= 2≤[σ Wf lf hf

h

]

(5-6)

τ

h

=

F S If

f f

h

≤ τ

h

(5-7)

图5-6承受弯矩和剪力的对接焊缝和K型焊缝 a)对接焊缝 b)K型焊缝

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对于焊缝中剪应力和正应力均较大处(如梁腹板与翼缘的连接),应按下式计算折算应力：

σ h 2+ 2τ h 2≤[σ h]一样，仍假定按焊缝最小截面的剪应力计算：τ h=τ 2F+τ 2M= (F 2 M 2 )+( )≤[τ h] Af Wf

(5-8)

b.承受弯矩和剪力的角焊缝(图5-7),与受轴向力构件的焊缝连接

(5-9)

图5-7承受弯矩和剪力的角焊缝

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（二）复杂焊缝的计算1．支托焊缝连接a.轴惯性矩法

计算时假定：

①剪力F仅由竖直焊缝平均承受；②焊缝与构件变形一致；

③弯矩M由全部焊缝承受，弯矩产生的剪应力与其至组合焊缝计算截面形心轴的距离y成正比；▲

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则由剪力F和弯矩M引起的焊缝剪应力分别为：

τ

M

=

M y I f

(5-10)

τ