一.基本介绍

1.焊接优缺点：不削弱截面，刚度大；材质脆使得不能承受较大变形，存在残余应力，对裂纹敏感。以上均与螺栓连接相对应。

2.焊接与螺栓：【钢标11.1.2】，同一连接部位不得同时采用螺栓和焊接，变形能力相差较大，注意是同一连接部位，不是构件层次，例如梁的连接，翼缘用焊接，腹板用螺栓，这是可行的，不是同一部位。

3.焊接连接构造设计：【钢标11.1.5】，焊条要与钢材配套使用，当不同强度钢材使用焊接连接时，宜采用与较低强度钢材相适应的焊条【钢标11.1.5-6】。Q235钢-E43型焊条、Q345-E50型、Q390~Q420-E55型，其中数字为熔融金属的最小抗拉强度(Mpa)，即焊接处的抗拉强度，例E43最小抗拉强度≥420 Mpa，E50≥490Mpa,E55≥550Mpa。可见焊接强度是大于钢材母材的强度。

4.焊缝质量等级

【钢设8.4.8、钢标11.1.6】对焊缝质量等级的规定，其中焊缝等级一二级要进行超声波探伤/X射线检测，一级为100%都要探伤，所以是非常严格，非常重要的部位，二级为抽取20%进行探伤，焊缝等级三级则只需要进行检查外观和几何尺寸。

【焊缝强度钢标4.4.5】

对于理想无缺陷的焊缝：其强度＞母材强度，这也是必须的。而焊缝在焊接过程中，必然有缺陷，规范对焊缝强度进行了规定。

①对接焊缝

对于受拉裂缝，焊缝等级为一、二级时，焊接强度=母材强度，三级时=0.85*母材强度，考虑施工质量缺陷引起的强度削弱(故对于一二级焊缝无需验算焊缝强度)；对于受压焊缝，其焊缝强度=母材强度；对于受弯裂缝，分受压区和受拉区分别按受压焊缝和受拉焊缝取值；对于受剪焊缝，焊缝强度=母材强度。

②角焊缝

角焊缝不区分抗拉压剪，由实验证明，角焊缝的破坏形式都是剪切失效。

5.焊接接头作用及类型：焊接接头的作用，第一是连接作用，即把两焊件连接成一个整体；第二是传力作用，即传递焊件所承受的载荷。焊接接头可分为10种类型，即对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头和锁底接头，常用的就是对接、T形、角接。

6.焊缝类型

焊缝指的是焊接后焊件中所形成的结合部分。按结合形式，焊缝可分为对接焊缝、角焊缝、对接与角接组合焊缝、塞焊缝和槽焊缝。焊接接头仅仅只是描述板件之间的连接位置关系，和焊缝类型是两码事，例如T形接头，可以采用对接焊缝，角焊缝，也可以采用对接与角接组合焊缝。

例如使用对接和角接组合焊缝的T形接头，坡口内的焊缝为对接焊缝，坡口外连接两焊件的焊缝为角焊缝。

①角焊缝：连接处不必做坡口，焊接金属直接填充在被连接板件形成的直角和斜角区。

(1)直角角焊缝：直角角焊缝有普通式、平坡式、凹面式，承受动力荷载对疲劳比较敏感时，可采用平坡和凹面式，可以缓解因焊接带来的应力集中的程度，但施工成本会高一些，平坡式是在普通式上多焊出坡度，凹面式是普通式上打磨出一个弧度。

(2)斜角角焊缝：角焊缝角度为锐角或钝角，对于α＞135°或＜60°，除钢管结构外，不宜作为受力焊缝，即不考虑焊接的承载力贡献，一般用的较少。

②对接焊缝：直边缝、斜边缝和坡口缝

(1)直边缝，单边焊适用于板厚6mm以下，板厚6~10mm时需要双边焊才能连得上。

(2)坡口缝：坡口类型Y/V/K/U/J等等，坡口方向有单侧和双侧。

【焊透、部分焊透】

焊透、全焊透，简称F.P。部分焊透、深熔焊、局部焊透，简称P.P。焊透就是两板件之间都有焊剂，部分焊透就是两板件之间有一部分没有焊剂连接，一般板厚较大时比较难焊透。

焊透与部分焊透是连接设计的选择，焊透的强度肯定高，一些重要的连接部位要求焊透：【钢标11.1.6、11.3.1、11.3.4-5】承受动力荷载及重要连接、等强部位均要焊透。未焊透指的是本来要求焊透，结果未焊透，属于施工质量不合格，未焊透将减少其有效面积，严重减低焊接件强度，还会造成应力集中，严重降低焊缝的疲劳强度。

【坡口、钝边、间隙】

坡口，是为了焊接厚板材时候能够焊透，焊条能直接触及焊缝根部，从而保证焊缝的完全融合。坡口角度可为45/55/60°

钝边，也叫留根，焊件开坡口时，沿焊件厚度方向未开坡口的端面部分称为钝边。钝边的作用是防止根部烧穿，但钝边太大，又会使根部焊不透。焊透时钝边高度可取0-3mm，部位焊透可取6-7mm。底部可以再添加一块底板/引弧板，可防止烧穿，烧穿是指部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞。

根部间隙、装配间隙，焊前在接头根部之间预留的空隙称为根部间隙。根部间隙的作用在于焊接底层焊道时，能保证根部可以焊透。因此，根部间隙太小时，将在根部产生焊不透现象；但太大的根部间隙，又会使根部烧穿，形成焊瘤。一般取2mm左右。 

7.焊接残余应力对结构性能的影响

①焊接残余应力：焊缝局部受高温作用，焊接完成后，各处的温度极不均匀，那么冷却过程中，由于温度高低不同导致各处收缩不同，会导致内部产生作用力。这种作用力除了外部变型消除部分以外，还在内部有残留，就是焊接残余应力。

②残余应力的拉压力：降温顺序引起了残余应力的拉压，先降温的受压，后降温的受拉，热胀冷缩，先降温的部位收缩凝固了，其相邻的高温区的纤维仍然受热膨胀，最后降温也想收缩时，其纤维已经被先降温的部位“拽”住了，故纤维受拉。例如：不同的焊接顺序，从中间向两端焊，中间先冷却受压，两端后冷却受拉，反之亦反。对比焊接处与非焊接处(也就是垂直于焊缝的方向)，那么焊接处肯定受拉，非焊接处受压。

③残余应力的方向：纵向残余应力、横向残余应力、厚度方向残余应力等，此处不说了

④焊接应力的影响：

(1)对结构的静力强度无影响：残余应力属于内力，残余应力的拉压平等，理想的弹塑性钢材下，对静力强度无影响。

(2)降低结构的刚度和稳定性：简单的说，就是残余应力使得钢材某些部位受拉受压，当受到外力时(尤其时压力)，原本在残余应力下受压的部位叠加外压力，很更快的达到屈服强度，发生不可逆转的塑性变形，而其他部位仍未达到屈服强度(即处于弹性)，卸载时会有残余变形，相当于变长了，从刚度的定义理解(刚度是在外力下抵抗变形的能力)，则刚度下降了。

稳定的本质也是刚度，残余应力也会影响构件的稳定承载力，详见下图。

(3)影响构件精度和尺寸稳定性：残余应力拉压平衡，当机械加工切掉一部分后，拉压不平衡，故焊件会通过变形达到力平衡，故构件尺寸会变。

(4)残余应力也会影响低温脆断、疲劳强度。

8.焊接符号

①箭头线，指向焊缝位置，有明确的指明方向，当使用坡口焊缝，箭头所指位置为坡口朝向。

②基准线(细实线)，表示焊缝位置，基准线以上表示焊缝为箭头所指方向，基准线以下表示焊缝为箭头所指方向的另一侧。

③焊缝符号：以及焊接尺寸h_f，坡口角度，常用的有：

④辅助符号

⑤举例：如图为双侧角焊缝，焊脚尺寸8mm，现场施工，3/4半圆弧表示“相同焊缝符号”，在同一图形上，当焊缝型式、断面尺寸和辅助要求均相同时，可只选一处标注焊缝符号和尺寸，并加“相同焊缝符号”。

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二.角焊缝计算

1.搭接接头，轴力

正面角焊缝和侧面角焊缝，侧面角焊缝的变形能力是正面的1倍，一般正面角焊缝先破坏。正面角焊缝与力方向垂直，传递轴力，侧面角焊缝与力方向平行，传递剪力。直角角焊缝：【钢标11.2.2】。斜角角焊缝：【钢标11.2.3】主要影响角焊缝的计算厚度，影响因素有夹角、根部间隙。

①钢板连接三面围焊：先计算正面角焊缝，再计算侧面角焊缝，注意起落弧扣除hf，三面围焊总共要扣除2hf，两侧面角焊缝各扣一个hf，正面角焊缝不扣。

②角钢三面围焊：先计算正面角焊缝，再计算侧面角焊缝。假定正面角焊缝的尺寸，并计算出承载力，通过力平衡和力矩平衡，可推到出其他焊缝的承载力，最后就能计算其他焊缝的尺寸。k1和k2为轴力分配系数，与截面偏心距相关，可查表。

③角钢其他

2.T形接头，弯矩剪力轴力同时作用

①轴力：即为正面角焊缝

②剪力：即为侧面角焊缝

③弯矩：相当于受弯构件，需要求出焊缝的截面抵抗矩W=h_el_w²/6

当三者同时存在时进行组合，跟材料力学基本一致。

3.H型截面相连，弯矩剪力：弯矩由全部焊缝承担，剪力由腹板焊缝承担。与材料力学计算一样，翼缘最外点为弯矩最大，腹板与翼缘相交点的弯矩和剪力都比较大，要计算这两个控制点。

   表格公式的W_w1为全部焊缝的截面抵抗矩W_w1=2I_w/h₁，h₁为翼缘焊缝最外边离形心距离，I_w中可忽略翼缘焊缝本身惯性矩；W_w2 =2I_w/h₂，h₂为腹板焊缝最外边离形心距离；A_w为腹板焊缝截面面积。一般来说这种截面都会采用全周连续施焊，可不考虑起落弧的2h_f。

4.构造：【钢标11.3.5】

①最小焊缝计算长度：不小于8hf和40mm的较大值(实际焊接长度为10hf)，为了防止焊缝长度过小，力线弯折大，造成严重的应力集中

②最大计算长度折减系数：【钢标11.2.6】实际应力分布上都十分复杂不均匀，对于侧面角焊缝剪应力分布为两端大，中间小，故对角焊缝长度有限制，当计算长度大于60hf时，焊缝承载力需折减，注意对象是侧面角焊缝。

③最小焊脚尺寸

④断续角焊缝：断续角焊缝的应力集中问题更加突出，不能用于需要计算疲劳的构件，一般用在角焊缝很长，例如钢楼板(钢平台等)和梁的连接中，采用满焊焊接量太大，也要满足构造要求【11.3.8】，长度不得小于10hf或50mm，计算长度则不小于8hf和40mm的较大值。净距一般按15t来控制。

⑤措施：为了减小角焊缝应力集中，可采用绕角焊、三面围焊等连续施焊，不在角部、端部起落弧引起应力集中，例如吊车梁的横向加劲肋，与下翼缘不接触，故对横向加劲肋绕角焊。

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三.对接焊缝计算

1.完全焊透的对接焊缝

一二级焊缝不用验算，对于采用三级焊缝连接的钢材，将强度应力比控制在0.8及以内(三级焊缝强度=0.85母材强度)，也可以无需计算焊缝强度，此处为强度应力比，对于需要验算稳定的，那0.8肯定不够，对于民用梁有密铺盖板不用计算稳定时则可以控制在0.8以内。

焊透的对接焊缝的计算：与材料力学计算一致，拉压轴力下、剪力弯矩下等，【钢标11.2.1】对于弯剪组合下，分别计算弯矩和剪力，再计算复合应力，就是材料力学的一套东西。

【对接焊缝与角焊缝的计算公式不同】，例如抗剪计算，对接焊缝抗剪与母材抗剪公式一致，就是材料力学的公式，τ=VS_w/I_wt，从公式上看，剪应力中间大两边小；对于角焊缝，τ=N/h_el_w，默认了角焊缝的截面应力相同，这是由于角焊缝难以精确计算实际应力采用的简化算法。

2.部分焊透的对接焊缝：【钢标11.2.4】按角焊缝公式计算，抗力设计值取角焊缝的0.9倍。

①受力很小，焊缝主要起联系作用：例如焊接H型钢的翼缘和腹板的连接，吊车梁上翼缘与腹板的连接。

②焊缝受力虽然很大，但采用焊透额对接焊缝将使强度不能充分发挥，可采用部分焊透的对接焊缝

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