焊接结构设计1

1、焊接结构设计焊接结构设计 设计焊接件时设计焊接件时, 不仅要考虑到焊件的使用性能，不仅要考虑到焊件的使用性能，还要考虑焊件结构的工艺性能，使焊件生产简便、质还要考虑焊件结构的工艺性能，使焊件生产简便、质量优良、成本低廉。焊件结构工艺性应包括结构材料量优良、成本低廉。焊件结构工艺性应包括结构材料的选择、接头形式、焊缝布置等方面。的选择、接头形式、焊缝布置等方面。一一. 合理选择焊接材料合理选择焊接材料 1. 在满足焊接件使用性能的前提下，应尽量选用在满足焊接件使用性能的前提下，应尽量选用焊接性能良好的材料。低碳钢和普通低合金钢的焊接焊接性能良好的材料。低碳钢和普通低合金钢的焊接性良好，价廉，焊接

2、工艺简单，易于保证焊接质量，性良好，价廉，焊接工艺简单，易于保证焊接质量，应优先选用。而应优先选用。而0.5%C的碳钢和碳当量的碳钢和碳当量0.6%的的合金钢焊接性能不好，应尽量避免采用。合金钢焊接性能不好，应尽量避免采用。 在选用两种不同材料进行焊接时，应注意它们焊在选用两种不同材料进行焊接时，应注意它们焊接性的差异。接性的差异。焊接结构设计焊接结构设计 2. 在设计焊接在设计焊接结构时，应多采用结构时，应多采用工字钢、槽钢和钢工字钢、槽钢和钢管等成型材料，对管等成型材料，对形状比较复杂的部形状比较复杂的部分可以采用铸钢、分可以采用铸钢、锻钢和冲压件来焊锻钢和冲压件来焊接。这样可减少焊接。这

3、样可减少焊缝数量、简化焊接缝数量、简化焊接工艺，还可以增加工艺，还可以增加结构件的强度和钢结构件的强度和钢度，如图度，如图4-22。焊接结构设计焊接结构设计 3. 焊接结构件应尽量采用同等厚度的材料焊接结构件应尽量采用同等厚度的材料焊接，有利于避免应力集中、接头两边受热不均而焊接，有利于避免应力集中、接头两边受热不均而产生焊不透等缺陷。如采用厚度不等的材料焊接时产生焊不透等缺陷。如采用厚度不等的材料焊接时应在较厚的板材上加工出过渡形式，如图应在较厚的板材上加工出过渡形式，如图4-23。焊接结构设计焊接结构设计二二. 焊接接头形式焊接接头形式1. 常见接头形式常见接头形式 接头基本形式有对接接头

4、、搭接接接头基本形式有对接接头、搭接接头、角接接头和头、角接接头和T形接头。接头形式的选择主要根据形接头。接头形式的选择主要根据结构形状、使用要求和焊接生产工艺而定。结构形状、使用要求和焊接生产工艺而定。2. 接头形式的选用接头形式的选用 对接接头应力分布均匀、接头质量容易保证、节对接接头应力分布均匀、接头质量容易保证、节省材料，是使用最多的接头形式，重要的受力焊缝应省材料，是使用最多的接头形式，重要的受力焊缝应尽量选用。但焊前准备和装配要求较高。尽量选用。但焊前准备和装配要求较高。 搭接接头不需开坡口、装配要求不高，常应用于搭接接头不需开坡口、装配要求不高，常应用于受力不大的架结构，但搭接接

5、头受力时产生附加弯矩，受力不大的架结构，但搭接接头受力时产生附加弯矩，且金属消耗量较大，一般应避免采用。且金属消耗量较大，一般应避免采用。 当接头构成直角或一定角度连接时，则必须采用当接头构成直角或一定角度连接时，则必须采用角接接头和角接接头和T形接头。形接头。焊接结构设计焊接结构设计 3.坡口形式、选用及加工要求坡口形式、选用及加工要求 当焊件厚度较大时，为保证焊透，接头处应根据当焊件厚度较大时，为保证焊透，接头处应根据工件厚度加工出各种坡口，如图工件厚度加工出各种坡口，如图4-24(a) 、(b) 、(c) 。 焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计 由上

6、图可知，常用的坡口形式为由上图可知，常用的坡口形式为I形坡口、形坡口、V形形坡口、坡口、X形坡口、形坡口、U形坡口和形坡口和K形坡口等。形坡口等。 V形和形和U形坡口单面焊，焊条容易到位，但焊后形坡口单面焊，焊条容易到位，但焊后变形较大，焊条消耗量也大。变形较大，焊条消耗量也大。 X形和双形和双U形坡口受热形坡口受热均匀，变形小均匀，变形小,焊条消耗较少焊条消耗较少, 但必须双面施焊，有但必须双面施焊，有时受焊件结构所限制。时受焊件结构所限制。 因此，坡口形式的选择主要根据板厚和熔透要因此，坡口形式的选择主要根据板厚和熔透要求，同时应考虑坡口加工经济性和焊接工艺性。通求，同时应考虑坡口加工经济

7、性和焊接工艺性。通常，要求焊透的重要受力焊缝应尽量采用双面焊，常，要求焊透的重要受力焊缝应尽量采用双面焊，以利于保证质量。以利于保证质量。焊接结构设计焊接结构设计三三. 合理布置焊缝合理布置焊缝1. 焊缝的位置应便于操作焊缝的位置应便于操作焊接结构设计焊接结构设计2. 焊缝应避开应力最大和应力集中的部位焊缝应避开应力最大和应力集中的部位焊接结构设计焊接结构设计 3. 焊缝布置应尽可能分散焊缝布置应尽可能分散 焊缝的交叉和密集使接头部位严重过热，组织焊缝的交叉和密集使接头部位严重过热，组织恶化，性能下降，而且会产生变形和裂纹恶化，性能下降，而且会产生变形和裂纹(图图4-27)。焊接结构设计焊接结

8、构设计4. 焊缝位置应尽可能对称，以便减少变形焊缝位置应尽可能对称，以便减少变形5. 厚度悬殊的焊件焊接时接头处应平滑过渡厚度悬殊的焊件焊接时接头处应平滑过渡焊接结构设计焊接结构设计5. 焊缝位置应远离加工表面焊缝位置应远离加工表面 焊接结构设计焊接结构设计 结构名称：液化石油气钢瓶（图结构名称：液化石油气钢瓶（图16-1316-13） 组组 成：瓶体、凭嘴成：瓶体、凭嘴材材 料：料：2020钢（或钢（或1616MnMn） 壁壁 厚：厚：3 3mmmm 生产类型：大量生产生产类型：大量生产设计要点：这是家庭用的液化石油气钢瓶，瓶体要耐压，设计要点：这是家庭用的液化石油气钢瓶，瓶体要耐压，必须保

9、证据绝对安全。材料为必须保证据绝对安全。材料为3mm3mm厚的碳钢或低合金钢厚的碳钢或低合金钢板，材料可焊性不存在问题。其技术关键是零件成形和板，材料可焊性不存在问题。其技术关键是零件成形和焊接。下面主要介绍焊接工艺设计内容和要求。焊接。下面主要介绍焊接工艺设计内容和要求。 1 1、压力容器、压力容器四四. 焊接结构设计举例焊接结构设计举例焊接结构设计焊接结构设计图16-13 液化石油气钢瓶焊接结构设计焊接结构设计（1 1） 确定焊缝位置确定焊缝位置 瓶体焊缝布置有两种方案可供选择，如图瓶体焊缝布置有两种方案可供选择，如图16-16-1414所示。图所示。图16-14a16-14a方案共有三条

10、焊缝：二条环缝和一方案共有三条焊缝：二条环缝和一条轴向焊缝。图条轴向焊缝。图16-14b16-14b方案只有一条环形焊缝。图方案只有一条环形焊缝。图16-14a16-14a方案的优点是上、下封头的拉伸变形小，容易方案的优点是上、下封头的拉伸变形小，容易成形；缺点是焊缝多，焊接工作量大，同时，筒体上成形；缺点是焊缝多，焊接工作量大，同时，筒体上的轴向焊缝处于拉应力最高位置（径向拉应力为轴向的轴向焊缝处于拉应力最高位置（径向拉应力为轴向拉应力的两倍），破坏的可能性大。图拉应力的两倍），破坏的可能性大。图16161414方案方案中部有一环缝，完全避免了图中部有一环缝，完全避免了图16161414方案

11、的缺点。方案的缺点。同时，据工件尺寸，瓶体半部可一次拉伸成形，因此，同时，据工件尺寸，瓶体半部可一次拉伸成形，因此，选用图选用图16161414方案适宜。方案适宜。焊接结构设计焊接结构设计图16-14 瓶体焊缝布置方案焊接结构设计焊接结构设计 （）焊接接头设计（）焊接接头设计 焊接瓶体与瓶嘴焊接瓶体与瓶嘴的焊缝，采用不开坡口的角焊缝；而瓶体主环缝的接的焊缝，采用不开坡口的角焊缝；而瓶体主环缝的接头，宜采用衬环对接或缩口对接，如图头，宜采用衬环对接或缩口对接，如图16161515所示，所示，以便于上、下封头定位装配。尽管焊件厚度不大，为以便于上、下封头定位装配。尽管焊件厚度不大，为保证焊透，仍开

12、型坡口。保证焊透，仍开型坡口。（）焊接方法和焊接材料的选择（）焊接方法和焊接材料的选择 瓶体的焊接采瓶体的焊接采用生产率高、焊接质量稳定的埋弧自动焊。焊接材料用生产率高、焊接质量稳定的埋弧自动焊。焊接材料采用焊丝采用焊丝08A08A、H08MnAH08MnA或或10Mn2A,10Mn2A,配合配合J431J431。 瓶嘴因焊缝直径小，用手工电弧焊焊接。构件材瓶嘴因焊缝直径小，用手工电弧焊焊接。构件材料为料为2020钢时，焊条可采用钢时，焊条可采用43034303（J422J422），构件材料），构件材料为为1616MnMn钢时，焊条可取钢时，焊条可取50155015（J507J507）。）。焊

13、接结构设计焊接结构设计图16-15 瓶体环缝的接头形式焊接结构设计焊接结构设计（4 4） 主要工艺措施主要工艺措施 ）上、下封头拉深成形后，）上、下封头拉深成形后，因开口端变形大，冷变形强化严重，加上板材纤维组因开口端变形大，冷变形强化严重，加上板材纤维组织的影响，在残余应力作用下，容易发生裂纹。为防织的影响，在残余应力作用下，容易发生裂纹。为防止裂纹产生，拉深后应进行再结晶退火。止裂纹产生，拉深后应进行再结晶退火。 ）为减）为减少焊接缺陷，焊件焊缝附近必须严格清除铁锈油少焊接缺陷，焊件焊缝附近必须严格清除铁锈油污。污。 ）为去除焊接残余应力并改善焊接接头的组）为去除焊接残余应力并改善焊接接头

14、的组织与性能，瓶体焊后应进行整体正火处理，至少要进织与性能，瓶体焊后应进行整体正火处理，至少要进行去应力退火。行去应力退火。 ）主要工艺过程：落料）主要工艺过程：落料拉深拉深再结晶退火再结晶退火（冲孔）（冲孔）防锈防锈装焊衬环、瓶嘴装焊衬环、瓶嘴装装配上、下封头配上、下封头除锈除锈焊主环缝焊主环缝正火正火水压试验水压试验气密试验。气密试验。 ） 瓶体装配图，如图瓶体装配图，如图16161616所示。所示。焊接结构设计焊接结构设计图16-16 瓶体装配焊接简图焊接结构设计焊接结构设计2 2、焊接工字梁、焊接工字梁结构名称：焊接梁（图结构名称：焊接梁（图16-1016-10）；）；主要组成：上、下

15、翼板，腹板，肋板；主要组成：上、下翼板，腹板，肋板；材材 料：料：2020钢；钢；尺尺 寸：钢板最大长度寸：钢板最大长度2500mm2500mm，板厚分别选用，板厚分别选用6 6，8 8和和1010mmmm；生产类型：大批生产生产类型：大批生产设计要点：该结构用低碳钢板（设计要点：该结构用低碳钢板（2020钢）下料拼焊，材钢）下料拼焊，材料可焊性好。焊接工艺设计中需要集中考虑的是梁柱料可焊性好。焊接工艺设计中需要集中考虑的是梁柱的受力状况和防止应力与变形，切实保证焊接质量。的受力状况和防止应力与变形，切实保证焊接质量。焊接结构设计焊接结构设计图图16-11 16-11 翼板、腹板拼接焊缝的位置

16、翼板、腹板拼接焊缝的位置 图图16-10 16-10 焊接梁焊接梁（1 1） 翼板、腹板的拼接焊缝位置翼板、腹板的拼接焊缝位置 图图16-1016-10所示的梁在承受载荷时，上翼板内受压所示的梁在承受载荷时，上翼板内受压应力作用，下翼板内受拉应力作用，中部拉应力最大，应力作用，下翼板内受拉应力作用，中部拉应力最大，腹板受力较小。对上翼板和腹板，从使用要求看，焊腹板受力较小。对上翼板和腹板，从使用要求看，焊缝的位置可以任意安排。为充分利用材料原长和减少缝的位置可以任意安排。为充分利用材料原长和减少焊缝数量，上翼板和腹板都采用两块焊缝数量，上翼板和腹板都采用两块2500mm2500mm的钢板拼的钢

17、板拼接，即焊缝在梁的中部。对下翼板，为使焊缝避开最接，即焊缝在梁的中部。对下翼板，为使焊缝避开最焊接结构设计焊接结构设计 大应力位置，采用三块板拼接，且焊缝相距大应力位置，采用三块板拼接，且焊缝相距2500mm2500mm并呈对程布局方案，如图并呈对程布局方案，如图16-1116-11所示。所示。 根据焊件厚度、结构形状及尺寸，可供选择的根据焊件厚度、结构形状及尺寸，可供选择的焊接方法有手工电弧焊、焊接方法有手工电弧焊、COCO2 2气体保护焊和埋弧自动焊。气体保护焊和埋弧自动焊。因为是大批量生产，故应尽可能选用埋弧自动焊。对因为是大批量生产，故应尽可能选用埋弧自动焊。对于不便采用埋弧自动焊的

18、焊缝，则考虑选用手工电弧于不便采用埋弧自动焊的焊缝，则考虑选用手工电弧焊或焊或COCO2 2气体保护焊。气体保护焊。 各焊缝的焊接方法及接头各焊缝的焊接方法及接头型式的选用，见表型式的选用，见表16-316-3。下翼板两端倾斜部分的焊缝。下翼板两端倾斜部分的焊缝应采用手工电弧焊或应采用手工电弧焊或COCO2 2气体保护焊。气体保护焊。（2 2）各焊缝的焊接方法及接头型式）各焊缝的焊接方法及接头型式焊接结构设计焊接结构设计表表16-3 16-3 焊接梁各焊缝焊接方法及接头形式的选择焊接梁各焊缝焊接方法及接头形式的选择焊缝名称焊缝名称焊接方法焊接方法接头形式接头形式拼板焊缝拼板焊缝手弧焊或手弧焊或CO2焊焊翼板翼板-腹板焊腹板焊缝缝 1埋弧自动焊埋弧自动焊 2手弧焊或手弧焊或CO2焊焊筋板焊缝筋板焊缝手弧焊或手弧焊或CO2焊焊焊接结构设计焊接结构设计 主要工艺过程是：下料主要工艺过程是：下料拼板拼板装焊翼板和腹装焊翼板和腹板板装配筋板。装配筋板。 翼板和腹板的焊接顺序采用如图翼板和腹板的焊接顺序采用如图16-1216-12所示