關(guān)于T形接頭焊腳尺寸大小的探討

1、關(guān)于T形接頭焊腳尺寸大小的探討廣西水工機械廠 季志水一、關(guān)于T 形接頭T形接頭是由一焊件的端面與另一焊件表面構(gòu)成直角或近似直角的接頭，其接頭形式見圖1。T形接頭在焊接結(jié)構(gòu)中被廣泛使用，特別是在水工金屬結(jié)構(gòu)中約有80%以上的連接是采用T形接頭。如閘門主梁腹板與主梁翼緣板、主梁腹板與邊梁腹板、隔板與主梁腹板和面板等的連接均為T形接頭形式。按照焊件厚度和坡口制備的不同，T形接頭通?？煞譃椴婚_坡口、單邊V形坡口、K形坡口以及雙U形坡口四種形式。 在實際使用中，有些焊縫承受載荷，此類焊縫稱為工作焊縫；有些焊縫不直接承受載荷，此類焊縫稱為聯(lián)系焊縫。工作焊縫必須保證足夠的焊腳尺寸以滿足承載強度要求。對于一、

2、二類焊縫要求開坡口焊接，在水電水利工程鋼閘門制造安裝驗收規(guī)范（DL/T5018-2004）關(guān)于一、二類焊縫作了明確規(guī)定，其中T形接頭中屬于一、二類焊縫的有：閘門主梁腹板與邊梁腹板和翼緣板連接的組合焊縫或角焊縫；轉(zhuǎn)向吊桿的組合焊縫及角焊縫；人字閘門端柱隔板與主梁腹板及端板的組合焊縫；閘門主梁、邊梁、臂柱的翼緣板與腹板的組合焊縫及角焊縫；閘門吊耳板與門葉的組合焊縫或角焊縫；主梁、邊梁與門葉面板的組合焊縫或角焊縫；臂柱與連接板的組合焊縫或角焊縫等。二、T形接頭焊腳尺寸大小的確定1、焊縫設(shè)計、計算原則在設(shè)計、計算焊縫大小時,考慮到焊接結(jié)構(gòu)中焊縫受殘余應(yīng)力及應(yīng)力集中的影響，其應(yīng)力分布是十分復(fù)雜，很難精確

3、地計算接頭的強度，因此在靜載條件下，為簡化計算起見，常做以下假設(shè)：、焊趾和余高等處的應(yīng)力集中對焊接接頭強度沒有影響；、殘余應(yīng)力對焊接接頭強度沒有影響；、正面角焊縫和側(cè)面角焊縫的強度沒有差別；、焊接接頭的工作應(yīng)力是均布的，以平均應(yīng)力計算；、角焊縫都在切應(yīng)力的作用下破壞，按切應(yīng)力計算強度；、角焊縫的破斷面（計算斷面）在角焊縫截面的最少厚度上（焊喉），其值等于內(nèi)接三角形的高Kj。2、不開坡口的T形接頭（見圖2）角焊縫尺寸確定 設(shè)t，根據(jù)焊縫與母材等強度原則，角焊縫的受力計算厚度Kh=2Kjt，即Kj0.5t?？紤]到焊縫本身可能存在殘余應(yīng)力或焊接缺陷等不利因素，在設(shè)計角焊縫尺寸時增加一定的安全系數(shù)，取

4、Kh=2Kj=1.14t，Kj=0.57t，通過三角函數(shù)計算得出K1=K2=Kj/cos45°= =0.8t。3、開坡口焊接的T形接頭（以K形坡口為例，簡化成圖3）角焊縫尺寸確定 設(shè)坡口角度為，考慮到此類角焊縫一般規(guī)定未焊透深度最大不許超過板厚的25%且不大于4mm，同時焊縫本身還可能存在殘余應(yīng)力或其他焊接缺陷等不利因素，在設(shè)計角焊縫尺寸時按最不利條件下確定，取受力計算厚度Kh=t-0.25t +2Kj=1.14t ，即Kj=0.2t。下面根據(jù)已知條件t、Kj計算出角焊縫的焊腳尺寸K1和K2值。垂直方向的焊腳高K1=0.5t×tg（1） 水平方向的焊腳高K2=Kj/cos=

5、 Kj/cos sin-1（Kj/K1）= Kj /cossin-1（Kj÷0.5t÷tg）（2）設(shè)=30°、45°、60°，取Kj=0.2t，分別代入公式（1）、（2）得出：當(dāng)=30°時，K1=0.29t、K2=0.28t當(dāng)=45°時，K1=0.5t、K2=0.22t當(dāng)=60°時，K1=0.87t、K2=0.21t三、對T形接頭角焊縫尺寸的探討從以上計算結(jié)果可以看出：1、對不開坡口的T形接頭（見圖2）角焊縫焊腳尺寸，如果屬于直接承受拉力或剪力的工作焊縫，K1=K2=0.8t，這時焊喉高Kj=0.8t×c

6、on45°=0.57t（mm）,角焊縫的受力計算厚度為2×0.57t=1.14t（mm），即焊縫的承載能力相當(dāng)于母材的1.14倍，滿足了焊縫的承載強度要求；如果屬于受壓角焊縫或作為聯(lián)系焊縫使用的角焊縫，建議按K1=K20.6t且最大不超過12mm的原則來確定焊腳尺寸；其他有特殊要求的角焊縫最好在圖紙中標(biāo)明焊腳尺寸。2、對于開坡口焊接的T形接頭，在通常坡口角度等于30°60°的情況下，垂直方向的焊腳高K1一般要求焊滿并蓋過坡口邊12mm；水平方向的焊腳高只需K2=0.3t就能保證焊縫受力計算厚度大于板厚的1.14倍,滿足了焊縫的承載強度要求。在現(xiàn)行的水工金

7、屬結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙中，普遍存在對焊縫標(biāo)注不夠詳細(xì)或過于籠統(tǒng)的現(xiàn)象，造成角焊縫往往偏大。例如對于不開坡口的T形接頭，除了部分角焊縫直接標(biāo)出焊腳尺寸大小外，其他角焊縫通常用一句話“未標(biāo)注的貼角焊縫的焊腳尺寸為0.8倍板厚”在“技術(shù)要求與說明”中說明；對于開坡口焊接的T形接頭角焊縫，K1可根據(jù)所標(biāo)出的坡口尺寸推算出（焊縫蓋過坡口邊12mm，K1參見圖3），但是K2到底是多大在目前的設(shè)計圖中一般沒有明確，往往是根據(jù)坡口尺寸焊成一個斷面形狀為等腰直角三角形的角焊縫，也就是說K2=K1=0.5t×tg°，這樣形成了過大的角焊縫。例如板厚為t=30mm、K形坡口、坡口角度=50°（

8、參見圖3），按照目前通常的焊縫設(shè)計， K2=K1=0.5×30×tg50°=18（mm），這時焊喉高Kj=18×con45°=13（mm）,角焊縫的受力計算厚度Kh=2×13+30=56(mm),相當(dāng)于板厚的1.87倍，這是比較保守和浪費的。實際上從上述探討論述可以看出，該角焊縫只需K1=0.5t×tg°=18（mm）、K2=0.3t=9(mm)就能滿足了焊縫的承載強度要求。過大的角焊縫大多需要多層多道焊，反復(fù)的燒結(jié)造成母材及熱影響區(qū)的機械性能下降，承載強度受到嚴(yán)重的影響，這樣再大的焊縫也失去了應(yīng)有的承載作用；另外

9、過大的角焊縫增加焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力，使焊后變形加大，影響到結(jié)構(gòu)的裝配質(zhì)量和外觀質(zhì)量；同時也增加了焊接成本，降低了生產(chǎn)效率。所以金屬結(jié)構(gòu)T形接頭角焊縫在保證承載能力滿足設(shè)計要求的前提下應(yīng)盡可能減少焊縫金屬的填充量，按照這樣的原則設(shè)計焊縫，既能滿足了結(jié)構(gòu)的承載強度和質(zhì)量要求，又能保證焊縫外形秀氣、美觀，同時還能降低焊接成本、提高了工作效率和經(jīng)濟效益，為建設(shè)節(jié)約型社會做出更大的貢獻(xiàn)。以上探討僅代表本人個人觀點，說得不對之處，懇請各位專家們提出批評和指正為盼！ 廣西水工機械廠/季志水 2006.01.10附件T形接頭組合焊縫及角焊縫焊腳K的選取陳奎昌    高景

10、榮(中國三峽總公司金結(jié)檢測中心)摘要：T形接頭是鋼結(jié)構(gòu)中常用的焊接接頭形式，焊腳尺寸的大小直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)件的機械性能和使用性能。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為焊縫是結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，越大越放心。針對這種保守理念，提出按等強度理論計算出焊腳尺寸K，不僅可以減小熱影響區(qū)范圍，還可以減少無謂的浪費。關(guān)鍵詞： T形接頭； 角焊縫； 組合焊縫； 焊腳尺寸中圖分類號：TG 44               文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B根據(jù)國標(biāo)GB/T3375“焊接術(shù)語”規(guī)定，T形接頭的焊縫型式有兩種：一種是

11、不開坡口的叫角焊縫(圖1)；一種是開單邊V形或K形坡口的沒有焊腳的焊縫叫對接焊縫(圖2)?？紤]到應(yīng)力傳遞和應(yīng)力集中的問題，一般都要有一個焊腳,如圖3所示，這種焊縫是由對接焊縫加角焊縫組成的，所以也叫組合焊縫。有關(guān)角焊縫的外形尺寸名稱見圖4(a為凸形角焊縫，b為凹形角焊縫)。 圖1       圖2 圖3圖4圖2所示的對接焊縫是很少采用的，因為這種接頭斷面變化太大，在拐角處將引起很大的應(yīng)力集中，易導(dǎo)致接頭的脆性破壞和疲勞破壞。圖1所示角焊縫的受力比較簡單，即通過兩側(cè)角焊縫的計算厚度(即焊喉)來傳遞力通過該斷面的抗剪應(yīng)力傳遞接頭的剪應(yīng)力和

12、拉、壓應(yīng)力。1 角焊縫焊腳K的選取(1) 接頭焊縫傳遞拉、壓應(yīng)力，按等強度計算：×t=2×0.7K (1),式中：t垂直板板厚mm；鋼材抗拉、壓許用應(yīng)力Mpa；鋼材抗剪切許用應(yīng)力Mpa；K焊腳尺寸mm。=0.7 (2) 將(2)式代入(1)式得：×t=2×0.7K×0.7則 t=0.98K，一般按K=t選取。(2) 接頭焊縫傳遞剪應(yīng)力，按等強度計算：×t=2×0.7K (3)則 t=1.4K，即 K=0.714 t，一般按K=0.7t選取。(3) 梁柱系腹板受壓區(qū)的加勁板的T形接頭角焊縫這種接頭主要是為防止梁柱腹板

13、受壓區(qū)失穩(wěn)而設(shè)置的，它的焊縫一般不作受力計算，通常按加勁板板厚的0.50.6倍選取，一般不小于6mm。角焊縫的設(shè)置不外乎以上幾種形式,但我們發(fā)現(xiàn)不少設(shè)計圖紙選取的焊腳尺寸普遍偏大，象水工閘門主梁、底梁、邊梁的勁板，板厚14mm，角焊縫焊腳取到，如果按上限控制，K可以焊到16mm，這不僅加大了熱影響區(qū)尺寸、加大了焊接應(yīng)力和變形，還浪費了材料和工時，并且對強度沒有任何好處。把應(yīng)該是8mm焊腳焊成16mm，所浪費的材料和工時，不是成12倍而是成4倍的增加。焊接材料和焊接工藝發(fā)展到今天，已經(jīng)可以按等強度考慮。有些同志認(rèn)為焊縫是結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，越大越放心，甚至一些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對角焊縫也是如此。如有些標(biāo)準(zhǔn)

14、就有這樣規(guī)定：手工焊  ，自動焊 。按照該規(guī)定，假如設(shè)計要求K=6mm的角焊縫，焊到9mm也是可以的，但焊縫尺寸增加了50%，焊縫金屬為原來的2.25倍。我們認(rèn)為這是一種無謂的浪費，既然所有設(shè)計都有安全系數(shù),而且我們?nèi)〉陌踩禂?shù)都比國外大,那么角焊縫焊腳公差為什么沒有負(fù)公差?還有,自動焊由于其電流密度大,在角焊縫直角端形成的熔深比手工焊大許多，而其焊腳公差反而比手工焊的大，這也不合適。由于角焊縫的受力斷面是0.7K的焊喉，自動焊既然有較大的熔深那么受力斷面也相應(yīng)增大，K的負(fù)公差最少可以按-1mm控制，而正公差不應(yīng)超過2mm。鐵道部TB10212“鐵路鋼橋制造規(guī)范”規(guī)定主要角焊縫尺寸公

15、差是，一般焊縫，并且附加說明中還規(guī)定手工焊焊縫全長的10%允許。水利部SL36“水工金屬結(jié)構(gòu)焊接通用技術(shù)條件”中規(guī)定： ，我們認(rèn)為這兩個標(biāo)準(zhǔn)對角焊縫尺寸公差的規(guī)定較為合理。GB50205“鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范”第4.7.20條的表4.7.20中角焊縫正公差沒有規(guī)定，但角焊縫計算厚度不足允許0.3+0.05t且2mm，每100mm長度內(nèi)不大于25mm。2 開坡口對接焊縫和組合焊縫翼緣側(cè)K的選取假如圖2、圖3所示的對接焊縫和組合焊縫不要求焊透，那么它仍然靠焊縫的計算厚度斷面的抗剪應(yīng)力傳遞接頭的拉、壓、剪應(yīng)力，所以開多深坡口、取多大焊腳，都要通過計算來確定，計算方法可參照前面提到的角焊縫計算方法進(jìn)行。這種焊縫與角焊縫相比，在相同計算斷面的情況下，焊腳尺寸可以大大減少，傳力效果也有所改善。圖2、圖3所示的對接焊縫如果要求焊透，那么焊縫的傳力性質(zhì)就變了。它是一種等強度焊縫，只要焊條是按等強度選用的，這種接頭無需計算，只是為了改善力流傳遞，要求在翼緣板側(cè)加一焊腳K，這就構(gòu)成了組合焊縫，由于所加的焊腳不參與受力計算，所以對組合焊縫的焊腳K要求不大。GB50205中4.7.13條規(guī)定