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T形接头组合焊缝及角焊缝焊脚K的选取


T 形接头组合焊缝及角焊缝焊脚 K 的选取
陈奎昌 高景荣

(中国三峡总公司金结检测中心) 摘要: 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: 关键词: T 形接头; 角焊缝; 组合焊缝; 焊脚尺寸 中图分类号: 中图分类号:TG 44 文献标识码: 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] 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] 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] 则 t=1.4K 即 K=0.714 t

(1)

(2)

(3)

一般按 K=0.7t 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 6mm。 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 14mm,角焊缝焊脚取到 ,如果按上限控制,K

可以焊到 16mm,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 8mm 焊脚焊成 16mm,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 ,自动焊 。按照该规定,假如设计要求 K=6mm 的

角焊缝,焊到 9mm 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-1mm 控制,而正

公差不应超过 2mm。铁道部 TB10212“铁路钢桥制造规范”规定主要角焊缝尺寸公差是 焊缝 ,并且附加说明中还规定手工焊焊缝全长的 10%允许

,一般

。水利部 SL36“水工金属结构

焊接通用技术条件”中规定:

,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≤2mm,每 100mm 长度内不大于 25mm。 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 10mm。
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≤10mm。


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