T形接头组合焊缝及角焊缝焊脚K的选取（陈奎昌 高景荣）
http://www.hwcc.com.cn 时间： 2003年2月28日 08:10 来源：《中国三峡建设》2002-11
放大
缩小
打印
文章编号：1006-6349（2002）11-0044-02
摘要：T形接头是钢结构中常用的焊接接头形式，焊脚尺寸的大小直接关系到结构件的机械性能和使用性能。传统的观念认为焊缝是结构中的薄弱环节，越大越放心。针对这种保守理念，提出按等强度理论计算出焊脚尺寸K，不仅可以减小热影响区范围，还可以减少无谓的浪费。
关键词： T形接头； 角焊缝； 组合焊缝； 焊脚尺寸
中图分类号：TG 44 文献标识码：B
根据国标GB/T3375“焊接术语”规定，T形接头的焊缝型式有两种：一种是不开坡口的叫角焊缝（图1）；一种是开单边V形或K形坡口的没有焊脚的焊缝叫对接焊缝（图2）。考虑到应力传递和应力集中的问题，一般都要有一个焊脚,如图3所示，这种焊缝是由对接焊缝加角焊缝组成的，所以也叫组合焊缝。有关角焊缝的外形尺寸名称见图4（a为凸形角焊缝，b为凹形角焊缝）。
图1 图2 图3
图2所示的对接焊缝是很少采用的，因为这种接头断面变化太大，在拐角处将引起很大的应力集中，易导致接头的脆性破坏和疲劳破坏。
图1所示角焊缝的受力比较简单，即通过两侧角焊缝的计算厚度（即焊喉）来传递力——通过该断面的抗剪应力传递接头的剪应力和拉、压应力。
图4 1角焊缝焊脚K的选取
（1）接头焊缝传递拉、压应力，按等强度计算：
[σ]×t=2×0.7K[τ] (1)
式中： t— 垂直板板厚mm
[σ] — 钢材抗拉、压许用应力MPa
[τ] — 钢材抗剪切许用应力MPa
K — 焊脚尺寸mm
∵[τ]=0.7[σ] (2)
将（2）式代入（1）式得：
[σ]×t=2×0.7K×0.7[σ]
则 t=0.98K
一般按K=t选取。
（2） 接头焊缝传递剪应力，按等强度计算：
[τ]×t=2×0.7K[τ] (3)
则 t=1.4K 即 K=0.714 t
一般按K=0.7 t选取。
（3）梁柱系腹板受压区的加劲板的T形接头角焊缝
这种接头主要是为防止梁柱腹板受压区失稳而设置的，它的焊缝一般不作受力计算，通常按加劲板板厚的0.5～0.6倍选取，一般不小于6 mm。
角焊缝的设置不外乎以上几种形式,但我们发现不少设计图纸选取的焊脚尺寸普遍偏大，象水工闸门主梁、底梁、边梁的劲板，板厚14 mm，角焊缝焊脚取到K=1240，如果按上限控制，K可以焊到16 mm，这不仅加大了热影响区尺寸、加大了焊接应力和变形，还浪费了材料和工时，并且对强度没有任何好处。把应该是8 mm焊脚焊成16 mm，所浪费的材料和工时，不是成1～2倍而是成4倍的增加。焊接材料和焊接工艺发展到今天，已经可以按等强度考虑。有些同志认为焊缝是结构中的薄弱环节，越大越放心，甚至一些标准、规范对角焊缝也是如此。如有些标准就有这样规定：手工焊K＜1230 K＞1240，自动焊K＜1240 K＞1250。按照该规定，假如设计要求K=6 mm的角焊缝，焊到9 mm也是可以的，但焊缝尺寸增加了50%，焊缝金属为原来的2.25倍。我们认为这是一种无谓的浪费，既然所有设计都有安全系数,而且我们取的安全系数都比国外大,那么角焊缝焊脚公差为什么没有负公差?还有,自动焊由于其电流密度大,在角焊缝直角端形成的熔深比手工焊大许多，而其焊脚公差反而比手工焊的大，这也不合适。由于角焊缝的受力断面是0.7K的焊喉，自动焊既然有较大的熔深那么受力断面也相应增大，K的负公差最少可以按-1 mm控制，而正公差不应超过2 mm。铁道部TB10212“铁路钢桥制造规范”规定主要角焊缝尺寸公差是K20，一般焊缝K+2-1，并且附加说明中还规定手工焊焊缝全长的10%允许K+3-1。水利部SL36“水工金属结构焊接通用技术条件”中规定：K≤6+10 K＞6～12+1.5-1 K＞12+2-1，我们认为这两个标准对角焊缝尺寸公差的规定较为合理。GB50205“钢结构工程施工及验收规范”第4.7.20条的表4.7.20中角焊缝正公差没有规定，但角焊缝计算厚度不足允许≤0.3+0.05t且≤2 mm，每100 mm长度内不大于25 mm。
2 开坡口对接焊缝和组合焊缝翼缘侧K的选取
假如图2、图3所示的对接焊缝和组合焊缝不要求焊透，那么它仍然靠焊缝的计算厚度断面的抗剪应力传递接头的拉、压、剪应力，所以开多深坡口、取多大焊脚，都要通过计算来确定，计算方法可参照前面提到的角焊缝计算方法进行。这种焊缝与角焊缝相比，在相同计算断面的情况下，焊脚尺寸可以大大减少，传力效果也有所改善。图2、图3所示的对接焊缝如果要求焊透，那么焊缝的传力性质就变了。它是一种等强度焊缝，只要焊条是按等强度选用的，这种接头无需计算，只是为了改善力流传递，要求在翼缘板侧加一焊脚K，这就构成了组合焊缝，由于所加的焊脚不参与受力计算，所以对组合焊缝的焊脚K要求不大。GB50205中4.7.13条规定：T型接头、十字接头、角接接头等要求焊透的对接和角接组合焊缝，其焊脚尺寸应不小于t/4，见图5中（a）、（b）、（c）。这是参照日本、德国有关标准，为减少应力集中，提高抗疲劳性能而规定的；对于吊车梁上翼缘的焊脚尺寸和起重量大于等于50 t的吊车梁腹板与上翼缘的连接焊缝的焊脚尺寸K可按t/2选取,见图5（d），且不应大于10 mm。
图5
3 结语
综上所述，角焊缝焊脚K的选取就是K=t，K=0.7t，K=（0.5～0.6）t三种，要求焊透的组合焊缝K的选取分别是K=t/4和K=t/2且≤10 mm。
作者简介：陈奎昌，三峡金属结构设备质量监督检测中心，教授级高工。 |
发表于 2010-1-4 20:45
| 
发表于 2010-2-23 12:13
|