焊接设计实例分享

题1：图3-8所示为搭接焊缝，b=100mm，h=150mm，腰高k=8mm，被焊材料为Q215，焊缝没有特殊要求。若所受的外力为F=40kN，离焊缝形心距离为l=200mm，试问：

1）选择焊接方法。

2）选择焊条型号。

3）校核焊缝强度。

解：

1.选择焊接方法

因为被焊材料为Q215，焊缝没有特殊要求，因此选择手工焊接。

图3-8 焊接设计实例题1图

2.选择焊条型号

焊条一般选择碳钢焊条，考虑无特殊要求，查表3-14碳钢焊条，选择E43系列氧化铁型焊条。因为是平焊，因此可采用E4322焊条。从表3-14可知：其熔敷金属抗拉强度≥420MPa。

3.校核焊缝强度

本题应首先将外力F向焊缝形心O平移为一横向力F′和力矩M，再分别求出由F′造成焊缝的y向应力和由M造成焊缝的x向应力，然后向量合成，再验算强度。

（1）计算焊缝形心O处所受的载荷

（2）计算焊缝尺寸

计算剖面高：a=0.7k=0.7×8mm=5.6mm

外廓尺寸：B=b+a=（100+5.6）mm=105.6mm

H=h+2a=（150+2×5.6）mm=161.2mm

（3）计算F′造成的焊缝应力

（4）计算M造成的焊缝应力τ_M

有两种求法：

1）按弯曲应力极限状态计算。假设沿焊缝的应力相等，M由一对水平焊缝的力偶和一条垂直焊缝的力矩平衡，即

M=τ_MaB（h+a）+τ_Mah²/b

因此

2）按弯曲应力弹性状态计算。假设焊缝应力大小与离中性轴x的距离成正比，最大应力发生在y_max处，其最大应力为：

讨论：此两法由于假设不同，焊缝应力值略有差别。方法1）认为各处应力相等，故应力值较小，现取τ_M=73.8MPa。

（5）计算焊缝合成应力

查表3-13焊缝的静载许用应力，因被焊材料为Q215，因此焊缝许用应力为[τ′]=140MPa。

因此验算强度合格。

题2：如图3-9所示，拟将等边角钢A与钢板B焊接在一起。角钢与钢板材料均为Q235钢，承受静载荷F=10⁵N。角钢边长为b=63mm，厚度为5mm，剖面质心到一侧边的距离e₁=17.4mm。设钢板和角钢强度足够，载荷通过角钢的剖面质心，试求：

1）确定焊接方法。

2）选择焊条牌号、确定焊缝的许用应力。

3）计算焊缝l₁，l₂的长度。

解：

1.确定焊接方法

因为被焊材料为Q215，焊缝没有特殊要求，因此选择手工焊接。

图3-9 焊接设计实例题2图

2.选择焊条型号

焊条一般选择碳钢焊条，考虑无特殊要求，查表3-14碳钢焊条，选择E43系列氧化铁型焊条。本题采用钛钙型E4303焊条。

从表3-13焊缝静载许用应力查得焊缝的许用应力[τ]=140MPa。又由注可知：对于单边焊接的角钢，各许用应力降低25%，因此焊缝的许用应力为

3.计算焊缝l₁，l₂的长度

（1）计算两侧焊缝承受的载荷

（2）求两侧焊缝长度

取焊脚与角钢厚度相同，即k=5mm，则

注意：因外力作用线通过等边角钢剖面质心，所以两侧焊缝承受载荷不相等，焊缝长度也不相等。

题3：如图3-10所示的焊接接头，被焊件材料均为Q235钢，两块钢板的厚度分别为：b=170mm，b₁=80mm，板厚δ=12mm，承受静载荷F=0.4MN，试问：

1）选择焊接方法。

2）选择焊条牌号。

3）校核该接头的强度。

4）如承受变载荷F_max=0.4MN，F_min=0.2MN，接头强度能否满足要求？(www.xing528.com)

解：

1.确定焊接方法

因为被焊材料为Q215，焊缝没有特殊要求，因此选择手工焊接。

图3-10 焊接设计实例题3图

2.选择焊条型号

焊条一般选择碳钢焊条，考虑无特殊要求，查表3-14碳钢焊条，选择E43系列氧化铁型焊条。本题采用钛钙型E4303焊条。

3.校核该接头的强度

从表3-13焊缝静载许用应力查得焊缝的许用应力：[τ]=140MPa，[σ′]=180MPa。

对接焊缝所能承受的载荷分别为

焊缝所能承受的总载荷为：FΣ=F₁+F₂=（367.2+188.16）kN=555.36kN

由于焊缝所受到的工作载荷为：F=400kN，所以满足强度条件。

4.因为承受变载荷，因此焊缝的许用应力应考虑降低系数γ

因此图中的对接焊缝的许用应力为：[σ′]=180÷1.33MPa=135MPa对接焊缝所能承受的载荷分别为

焊缝所能承受的总载荷为：FΣ=F₁+F₂=（275.4+188.16）kN=463.56kN

由于焊缝所受到的工作载荷为：F=400kN，所以满足强度条件。

题4：图3-11所示为不对称侧面角焊缝，已知被焊件材料为Q235钢，角钢尺寸为（100×100×10）mm，截面形心c到一边外侧的距离a=28.4mm，静载荷F=0.35MN。

图3-11 焊接设计实例题4图

1）试设计该不对称侧面角焊缝。

2）如果改为80mm×80mm×8mm的角钢和钢板构成侧焊缝，角钢的剖面积为：A=1230.3mm，角钢抗拉许用应力[σ]=200MPa，从手册查得角钢的数据如下：e₁=22.7mm，试由等强度条件确定两个焊缝的长度。

解：

1.因为被焊材料为Q235，焊缝没有特殊要求，因此选择手工焊接。

焊条一般选择碳钢焊条，考虑无特殊要求，查表3-14碳钢焊条，选择E43系列氧化铁型焊条。本题采用钛钙型E4303焊条。

焊缝腰长k=δ=10mm，从表3-13焊缝静载应力查得：焊缝的许用切应力：[τ]=140MPa，[σ′]=180MPa

（1）求两侧焊缝承受的载荷

（2）求两侧焊缝长度：

已知k=10mm，则

2.按抗拉强度条件求角钢允许的承载力

求侧焊缝长度：

式中取腰高k=8mm。

联立此两式，可解得：l₁=224.8mm，l₂=89.05mm，圆整后取：l₁=225mm，l₂=90mm。

图3-12 焊接设计实例题5图

题5：如图3-12所示：被焊接板的材料为Q255，搭接焊缝尺寸如图，腰高k=8mm，若受到静拉力F=130kN，试问：

1）焊缝强度是否足够？

2）若F改为变载荷，循环特性r=0.5，其他条件不变，试问焊缝强度够否？

解：

1.从图3-12可知：焊缝总长l=[2×60+20+2×（80-60）/cos45°]mm=196.6mm

因为被焊材料为Q255，焊缝没有特殊要求，焊条一般选择碳钢焊条，查表3-14碳钢焊条，选择E43系列氧化铁型焊条。

焊缝腰高k=δ=8mm，从表3-13焊缝静载许用应力查得焊缝的许用切应力：[τ]=140MPa。

焊缝所受的切应力为：

因此焊缝强度足够。

2.F改为变载荷时，焊缝许用应力降低系数为

式中：查表3-15系数a、b的数值，被焊件为碳钢钢板，因此：a=2，b=1.2。因为题目已给循环特性r=0.5，也就是

因此焊缝的许用应力为：[τ]_v=γ[τ]=0.714×140MPa=100MPa由（1）计算结果可知：τ=118MPa＞[τ′]_v=100MPa，故焊缝强度不足。