关于T形接头焊脚尺寸大小的探讨
一、关于T 形接头
T形接头是由一焊件的端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头，其接头形式见图1。T形接头在焊接结构中被广泛使用，特别是在水工金属结构中约有80%以上的连接是采用T形接头。如闸门主梁腹板与主梁翼缘板、主梁腹板与边梁腹板、隔板与主梁腹板和面板等的连接均为T形接头形式。按照焊件厚度和坡口制备的不同，T形接头通常可分为不开坡口、单边V形坡口、K形坡口以及双U形坡口四种形式。
在实际使用中，有些焊缝承受载荷，此类焊缝称为工作焊缝；有些焊缝不直接承受载荷，此类焊缝称为联系焊缝。工作焊缝必须保证足够的焊脚尺寸以满足承载强度要求。对于一、二类焊缝要求开坡口焊接，在《水电水利工程钢闸门制造安装验收规范》（DL/T5018-2004）关于一、二类焊缝作了明确规定，其中T形接头中属于一、二类焊缝的有：闸门主梁腹板与边梁腹板和翼缘板连接的组合焊缝或角焊缝；转向吊杆的组合焊缝及角焊缝；人字闸门端柱隔板与主梁腹板及端板的组合焊缝；闸门主梁、边梁、臂柱的翼缘板与腹板的组合焊缝及角焊缝；闸门吊耳板与门叶的组合焊缝或角焊缝；主梁、边梁与门叶面板的组合焊缝或角焊缝；臂柱与连接板的组合焊缝或角焊缝等。
二、T形接头焊脚尺寸大小的确定
1、焊缝设计、计算原则
在设计、计算焊缝大小时,考虑到焊接结构中焊缝受残余应力及应力集中的影响，其应力分布是十分复杂，很难精确地计算接头的强度，因此在静载条件下，为简化计算起见，常做以下假设：
①、焊趾和余高等处的应力集中对焊接接头强度没有影响；
②、残余应力对焊接接头强度没有影响；
③、正面角焊缝和侧面角焊缝的强度没有差别；
④、焊接接头的工作应力是均布的，以平均应力计算；
⑤、角焊缝都在切应力的作用下破坏，按切应力计算强度；
⑥、角焊缝的破断面（计算断面）在角焊缝截面的最少厚度上（焊喉），其值等于内接三角形的高Kj。
2、不开坡口的T形接头（见图2）角焊缝尺寸确定
设t≤δ，根据焊缝与母材等强度原则，角焊缝的受力计算厚度Kh=2Kj≥t，即Kj≥0.5t。考虑到焊缝本身可能存在残余应力或焊接缺陷等不利因素，在设计角焊缝尺寸时增加一定的安全系数，取Kh=2Kj=1.14t，Kj=0.57t，通过三角函数计算得出K1=K2=Kj/cos45°= =0.8t。
3、开坡口焊接的T形接头（以K形坡口为例，简化成图3）角焊缝尺寸确定
设坡口角度为α，考虑到此类角焊缝一般规定未焊透深度最大不许超过板厚的25%且不大于4mm，同时焊缝本身还可能存在残余应力或其他焊接缺陷等不利因素，在设计角焊缝尺寸时按最不利条件下确定，取受力计算厚度Kh=t-0.25t 2Kj=1.14t ，即Kj=0.2t。下面根据已知条件t、α、Kj计算出角焊缝的焊脚尺寸K1和K2值。
垂直方向的焊脚高
K1=0.5t×tgα……………………………………（1）
水平方向的焊脚高
K2=Kj/cosβ=Kj/cos[sin-1(Kj/K1)]=Kj/cos[sin-1（Kj÷0.5t÷tgα）]………………………（2）
设α=30°、45°、60°，取Kj=0.2t，分别代入公式（1）、（2）得出：
当α=30°时，K1=0.29t、K2=0.28t
当α=45°时，K1=0.5t、K2=0.22t
当α=60°时，K1=0.87t、K2=0.21t
三、对T形接头角焊缝尺寸的探讨
从以上计算结果可以看出：1、对不开坡口的T形接头（见图2）角焊缝焊脚尺寸，如果属于直接承受拉力或剪力的工作焊缝，K1=K2=0.8t，这时焊喉高Kj=0.8t×con45°=0.57t（mm）,角焊缝的受力计算厚度为2×0.57t=1.14t（mm），即焊缝的承载能力相当于母材的1.14倍，满足了焊缝的承载强度要求；如果属于受压角焊缝或作为联系焊缝使用的角焊缝，建议按K1=K2≤0.6t且最大不超过12mm的原则来确定焊脚尺寸；其他有特殊要求的角焊缝最好在图纸中标明焊脚尺寸。2、对于开坡口焊接的T形接头，在通常坡口角度α等于30°～60°的情况下，垂直方向的焊脚高K1一般要求焊满并盖过坡口边1～2mm；水平方向的焊脚高只需K2=0.3t就能保证焊缝受力计算厚度大于板厚的1.14倍,满足了焊缝的承载强度要求。
在现行的水工金属结构设计图纸中，普遍存在对焊缝标注不够详细或过于笼统的现象，造成角焊缝往往偏大。例如对于不开坡口的T形接头，除了部分角焊缝直接标出焊脚尺寸大小外，其他角焊缝通常用一句话“未标注的贴角焊缝的焊脚尺寸为0.8倍板厚”在“技术要求与说明”中说明；
对于开坡口焊接的T形接头角焊缝，K1可根据所标出的坡口尺寸推算出（焊缝盖过坡口边1～2mm，K1参见图3），但是K2到底是多大在目前的设计图中一般没有明确，往往是根据坡口尺寸焊成一个断面形状为等腰直角三角形的角焊缝，也就是说K2=K1=0.5t×tgα°，这样形成了过大的角焊缝。例如板厚为t=30mm、K形坡口、坡口角度α=50°（参见图3），按照目前通常的焊缝设计， K2=K1=0.5×30×tg50°=18（mm），这时焊喉高Kj=18×con45°=13（mm）,角焊缝的受力计算厚度Kh=2×13 30=56(mm),相当于板厚的1.87倍，这是比较保守和浪费的。实际上从上述探讨论述可以看出，该角焊缝只需K1=0.5t×tgα°=18（mm）、K2=0.3t=9(mm)就能满足了焊缝的承载强度要求。
过大的角焊缝大多需要多层多道焊，反复的烧结造成母材及热影响区的机械性能下降，承载强度受到严重的影响，这样再大的焊缝也失去了应有的承载作用；另外过大的角焊缝增加焊接结构的残余应力，使焊后变形加大，影响到结构的装配质量和外观质量；同时也增加了焊接成本，降低了生产效率。所以金属结构T形接头角焊缝在保证承载能力满足设计要求的前提下应尽可能减少焊缝金属的填充量，按照这样的原则设计焊缝，既能满足了结构的承载强度和质量要求，又能保证焊缝外形秀气、美观，同时还能降低焊接成本、提高了工作效率和经济效益，为建设节约型社会做出更大的贡献。
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