学习情境1.4 焊接接头静载强度计算概要

学习情境一焊接结构件加工基础知识焊接接头静载强度计算•工作任务•学习目标•学习内容学习情境1.4现以对接接头（如下图所示）为例进行强度校核。两板板厚均为10mm，长为300mm，宽为100mm，对接接头采用V形坡口，坡口角度为60°～65°，其材质均为Q235B钢。在实际工作中，对接接头受到平面内弯矩作用，弯矩M=260N·m，通过静载强度校核该焊缝能否满足使用要求。工作任务学习目标熟悉电弧焊接头的工作应力分布情况掌握焊接结构的静载强度计算方法学习内容电弧焊接头的工作应力分布焊接结构的静载强度计算方法一、应力集中二、电弧焊接头的应力分布1、对接接头2、T形（十字）接头3、搭接接头电弧焊接头的工作应力应力集中：所谓应力集中，是指接头局部区域的最大应力值较平均应力值高的现象。应力集中系数KT=σmax/σav焊接接头中产生应力集中的原因焊缝中有工艺缺陷焊缝外形不合理焊接接头设计不合理应力集中电弧焊接头的工作应力分布→对接接头影响应力集中系数的因素：余高h和焊缝向母材金属过渡的半径r。图1余高和过渡半径与应力集中系数的关系余高：在焊接结构生产中，对接接头的焊缝略高于母材金属的板面，超出母材表面连线上面的那部分焊缝金属的最大高度称为余高。电弧焊接头的工作应力分布→对接接头图2对接接头工作应力分布电弧焊接头的工作应力分布→T形（十字）接头未开坡口：未焊透，根部和焊趾应力集中很大，KT随θ减小而减小，随K增大减小。开坡口：焊透，应力集中系数小于1，基本不存在应力集中。图3T形接头工作应力分布电弧焊接头的工作应力分布→搭接接头根据搭接角焊缝受力的方向：正面角焊缝：焊缝与力的作用方向垂直。侧面角焊缝：焊缝与力的作用方向相平行。斜向角焊缝：介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。图4搭接接头角焊缝搭接接头→正面角焊缝的工作应力分布在角焊缝的焊根A点和焊趾B点，都有较大的应力集中。减小θ角和增大熔深，焊透根部，都可以降低应力集中系数。图5正面角焊缝工作应力分布搭接接头→侧面角焊缝的工作应力分布其特点是最大应力在两端，中部应力最小，而且焊缝较短时应力分布较均匀，焊缝较长时，应力分布不均匀的程度就增加。通常规定侧面角焊缝不得大于50K（K为焊脚尺寸）。图6侧面角焊缝工作应力分布搭接接头→联合角焊缝的工作应力分布既有侧面角焊缝又有正面角焊缝的搭接接头称为联合角焊缝搭接接头。只有侧面角焊缝的搭接接头中，母材金属断面上的应力分布不均匀。增加正面角焊缝后应力分布较为均匀，截面上两端点上的应力集中得到改善。图7联合角焊缝工作应力分布1.工作焊缝和联系焊缝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，即焊缝一旦断裂，结构就立即失效，其应力称为工作应力。工作焊缝一、焊接接头的静载强度计算图8工作焊缝焊缝与被连接的元件是并联的，它仅传递很小的载荷，主要起元件之间相互联系的作用，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效，其应力称为联系应力。联系焊缝1.工作焊缝和联系焊缝一、焊接接头的静载强度计算图9联系焊缝2.焊接接头强度计算的假设1）残余应力对接头强度没有影响；2）焊趾处和余高处的应力集中对接头强度没有影响；3）接头的工作应力是均布的，以平均应力计算；4）正面角焊缝与侧面角焊缝强度没有差别；5）焊脚尺寸K的大小对角焊缝的强度没有影响；6）角焊缝都是在切应力的作用下破坏的，按切应力计算其强度；2.焊接接头强度计算的假设7）角焊缝的破断面在角焊缝截面的最小高度上，其值等于内接三角形高a，直角等腰角焊缝的计算高度：KKa7.028）采用熔深较大的焊接方法时，应考虑余高和熔深。其角焊缝计算断面高度a为a=（K+p）cos45º当K≤8mm时，可取a等于K当K＞8mm时，可取p=3mm图10角焊缝截面3.电弧焊接头的静载强度计算电弧焊接头静载强度计算的一般表达式为:б≤[бˊ]或τ≤[τˊ]式中б,τ为平均工作应力;[бˊ][τˊ]为焊缝的许用应力.（1）对接接头的静载强度计算不考虑焊缝余高焊缝长度取实际长度计算厚度取两板中较薄者如果焊缝的许用应力与基本金属的相等,则不必进行强度计算图11对接接头受力方式受垂直板面弯矩(M2):1[']ttFL1[']ppFL1[']FsL受拉时:受压时:受剪切时:1216[']tML2216[']tML受板平面内弯矩(M1):（1）对接接头的静载强度计算两块板厚为5mm、宽为500mm的钢板对接在一起，两端受284000N的拉力，材料为Q235-A钢，[σt`]=142MPa，试校核其焊缝强度。例1（1）对接接头的静载强度计算解：已知F＝284000N，L＝500mm，δ1＝5mm，[σt`]＝142MPa，MPaMPammmmNLFtt142'6.11355002840001所以这个对接接头焊缝强度满足要求，结构工作时是安全的。（1）对接接头的静载强度计算例2•两块板厚为10mm的钢板对接，焊缝受29300N的切力，材料为Q235—A钢，试设计焊缝的长度（钢板宽度）。（1）对接接头的静载强度计算解由公式(3-4)可得•由已知条件知Q=29300N，δ=10mm；由焊缝金属许用应力表中查得[τˊ]＝98MPa，代入上式得mmMPaNL9.29981029300取L=32mm,即当焊缝长度为32mm时,强度满足要求。]'[1QL（1）对接接头的静载强度计算]'[4.1KLF]'[4.1KLF]'[7.0LKF（2）搭接接头的静载强度计算受拉、压搭接接头的静载强度计算•例3将100mm×100mm×10mm的角钢用角焊缝搭接在一块钢板上，见下图。受拉伸时要求与角钢等强度，试计算接头的合理尺寸K和L应该是多少？（2）搭接接头的静载强度计算•解从材料手册查得角钢断面面积A=19.2cm2；许用拉应力[бˊt]＝160MPa＝160N/mm2，焊缝许用切应力[τˊ]=100MPa＝100N/mm2•角钢的允许载荷[F]=A[бˊt]=1920mm×160N/mm2=307200N。•假定接头上各段焊缝中切应力都达到焊缝许用切应力值，即τ＝[τˊ]。若取K＝10mm，用焊条电弧焊，则所需的焊缝总长度为：mmmmNmmNKFL439/100107.0307200][7.0][2'（2）搭接接头的静载强度计算