T型接头焊脚尺寸的探讨
1.关于T型接头
T形接头是一个焊件的端面与另一个焊件的表面形成直角或接近直角的接头。接头形式如图1所示。T形接头在焊接结构中应用广泛，特别是在水工金属结构中，80%以上的连接采用T形接头。例如，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的连接均采用T形节点形式。根据焊件的厚度和坡口的制备，T型接头通常可分为无坡口、单面V型坡口、K型坡口和双U型坡口四种形式。
在实际使用中，有些焊缝承受载荷，这些焊缝称为工作焊缝；有些焊缝不直接承受载荷，这些焊缝称为接触焊缝。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 I 类和 II 类焊缝，需要进行坡口焊。 《水电水利工程钢闸门制造、安装及验收规范》（DL/T5018-2004）明确规定了Ⅰ、Ⅱ类焊缝，其中T形接头属于Ⅰ、Ⅱ类焊缝包括：组合焊缝闸门主梁腹板与边梁腹板、翼缘板连接的焊缝或角焊缝；转向起重机 杆件的组合焊缝和角焊缝；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、臂柱翼缘板、腹板的组合焊缝及角焊缝；闸门耳板与门扇的组合焊缝或角焊缝；主梁、边梁、门扇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。
2 T型接头焊脚尺寸的确定
1、焊缝设计及计算原则
设计计算焊缝尺寸时，应考虑焊接结构中焊缝受残余应力和应力集中的影响。应力分布非常复杂，很难准确计算接头的强度。因此，在静载荷条件下，为了简化计算目的，常作如下假设：
①焊趾及加强筋处的应力集中对焊接接头强度无影响；
②.残余应力对焊接接头强度无影响；
③.正面角焊缝与侧面角焊缝强度无差异；
④.焊接接头工作应力均匀分布，按平均应力计算；
⑤.角焊缝在剪应力作用下损坏，强度按剪应力计算；
⑥.角焊缝的断裂截面（计算截面）位于角焊缝截面（焊喉）的最小厚度处，其值等于内接三角形的高度Kj。
2、无坡口T型接头角焊缝尺寸的确定（见图2）
假设t≤δ，根据焊缝与母材强度相等的原则，角焊缝的受力计算厚度为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了一定的安全系数。取Kh=2Kj=1.14t，Kj=0.57t钢结构焊缝外形，通过三角函数计算K1=。 K2=Kj/cos45°= =0.8t。
3、坡口焊接T型接头角焊缝尺寸的确定（以K型坡口为例，简化如图3）
假设槽角为α。考虑到此类角焊缝一般规定未焊透深度不得超过板厚的25%且不得超过4mm。同时，焊缝本身也可能存在残余应力或其他焊接缺陷等不利因素。设计角焊缝尺寸时，应在最不利的条件下确定。取力计算厚度Kh=t-0.25t+2Kj=1.14t，即Kj=0.2t。接下来，根据已知条件t、α、Kj计算角焊缝的焊脚尺寸K1和K2值。
垂直方向焊腿高度
K1=0.5t×tgα…………………………………………(1)
水平焊腿高度
K2=Kj/cosβ=Kj/cos[sin-1(Kj/K1)]=Kj/cos[sin-1（Kj÷0.5t÷tgα）]……………………(2)
假设α=30°、45°、60°，取Kj=0.2t，分别代入式（1）、（2）可得：
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
3 T型接头角焊缝尺寸探讨
由上述计算结果可以看出： 1、对于不带坡口的T型接头的角焊缝焊脚尺寸（见图2），如果是直接承受拉力或剪力的工作焊缝，则K1=K2= 0.8t ，此时焊喉高度Kj=0.8t×con45°=0.57t（mm），计算角焊缝应力厚度为2×0.57t=1.14 t（mm），即焊缝承载能力相当于母材的1.14倍，满足焊缝承载强度要求；如果是压力角焊缝或用作接触焊的角焊缝，建议按K1=焊脚尺寸按照K2≤0.6t且最大不超过12mm的原则确定；对于其他有特殊要求的角焊缝，最好在图纸中注明焊脚尺寸。 2、对于坡口焊接的T型接头，当坡口角度α通常等于30°～60°时，焊腿垂直方向高度K1一般要求满焊并覆盖坡口边缘。凹槽 1 至 2 毫米；水平方向焊腿高度仅需K2=0.3t，即可保证焊缝计算应力厚度大于1.14倍板厚，满足焊缝承载强度要求。
目前水工金属结构设计图纸中，普遍存在焊缝标注不详细或过于笼统的现象，导致角焊缝往往过大。例如，对于不带坡口的T型接头，除了一些角焊缝直接标注焊脚尺寸外，其他角焊缝通常使用“未标注角焊缝的焊脚尺寸为板厚的0.8倍”这样的语句。 “技术要求和说明”中所述；
对于坡口焊的T形接头角焊缝，可根据标注的坡口尺寸计算出K1（焊缝覆盖坡口边缘1～2毫米，K1见图3），但K2是多大目前未知。设计图纸一般不明确，常按坡口尺寸焊接截面形状为等腰直角三角形的角焊缝，即K2=K1=0.5t×tgα°，从而形成角焊缝过大。接缝。例如板厚t=30mm，K型槽，槽角α=50°（见图3）。根据目前常见的焊缝设计，K2=K1=0.5×30×tg50°=18（mm），则焊喉高度Kj=18×con45°=13（mm），角焊缝的应力计算厚度为Kh=2×13+30=56（mm）钢结构焊缝外形，相当于板厚的1.87倍，比较保守，比较浪费。事实上，从上面的讨论可以看出，角焊缝只需要K1=0.5t×tgα°=18（mm）和K2=0.3t=9（mm）即可满足焊缝的承载强度要求。
大多数太大的角焊缝需要多层、多道焊。反复烧结导致母材及热影响区力学性能下降，承载强度受到严重影响。这样，无论焊缝有多大，都失去了应有的承重功能。 ;另外，过大的角焊缝使焊接结构的残余应力增大，焊后变形增大，影响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。因此，在保证承载能力满足设计要求的情况下，应尽可能减少金属结构T型接头的角焊缝。按此原则设计焊缝，不仅能满足结构的承载强度和质量要求，还能保证焊缝外观细腻、美观，同时还可降低焊接成本，提高工作效率和经济效益，为建设节约型社会作出更大贡献。
