另外，焊缝表面经过机械加工，将使应力集中程度大大减小，此时的对接接头疲劳强度也相应地提高。只有采用实际生产中很少应用的、非常高的焊接热输入焊接，才能使热影响区对应力集中的敏感性下降，其疲劳强度可比母材高得多。在实际的焊接结构中，如果热影响区的尺寸变化不大，就不会降低焊接接头的疲劳强度。......
2023-06-15
焊接接头强度的计算方法
【摘要】：（三）T形接头的静载强度计算1.载荷平行于T形接头焊缝的强度计算这类T形接头在焊接时有两种坡口形式，其一是开I形坡口时，计算公式为：其二是开坡口并熔透，强度应按对接接头计算，焊缝金属横截面积A=δh，由于焊缝最上端是产生最大应力的危险点，在这点将同时有两个切应力作用，一个是由F力引起的τF，另一个是由M=FL引起的τM。
（一）对接接头的静载强度计算
1.受拉应力计算
式中 σt——焊缝所承受的拉应力（MPa）；
[σt′]——焊缝的许用拉应力（MPa）；
F——焊接接头所承受的拉力（N）；
l——焊缝长度（mm）；
δ——焊接接头中较薄处的板材厚度（mm）。
受拉应力的焊缝，如图12-12a所示。
图12-12 焊缝受力图
a）受拉应力焊缝 b）受拉应力斜焊缝 c）受压应力焊缝 d）受切应力焊缝 e）受板平面内弯矩焊缝 f）受垂直板面弯矩焊缝
例1 两块板厚δ=10mm的Q235—A钢板对接焊，已知焊缝长度l=100mm，Q235—A钢的许用拉应力[σt′]=167MPa，求该焊缝能承受的最大的拉力，如图12-12a所示。
解：由
得F≤[σt′]δl
故F≤167MPa×10mm×100mm=167×103N=167kN
答：该焊缝能承受最大167kN的拉力。
例2 钢板斜对接焊缝，如图12-12b所示。焊缝长度l=433mm，板厚δ=5mm，焊缝许用应力为[σt′]=240MPa，焊缝倾斜角为60°，求此斜焊缝能承受的最大的拉力。
解：根据焊缝强度计算公式，得
故
答：此斜焊缝能承受的最大拉力是600kN。
2.受压应力的计算
焊缝受压应力如图12-12c所示。其强度计算公式如下：
式中 σp——焊缝所承受的压应力（MPa）；
[σp′]——焊缝的许用压应力（MPa）；
F——焊接接头所承受的压力（N）；
l——焊缝长度（mm）；
δ——焊接接头中较薄处的板材厚度（mm）。
例3 两块板厚δ=10mm的Q235—A钢板对接焊，焊缝承受压力F=167kN（见图12-12c），求该焊缝的最短长度l。
已知：δ=10mm，F=167kN，[σp′]=167MPa
解：
答：该焊缝长度最短为100mm。
3.受切应力的计算
焊缝受切应力（见图12-12d）。其强度计算公式如下：
式中 τ——焊缝所承受的切应力（MPa）；
[τ′]——焊缝的许用切应力（MPa）；
F——焊接接头所承受的切力（N）；
l——焊缝长度（mm）；
δ——焊接接头中较薄处的板材厚度（mm）。
例4 钢材对接焊接时承受切应力，当焊缝长度l=200mm，板厚δ=10mm时，求焊缝能承受最大的切力是多少？
已知：l=200mm，δ=10mm，[τ′]=100MPa
解：
F≤[τ′]lδ=100N/mm2×10mm×200mm=200×103N=200kN
答：该结构焊缝能承受最大200kN的切力。
4.受板平面内弯矩的焊缝强度计算
受板平面内弯矩时的焊缝形式如图12-12e所示。其强度计算公式如下：
式中 σt——焊缝所承受的应力（Pa）；
[σt′]——焊缝的许用应力（Pa）；
M——板平面内弯矩（N·m）；
l——焊缝长度（m）；
δ——焊缝接头中较薄的板材厚度（m）。
例5 板对接焊焊缝长度为l=200mm，板厚δ=18mm，求焊接接头焊缝受平面内弯矩时所能承受的最大弯矩。
已知：l=200mm，δ=18mm，[σt′]=200MPa
解：
答：该焊缝能承受最大24×103N·m的板平面内弯矩。
5.受垂直板平面内弯矩的强度计算
受垂直板平面内弯矩时的焊缝形式如图12-12f所示，其强度计算公式如下：
式中 σt——焊缝所承受的应力（Pa）；
[σt′]——焊缝的许用应力（Pa）；
M——垂直板平面内弯矩（N·m）；
l——焊缝长度（m）；
δ——焊接接头中较薄的板材厚度（m）。
（二）搭接接头的静载强度计算
1.受拉、压搭接接头的强度计算
这种搭接形式的接头，由于焊缝和受力方向相对位置的不同，可以分成正面受拉、压，侧面搭接受拉、压和联合受拉、压等三种情况，如图12-13所示。其计算公式如下：
式中 F——搭接接头所受的拉力或压力（N）；
∑l——焊缝总长（mm）；
K——焊脚尺寸（mm）；
τ——搭接接头焊缝所承受的切应力（MPa）；
[τ′]——焊缝金属许用切应力（MPa）。
图12-13 各种搭接接头的受力情况
a）搭接接头示意图 b）正面受拉、压力 c）侧面受拉、压力 d）联合受拉、压力
例6 两个等厚板搭接焊接，正面焊缝受拉力84000N，板宽（焊缝长）为100mm，求该正面角焊缝的最小焊脚尺寸。
已知：[τ′]=100MPa，F=84000N，l=100mm
解：
答：角焊缝的焊脚尺寸为6mm。
2.受弯矩搭接接头的强度计算
受弯矩搭接接头焊缝如图12-13所示，三面角焊缝的搭接接头，外接力矩M应和垂直焊缝所产生的内力矩MV和水平焊缝产生的内力矩MH之和平衡，即M=MV+MH。当焊缝熔深不大时为：
水平焊缝力矩：MH=0.7Kl（h+K）τ，
垂直焊缝力矩：
，
式中 τ——焊缝所承受的切应力（MPa）；
[τ′]——焊缝的许用切应力（MPa）；
K——焊脚尺寸（mm）；
h、l——搭接焊缝长度（mm）。
例7 两板搭接焊接，如图12-14所示。受弯矩M=84000N·m，角焊缝焊脚尺寸K=6mm，焊缝长l=100mm，h=204mm，求该结构所能承受的最大切力。
解：
图12-14 受弯矩搭接接头
答：该结构所能承受的最大切应力是92.2MPa。
（三）T形接头的静载强度计算
1.载荷平行于T形接头焊缝的强度计算
这类T形接头在焊接时有两种坡口形式，其一是开I形坡口时，计算公式为：
其二是开坡口并熔透，强度应按对接接头计算，焊缝金属横截面积A=δh，由于焊缝最上端是产生最大应力的危险点，在这点将同时有两个切应力作用，一个是由F力引起的τF，另一个是由M=FL引起的τM。因为τM和τF两个切应力是相互垂直的，所以合成切应力为：
式中 F——作用于T形接头并平行于焊缝的载荷（N）；
L——载荷与焊缝的距离（m）；
K——焊脚尺寸（m）；
l——焊缝长度（m）；
δ——T形接头板厚（m）；τM、τF——分别为由弯矩和载荷引起的切应力（Pa）。
载荷平行于T形接头焊缝的形式如图12-15所示。
例8 某T形接头（见图12-15）。角焊缝K=10mm，I形坡口焊接，受平行于焊缝的载荷F=35000N作用，焊缝长l=300mm，与载荷距离L=700mm，试校核该T形接头是否安全。
已知：K=10mm=1×10-2m；F=35000N；l=300mm=3×10-1m；L=700mm=7×10-1m；[τ′]=100MPa
图12-15 载荷平行于焊缝的T形接头
解：
答：该T形接头不安全。
2.弯矩垂直作用于板面的T形接头强度计算
T形接头焊缝，在受到垂直板面弯矩作用时（见图12-16）。焊缝开何种形式坡口，是否焊透，对整个结构受力有很大影响，焊缝所受切应力的计算方法也有所不同。焊缝所受的切应力有两种计算方法：其一是当T形接头板开坡口要求焊透时，其强度可按对接接头计算；其二是T形接头板开I形坡口施焊时，则切应力计算公式如下：
式中 M——垂直于T形接头板面的弯矩（N·m）；
W——截面模数（m3）；
K——焊脚尺寸（m）；
l——焊缝长度（m）；
δ——T形接头板厚（m）；
τ——焊缝所承受的切应力（Pa）；
[τ′]——焊缝所承受的许用切应力（Pa）。
图12-16 受垂直板面弯矩的T形接头
例9 T形接头受垂直于板面弯矩M的作用，已知焊缝长l=100mm，板厚δ=6mm，焊脚尺寸K=10mm，[τ′]=100MPa，求该T形接头能承受的最大弯矩M。
已知：焊缝长l=100mm=1×10-1m；板厚δ=6mm=6×10-3m；K=10mm=1×10-2m；[τ′]=100MPa。
解：由 
得 M=W[τ′]
又 
答：该T形接头能承受的最大弯矩为648N·m。
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