3.3 影响焊接残余应力的因素主要有哪些？减少焊接应力和变形的措施有哪些？
答：在焊接过程中，由于不均匀的加热，在焊接区域产生了热塑性压缩变形，当冷却时焊接区要在纵向和横向收缩，势必导致构件产生局部鼓曲、弯曲、歪和扭转等。
焊接残余变形包括纵、横向的收缩，弯曲变形，角变形和扭曲变形等。
为了减少焊接残余应力和变形可以采取以下措施：
1）合理的焊缝设计，包括合理的选择焊缝尺寸和形式；尽可能的减少不必要的焊缝、合理的安排焊缝的位置、尽量避免焊缝的过分集中和交叉；尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。
2）合理的工艺措施，包括采用合理的焊接顺序和方向；采用反变形法减少焊接变形或焊接应力；锤击或碾压焊缝；对于小尺寸焊接构件可进行提前预热，然后慢慢冷却以消除焊接应力和焊接变形。
3.8 试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝）。
轴心拉力N=1500 kN，钢材Q345A，焊条E50型，手工焊，焊缝质量Ⅲ级。
解：直缝连接其计算长度：l w=500-2×10=480mm
焊缝的正应力为：σ=N
l w t =1500×1000
480×10
=312.5N/mm2＞f t w=265N/mm2
不满足要求，改用斜对接焊缝，取截割斜度为1.5：1，即56°
焊缝长度l=500
sin56°
=603mm计算长度l w=603−2×10=583mm 故此时焊缝的正应力为：
σ=Nsin θ
l w t
=
1500×1000×sin56°
583×10
=213N mm2
⁄＜f t w=265N mm2
⁄
剪应力为：
τ=Ncos θ
l w t
=
1500×1000×cos56°
583×10
=144N mm2
⁄＜f v w=180N mm2
⁄
满足要求。
故设计斜焊缝，如图所示。
3.10 有一支托角钢，两边用角焊缝与柱相连，如图所示，钢材为Q345A，焊条为E50型，手工焊，已知柱翼缘厚20mm，外力N=400kN。
试确定焊缝厚度（焊缝有绕角，焊缝长度可以不减去2h f）
解：角焊缝的焊脚尺寸应根据焊接的板件厚度来确定
h fmax=18-2=16mm; h fmin=1.5√20=6.7mm
取h f=10mm
外力可等效为作用于焊缝的剪力V=400kN
与作用于焊缝形心的弯矩M=400×0.02=8kN·m
全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩为
I w=1
12
×0.7×10×2003×2=
1.12×108
12
mm4
故焊缝的最大正应力为
σ=M
I w
·
h
2
=
8×1000×1000×12
1.12×108
×
200
2
=85.7N mm2
⁄
焊缝中的平均剪切应力：
τf=
V
∑h e l w
=
400×1000
200×10×0.7×2
=142.9N mm2
⁄
则控制点的焊缝强度验算为：
√(σ
βf
)2+τf 2=√(
85.7
1.22
)2+142.92=159.2N mm2
⁄＜f f w=200N mm2
⁄
故满足强度要求。
此时焊缝厚度为h f=10mm，有效厚度为h e=0.7×10=7mm
3.11 试设计如图所示牛腿与柱的角焊缝连接。
钢材Q235B，焊条E43型，手工焊，N=98kN （静力荷载），偏心矩e=120mm（注意N力对水平焊缝也有偏心）。
解：先确定焊脚尺寸
h fmax=12-2=10mm; hfmin=1.5√16=6mm
取焊脚尺寸h f=8mm
焊缝截面有关量的计算如图所示：
焊缝截面形心的位置：
y c=[200×5.6×2×100+5.6×(150÷2−6−5.6)×2×(200−2.8)+5.6×150×(200+12+2.8)]/[200×5.6×2+5.6×(150÷2−6−5.6)×2+5.6×150]=143.65mm
也就是说焊缝截面的形心高度位于距焊缝截面下底边143.65mm处（如图所示）。
全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩为：
I w=2×[1
12×5.6×2003+5.6×200×(143.65−100)2]+2×[1
12
×(75−6−5.6)×
5.63+(75−6−5.6)×(200−2.8−143.65)]+1
12
×150×5.63+150×5.6×(200+12+ 2.8−143.65)=1.18×107 mm4
（注意：上式中为了简化计算，可以将含有高阶小量的项近似等于0计算。
即含有5.63可直接略去不写）
将外力等效为作用于焊缝的剪力V=98kN
和作用于焊缝形心的弯矩M=98×0.12=11.76kN·m
按照考虑腹板焊缝参加传递弯矩的计算方法进行计算
由弯矩引起的最大正应力为
σ=M
I w ·y c=11.76×106
1.18×107
×143.65=143.16 N mm2
⁄
剪应力为：
τf=
98×103
2×200×5.6
=43.75 N mm2
⁄
验算强度为：
√(σ
βf )2+τf 2=√(143.16
1.22
)2+43.752=125.23 N mm2
⁄＜f f w=160N mm2
⁄
除此之外需要验证翼缘正应力：
σ=143.16×200+12+5.6−143.65
143.65=73.70 N mm2＜βf f f w=1.22×160=195N mm2
⁄
⁄
故设计的焊缝符合要求。
此时焊缝的厚度为h f=8mm，有效焊缝厚度为h e=0.7×8=5.6mm。