焊缝设计原则

在设计焊缝尺寸大小及其接头形式时，首先要确定是工作焊缝还是联系焊缝。1、考虑焊缝性质工作焊缝：与被连接的元件是串联的，它承担着传递全部载荷的作用，一旦断裂，结构就会失效，其应力称为工作应力。焊缝设计原则工作焊缝必须进行焊缝强度计算；联系焊缝则需考虑经济性而减小、减短焊缝；具有双重性的焊缝，既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；联系焊缝：焊缝与被连接件是并联的，它传递很小的载荷，主要起元件之间的相互联系的作用，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效，其应力称为联系应力。焊缝设计原则2、焊接接头形式选择焊接接头形式可以分为：对接接头；搭接接头；T形接头；角接接头。焊缝设计原则不同的接头形式承载能力和应力分布情况不同。(1)对接接头：两焊件同在一个平面上焊接而成的接头。特点：应力集中相对较小，能承受较大的静载荷和较高的疲劳交变载荷。注意：板厚不同,应将厚板削薄后对接。L≥3（δ2-δ1）Lδ2δ1δ2δ1L/2×√焊缝设计原则(2)搭接接头：两焊件相互错叠，在焊件端头进行焊接的接头。特点：应力分布不均匀，疲劳强度较低；焊前准备和装配工作比对接接头简单；横向收缩量比对接接头小；适用于被焊结构的狭小处以及密闭的焊接结构。焊缝设计原则(3)T形接头：两焊件相互垂直，在交角处进行焊接的接头。特点：应力分布不均匀，虽然承载能力低，但能承受各种方向的力和力矩，是比较理想的焊接接头形式。注意：T形接头应避免采用单面角焊缝。焊缝设计原则(4)角接接头：两焊件边缘相互垂直，在顶端边缘上进行焊接的接头。角接接头常用于箱形结构，常用的角接头如下图：特点：承载能力低，但能承受各种方向的力和力矩。焊缝设计原则(1)坡口作用：主要是增大熔深，提高焊缝截面的有效厚度。3、坡口的设计以对接Y形坡口为例：坡口角度α：35～60°，α太大增加加工余量、焊接成本和变形；钝边高度p：需要熔透时一般为1～3mm；根部间隙b：保证钝边熔透，一般2～4mm，过大容易形成虚焊；坡口深度H：根据需要的焊缝厚度来设定。bpαH焊缝设计原则(2)坡口形式：a.对接焊缝的焊接边缘可分为卷边、平对或加工成V形、X形、K形和U形等。方形对接：无间隙适合于板厚小于3mm；有间隙或带垫板的对接适合于厚小于16mm。加工的经济性最好。单面V型：适合于板厚在16mm左右；双面V型：适合于板厚在在32mm以下；单面U型：加工难度增加，但比单V型坡口节省焊接材料；双面U型：加工难度增加，但比双V型坡口节省焊接材料；卷边焊缝I形坡口焊缝设计原则b.角焊缝的坡口形式主要有以下3种：根据受力情况决定是否需要焊透：图a为不开坡口的焊缝，加工的经济性最好；对于较厚的板，可采用图b所示K形坡口，这样做比不开坡口用大尺寸的角焊缝经济，而且疲劳强度高；对要求完全焊透的丁字接头，采用半V形坡口从一面焊，焊后清根焊满，如图c，比采用K形坡口施焊可靠。abc焊缝设计原则a.经济性原则：在满足强度要求的前提下，选择合理的接头和坡口，减少焊材的填充量，提高焊接效率。b.考虑坡口加工：优先选择便于加工的坡口，如V形、X形。U形和双U形坡口，加工相对困难。c.避免焊接缺陷：采用不适当的坡口形式容易产生焊接缺陷。比如：坡口角度过大，致使焊接热输入大，工件变形；钝边过高，不能完全熔透，残留的钝边即成了缺陷源。焊缝设计原则(3)坡口设计原则：(1)对接焊缝的有效厚度S如下图：4、焊缝大小的的设计S根据焊缝强度要求设计，同时考虑经济性；重要焊缝应当采取等强原则，S=δ(较薄板厚)。Sδ焊缝设计原则(2)角焊缝的焊脚尺寸K的设计说明：随着h/k比率的增加，焊缝承受横向应力的能力相应增加，直到比率为2.75为止。等边角焊缝：a=0.707K非等边角焊缝：hKKha22KKaKhaa.根据有效截面大小选择焊脚尺寸。焊脚尺寸K与焊缝有效截面大小a的关系如下图：焊缝设计原则b.焊脚尺寸K与板厚δ：如图双面等边角焊缝：若δ1＜δ2，则a1+a2≥δ1即0.707(K1+K2)≥δ1δ1δ2K2K1a2a1板二板一c.美国钢结构学会AISC-1.17.6规定：厚度小于1/4寸（6.35mm）的材料，沿端边起最大K可以与材料厚度相等；厚度等于或大于1/4寸的材料，沿端边起最大垂直K比材料厚度要小1/16寸（1.6mm），在图纸上特别规定要求焊缝获得全厚度焊缝高的除外。焊缝设计原则焊缝设计原则d.最小焊脚尺寸母材厚度(mm)最小焊脚尺寸(mm)≤63mm6～125mm12～206mm20～388mm38～5710mm57～15212mm15216mm美国焊接学会结构的焊接规程(D1.1-72)如下：×√√×√×√√接头位置设计不当，造成焊工无法操作或施焊困难，势必导致焊接缺陷，为此设计时要考虑操作空间。焊缝设计原则5、考虑可操作性完