学习情境1.4 焊接接头静载强度计算.ppt

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3 T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： 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): 受拉时: 受压时: 受