焊縫設計原則

tags:    時間:2014-03-07 10:13:14
焊縫設計原則簡介
1、考慮焊縫性質     在設計焊縫尺寸大小及其接頭形式時,首先要確定是工作焊縫還是聯繫焊縫。 工作焊縫:與被連接的元件是串聯的,它承擔著傳遞全部載荷的作……
焊縫設計原則正文
1、考慮焊縫性質
    在設計焊縫尺寸大小及其接頭形式時,首先要確定是工作焊縫還是聯繫焊縫。
工作焊縫:與被連接的元件是串聯的,它承擔著傳遞全部載荷的作用,一旦斷裂,結構就會失效,其應力稱為工作應力。
聯繫焊縫:焊縫與被連接件是並聯的,它傳遞很小的載荷,主要起元件之間的相互聯繫的作用,焊縫一旦斷裂,結構不會立即失效,其應力稱為聯繫應力。
    工作焊縫必須進行焊縫強度計算;
    聯繫焊縫則需考慮經濟性而減小、減短焊縫;
    具有雙重性的焊縫,既有工作應力又有聯繫應力,則只計算工作應力,而不考慮聯繫應力;
2、焊接接頭形式選擇
    焊接接頭形式可以分為:對接接頭;
                      搭接接頭;
                      T形接頭;
                      角接接頭。
    不同的接頭形式承載能力和應力分佈情況不同。
(1)對接接頭:兩焊件同在一個平面上焊接而成的接頭。
    特點:應力集中相對較小,能承受較大的靜載荷和較高的疲勞交變載荷。注意:板厚不同,應將厚板削薄后對接。L≥3 (δ21
(2)搭接接頭:兩焊件相互錯疊,在焊件端頭進行焊接的接頭。
特點:應力分佈不均勻,疲勞強度較低;
           焊前準備和裝配工作比對接接頭簡單;
           橫向收縮量比對接接頭小;
           適用於被焊結構的狹小處以及密閉的焊接結構。
(3)T形接頭:兩焊件相互垂直,在交角處進行焊接的接頭。
特點:應力分佈不均勻,雖然承載能力低,但能承受各種方向的力和力矩,是比較理想的焊接接頭形式。
注意:T形接頭應避免採用單面角焊縫。
(4)角接接頭:
    兩焊件邊緣相互垂直,在頂端邊緣上進行焊接的接頭。角接接頭常用於箱形結構,常用的角接頭如下圖:
    特點:承載能力低,但能承受各種方向的力和力矩。

 

3、坡口的設計
(1)坡口作用:主要是增大熔深,提高焊縫截面的有效厚度。
    以對接Y形坡口為例:
    坡口角度α:35~60°,α太大增加加工余量、焊接成本和變形;
    鈍邊高度p:需要熔透時一般為1~3mm;
    根部間隙b:保證鈍邊熔透,一般2~4mm,過大容易形成虛焊;
    坡口深度H:根據需要的焊縫厚度來設定。
(2)坡口形式:
a.  對接焊縫的焊接邊緣可分為卷邊、平對或加工成V形、X形、K形和U形等。
    方形對接:無間隙適合於板厚小於3mm;有間隙或帶墊板的對接適合於厚小於16 mm。加工的經濟性最好。
    單面V型:適合於板厚在16mm左右;
    雙面V型:適合於板厚在在32mm以下;
    單面U型:加工難度增加,但比單V型坡口節省焊接材料;
    雙面U型:加工難度增加,但比雙V型坡口節省焊接材料;
b.角焊縫的坡口形式主要有以下3種:
根據受力情況決定是否需要焊透:
    圖a為不開坡口的焊縫,加工的經濟性最好;
    對於較厚的板,可採用圖b所示K形坡口,這樣做比不開坡口用大尺寸的角焊縫經濟,而且疲勞強度高;
    對要求完全焊透的丁字接頭,採用半V形坡口從一面焊,焊后清根焊滿,如圖c,比採用K形坡口施焊可靠
(3)坡口設計原則:
a.  經濟性原則:在滿足強度要求的前提下,選擇合理的接頭和坡口,減少焊材的填充量,提高焊接效率。
b.  考慮坡口加工:優先選擇便於加工的坡口,如V形、X形。U形和雙U形坡口,加工相對困難。
c.  避免焊接缺陷:採用不適當的坡口形式容易產生焊接缺陷。比如:坡口角度過大,致使焊接熱輸入大,工件變形;鈍邊過高,不能完全熔透,殘留的鈍邊即成了缺陷源。
4、焊縫大小的的設計
(1)對接焊縫的有效厚度S如下圖:
 
S根據焊縫強度要求設計,同時考慮經濟性;
重要焊縫應當採取等強原則,S=δ(較薄板厚) 。
(2)角焊縫的焊腳尺寸K的設計
根據有效截面大小選擇焊腳尺寸。焊腳尺寸K與焊縫有效截面大小a的關係如下圖:
說明:隨著h/k比率的增加,焊縫承受橫嚮應力的能力相應增加,直到比率為2.75為止。
b.焊腳尺寸K與板厚δ
如圖雙面等邊角焊縫:
   若δ1<δ2,則a1+a2≥δ1
   即0.707(K1+K2)≥δ1
c.  美國鋼結構學會AISC-1.17.6規定:
    厚度小於1/4寸(6.35mm)的材料,沿端邊起最大K可以與材料厚度相等;
    厚度等於或大於1/4寸的材料,沿端邊起最大垂直K比材料厚度要小1/16寸(1.6mm),在圖紙上特別規定要求焊縫獲得全厚度焊縫高的除外。
d.  最小焊腳尺寸
美國焊接學會結構的焊接規程(D1.1-72)如下:
5、考慮可操作性
    接頭位置設計不當,造成焊工無法操作或施焊困難,勢必導致焊接缺陷,為此設計時要考慮操作空間。

 

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