T形接头组合焊缝及角焊缝焊脚K的选取
陈奎昌 高景荣
(中国三峡总公司金结检测中心)
摘要：T形接头是钢结构中常用的焊接接头形式，焊脚尺寸的大小直接关系到结构件的机械性能和使用性能。传统的观念认为焊缝是结构中的薄弱环节，越大越放心。针对这种保守理念，提出按等强度理论计算出焊脚尺寸K，不仅可以减小热影响区范围，还可以减少无谓的浪费。
关键词： T形接头； 角焊缝； 组合焊缝； 焊脚尺寸
中图分类号：TG 44 文献标识码：B
根据国标GB/T3375“焊接术语”规定，T形接头的焊缝型式有两种：一种是不开坡口的叫角焊缝(图1)；一种是开单边V形或K形坡口的没有焊脚的焊缝叫对接焊缝(图2)。考虑到应力传递和应力集中的问题，一般都要有一个焊脚,如图3所示，这种焊缝是由对接焊缝加角焊缝组成的，所以也叫组合焊缝。有关角焊缝的外形尺寸名称见图4(a为凸形角焊缝，b为凹形角焊缝)。
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| 图1 | 图2 | 图3 |
| 图2所示的对接焊缝是很少采用的，因为这种接头断面变化太大，在拐角处将引起很大的应力集中，易导致接头的脆性破坏和疲劳破坏。 | |
| 图4 |
1 角焊缝焊脚K的选取
(1) 接头焊缝传递拉、压应力，按等强度计算：
| [σ]×t=2×0.7K[τ] | (1) |
式中：t—垂直板板厚mm
[σ]—钢材抗拉、压许用应力MPa
[τ]—钢材抗剪切许用应力MPa
K—焊脚尺寸mm
| ∵[τ]=0.7[σ] | (2) |
将(2)式代入(1)式得：
| [σ]×t=2×0.7K×0.7[σ] |
则 t=0.98K
一般按K=t选取。
(2) 接头焊缝传递剪应力，按等强度计算：
| [τ]×t=2×0.7K[τ] | (3) |
则 t=1.4K 即 K=0.714 t
一般按K=0.7t 选取。
(3) 梁柱系腹板受压区的加劲板的T形接头角焊缝
这种接头主要是为防止梁柱腹板受压区失稳而设置的，它的焊缝一般不作受力计算，通常按加劲板板厚的0.5～0.6倍选取，一般不小于6mm。
角焊缝的设置不外乎以上几种形式,但我们发现不少设计图纸选取的焊脚尺寸普遍偏大，象水工闸门主梁、底梁、边梁的劲板，板厚14mm，角焊缝焊脚取到，如果按上限控制，K可以焊到16mm，这不仅加大了热影响区尺寸、加大了焊接应力和变形，还浪费了材料和工时，并且对强度没有任何好处。把应该是8mm焊脚焊成16mm，所浪费的材料和工时，不是成1～2倍而是成4倍的增加。焊接材料和焊接工艺发展到今天，已经可以按等强度考虑。有些同志认为焊缝是结构中的薄弱环节，越大越放心，甚至一些标准、规范对角焊缝也是如此。如有些标准就有这样规定：手工焊，自动焊。按照该规定，假如设计要求K=6mm的角焊缝，焊到9mm也是可以的，但焊缝尺寸增加了50%，焊缝金属为原来的2.25倍。我们认为这是一种无谓的浪费，既然所有设计都有安全系数,而且我们取的安全系数都比国外大,那么角焊缝焊脚公差为什么没有负公差?还有,自动焊由于其电流密度大,在角焊缝直角端形成的熔深比手工焊大许多，而其焊脚公差反而比手工焊的大，这也不合适。由于角焊缝的受力断面是0.7K的焊喉，自动焊既然有较大的熔深那么受力断面也相应增大，K的负公差最少可以按-1mm控制，而正公差不应超过2mm。铁道部TB10212“铁路钢桥制造规范”规定主要角焊缝尺寸公差是，一般焊缝，并且附加说明中还规定手工焊焊缝全长的10%允许。水利部SL36“水工金属结构焊接通用技术条件”中规定：，我们认为这两个标准对角焊缝尺寸公差的规定较为合理。GB50205“钢结构工程施工及验收规范”第4.7.20条的表4.7.20中角焊缝正公差没有规定，但角焊缝计算厚度不足允许≤0.3+0.05t且≤2mm，每100mm长度内不大于25mm。
2 开坡口对接焊缝和组合焊缝翼缘侧K的选取
假如图2、图3所示的对接焊缝和组合焊缝不要求焊透，那么它仍然靠焊缝的计算厚度断面的抗剪应力传递接头的拉、压、剪应力，所以开多深坡口、取多大焊脚，都要通过计算来确定，计算方法可参照前面提到的角焊缝计算方法进行。这种焊缝与角焊缝相比，在相同计算断面的情况下，焊脚尺寸可以大大减少，传力效果也有所改善。图2、图3所示的对接焊缝如果要求焊透，那么焊缝的传力性质就变了。它是一种等强度焊缝，只要焊条是按等强度选用的，这种接头无需计算，只是为了改善力流传递，要求在翼缘板侧加一焊脚K，这就构成了组合焊缝，由于所加的焊脚不参与受力计算，所以对组合焊缝的焊脚K要求不大。GB50205中4.7.13条规定：T型接头、十字接头、角接接
| 头等要求焊透的对接和角接组合焊缝，其焊脚尺寸应不小于t/4，见图5中(a)、(b)、(c)。这是参照日本、德国有关标准，为减少应力集中，提高抗疲劳性能而规定的；对于吊车梁上翼缘的焊脚尺寸和起重量大于等于50 t的吊车梁腹板与上翼缘的连接焊缝的焊脚尺寸K可按t/2选取,见图5(d)，且不应大于10mm。 | |
| 图5 |
3 结语
综上所述，角焊缝焊脚K的选取就是K=t，K=0.7t，K=(0.5～0.6)t三种，要求焊透的组合焊缝K的选取分别是K=t/4和K=t/2且≤10mm
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