(3)辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号,如对接焊缝表面余高的部分需加 工,使其与焊件表面齐平,则可在对接焊缝符号上加一短画,此短画即为辅助符号 (4)当焊缝分面比较复杂时,在标准焊缝代号的同时,可在图形边的焊缝处加粗线 栅线等强调焊缝的重要性(详见附图十九) 第三节焊接残余应力和焊接残余变形 焊接构件在未受荷载时,由于施焊时在焊件上产生局部髙温所形成的不均匀温度 场而引起的内应力和变形,称为焊接应力和焊接变形。它会直接影响到焊接结构的制造 质量、正常使用,并且是形成各种焊接裂纹的因素之一,应在设计、制造和焊接过程中 加以控制和重视。 焊接残余应力的种类和产生的原因 焊接应力有暂时应力与残余应力之分。暂时应力只在焊接过程中一定的温度条件 下存在,当焊件冷却至常温时,暂时应力即行消失。焊接残余应力是指焊件冷却后残留 在焊件内的应力。从结构的使用要求来看,焊接残余应力有着重要意义。残余应力按其 方向可分为纵向、横向和沿厚度方向的应力三种 1.纵向焊接残余应力 焊接过程一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时,焊件上产生不均匀的温度场 焊缝及附近温度最高,可达1600℃以上,其邻近区域则温度急剧下降。不均匀的温度场 将产生不均匀的膨胀。焊缝及附近高温处的钢材膨胀最大,由于受到两侧温度较低,膨 胀较小的钢材的限制,产生了热状态塑性压缩。焊缝冷压时,被塑性压缩的焊缝区趋向 于缩得比原始长度稍短,这种缩短变形受到焊缝两侧钢材的限制,使焊缝区产生纵向拉 应力。在低碳钢和低合金钢中,这种拉应力以常达到钢材的屈服强度。焊接残余应力是 荷载未作用时的内应力,因此会在焊件内部自相平衡,这就必然在距焊缝稍远区域应力。 用三块剪切下料的钢板焊成的工字形截面,纵向焊接残余应力分布(详见附图二十)。 2.横向残余应力 横向残余应力产生的原因有:①由于焊缝纵向收缩,两块钢板趋向于外弯成弓形的 趋势,但在实际上焊缝将两块钢板连成整体,不能分开,于是在焊缝中部将产生横向拉 应力,而在两端产生横向压应力。②焊缝在施焊过程中,先后冷却的时间不同,先焊的 焊缝已经凝固,且具有一定的强度,会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀,使其产生横向 的塑性压缩变形。当焊缝冷却时,后焊焊缝的收缩受到已凝固焊缝的限制而产生横向拉 应力,同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。横向收缩引起的横向应力与施焊方向 及先后次序有关,焊缝的横向残余应力是上述两种原因产生的应力的合成(详见附图二 十一)。 3沿焊缝厚度方向的残余应力 在厚钢板的连接中,焊缝需要多层施焊。因此,除有纵向和横向残余应力(σσ,)
- 25 - (3)辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，如对接焊缝表面余高的部分需加 工，使其与焊件表面齐平，则可在对接焊缝符号上加一短画，此短画即为辅助符号。 (4)当焊缝分面比较复杂时，在标准焊缝代号的同时，可在图形边的焊缝处加粗线、 栅线等强调焊缝的重要性(详见附图十九)。 第三节 焊接残余应力和焊接残余变形 焊接构件在未受荷载时，由于施焊时在焊件上产生局部高温所形成的不均匀温度 场而引起的内应力和变形，称为焊接应力和焊接变形。它会直接影响到焊接结构的制造 质量、正常使用，并且是形成各种焊接裂纹的因素之一，应在设计、制造和焊接过程中 加以控制和重视。 一、焊接残余应力的种类和产生的原因 焊接应力有暂时应力与残余应力之分。暂时应力只在焊接过程中一定的温度条件 下存在，当焊件冷却至常温时，暂时应力即行消失。焊接残余应力是指焊件冷却后残留 在焊件内的应力。从结构的使用要求来看，焊接残余应力有着重要意义。残余应力按其 方向可分为纵向、横向和沿厚度方向的应力三种。 1.纵向焊接残余应力 焊接过程一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场， 焊缝及附近温度最高，可达 1600℃以上，其邻近区域则温度急剧下降。不均匀的温度场 将产生不均匀的膨胀。焊缝及附近高温处的钢材膨胀最大，由于受到两侧温度较低，膨 胀较小的钢材的限制，产生了热状态塑性压缩。焊缝冷压时，被塑性压缩的焊缝区趋向 于缩得比原始长度稍短，这种缩短变形受到焊缝两侧钢材的限制，使焊缝区产生纵向拉 应力。在低碳钢和低合金钢中，这种拉应力以常达到钢材的屈服强度。焊接残余应力是 荷载未作用时的内应力，因此会在焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍远区域应力。 用三块剪切下料的钢板焊成的工字形截面，纵向焊接残余应力分布(详见附图二十)。 2.横向残余应力 横向残余应力产生的原因有：①由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于外弯成弓形的 趋势，但在实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是在焊缝中部将产生横向拉 应力，而在两端产生横向压应力。②焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的 焊缝已经凝固，且具有一定的强度，会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向 的塑性压缩变形。当焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受到已凝固焊缝的限制而产生横向拉 应力，同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。横向收缩引起的横向应力与施焊方向 及先后次序有关，焊缝的横向残余应力是上述两种原因产生的应力的合成（详见附图二 十一）。 3.沿焊缝厚度方向的残余应力 在厚钢板的连接中，焊缝需要多层施焊。因此，除有纵向和横向残余应力( x y )
之外,沿厚度方向还存在着残余应力(a)(详见附图二十二)。这三种应力可能形成比较 严重的同号三轴应力;会大大降低结构连接的塑性。这就是焊接结构易发生脆性破坏的 原因之 以上分析是焊件在无外加约東情况下的焊接残余应力。若焊件施焊时处在约東状 态,如采用强大夹具或焊件本身刚度较大等,焊件将因不能自由伸缩变形而产生更大的 焊边残余应力,且随约東程度增加而增大。 二、焊接残余变形 如前所述,焊接过程中的局部加热和不均匀的冷却收缩,使焊件在产生残余应力的 同时还将伴随产生焊接残余变形,如纵向和横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形和 扭曲变形等(详见附图二十三) 三、焊接残余应力和残余变形的影响 1.焊接应力对结构性能的影响 (1)静力强度对于具有一定塑性的钢材,在静力荷载作用下,因焊接残余应力是 自相平衡力系,它不影响结构的静力强度。 (2)刚度当残余应力与外加荷载的应力同号相加以后,该部分材料将提前进入屈 服阶段,局部形成塑性区而刚度降为零,继续增加的外力将仅由弹性区承担,因此构件 变形将加快,刚度降低 (3)构件的稳定性轴心受压、受弯和压弯构件等可能在荷载引起的压应力作用下, 而丧失整体稳定(即发生屈曲)。这些构件中荷载引起的压应力与截面残余压应力叠加时 会使部分截面提前达到受压屈服强度而进入塑性受压状态。这部分截面丧失了继续承受 荷载的能力,降低了刚度,对保证构件稳定也不再起作用,因而将降低构件的整体稳定 (4)疲劳强度和低温冷脆由于残余应力可能为三向号应力状态,材料在这种应力 状态下易转向脆性,使裂纹容易产生和开展,疲劳强度也因而降低。尤其在低温动载作 用下,更易导致低温脆性断裂。 2.焊接残余变形对结构的影响 焊接残余应力不仅影响结构的尺寸,使装配困难,影响使用质量,而且过大的变形 将显著降低结构的承载能力,甚至使结构不能使用。因此,在设计和制造时必须采取适 当措施来减小残余应力和残余变形的影响。如果残余变形超出验收规范的规定,必须加 以矫正,使其不致影响构件的使用和承载能力。 四、减小焊接残余应力和焊接残余变形的方法 残余应力和残余变形在焊接结构中是相互关连的。若为了减小残余变形,在施焊时 对焊件加强约束,则残余应力将随之增大。反之则相反。因此,随意加强约束并不尽合 理。正确的方法应从设计和制造、焊接工艺上采取一些有效措施。 1.合理的焊缝设计 (1)焊缝尺寸要适当,焊脚尺寸不宜过大,在构造容许范围内,宜用细长焊缝,不
- 26 - 之外，沿厚度方向还存在着残余应力( z )(详见附图二十二)。这三种应力可能形成比较 严重的同号三轴应力；会大大降低结构连接的塑性。这就是焊接结构易发生脆性破坏的 原因之一。 以上分析是焊件在无外加约束情况下的焊接残余应力。若焊件施焊时处在约束状 态，如采用强大夹具或焊件本身刚度较大等，焊件将因不能自由伸缩变形而产生更大的 焊边残余应力，且随约束程度增加而增大。 二、焊接残余变形 如前所述，焊接过程中的局部加热和不均匀的冷却收缩，使焊件在产生残余应力的 同时还将伴随产生焊接残余变形，如纵向和横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形和 扭曲变形等(详见附图二十三)。 三、焊接残余应力和残余变形的影响 1.焊接应力对结构性能的影响 (1)静力强度 对于具有一定塑性的钢材，在静力荷载作用下，因焊接残余应力是 自相平衡力系，它不影响结构的静力强度。 (2)刚度 当残余应力与外加荷载的应力同号相加以后，该部分材料将提前进入屈 服阶段，局部形成塑性区而刚度降为零，继续增加的外力将仅由弹性区承担，因此构件 变形将加快，刚度降低。 (3)构件的稳定性 轴心受压、受弯和压弯构件等可能在荷载引起的压应力作用下， 而丧失整体稳定(即发生屈曲)。这些构件中荷载引起的压应力与截面残余压应力叠加时， 会使部分截面提前达到受压屈服强度而进入塑性受压状态。这部分截面丧失了继续承受 荷载的能力，降低了刚度，对保证构件稳定也不再起作用，因而将降低构件的整体稳定 性。 (4)疲劳强度和低温冷脆 由于残余应力可能为三向号应力状态，材料在这种应力 状态下易转向脆性，使裂纹容易产生和开展，疲劳强度也因而降低。尤其在低温动载作 用下，更易导致低温脆性断裂。 2.焊接残余变形对结构的影响 焊接残余应力不仅影响结构的尺寸，使装配困难，影响使用质量，而且过大的变形 将显著降低结构的承载能力，甚至使结构不能使用。因此，在设计和制造时必须采取适 当措施来减小残余应力和残余变形的影响。如果残余变形超出验收规范的规定，必须加 以矫正，使其不致影响构件的使用和承载能力。 四、减小焊接残余应力和焊接残余变形的方法 残余应力和残余变形在焊接结构中是相互关连的。若为了减小残余变形，在施焊时 对焊件加强约束，则残余应力将随之增大。反之则相反。因此，随意加强约束并不尽合 理。正确的方法应从设计和制造、焊接工艺上采取一些有效措施。 1.合理的焊缝设计 (1) 焊缝尺寸要适当，焊脚尺寸不宜过大，在构造容许范围内，宜用细长焊缝，不
宜采用较粗短焊缝 (2)焊缝不宜过分集中,并应尽量避免三向焊缝交叉。当不可避免时,应采取措施 加以改善,也可使主要焊缝连续通过,而使次要焊缝中断(详见附图二十四) 2.合理安排焊接及制造工艺 (1)在焊接工艺上,应选择使焊件易于收缩并可减小残余应力的焊接次序,如分段 退焊、分层焊、对角跳焊和分块拼焊等(详见附图二十五)。 (2)在制造工艺上,可采用预先反变形、对厚钢板焊前预热(在焊道两侧各80~100mm 范围均匀加热到100℃~150℃)及焊后退火(加热至600℃后缓冷)或锤击法(用手锤轻 击焊缝表面使其延伸,以减小焊缝中部分残余拉应力)等 (3)对焊件尺寸收缩,应在下料时预加收缩余量。当焊接残余变形过大时,可采用 机械方法顶压进行冷矫正或局部加热后冷缩进行矫正。但对于低合金钢不宜使用锤击方 法进行矫正 第四节焊接连接的构造和计算 在钢结构的焊接连接较多的采用对接焊接和角接焊接,对接焊接传力直接、平顺 没有显著的集力集中现象。角焊缝构造简单,施工方便,但静力性能特别是动力性能较 、对接焊缝的计算 1.在与其长度方向垂直的轴心拉力或轴心压力作用下: 5∫,或f 式中N一一轴心拉力或压力 l——焊缝长度 L——焊缝厚度,在对接接头中为连接件的较小厚度,在T形接头中为腹板的厚 ∫"、∫"——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值 2在正应力和剪应力作用时 σ≤f"或f。 T≤ f∫ 式中∫"——对接焊缝的抗剪强度设计值。 在同时受有较大正应力和剪应力处,尚应按下式的折算应力计算其强度: r2≤1.1f" 1.当承受轴心力的板件用斜焊缝对接,焊缝与作用力间的夹角b符合1g0≤1.5时,其强度
- 27 - 宜采用较粗短焊缝。 (2) 焊缝不宜过分集中，并应尽量避免三向焊缝交叉。当不可避免时，应采取措施 加以改善，也可使主要焊缝连续通过，而使次要焊缝中断(详见附图二十四)。 2.合理安排焊接及制造工艺 (1)在焊接工艺上，应选择使焊件易于收缩并可减小残余应力的焊接次序，如分段 退焊、分层焊、对角跳焊和分块拼焊等(详见附图二十五)。 (2)在制造工艺上，可采用预先反变形、对厚钢板焊前预热(在焊道两侧各 80～100mm 范围均匀加热到 100℃～150℃ )及焊后退火(加热至 600℃后缓冷)或锤击法(用手锤轻 击焊缝表面使其延伸，以减小焊缝中部分残余拉应力)等。 (3) 对焊件尺寸收缩，应在下料时预加收缩余量。当焊接残余变形过大时，可采用 机械方法顶压进行冷矫正或局部加热后冷缩进行矫正。但对于低合金钢不宜使用锤击方 法进行矫正。 第四节 焊接连接的构造和计算 在钢结构的焊接连接较多的采用对接焊接和角接焊接，对接焊接传力直接、平顺、 没有显著的集力集中现象。角焊缝构造简单，施工方便，但静力性能特别是动力性能较 差。 一、对接焊缝的计算 1．在与其长度方向垂直的轴心拉力或轴心压力作用下： w c w t w f f l t N = 或 式中 N ——轴心拉力或压力； w l ——焊缝长度； w t ——焊缝厚度，在对接接头中为连接件的较小厚度，在 T 形接头中为腹板的厚 度； w t f 、 w c f ——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。 2.在正应力 和剪应力 作用时： w c w t f 或f w v f 式中 w v f ——对接焊缝的抗剪强度设计值。 在同时受有较大正应力和剪应力处，尚应按下式的折算应力计算其强度： w t 3 1.1 f 2 2 + 注：1.当承受轴心力的板件用斜焊缝对接，焊缝与作用力间的夹角 符合 tg 1.5 时，其强度