09焊接结构设计

焊接结构设计设计准则几何连续性焊缝及其影响区的强度特别是其动载强度一般比周围材料的强度要低，往往还有焊接内应力，因此应尽量将焊缝设置于应力水平较低的区域。避免在几何形状突变处设置焊缝，因为这里应力集中。焊缝欲联接的两侧有时不能保证几何形状的连续性，最常见的是板厚不同，对此要在结构设计时留有过渡结构，从而减轻几何形状的突变性。设计准则避免焊缝重叠复杂结构的焊接常会遇到多条焊缝交叉重叠的问题，焊缝交汇处刚性大，结构翘曲严重，从而加大焊缝内应力;结构多次过热，材料性能下降，易生裂纹，这些都会引起焊接结构承载性能的下降，因此焊缝的交叉重迭应予避免。防止焊缝的交叉重迭的结构措施有三种:(1)加辅助结构，如图4；(2)切除部分，如图5；(3)焊缝错开，如图6。设计准则焊缝根部优先受压在焊接构件遭受弯曲作用，即构件一面受拉，另一面受压时，应将焊缝根部置于受压一面。因为焊缝根部有裂纹，并易产生缺口作用，承受拉载荷能力比之承受压载荷能力差。对于载荷方向变化的焊接构件可采用双面焊。避免铆接式结构工程实际中不少焊接结构是模仿铆接结构得来的，这种结构通常采用衬板，搭接等形式，貌似加强了承载能力，实则不然。(a)是模仿铆接结构一例，其缺点有:焊缝多、材料费、造价高。这种模仿结构不但浪费材料，而且导致应力流转折，提高了焊缝处的应力水平，如此结构应避免。改进结构对于厚板如图(b)，对于薄板如图(c)。设计准则避免尖角准则尖角处焊接定位困难，焊接质量不易保证，而且因热容体太小，尖角易被熔化，这种焊接结构不应采用。设计准则便利焊接工艺准则设计准则对接焊优先准则设计准则焊接区柔性准则

焊接过程中，焊接区受高温作用，构件产生热变形，两构件在这种状态下被连为一体。当焊接热量消逝时，由其引起的热变形因自由变形受到新的限制而不能完全消除，从而产生残余变形，引起内应力，消除这种内应力的常用方法是将焊接好的构件进行热处理。采用热处理工艺固然可有效地减低或消除内应力，提高焊接质量，但同时也提高了构件的制造成本，构件较大时，热处理还较困难。通过有目的的结构设计也可以减少内应力，如图焊接区内应力产生的根本原因是结构自由变形受到一定的限制，焊接区周围的刚性越大，这种限制越大，因此在可能的情况下，应尽量减少焊接区周围构件的刚性，这样从根本上减少了内应力的产生。设计准则焊接量最少准则最好的焊接结构是焊接量最少的结构，应尽可能减少焊缝个数和焊接量。焊缝的机械性能原则上比母材要差。焊接量大，也意味着过热影响区大，结构产生的内应力和热变形大，从而提高了热处理和结构校正的要求。设计准则结构抗疲劳能力的提高

焊接接头的疲劳极限一般低于母材。为提高焊接接头的抗疲劳能力，通常考虑以下几点:1)焊趾部位的加工，使焊缝向母材圆滑过渡。

2)纵向对接焊缝对缺陷的敏感性最低。角焊缝的疲劳限则较低，不能靠提高角焊缝断面来提高接头在变载荷下的承载能力。

3)在梁的受拉翼缘上，即使仅仅是横向堆焊焊缝，也会使疲劳限下降。因此，当承受变载荷的结构受拉翼板上不可避免地要焊上诸如耳板之类零件时，在设计上完全可以避免横向焊缝。同时为了防止纵向角焊缝的起迄端在翼板上造成刻槽的不利影响，可以将焊缝延伸一段，并使延伸段焊缝的高度逐渐降低。这将大大提高结构的疲劳限。如能将起迄端与翼板磨成平滑过渡，效果更好。设计准则振动时效的试验

振动时效，就是在工件共振频率范围内，施以一定的周期激振力，使所处理的工件残余应力降低，以至消除，从而保证被处理的工件形状和几何尺寸稳定。做为热时效工艺的一项补充技术，振动时效工艺已经在很多地方推