第四章 焊接结构设计.ppt

1、第四章 焊接结构设计,设计焊接结构时，设计者应做到： 1.要很好了解产品使用性能的要求。 如载荷大小、载荷性质、使用温度、使用环境以及有关产品结构的国家标准与规程。 2.要考虑焊接结构的工艺性。 如焊接工件材料的选择、焊接方法的选择、焊接接头的工艺设计等。 3.要考虑到制造单位的质量管理水平、产品检验技术等有关问题。 这样才能设计出比较容易生产、质量优良、成本低廉的焊接结构。,第一节 焊接结构件材料的选择,焊接结构在满足工作性能要求的前提下，首先要考虑选择焊接性较好的材料。 低碳钢和碳当量小于0.4的低合金钢都具有良好的焊接性，设计中应尽量选用； 含碳量大于0.4的碳钢、碳当量大于0.4的合金

2、钢，焊接性不好，设计时一般不宜选用。 若必须选用，应在设计和生产工艺中采取必要措施。,强度等级低的低合金结构钢： 焊接性与低碳钢基本相同， 钢材价格也不贵， 强度能显著提高， 条件允许时应优先选用。 强度等级较高的低合金结构钢： 焊接性能虽然差些，但只要采取合适的焊接材料与工艺，也能获得满意的焊接接头。 设计强度要求高的重要结构可以选用。,镇静钢 脱氧完全，组织致密，质量较高，可选作重要的焊接结构。 沸腾钢 含氧量较高，组织成分不均匀，焊接时易产生裂纹。厚板焊接时还可能出现层状撕裂。 不宜用作承受动载荷或严寒下工作的重要焊接结构件以及盛装易燃、有毒介质的压力容器。 异种金属的焊接 必须特别注意

3、它们的焊接性及其差异。 一般要求接头强度不低于被焊钢材中的强度较低者，并应在设计中对焊接工艺提出要求，按焊接性较差的钢种采取措施，如预热或焊后热处理等。 对不能用熔焊方法获得满意接头的异种金属应尽量不选用。,设计焊接结构时，应多采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以降低结构重量，减少焊缝数量、简化焊接工艺，增加结构件的强度和刚性。 对形状比较复杂的部分，还可以选用铸钢件、锻件或冲压件来焊接。图4-37是合理选材、减少焊缝数量的几个示例。,第二节 焊接接头的工艺设计,一、焊缝的布置 合理的焊缝位置是焊接结构设计的关键，与产品质量、生产率、成本及劳动条件密切相关。其一般工艺设计原则如下：,(1)

4、焊缝布置应尽量分散 焊缝密集或交叉，会造成金属过热，加大热影响区，使组织恶化。 因此两条焊缝的间距一般要求大于三倍板厚，且不小于100 mm，图4-38所示 a、b、c的结构应改为d、e、f的结构形式。,(2) 焊缝的位置应尽可能对称布置 如图4-39a、b所示的焊件，焊缝位置偏离截面中心，并在同一侧。由于焊缝的收缩，会造成较大的弯曲变形。图中 c、d、e所示的焊缝位置对称，焊后不会发生明显的变形。,(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面和应力集中位置不应该布置焊缝。,大跨度的焊接钢梁：板坯的拼料焊缝应避免放在梁的中间，如图440中

5、a应改为d的状态。,(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面和应力集中位置不应该布置焊缝。,压力容器的封头应有一直壁段：如图4-40中b应改为e状态，使焊缝避开应力集中的转角位置。直壁段不小于25 mm。,(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面和应力集中位置不应该布置焊缝。,在构件截面有急剧变化的位置或尖锐棱角部位：则易产生应力集中，应避免布置焊缝。例如图4-40中c应改为f的状态。,(4) 焊缝应尽量避开机械加工表面有些焊接结构是一些零件，需要进行机械加工，如焊接轮毂、配

6、管件、焊接支架等。 其焊缝位置的设计应尽可能距离已加工表面远一些，如图4-41中c、d。,(5) 焊缝位置应便于焊接操作布置焊缝时，要考虑到有足够的操作空间。 如图4-42中 a、b、c所示的内侧焊缝，焊接时焊条无法伸入。,(5) 焊缝位置应便于焊接操作布置焊缝时，要考虑到有足够的操作空间。 若必须焊接，只能将焊条弯曲，但操作人的视线被遮挡着，极易造成缺陷。因此应改为图442中d、e、f所示的设计。,(5) 焊缝位置应便于焊接操作布置焊缝时，要考虑到有足够的操作空间。 埋弧焊结构要考虑接头处在施焊中存放焊剂和熔池保持问题(图443)。,(5) 焊缝位置应便于焊接操作布置焊缝时，要考虑到有足够的

7、操作空间。 点焊与缝焊应考虑电极伸入方便(图4-44)。,焊缝应尽量放在平焊位置，应尽可能避免仰焊焊缝，减少横焊焊缝。 良好的焊接结构设计，还应尽量使全部焊接部件，至少是主要部件能在焊接前一次装配点固，以简化装配焊接过程，节省场地面积，减少焊接变形，提高生产效率。,二、接头形式的选择与设计 接头形式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度、焊接方法等因素综合考虑决定。 1接头形式,焊接碳钢和低合金钢常用的接头形式： 对接接头 T形接头 角接接头 搭接接头,对接接头受力比较均匀，是最常用的接头形式，重要的受力焊缝应尽量选用。,角接接头与T形接头受力情况都较对

8、接接头复杂，但接头成直角或一定角度连接时，必须采用这种接头形式。,搭接接头因两工件不在同一平面，受力时将产生附加弯矩，而且金属消耗量也大，一般应避免采用。但搭接接头不需开坡口，装配时尺寸要求不高，对某些受力不大的平面联接与空间构架，采用搭接接头可节省工时。,2坡口形式 根据GB 985-88，气焊、焊条电弧焊及气体保护焊常用的几种焊缝坡口形式与尺寸如图4-45所示。 焊条电弧焊对板厚为 16 mm对接接头施焊时，一般可不开坡口 (即I形坡口)直接焊成。 当板厚增大时，为了保证焊透，接头处应根据工件厚度预先加工出各种形式的坡口。坡口角度和装配尺寸按标准选用。 两个焊接件的厚度相同时，常用的坡口形

9、式及角度可按前文所述接头形式选用。,2坡口形式 Y形坡口和带钝边 U形坡口用于单面焊，其焊接性较好。但焊后角变形较大，焊条消耗量也大些。 双 Y形坡口双面施焊，受热均匀，变形较小，焊条消耗量较少。但有时受结构形状限制。 带钝边 U形坡口根部较宽，允许焊条深入，容易焊透。而且坡口角度小，焊条消耗量较小。但因坡口形状复杂，一般只在重要的受动载的厚板结构中采用。 带钝边双单边 V形坡口主要用于 T形接头和角接接头的焊接结构中。,3接头过渡形式 设计焊接构件最好采用相等厚度的金属材料，以便获得优质的焊接接头。 当两块厚度相差较大的金属材料进行焊接时，接头处会造成应力集中。 而且接头两边受热不匀易产生焊不透等缺陷。,不同厚度金属材料对接时，允许的厚度差如表4-9所示。如果1-超过表中规定值，或者双面超过 2(1-)时，应在较厚板料上加工出单面或双面斜边的过渡形式，如图 446所示。,钢板厚度不同的角接与T形接头受力焊缝，可考虑采取图4-47所示的过渡形式。,4其它焊接方法的接头与坡口形式 埋弧焊的接头形式与焊条电弧焊基本相同。但由于埋弧焊选用的电流大、熔深大，所以板厚小于12 mm时可不开坡口(即I形坡口)单面焊接。 板厚小于24 mm时，可不开坡口双面焊接。 焊更厚的工件时，必须