T形接頭組合焊縫及角焊縫焊腳K的選取

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(guó)三峽總公司金結(jié)檢測(cè)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(jī)械性能和使用性能。傳統(tǒng)的觀(guān)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(duì)這種保守理念，提出按等強(qiáng)度理論計(jì)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(wú)謂的浪費(fèi)。

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(hào)：TG 44               文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

　　根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T3375“焊接術(shù)語(yǔ)”規(guī)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(duì)接焊縫(圖2)。考慮到應(yīng)力傳遞和應(yīng)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(duì)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)。

圖1	圖2	圖3

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(qiáng)度計(jì)算：

　　式中：t—垂直板板厚mm
　　　　　[σ]—鋼材抗拉、壓許用應(yīng)力MPa
　　　　　[τ]—鋼材抗剪切許用應(yīng)力MPa
　　　　　K—焊腳尺寸mm

　　將(2)式代入(1)式得：

　　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(qiáng)度計(jì)算：

　　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受壓區(qū)失穩(wěn)而設(shè)置的，它的焊縫一般不作受力計(jì)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(shè)置不外乎以上幾種形式,但我們發(fā)現(xiàn)不少設(shè)計(jì)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(qū)尺寸、加大了焊接應(yīng)力和變形，還浪費(fèi)了材料和工時(shí)，并且對(duì)強(qiáng)度沒(méi)有任何好處。把應(yīng)該是8mm焊腳焊成16mm，所浪費(fèi)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(qiáng)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(duì)角焊縫也是如此。如有些標(biāo)準(zhǔn)就有這樣規(guī)定：手工焊 ，自動(dòng)焊 。按照該規(guī)定，假如設(shè)計(jì)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(rèn)為這是一種無(wú)謂的浪費(fèi)，既然所有設(shè)計(jì)都有安全系數(shù),而且我們?nèi)〉陌踩禂?shù)都比國(guó)外大,那么角焊縫焊腳公差為什么沒(méi)有負(fù)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(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(guò)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差是，一般焊縫，并且附加說(shuō)明中還規(guī)定手工焊焊縫全長(zhǎng)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(yàn)收規(guī)范”第4.7.20條的表4.7.20中角焊縫正公差沒(méi)有規(guī)定，但角焊縫計(jì)算厚度不足允許≤0.3+0.05t且≤2mm，每100mm長(zhǎng)度內(nèi)不大于25mm。

2 開(kāi)坡口對(duì)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(duì)接焊縫和組合焊縫不要求焊透，那么它仍然靠焊縫的計(jì)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(kāi)多深坡口、取多大焊腳，都要通過(guò)計(jì)算來(lái)確定，計(jì)算方法可參照前面提到的角焊縫計(jì)算方法進(jìn)行。這種焊縫與角焊縫相比，在相同計(jì)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(duì)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(qiáng)度焊縫，只要焊條是按等強(qiáng)度選用的，這種接頭無(wú)需計(jì)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(jì)算，所以對(duì)組合焊縫的焊腳K要求不大。GB50205中4.7.13條規(guī)定：T型接頭、十字接頭、角接接

頭等要求焊透的對(duì)接和角接組合焊縫，其焊腳尺寸應(yīng)不小于t/4，見(jiàn)圖5中(a)、(b)、(c)。這是參照日本、德國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為減少應(yīng)力集中，提高抗疲勞性能而規(guī)定的；對(duì)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(yīng)大于10mm。
	圖5

3 結(jié)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