焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn) 第 教學(xué)作者 鄧洪軍 主編 學(xué)習(xí)情境一 學(xué)習(xí)情境焊接接頭靜載強(qiáng)計(jì)算PPT課件

現(xiàn)以對接接頭（如下圖所示）為例進(jìn)行強(qiáng)現(xiàn)以對接接頭（如下圖所示）為例進(jìn)行強(qiáng)度校核。兩板板厚均為度校核。兩板板厚均為10mm10mm，長為，長為300mm300mm，寬，寬為為100mm100mm，對接接頭采用，對接接頭采用V V形坡口，坡口角度為形坡口，坡口角度為60606565，其材質(zhì)均為，其材質(zhì)均為Q235BQ235B鋼。在實(shí)際工鋼。在實(shí)際工作中，對接接頭受到平面內(nèi)彎矩作用，彎矩作中，對接接頭受到平面內(nèi)彎矩作用，彎矩M M=260Nm=260Nm，通過靜載強(qiáng)度校核該焊縫能否滿通過靜載強(qiáng)度校核該焊縫能否滿足使用要求足使用要求。第1頁/共27頁熟悉電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布情況熟悉電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布情況掌握焊接結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度計(jì)算方法掌握焊接結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度計(jì)算方法第2頁/共27頁電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布焊接結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度計(jì)算方法焊接結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度計(jì)算方法第3頁/共27頁一、應(yīng)力集中一、應(yīng)力集中二、電弧焊接頭的應(yīng)力分布二、電弧焊接頭的應(yīng)力分布1 1、對接接頭、對接接頭2 2、T T形（十字）接頭形（十字）接頭3 3、搭接接頭、搭接接頭第4頁/共27頁應(yīng)力集中應(yīng)力集中：所謂應(yīng)力集中，是指接頭局部區(qū)域的最大應(yīng)力：所謂應(yīng)力集中，是指接頭局部區(qū)域的最大應(yīng)力 值較平均應(yīng)力值高的現(xiàn)象。值較平均應(yīng)力值高的現(xiàn)象。應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中系數(shù)K KT T=maxmax/avav焊接接頭中產(chǎn)生焊接接頭中產(chǎn)生應(yīng)力集中的原因應(yīng)力集中的原因焊縫中有工藝缺陷焊縫中有工藝缺陷焊縫外形不合理焊縫外形不合理焊接接頭設(shè)計(jì)不合理焊接接頭設(shè)計(jì)不合理第5頁/共27頁電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布對接接頭對接接頭影響應(yīng)力集中系數(shù)的因素：影響應(yīng)力集中系數(shù)的因素：余高余高h(yuǎn) h和焊縫向母材金屬過渡和焊縫向母材金屬過渡 的半徑的半徑r r。圖圖1 余高和過渡半徑與應(yīng)力集中系數(shù)的關(guān)系余高和過渡半徑與應(yīng)力集中系數(shù)的關(guān)系第6頁/共27頁余高余高：在焊接結(jié)構(gòu)生：在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，對接接頭的焊產(chǎn)中，對接接頭的焊縫略高于母材金屬的縫略高于母材金屬的板面，超出母材表面板面，超出母材表面連線上面的那部分焊連線上面的那部分焊縫金屬的最大高度稱縫金屬的最大高度稱為余高。為余高。電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布對接接頭對接接頭圖圖2 對接接頭工作應(yīng)力分布對接接頭工作應(yīng)力分布第7頁/共27頁電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布T T形（十字）接頭形（十字）接頭未開坡口：未焊透，未開坡口：未焊透，根部和焊趾應(yīng)力集中根部和焊趾應(yīng)力集中很大，很大，K KT T隨隨減小而減小而減小，隨減小，隨K K增大減小。增大減小。開坡口：焊透，應(yīng)力集開坡口：焊透，應(yīng)力集中系數(shù)小于中系數(shù)小于1，基本不，基本不存在應(yīng)力集中。存在應(yīng)力集中。圖圖3 T形接頭工作應(yīng)力分布形接頭工作應(yīng)力分布第8頁/共27頁電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布搭接接頭搭接接頭根據(jù)搭接角焊縫受力的方向：根據(jù)搭接角焊縫受力的方向：正面角焊縫正面角焊縫：焊縫與力的作用：焊縫與力的作用 方向垂直。方向垂直。側(cè)面角焊縫側(cè)面角焊縫：焊縫與力的作用：焊縫與力的作用 方向相平行。方向相平行。斜向角焊縫斜向角焊縫：介于正面角焊縫：介于正面角焊縫 和側(cè)面角焊縫之和側(cè)面角焊縫之 間。間。圖圖4 搭接接頭角焊縫搭接接頭角焊縫第9頁/共27頁搭接接頭搭接接頭正面角焊縫的工作應(yīng)力分布正面角焊縫的工作應(yīng)力分布在角焊縫的焊根在角焊縫的焊根A A點(diǎn)和焊趾點(diǎn)和焊趾B B點(diǎn)，都有較大的應(yīng)力集中。點(diǎn)，都有較大的應(yīng)力集中。減小減小角和增大熔深，焊透根部，都可以降低應(yīng)力集中系數(shù)。角和增大熔深，焊透根部，都可以降低應(yīng)力集中系數(shù)。圖圖5 正面角焊縫工作應(yīng)力分布正面角焊縫工作應(yīng)力分布第10頁/共27頁搭接接頭搭接接頭側(cè)面角焊縫的工作應(yīng)力分布側(cè)面角焊縫的工作應(yīng)力分布其其特點(diǎn)特點(diǎn)是最大應(yīng)力在兩端，中部是最大應(yīng)力在兩端，中部應(yīng)力最小，而且焊縫較短時(shí)應(yīng)力應(yīng)力最小，而且焊縫較短時(shí)應(yīng)力分布較均勻，焊縫較長時(shí)，應(yīng)力分布較均勻，焊縫較長時(shí)，應(yīng)力分布不均勻的程度就增加。分布不均勻的程度就增加。通常通常規(guī)定規(guī)定側(cè)面角焊縫不得大于側(cè)面角焊縫不得大于5050K K（K K為焊腳尺寸）。為焊腳尺寸）。圖圖6 側(cè)面角焊縫工作應(yīng)力分布側(cè)面角焊縫工作應(yīng)力分布第11頁/共27頁搭接接頭搭接接頭聯(lián)合角焊縫的工作應(yīng)力分布聯(lián)合角焊縫的工作應(yīng)力分布既有側(cè)面角焊縫又有正面角焊縫的搭既有側(cè)面角焊縫又有正面角焊縫的搭接接頭稱為接接頭稱為聯(lián)合角焊縫搭接接頭聯(lián)合角焊縫搭接接頭。只有側(cè)面只有側(cè)面角焊縫的搭接接頭中，母材角焊縫的搭接接頭中，母材金屬斷面上的應(yīng)力分布不均勻。金屬斷面上的應(yīng)力分布不均勻。增加正面增加正面角焊縫后應(yīng)力分布較為均角焊縫后應(yīng)力分布較為均勻，截面上兩端點(diǎn)上的應(yīng)力集中得勻，截面上兩端點(diǎn)上的應(yīng)力集中得到改善。到改善。圖圖7 聯(lián)合角焊縫工作應(yīng)力分布聯(lián)合角焊縫工作應(yīng)力分布第12頁/共27頁1.1.工作焊縫和聯(lián)系焊縫工作焊縫和聯(lián)系焊縫焊縫與被連接的元件是焊縫與被連接的元件是串聯(lián)的，它承擔(dān)著傳遞串聯(lián)的，它承擔(dān)著傳遞全部載荷的作用，即焊全部載荷的作用，即焊縫一旦斷裂，結(jié)構(gòu)就立縫一旦斷裂，結(jié)構(gòu)就立即失效，其應(yīng)力稱為工即失效，其應(yīng)力稱為工作應(yīng)力。作應(yīng)力。工作焊縫工作焊縫一、焊接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算一、焊接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算圖圖8 工作焊縫工作焊縫第13頁/共27頁焊縫與被連接的元件是焊縫與被連接的元件是并聯(lián)的，它僅傳遞很小并聯(lián)的，它僅傳遞很小的載荷，主要起元件之的載荷，主要起元件之間相互聯(lián)系的作用，焊間相互聯(lián)系的作用，焊縫一旦斷裂，結(jié)構(gòu)不會(huì)縫一旦斷裂，結(jié)構(gòu)不會(huì)立即失效，其應(yīng)力稱為立即失效，其應(yīng)力稱為聯(lián)系應(yīng)力。聯(lián)系應(yīng)力。聯(lián)系焊縫聯(lián)系焊縫1.1.工作焊縫和聯(lián)系焊縫工作焊縫和聯(lián)系焊縫一、焊接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算一、焊接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算圖圖9 聯(lián)系焊縫聯(lián)系焊縫第14頁/共27頁2.2.焊接接頭強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)焊接接頭強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)1 1）殘余應(yīng)力對接頭強(qiáng)度沒有影響；）殘余應(yīng)力對接頭強(qiáng)度沒有影響；2 2）焊趾處和余高處的應(yīng)力集中對接頭強(qiáng)度沒有影響；）焊趾處和余高處的應(yīng)力集中對接頭強(qiáng)度沒有影響；3 3）接頭的工作應(yīng)力是均布的，以平均應(yīng)力計(jì)算；）接頭的工作應(yīng)力是均布的，以平均應(yīng)力計(jì)算；4 4）正面角焊縫與側(cè)面角焊縫強(qiáng)度沒有差別；）正面角焊縫與側(cè)面角焊縫強(qiáng)度沒有差別；5 5）焊腳尺寸）焊腳尺寸K K的大小對角焊縫的強(qiáng)度沒有影響；的大小對角焊縫的強(qiáng)度沒有影響；6 6）角焊縫都是在切應(yīng)力的作用下破壞的，按切應(yīng)力計(jì)算）角焊縫都是在切應(yīng)力的作用下破壞的，按切應(yīng)力計(jì)算 其強(qiáng)度；其強(qiáng)度；第15頁/共27頁2.2.焊接接頭強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)焊接接頭強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)7 7）角焊縫的破斷面在角焊縫截）角焊縫的破斷面在角焊縫截面的最小高度上，其值等于內(nèi)接面的最小高度上，其值等于內(nèi)接三角形高三角形高a a，直角等腰角焊縫的，直角等腰角焊縫的計(jì)算高度：計(jì)算高度：KKa7 . 028 8）采用熔深較大的焊接方）采用熔深較大的焊接方法時(shí)，應(yīng)考慮余高和熔深。法時(shí)，應(yīng)考慮余高和熔深。其角焊縫計(jì)算斷面高度其角焊縫計(jì)算斷面高度a a為為a=（K+p）cos45當(dāng)當(dāng)K8mmK8mm時(shí)，可取時(shí)，可取a a等于等于K K當(dāng)當(dāng)K K8mm8mm時(shí)，可取時(shí)，可取p p=3mm=3mm圖圖10 角焊縫截面角焊縫截面第16頁/共27頁3.3.電弧焊接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算電弧焊接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算電弧焊接頭靜載強(qiáng)度計(jì)算的一般表達(dá)式為電弧焊接頭靜載強(qiáng)度計(jì)算的一般表達(dá)式為: :或或式中式中,為平均工作應(yīng)力為平均工作應(yīng)力; ; 為焊縫的許用應(yīng)力為焊縫的許用應(yīng)力. .第17頁/共27頁（1 1）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算 不考慮焊縫余高不考慮焊縫余高 焊縫長度取實(shí)際長度焊縫長度取實(shí)際長度 計(jì)算厚度取兩板中較計(jì)算厚度取兩板中較薄者薄者 如果焊縫的許用應(yīng)力如果焊縫的許用應(yīng)力與基本金屬的相等與基本金屬的相等, ,則不必進(jìn)則不必進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算行強(qiáng)度計(jì)算圖圖11 對接接頭受力方式對接接頭受力方式第18頁/共27頁受垂直板面彎矩受垂直板面彎矩(M(M2 2):):1ttFL1ppFL1 FsL受拉時(shí)受拉時(shí): :受壓時(shí)受壓時(shí): :受剪切時(shí)受剪切時(shí): :1216tML2216tML受板平面內(nèi)彎矩受板平面內(nèi)彎矩(M(M1 1):):（1 1）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算第19頁/共27頁 兩塊板厚為兩塊板厚為5mm5mm、寬為、寬為500mm500mm的鋼板對接在一起，的鋼板對接在一起，兩端受兩端受284000N284000N的拉力，材料為的拉力，材料為Q235-AQ235-A鋼，鋼， t =142MPat =142MPa，試校核其焊縫強(qiáng)度。，試校核其焊縫強(qiáng)度。 例例1（1 1）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算第20頁/共27頁解：解： 已知已知F F284000N284000N，L L500mm500mm， 115mm5mm， t t 142MPa142MPa，MPaMPammmmNLFtt1426 .11355002840001所以這個(gè)對接接頭焊縫強(qiáng)度滿足要求，所以這個(gè)對接接頭焊縫強(qiáng)度滿足要求，結(jié)構(gòu)工作時(shí)是安全的。結(jié)構(gòu)工作時(shí)是安全的。（1 1）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算第21頁/共27頁例例 2 2 兩塊板厚為兩塊板厚為10mm10mm的鋼板對接，焊縫受的鋼板對接，焊縫受29300N29300N的切力，材料為的切力，材料為Q235Q235A A鋼，試鋼，試設(shè)計(jì)焊縫的長度（鋼板寬度）。設(shè)計(jì)焊縫的長度（鋼板寬度）。（1 1）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算第22頁/共27頁解解 由公式由公式(3-4)(3-4)可得可得 由已知條件知由已知條件知Q=29300NQ=29300N，=10mm=10mm；由焊縫金；由焊縫金屬許用應(yīng)力表中查得屬許用應(yīng)力表中查得98MPa98MPa，代入上，代入上式得式得mmMPaNL9 .29981029300取取L=32mm, L=32mm, 即當(dāng)焊縫長度為即當(dāng)焊縫長度為32mm32mm時(shí)時(shí), ,強(qiáng)度滿足要求。強(qiáng)度滿足要求。 1QL（1 1）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算）對接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算第23頁/共27頁 4 . 1KLF 4 . 1KLF 7 . 0LKF（2 2）搭接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算）搭接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算受拉、壓搭接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算受拉、壓搭接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算第24頁/共27頁 例例3 3 將將100mm100mm 100mm 100mm 10mm 10mm的角鋼用角焊縫搭接的角鋼用角焊縫搭接在一塊鋼板上，見下圖。受拉伸時(shí)要求與角鋼等強(qiáng)在一塊鋼板上，見下圖。受拉伸時(shí)要求與角鋼等強(qiáng)度，試計(jì)算接頭的合理尺寸度，試計(jì)算接頭的合理尺寸K K和和L L應(yīng)該是多少？應(yīng)該是多少？ （2 2）搭接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算）搭接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算第25頁/共27頁 解解 從材料手冊查得角鋼斷面面積從材料手冊查得角鋼斷面面積A=19.2cmA=19.2cm2 2；許；許用拉應(yīng)力用拉應(yīng)力t t 160MPa160MPa160N/mm160N/mm2 2，焊縫許，焊縫許用切應(yīng)力用切應(yīng)力=100MPa=100MPa100N/mm100N/mm2 2 角鋼的允許載荷角鋼的允許載荷F=At =1920mmF=At =1920mm160 160 N/mmN/mm2 2=307200N=307200N。 假定接頭上各段焊縫中切應(yīng)力都達(dá)到焊縫許用切假定接頭上各段焊縫中切應(yīng)力都達(dá)到焊縫許用切應(yīng)力值，即應(yīng)力值，即。若取。若取K K10mm10mm，用焊條電，用焊條電弧焊，則所需的焊縫總長度為：弧焊，則所需的焊縫總長度為：mmmmNmmNKFL439/100107 . 03072007 . 02（2 2）搭接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算）搭接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算第26頁/共27頁感謝您的觀看。感謝您的觀看。第27頁/共27頁