焊缝设计是起重机钢结构设计的核心环节——起重机焊缝设计要点集中在强度计算、焊脚尺寸与构造要求三项。说实话，干这行的都清楚，焊缝出问题往往不是焊工手艺差，而是设计阶段没算够。本文从角焊缝、对接焊缝的强度校核讲起，把焊脚尺寸、最小焊缝长度和检验要求一次说清。
- 角焊缝强度：τ=N/(0.7hf·lw)≤ffw，Q235取160MPa
- 焊脚尺寸：hf≥1.5√t且不小于4mm
- 探伤比例：主梁受拉对接焊缝20%超声抽检
一、焊缝类型与受力特点
起重机钢结构里用得最多的是两种焊缝：对接焊缝和角焊缝。对接焊缝用于主梁腹板、翼缘的拼接，焊缝与母材平齐、传力直接；角焊缝用于主梁与端梁连接、加劲肋与腹板连接和节点板搭接，焊缝呈三角形截面、靠焊脚传剪。主梁腹板厚度一般6~12mm，翼缘厚度8~20mm，5t~50t桥式起重机主梁多采用箱型焊接结构。
焊缝的受力特点决定其地位：对接焊缝主要承受拉压和弯曲，角焊缝主要承受剪力。焊缝连接是起重机的薄弱环节，疲劳裂纹多从焊缝根部或焊趾萌生。行业老手说，焊缝设计阶段省下的工夫，最后都要在返修和停工上还回来。
从设计流程看，焊缝设计分三步：先定焊缝类型和位置，再按内力计算所需焊缝尺寸，最后按构造要求复核。克鲁德技术团队在钢结构校核中，把焊缝计算书和主梁强度计算书放在一起出，焊缝强度不达标直接改节点，不在现场临时加焊补强。
二、焊缝强度计算
角焊缝强度计算按剪应力控制：τf=N/(he×lw)≤ffw，其中he为计算厚度、取0.7倍焊脚尺寸，lw为焊缝计算长度、取实际长度减去10mm的起落弧段。载荷沿焊缝全长分布不均匀、端部受力最大，所以计算长度不能按全长取。Q235钢材角焊缝强度设计值160MPa，Q355钢材角焊缝强度设计值200MPa。
对接焊缝的强度计算相对简单：全熔透对接焊缝按母材等强考虑，焊缝与母材同截面验算即可；部分熔透对接焊缝和角焊缝一样按有效截面计算。GB/T 3811-2008起重机设计规范的结构焊缝强度设计值，与GB 50017-2017钢结构设计标准保持一致，施焊工艺评定按GB 50661-2011钢结构焊接规范执行。母材许用应力取值可对照起重机主梁钢材许用应力标准与强度校核公式——Q235B Q355B Q420B材料强度参数速查逐项查表。
强度校核通过后还要验算焊缝的承载余量。行业老手说，起重机的动载荷冲击比静载大得多，起升动载系数按GB/T 3811-2008一般取1.0~1.2，焊缝计算把动载考虑进去后，算出的焊脚尺寸普遍比静载计算大10~15%，这一档余量不能省。
| 钢材牌号 | 角焊缝ffw(MPa) | 对接焊缝抗压(MPa) | 对接焊缝抗拉(MPa) |
|---|---|---|---|
| Q235B | 160MPa | 215MPa | 185MPa |
| Q355B | 200MPa | 310MPa | 265MPa |
三、焊脚尺寸与构造要求
焊脚尺寸hf的确定受两条硬约束：强度计算最小值和构造要求，两者取大。构造方面，GB 50017-2017规定手工焊角焊缝最小焊脚尺寸取1.5倍较厚板厚的平方根，且不小于4mm；自动焊可略小。例如较厚板厚16mm时，最小焊脚尺寸约6mm。焊脚也不宜过大，一般不超过较薄焊件厚度的1.2倍，过大反而增加焊接变形和热输入。
焊缝长度同样有构造下限：角焊缝最小计算长度取8hf且不小于40mm，太短的焊缝端部应力集中严重、传力不可靠；侧面角焊缝长度也不宜超过60hf，超过部分不再参与计算。行业老手说，加劲肋与腹板的角焊缝多用连续焊缝，hf取6mm时最小长度48mm，断续焊缝在动载下容易从缺口处起裂，能不用就不用。
起弧和收弧处是焊缝的薄弱点，承受动力荷载的对接焊缝两端应设置引弧板，焊后割除并打磨平整。坡口设计上，V形坡口角度一般60度，部分熔透对接常用45度坡口，焊脚尺寸、焊缝长度和起落弧处理三项到位，焊缝的疲劳寿命才有保障，焊接等级与疲劳强度对应关系可参考DIN 15018起重机钢结构设计标准：焊接等级与疲劳强度要求。
| 较厚板厚t(mm) | 6mm | 10mm | 16mm | 20mm | 25mm |
|---|---|---|---|---|---|
| 最小焊脚hf(mm) | 4mm | 5mm | 6mm | 7mm | 8mm |
四、焊缝质量检验
焊缝检验分外观检验和无损探伤两级。外观检验检查裂纹、咬边、气孔、夹渣、焊瘤和焊脚尺寸，用焊缝检验尺实测，每个构件全数检查。无损探伤按重要程度定比例：主梁受拉翼缘和腹板的对接焊缝要求全熔透并按20%比例超声抽检，吊运液态金属等危险工况的起重机按GB/T 3811-2008和TSG Q7015-2016要求提高探伤比例。
无损探伤方法按缺陷类型选：超声波探伤适合内部缺陷，磁粉探伤适合表面和近表面裂纹，渗透探伤适合表面开口缺陷，超声检测按GB/T 11345-2013执行。塔吊标准节、主梁拼接等关键焊缝按设计文件规定的等级执行，探伤报告出具后随设备档案存档，在用设备按TSG Q7015-2016每年一次焊缝专项检查，焊缝等级与错边允差要求可对照起重机主梁分段拼接设计：焊缝等级错边允差与探伤检验标准。
焊缝检验不合格的处理也属于设计闭环：局部缺陷允许返修，同一位置返修不超过2次，返修后重新探伤；重要受力焊缝的裂纹不允许简单补焊，应会同设计单位评估后处理。行业老手说，高强钢焊缝返修后24小时再做最终探伤，防止延迟裂纹复发，返修记录比返修本身更重要，返了哪条缝、用的什么工艺，都要写进记录。
常见问题解答
问：哪些部位的焊缝必须做无损探伤？
答：按GB/T 3811-2008和GB 50017-2017，主梁受拉翼缘与腹板的对接焊缝、吊钩横梁焊缝、塔吊标准节主弦杆接头等主要受力焊缝必须做无损探伤。一般构件按20%比例抽检，吊运液态金属的起重机重要焊缝100%探伤，探伤记录随设备档案保存。
问：角焊缝焊脚尺寸多大合适？
答：角焊缝焊脚尺寸先按构造下限卡：手工焊不小于1.5倍较厚板厚的平方根，且不小于4mm。例如较厚板厚16mm时，最小焊脚尺寸约6mm，12mm板取5mm。焊脚也不宜超过较薄焊件厚度的1.2倍，过大既浪费焊材又增加变形，具体取值还要结合焊缝长度和受力方向校核。
问：焊缝出现裂纹还能补焊吗？
答：要分情况：表面弧坑裂纹可以清除后补焊，但主要受力焊缝的裂纹不允许简单补焊，尤其不能直接在裂纹上覆盖焊层。返修按GB 50661-2011执行工艺评定要求，同一位置返修不超过2次，高强钢焊缝返修后24小时再做最终探伤，防止延迟裂纹复发。
问：焊接完成后需要做哪些检查？
答：先做外观检验，用焊缝检验尺实测焊脚尺寸、余高，检查裂纹、咬边、气孔和夹渣，全数进行；再按重要程度做无损探伤，常用超声、磁粉和渗透三种方法。检验周期上，在用起重机按TSG Q7015-2016每年做一次焊缝专项检查，发现异常立即处理。
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焊缝是起重机钢结构最容易出问题的地方，多数疲劳裂纹都从焊缝起裂。你在现场遇到过焊缝开裂或者探伤不合格的情况吗？是怎么处理的？欢迎在评论区留言交流，也欢迎把这篇设计要点转发给设计、生产和检验岗位的同事，让焊缝强度计算和构造要求从图纸阶段就做扎实。河南克鲁德重工提供焊缝计算书编制、钢结构校核与探伤检测服务，需要技术支持可在评论区留言，我们看到后会尽快回复。
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