焊缝强度计算

~ 焊缝校核

许多设计人员对焊缝的校核不够重视，原因之一是规范中关于焊缝校核的方法不够明确，另一个原因是大多数设计人员按照常规要求设计焊接节点，只要满足一定的焊脚高度，就能保证角焊缝的强度。

当然，国内许多标准对焊缝的校核也增加了一些要求，例如2018版的吊耳规范、常压容器支腿、新的容器支座等。以下图片展示了常压容器支腿焊缝的校核，公式非常经典。其中焊缝系数0.49的来源将在下文中说明。

在国外规范中，很多时候都需要进行焊缝强度校核，例如ASME中对开孔补强各条路径的要求校核焊缝强度。

对于焊缝的许用强度也有详细的规定，UW-15（c）：

上文提到的剪切角焊缝的焊缝系数0.49，与规定完全吻合。

角焊缝计算方法

如何进行角焊缝的校核呢？

角焊缝的校核方法有很多，一方面可以参考支腿的垫板或压力容器手册，另一方面可以参考《Pressure vessel design handbook》一书。

书中第10章焊缝设计讲解得非常详细，包括图表、讲解和例题，是核算焊缝的超级指南。

对于焊缝的弯曲应力校核，需要先计算焊缝的惯性矩Zw。

例如对于双面焊接的筋板，首先按照第4行的公式计算Zw。

然后计算垫板处的弯矩M。

弯矩引起的单位长度上的载荷：f1=M/Zw

如果有剪切力F，剪切力引起的单位长度上的载荷：f2=F/(2*d+2*b)

f=sqrt(f1*f1+3*f2*f2)

焊缝许用应力为fw=0.49*S

所需要的焊脚高度为tw=f/fw

然后考虑适当的安全系数，确定焊角高度。

为什么结果和感觉不一致

很多时候经过计算，会发现需要的角焊缝数量很少。

例如，对于一台10吨的设备，根据上述步骤计算其耳座垫板焊缝高度，结果显示角焊缝可能只需要1mm。这结果让人怀疑，这个计算准确吗？

当然，没有公司会因为计算结果只需要1mm而真的采用1mm。你敢算，我不敢用啊。

为什么计算结果那么激进呢？

个人认为其中最重要的一点是，把焊缝想象得太完美。认为焊缝能够完美传递载荷，共同承受载荷。而实际上这一点无法完全做到。因此，很多时候，实际的承载能力和理论承载能力有很大的差距。

例如，垫板太薄、焊脚高度小，不能像厚垫板一样迅速将载荷传递到整个焊缝截面，往往只有局部的焊缝承受了载荷。一半受拉一半受压，难以承受。

此时，迎接载荷的局部焊缝处，应力值大幅上升，首先造成破坏，继而发生连锁反应，造成焊缝链式破坏。

假设矩形焊缝只有整体一半的长度承受了载荷，那么其抗弯模量需要按照如下公式进行。

长度降低了一半，抗弯模量可能降低到原来的1/5。可以说是大幅度降低。这一点和外压加强圈类似，整圈的承载能力比断开的承载能力要大很多。

外压加强圈能断开吗？

因此，计算焊缝时，不仅仅是代入公式计算，而且需要考虑焊缝的整体性。

规范中的焊缝

侧壁式吊耳的焊缝是一个非常好的示例。

通过内凹设计，增加了焊缝长度和面积，在不影响成本的情况下，保证了各项强度，可以说是一个非常优秀的结构。

轴式吊耳的焊接节点，其中吊管的焊接宽度为定值10mm。对于特别重的设备，其焊缝强度一般是不够的。

因此，建议在轴耳内部增加焊缝高度。

校核焊缝强度时，需要仔细比较垫板的厚度和焊缝高度，例如，很多设备本体很厚，但耳座采用的是NB标准耳座，其垫板较薄时，尤其需要检查。

焊脚高度宜按照保守考虑（小于一半的长度），校核其焊脚高度是否足够。

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秦皇岛市19621659208： 焊缝强度计算? - ？
田韵更昔： 焊缝受力宽度: 焊脚高*cos45°=(数值1) mm 受力面积: (数值1)*焊缝长=(数值2) mm^2J506焊条许用应力为:167N/mm^2≈17 kg/mm^2 用于起重钢结构,焊缝系数φ=0.8此焊缝能承受的最大拉力为:(数值2)*17*0.8=(数值3) kg

秦皇岛市19621659208： 焊缝的强度如何计算? - ？
田韵更昔： 按照确定的焊接工艺规程,由具备焊接资格的人员对焊接试板的焊缝进行焊接,焊接以后再按国家标准规定做好该焊缝的拉伸、冲击试验,通过专用的拉伸试验机和冲击试验机测试其性能.如果各项实测的性能指标均符合规定要求,则将该焊接工艺确定为《焊接工艺评定》资料.以后,只要是同样材料、同样焊缝尺寸和结构型式,由具备焊接资格的人员采用《焊接工艺评定》规定进行焊接,上述性能试验数据就可以作为该焊缝的强度.所以,《焊接工艺评定》是十分重要的资料,必须在施焊前完成.没有《焊接工艺评定》,就不能保证焊缝的强度.

秦皇岛市19621659208： 跪求焊缝的强度计算方式,还有安全系数的计算.最好是液压件中液压缸上法兰焊缝的强度计算方法. - ？
田韵更昔：[答案] 那个没办法弄上来.公式打起来十分困难,内容也很多.你去查《机械设计手册》第5本,里面有焊缝强度的计算公式和计算方法.

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田韵更昔： 压力挡调适合即可,要看是对什么进行作业,

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田韵更昔： 展开全部1、如果是要算钢筋焊接接头的焊缝长度则按下面的要求做: 钢筋采用焊接接头时,焊接长度:单面焊10d,双面焊5d. 2、如果要计算焊接接头的抗拉强度那就要根据焊缝的大小,受力特点及材料物理性质计算了,理论计算总是不能真实反映其实际强度的

秦皇岛市19621659208： 扭矩作用下焊缝强度计算的基本假定是什么?如何求得焊缝最大应力 - ？
田韵更昔： 荷载弯矩效应产生正应力;拉伸效应产生正应力;扭矩、剪切效应产生剪应力.焊缝根据其受力状况按规范规定计算正应力或剪应力.角焊缝既存在弯矩又存在扭矩情况下,既要计算正应力,又要计算剪应力,还要计算由正应力与剪应力合成的主拉应力.

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田韵更昔： 受拉或受压静载强度计算:接头受拉或受压时焊缝中所承受的应力=焊缝所受的拉力或压力/焊缝长度*接头中较薄板厚度