T形接頭組合焊縫及角焊縫焊腳K的選取
陳奎昌 高景榮
(中國三峽總公司金結檢測中心)
摘要：T形接頭是鋼結構中常用的焊接接頭形式，焊腳尺寸的大小直接關(guān)系到結構件的機械性能和使用性能。傳統的觀(guān)念認為焊縫是結構中的薄弱環(huán)節，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范圍，還可以減少無(wú)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(lèi)號：TG 44 文獻標識碼：B
根據國標GB/T3375“焊接術(shù)語(yǔ)”規定，T形接頭的焊縫型式有兩種：一種是不開(kāi)坡口的叫角焊縫(圖1)；一種是開(kāi)單邊V形或K形坡口的沒(méi)有焊腳的焊縫叫對接焊縫(圖2)?？紤]到應力傳遞和應力集中的問(wèn)題，一般都要有一個(gè)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(chēng)見(jiàn)圖4(a為凸形角焊縫，b為凹形角焊縫)。
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| 圖1 | 圖2 | 圖3 |
| 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力集中，易導致接頭的脆性破壞和疲勞破壞。 |  |
| 圖4 |
1 角焊縫焊腳K的選取
(1) 接頭焊縫傳遞拉、壓應力，按等強度計算：
| [σ]×t=2×0.7K[τ] | (1) |
式中：t—垂直板板厚mm
[σ]—鋼材抗拉、壓許用應力MPa
[τ]—鋼材抗剪切許用應力MPa
K—焊腳尺寸mm
| ∵[τ]=0.7[σ] | (2) |
將(2)式代入(1)式得：
| [σ]×t=2×0.7K×0.7[σ] |
則 t=0.98K
一般按K=t選取。
(2) 接頭焊縫傳遞剪應力，按等強度計算：
| [τ]×t=2×0.7K[τ] | (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受壓區失穩而設置的，它的焊縫一般不作受力計算，通常按加勁板板厚的0.5～0.6倍選取，一般不小于6mm。
角焊縫的設置不外乎以上幾種形式,但我們發(fā)現不少設計圖紙選取的焊腳尺寸普遍偏大，象水工閘門(mén)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尺寸、加大了焊接應力和變形，還浪費了材料和工時(shí)，并且對強度沒(méi)有任何好處。把應該是8mm焊腳焊成16mm，所浪費的材料和工時(shí)，不是成1～2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。有些同志認為焊縫是結構中的薄弱環(huán)節，越大越放心，甚至一些標準、規范對角焊縫也是如此。如有些標準就有這樣規定：手工焊
，自動(dòng)焊。按照該規定，假如設計要求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(lái)的2.25倍。我們認為這是一種無(wú)謂的浪費，既然所有設計都有安全系數,而且我們取的安全系數都比國外大,那么角焊縫焊腳公差為什么沒(méi)有負公差?還有,自動(dòng)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(dòng)焊既然有較大的熔深那么受力斷面也相應增大，K的負公差最少可以按-1mm控制，而正公差不應超過(guò)2mm。鐵道部TB10212“鐵路鋼橋制造規范”規定主要角焊縫尺寸公差是，一般焊縫，并且附加說(shuō)明中還規定手工焊焊縫全長(cháng)的10%允許。水利部SL36“水工金屬結構焊接通用技術(shù)條件”中規定：，我們認為這兩個(gè)標準對角焊縫尺寸公差的規定較為合理。GB50205“鋼結構工程施工及驗收規范”第4.7.20條的表4.7.20中角焊縫正公差沒(méi)有規定，但角焊縫計算厚度不足允許≤0.3+0.05t且≤2mm，每100mm長(cháng)度內不大于25mm。
2 開(kāi)坡口對接焊縫和組合焊縫翼緣側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力傳遞接頭的拉、壓、剪應力，所以開(kāi)多深坡口、取多大焊腳，都要通過(guò)計算來(lái)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(wú)需計算，只是為了改善力流傳遞，要求在翼緣板側加一焊腳K，這就構成了組合焊縫，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條規定：T型接頭、十字接頭、角接接
| 頭等要求焊透的對接和角接組合焊縫，其焊腳尺寸應不小于t/4，見(jiàn)圖5中(a)、(b)、(c)。這是參照日本、德國有關(guān)標準，為減少應力集中，提高抗疲勞性能而規定的；對于吊車(chē)梁上翼緣的焊腳尺寸和起重量大于等于50 t的吊車(chē)梁腹板與上翼緣的連接焊縫的焊腳尺寸K可按t/2選取,見(jiàn)圖5(d)，且不應大于10mm。 | |
| 圖5 |
3 結語(yǔ)
綜上所述，角焊縫焊腳K的選取就是K=t，K=0.7t，K=(0.5～0.6)t三種，要求焊透的組合焊縫K的選取分別是K=t/4和K=t/2且≤10mm
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