钢结构对接焊缝完全攻略：构造、计算与施工标准

钢结构对接焊缝完全攻略：构造、计算与施工标准

钢结构对接焊缝是建筑领域的重要技术，本文将带你深入了解对接焊缝的各类构造方法和计算原则。从I形缝到复杂的X形缝，不同类型的焊缝都有其独特的应用场景和技术要点。掌握这些知识不仅能提升工程质量和效率，还能让你在专业领域中游刃有余。快来一起揭开钢结构对接焊缝的神秘面纱吧！

对接焊缝是钢结构中最常见的接头形式，两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，叫做对接接头。在各种焊接结构中它是采用最多的一种接头型式。钢板厚度在6mm以下，除重要结构外，一般不开坡口。

厚度不同的钢板对接的两板厚度差(δ—δ1)不超过表1—2规定时，则焊缝坡口的基本形式与尺寸按较厚板的尺寸数据来选取；否则，应在厚板上作出如图1—8所示的单面或双面削薄；其削薄长度L≥3(δ—δ1)。

表1-2

对接焊缝根据坡口的形状，坡口分成I形(不开坡口)、V形、Y形、双Y形、U形、双U形、单边V形、双单边Y形、J形等各种坡口形式。

V形和Y形坡口的加工和施焊方便(不必翻转焊件)，但焊后容易产生角变形。

双Y形坡口是在V形坡口的基础上发展的。当焊件厚度增大时，采用双Y形代替V形坡口，在同样厚度下，可减少焊缝金属量约1/2，并且可对称施焊，焊后的残余变形较小。缺点是焊接过程中要翻转焊件，在筒形焊件的内部施焊，使劳动条件变差。

U形坡口的填充金属量在焊件厚度相同的条件下比V形坡口小得多，但这种坡口的加工较复杂。

对接焊缝的构造要求，为了避免因焊脚尺寸过大或过小而引起“烧穿”“变脆”等缺陷以及焊缝长度过长或过短而出现焊缝受力不均匀等现象，对角焊缝的强度和焊脚尺寸、焊缝长度等构造要求作了限制。在计算角焊缝连接时，除满足焊缝的强度条件外，还必须满足以下构造要求。

1）最小焊脚尺寸

角焊缝的焊脚尺寸相对于焊件厚度不能过小，否则焊接时产生的热量过小，冷却速度过快，焊缝容易脆裂。设计标准规定的角焊缝的最小焊脚尺寸见表 3.2,其中母材厚度t的取值与焊接方法有关。采用不预热的非低氢焊接方法进行焊接时,t等于焊接连接部位中较厚件厚度，宜采用单道焊缝；采用预热的非低氢焊接方法或低氢焊接方法进行焊接时,t等于焊接连接部位中较薄件厚度。此外，承受动荷载时角焊缝焊脚尺寸不宜小于 5 mm。

表 3.2 角焊缝最小焊脚尺寸

2）最大焊脚尺寸

焊缝在施焊后，由于冷却引起了收缩应力，施焊的焊脚尺寸越大，则收缩应力越大，因此，为避免焊缝区的基本金属“过烧”，应减小焊件的焊接残余应力和焊接变形，焊脚尺寸不必过于加大。

对板件边缘的角焊缝（图 3.23），当板件厚度t>6 mm时，根据焊工的施焊经验，不易焊满全厚度，故取hf,max≤t-（1~ 2）mm;当t≤6 m时，通常采用小焊条施焊，易于焊满全厚度，则取hf,max≤t。

3）最小计算长度

如果角焊缝的长度太短，施焊时，起弧和灭弧产生的弧坑相距就很近，传力时焊缝会因为端部严重的应力集中首先被破坏，从而影响整条焊缝的承载力。为保证角焊缝具有可靠的承载能力，规定角焊缝的最小计算长度（应为扣除引弧、收弧长度后的焊缝长度）应同时满足：

此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。

4）侧面角焊缝的最大计算长度

搭接焊接连接中的侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大而中间小。在静力荷载作用下，如果焊缝长度不过大，当焊缝两端点处的应力达到屈服强度后，由于焊缝材料的塑性变形性能，继续加载则应力会渐趋均匀。但如果焊缝长度超过某一限值时，由于焊缝越长，应力不均匀现象越显著，则有可能首先在焊缝的两端破坏，为避免发生这种情况，一般规定侧面角焊缝的计算长度lw≤60 h。当实际长度大于上述限值时，其超过部分在计算中可以不予考虑；或者也可采用对全长焊缝的承载力设计值乘以折减系数来处理，折减系数af= 1.5lw/（120 h）且不小于 0.5,式中的有效焊缝计算长度lw不应超过 180hf。

若内力沿侧面角焊缝全长分布，其计算不受此限制。例如，焊接组合梁翼缘与腹板的连接焊缝，支承加劲肋与腹板的连接焊缝。

综上所述，在焊缝设计时，所选用的角焊缝焊脚尺寸应符合hf,min≤hf≤hf,max,并取整数（单位:mm）；所选用的侧面角焊缝计算长度应符合lw,min≤lw≤lw,max。

5）其他构造要求

当板件的端部仅有两侧角焊缝连接时，为避免应力传递的过分曲折而使构件中应力过分不均，应使每条侧面角焊缝长度lw不小于两侧面角焊缝之间的距离b（图 3.24）。同时，为了避免因焊缝横向收缩，引起板件拱曲，应使侧面角焊缝之间的距离b不宜大于 200 mm。当b>200 mm时，应加横向角焊缝或中间塞焊。

图 3.24 侧焊缝长度与间距的要求

图 3.25 搭接连接双角焊缝的要求

杆件端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬边等缺陷，从而加大应力集中的影响，故所有围焊的转角处必须连续施焊。对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，宜连续绕过转角加焊 2hf。

在搭接连接中，搭接长度L不得小于焊件较小厚度的 5 倍，且不小于 25 mm,以减小焊缝因收缩应力和偏心产生的转动对连接的影响（图 3.25）。

当次要构件且焊缝受力很小时，可采用间断角焊缝连接（图 3.26）。间断角焊缝长度l必须大于 10hf,且不小于 50 mm;间断角焊缝的间距e不宜太长，以免因间断过大，使连接不紧密，潮气浸入引起锈蚀。在受压构件中，间距e≤15t;在受拉构件中，间距e≤30t,t为较薄焊件的厚度。腐蚀环境中板件间需要密闭，因而不宜采用断续角焊缝。承受动荷载时，严禁采用断续坡口焊缝和断续角焊缝。

图 3.26 工字形焊接组合截面构件的连续角焊缝和间断角焊缝

对接焊缝的计算，首先要分析构件所受外力与焊缝破坏截面上的应力之间的关系，并根据强度理论，建立角焊缝的强度计算公式，解决角焊缝的设计计算或承载力验算等问题。

试验结果表明：角焊缝的破坏面与直角边约为 45°；正面角焊缝的强度比侧面角焊缝高。因此，分析计算直角角焊缝时，可作如下假定和简化处理：

①假定角焊缝破坏面与直角边的夹角为 45°；

②不计焊缝熔入焊件的深度和焊缝表面的弧线高度，偏安全地取破坏面上等腰三角形的高为直角角焊缝的有效厚度he,he= 0.7hf。有效厚度he与焊缝计算长度lw的乘积称为破坏面的有效截面面积。

图 3.27 为采用等边直角角焊缝的T形连接，设在腹板平面的形心处受任意力 2N作用，将其分解为 2Nx,2Ny;每条焊缝受Nx,Ny作用，并在破坏截面上产生垂直方向的均布

对接焊缝在施工中的具体要求，如焊条选择、焊接位置等。对接焊缝的质量控制要点，包括外观检查和内部缺陷检测。

焊缝质量等级应符合设计图纸中要求，如图纸中未注明，则角钢塔及钢管塔焊缝质量等级按如下分：

1、一级焊缝：带颈对焊锻造法兰接钢管对接焊缝，导、地线挂点除加劲板以外的所有水平焊缝。

2、二级焊缝：塔身变坡位钢管对接焊缝(有加劲板)，其它角钢、铁板对接焊缝。

3、三级焊缝：除以上规定的一、二级以外的其余焊缝，其中无加劲法兰的环形焊缝、角钢主材与塔座板的T接焊缝应达到外观二级要求。 可以看出电力设计研究院的焊缝等级要求和GB50017-2003 《钢结构设计规范》的焊缝质量要求是很接近的。

除了省电力设计研究院，社会上还存在很多设计单位或公司，他们对焊缝质量分级也不尽相同，可以用“百花齐放”来形容。

DL/T 646-2012《输变电钢管结构制造技术条件》与设计单位的焊缝质量要求是有冲突的，争论的焦点都在于塔身变坡位、塔脚、横担与主管连接的连接板等部位的焊缝等级如何分类，分类不同会影响焊缝内部是否需要做超声波检测。

一般情况下，当国家标准、行业标准的内容有矛盾时，应按最高标准的条款去执行或者按双方商定的标准执行。

通过具体工程实例，展示对接焊缝在实际项目中的应用和优势。分析不同坡口形式和焊缝等级在实际工程中的选择依据。

钢结构对接焊缝是建筑领域的重要技术，本文将带你深入了解对接焊缝的各类构造方法和计算原则。从I形缝到复杂的X形缝，不同类型的焊缝都有其独特的应用场景和技术要点。掌握这些知识不仅能提升工程质量和效率，还能让你在专业领域中游刃有余。快来一起揭开钢结构对接焊缝的神秘面纱吧！