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[摘 要]为提高现代薄板焊接构造中角焊缝的尺寸设计精度，首要剖析了传统角焊缝剪切强度计算公式的缺点，在对正面角焊缝受力状况进行详细分析的基础上，给出了准确反映焊缝内部应力状况的新的焊缝剪切强度计算公式.然后分别根据焊缝承载能力和等强度准则，推导了载荷已知和载荷未知条件下的正面角焊缝尺度规划计算公式.最终联系实验数据对正面角焊缝接头与焊脚尺度之间的联系进行了分析，过大的焊脚尺度和焊接热输入不光会引起严重的焊接变形，也会致使接头静力强度的下降.
[关键词]拉伸试验；力学特性分析；焊脚尺寸
中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0187-01
引言
焊接是金属結构件的主要连接方式之一，广泛应用于航空航天、海洋钻探、建筑等许多领域.其中对接焊缝接头拐角处有很大的应力集中，很少采用；角焊缝的受力比较简单，使用广泛.然而在焊接接头焊脚尺寸方面仍存在很多的问题，实际生产中，存在着焊脚尺寸过大的情况，比如一些设计图纸要求焊缝尺寸偏大，传统观念认为焊缝是结构中的薄弱环节，越大越放心.焊脚尺寸过大会造成接近焊缝区的金属过热，产生粗大的魏氏组织，不仅降低冲击韧性，还会造成焊接变形和残余应力过大，浪费材料，增加制造成本；焊脚尺寸过小会导致母材与焊缝熔合不良，引起应力集中，还可能出现焊缝咬边、裂纹等缺陷，这种情况更是严重影响焊接件的强度。
1角焊缝剪切强度计算
进行角焊缝的尺寸设计，首先需要取得焊缝的剪切强度。为切实反映焊缝在结构中的承力状态，焊缝剪切强度的测试往往是通过接头试验来完成，而不是通过材料试验来完成的。根据AWSB4.0，利用焊接试件获得断裂载荷Pu后，角焊缝的剪切强度可以通过公式（1）计算得到。
（1）式中：a表示角焊缝45°位置的焊喉尺寸；L表示焊缝长度；P表示外载荷。然而，这一在工程中广泛应用的公式却存在以下问题。
1）式（1）及其他文献假定焊缝从最小截面位置，即45°焊喉截面断裂，这与试验中正面角焊缝断裂角度约为20°的现象不符合，如图1所示。
2）通过力学分析可以发现，对于正面角焊缝而言，45°焊喉截面的剪应力并不是式（1）给出的表达式，而应当为，（2）这表明式（1）并不是正面角焊缝内部真正的剪切应力，则由该式计算得到的数值也不应当称之为“剪切强度”，因此需要进一步对角焊缝进行详细研究，为焊缝的尺寸设计提供理论基础。图2所示为载荷P作用下焊脚尺寸为S的正面角焊缝，其中aθ为角度为θ的焊缝截宽度，当θ=45°即为式（1）中的a，根据几何关系可知：cossinSa，（3）于是，任意角度θ焊缝截面上剪应力的表达式为， （4）令式（4）对θ的导数为0，可以得到：f8，（5）即焊缝内部的剪切应力在π/8或22.5？截面达到最大数值位置。和图1表明正面角焊缝从该处折断，表明焊缝折断的原因是因为剪切力的作用，所以由试验取得正面角焊缝的折断载荷Pu后，焊缝的剪切强度应当利用该位置的剪应力表达式进行计算，即：（6）应该指出的是，式（6）与式（1）之间只相差一个常数系数，所以两者的物理意义是完全不同的，式（6）反映了角焊缝剪切断裂机理，是真正的“剪切”强度。
2 试验数据分析
材料在线弹性阶段，根据胡克定律，有E=σε=FAε（1）式中：E为材料的弹性模量；F为轴向拉力；A为试样的横截面面积；ε为轴向应变，由式（1）可计算材料的弹性模量.在母材上贴了夹角是90°的应变花，通过拉伸试验可测出轴向应变εP和横向应变ε'P.当应力不超过比例极限时，横向应变与轴向应变之比的绝对值是个常数，即ν=ε'PεP（2）由式（2）即可求出材料的泊松比.T形焊接接头的3组试样的拉伸试验数据及数据处理结果，如表1所示.其中弹性模量和泊松比都是母材的。
3 T形焊接接头等强度理论
对于焊接件，并不是焊脚的尺寸越大越好，若焊脚尺寸偏大，不仅加大了热影响区尺寸、焊接应力和变形，还浪费材料和工时，并且对焊接件的强度没有任何好处.因此，优化焊脚尺寸对于焊接件具有重要意义.随着焊接材料和焊接工艺的不断发展，按照等强度理论，根据T形焊接接头焊缝受力情况，确定T形接头角焊的焊脚尺寸.
结束语
1）给出了新的角焊缝剪切强度计算公式，该公式反映了焊缝内部真实的应力状态和剪切断裂机理。2）考虑了焊缝中真实的薄弱位置，分别基于焊缝承载能力和等强度准则，建立了新的角焊缝尺寸设计公式。3）角焊缝接头的最大承载能力取决于母材强度，如果焊缝尺寸过小，则焊缝是接头的薄弱位置；如果焊缝尺寸过大，过多的热输入反而会降低接头承载能力，因此应当合理选择工艺措施来控制焊接热输入.4）由等强度理论确定T形焊脚的最佳尺寸是：传递拉压应力时，k=b；传递剪应力时，k=0.7b；为防止梁柱腹板受压区失稳时，k=（0.5～0.6）b，且k≥6mm.比较试验数据和理论计算结果，可以看出它们基本吻合。
参考文献
[1] 朱浩，陈强，陈剑虹.热影响区几何尺寸对铝合金焊接接头变形及强度影响规律[J].焊接学报，2012，05：77-81+117.
[2] 劉文辉，黄浩.强度失配对铝合金板焊接接头抗弹性能影响的有限元分析[J].工程力学，2012，11：289-294.
[3] 董现春，张楠，陈延清，张熹.高Ti，Nb析出强化高强钢接头强度及焊接热影响区软化行为分析[J].焊接学报，2012，11：72-76+117.
[4] 陈德广，赵少汴，王忠保，汪慈荪，郑永强.装载机焊接接头的疲劳强度及焊缝尺寸的影响[J].机械强度，1995，03：101-104+100.
[5] 卓均之.吊车梁K型对接焊缝焊角尺寸疲劳性能试验研究[J].钢结构，1999，04：53-56.
[关键词]拉伸试验；力学特性分析；焊脚尺寸
中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0187-01
引言
焊接是金属結构件的主要连接方式之一，广泛应用于航空航天、海洋钻探、建筑等许多领域.其中对接焊缝接头拐角处有很大的应力集中，很少采用；角焊缝的受力比较简单，使用广泛.然而在焊接接头焊脚尺寸方面仍存在很多的问题，实际生产中，存在着焊脚尺寸过大的情况，比如一些设计图纸要求焊缝尺寸偏大，传统观念认为焊缝是结构中的薄弱环节，越大越放心.焊脚尺寸过大会造成接近焊缝区的金属过热，产生粗大的魏氏组织，不仅降低冲击韧性，还会造成焊接变形和残余应力过大，浪费材料，增加制造成本；焊脚尺寸过小会导致母材与焊缝熔合不良，引起应力集中，还可能出现焊缝咬边、裂纹等缺陷，这种情况更是严重影响焊接件的强度。
1角焊缝剪切强度计算
进行角焊缝的尺寸设计，首先需要取得焊缝的剪切强度。为切实反映焊缝在结构中的承力状态，焊缝剪切强度的测试往往是通过接头试验来完成，而不是通过材料试验来完成的。根据AWSB4.0，利用焊接试件获得断裂载荷Pu后，角焊缝的剪切强度可以通过公式（1）计算得到。
（1）式中：a表示角焊缝45°位置的焊喉尺寸；L表示焊缝长度；P表示外载荷。然而，这一在工程中广泛应用的公式却存在以下问题。
1）式（1）及其他文献假定焊缝从最小截面位置，即45°焊喉截面断裂，这与试验中正面角焊缝断裂角度约为20°的现象不符合，如图1所示。
2）通过力学分析可以发现，对于正面角焊缝而言，45°焊喉截面的剪应力并不是式（1）给出的表达式，而应当为，（2）这表明式（1）并不是正面角焊缝内部真正的剪切应力，则由该式计算得到的数值也不应当称之为“剪切强度”，因此需要进一步对角焊缝进行详细研究，为焊缝的尺寸设计提供理论基础。图2所示为载荷P作用下焊脚尺寸为S的正面角焊缝，其中aθ为角度为θ的焊缝截宽度，当θ=45°即为式（1）中的a，根据几何关系可知：cossinSa，（3）于是，任意角度θ焊缝截面上剪应力的表达式为， （4）令式（4）对θ的导数为0，可以得到：f8，（5）即焊缝内部的剪切应力在π/8或22.5？截面达到最大数值位置。和图1表明正面角焊缝从该处折断，表明焊缝折断的原因是因为剪切力的作用，所以由试验取得正面角焊缝的折断载荷Pu后，焊缝的剪切强度应当利用该位置的剪应力表达式进行计算，即：（6）应该指出的是，式（6）与式（1）之间只相差一个常数系数，所以两者的物理意义是完全不同的，式（6）反映了角焊缝剪切断裂机理，是真正的“剪切”强度。
2 试验数据分析
材料在线弹性阶段，根据胡克定律，有E=σε=FAε（1）式中：E为材料的弹性模量；F为轴向拉力；A为试样的横截面面积；ε为轴向应变，由式（1）可计算材料的弹性模量.在母材上贴了夹角是90°的应变花，通过拉伸试验可测出轴向应变εP和横向应变ε'P.当应力不超过比例极限时，横向应变与轴向应变之比的绝对值是个常数，即ν=ε'PεP（2）由式（2）即可求出材料的泊松比.T形焊接接头的3组试样的拉伸试验数据及数据处理结果，如表1所示.其中弹性模量和泊松比都是母材的。
3 T形焊接接头等强度理论
对于焊接件，并不是焊脚的尺寸越大越好，若焊脚尺寸偏大，不仅加大了热影响区尺寸、焊接应力和变形，还浪费材料和工时，并且对焊接件的强度没有任何好处.因此，优化焊脚尺寸对于焊接件具有重要意义.随着焊接材料和焊接工艺的不断发展，按照等强度理论，根据T形焊接接头焊缝受力情况，确定T形接头角焊的焊脚尺寸.
结束语
1）给出了新的角焊缝剪切强度计算公式，该公式反映了焊缝内部真实的应力状态和剪切断裂机理。2）考虑了焊缝中真实的薄弱位置，分别基于焊缝承载能力和等强度准则，建立了新的角焊缝尺寸设计公式。3）角焊缝接头的最大承载能力取决于母材强度，如果焊缝尺寸过小，则焊缝是接头的薄弱位置；如果焊缝尺寸过大，过多的热输入反而会降低接头承载能力，因此应当合理选择工艺措施来控制焊接热输入.4）由等强度理论确定T形焊脚的最佳尺寸是：传递拉压应力时，k=b；传递剪应力时，k=0.7b；为防止梁柱腹板受压区失稳时，k=（0.5～0.6）b，且k≥6mm.比较试验数据和理论计算结果，可以看出它们基本吻合。
参考文献
[1] 朱浩，陈强，陈剑虹.热影响区几何尺寸对铝合金焊接接头变形及强度影响规律[J].焊接学报，2012，05：77-81+117.
[2] 劉文辉，黄浩.强度失配对铝合金板焊接接头抗弹性能影响的有限元分析[J].工程力学，2012，11：289-294.
[3] 董现春，张楠，陈延清，张熹.高Ti，Nb析出强化高强钢接头强度及焊接热影响区软化行为分析[J].焊接学报，2012，11：72-76+117.
[4] 陈德广，赵少汴，王忠保，汪慈荪，郑永强.装载机焊接接头的疲劳强度及焊缝尺寸的影响[J].机械强度，1995，03：101-104+100.
[5] 卓均之.吊车梁K型对接焊缝焊角尺寸疲劳性能试验研究[J].钢结构，1999，04：53-56.