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1、 焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计基本要求：焊接结构设计基本要求：1、实用性、实用性2、可靠性、可靠性3、工艺性、工艺性4、经济性、经济性焊接结构设计考虑的内容焊接结构设计考虑的内容 使用焊接方法制造的金属结构称为使用焊接方法制造的金属结构称为焊接结构焊接结构。船体、球罐、起重机臂等都是焊接结构。船体、球罐、起重机臂等都是焊接结构。 设计主要内容：设计主要内容： （1 1）焊接结构材料的选择；）焊接结构材料的选择； （2 2）焊接方法的选择；）焊接方法的选择； （3 3）焊接接头工艺设计；）焊接接头工艺设计； 包括焊缝布置的设计，焊接接头形式和包括焊缝布置的设计，焊接接头形式和坡口形坡口形
2、 式设计。式设计。 （4 4）焊接材料、焊接参数的选择等。）焊接材料、焊接参数的选择等。一、焊接结构材料的选择一、焊接结构材料的选择 结构材料指焊件材料，在满足使用性能要求的前提下，结构材料指焊件材料，在满足使用性能要求的前提下，尽量选用焊接性较好的材料尽量选用焊接性较好的材料。选材的一般原则：选材的一般原则：（1 1）W WC C0.25%0.25%的碳钢（低碳钢），的碳钢（低碳钢），W WC C0.4%0.4%的低合金钢焊接的低合金钢焊接性好尽量选用。性好尽量选用。 W WC C0.5%0.5%的碳素钢，的碳素钢，W WC C0.4%0.4%的合金钢焊接性不的合金钢焊接性不好。好。（2 2
3、）强度等级低的低合金钢的可焊性与低碳钢相似，但强度）强度等级低的低合金钢的可焊性与低碳钢相似，但强度比低碳钢高，适当选用低合金钢代替低碳钢可以节省钢材，减比低碳钢高，适当选用低合金钢代替低碳钢可以节省钢材，减轻结构重量。轻结构重量。（3 3）尽量减少异种金属的熔焊。减少出现的问题复杂性，避）尽量减少异种金属的熔焊。减少出现的问题复杂性，避免无法用熔焊的方法获得满意接头。免无法用熔焊的方法获得满意接头。（4 4）尽量选用尺寸较大的原材料或型材，以减少焊缝数量。）尽量选用尺寸较大的原材料或型材，以减少焊缝数量。（5 5）尽量采用廉价材料，以降低成本。）尽量采用廉价材料，以降低成本。二、焊接方法的选
4、择二、焊接方法的选择 合理选择焊接方法，应考虑的因素：合理选择焊接方法，应考虑的因素：根据材料的焊接性根据材料的焊接性，通过查表选择焊接方法。，通过查表选择焊接方法。根据材料的特点选择根据材料的特点选择；如低碳钢可采用各种焊接方法都可；如低碳钢可采用各种焊接方法都可获得优质焊接接头，铝合金采用氩弧焊才能获得优质焊接接获得优质焊接接头，铝合金采用氩弧焊才能获得优质焊接接头。头。 3. 3. 根据结构板厚度选择；根据结构板厚度选择；如：工件为厚板如：工件为厚板(35mm(35mm以上以上) )，条，条件允许时可采用电渣焊。中等厚板件允许时可采用电渣焊。中等厚板(1 0- 20mm)(1 0- 20
5、mm)，采用手，采用手弧焊、埋弧焊、气体保护焊都可以，氩弧焊成本较高，尽量弧焊、埋弧焊、气体保护焊都可以，氩弧焊成本较高，尽量不要采用。工件为薄板，无密封要求，可采用点焊不要采用。工件为薄板，无密封要求，可采用点焊; ;有密封有密封要求，可采用缝焊。若工件为要求，可采用缝焊。若工件为长直焊缝或大直径环形焊缝长直焊缝或大直径环形焊缝，生产批量较大，可用生产批量较大，可用埋弧自动焊埋弧自动焊。根据生产率和现场设备条件选择。根据生产率和现场设备条件选择。批量小批量小：用设备投资少的方法，如气焊、焊条电弧焊等；：用设备投资少的方法，如气焊、焊条电弧焊等；批量大批量大：用高效焊接方法，如电阻焊、摩擦焊、
6、埋弧焊等。：用高效焊接方法，如电阻焊、摩擦焊、埋弧焊等。5 5经济性经济性，优先选用普通焊接方法。，优先选用普通焊接方法。表8-11 1、焊缝布置、焊缝布置焊缝在空间的位置：焊缝在空间的位置： 平焊；横焊；立焊；仰焊。平焊；横焊；立焊；仰焊。 平焊操作方便，易于保证焊缝质量，平焊操作方便，易于保证焊缝质量， 故焊接时，使焊缝尽可能量处于平焊位置。故焊接时，使焊缝尽可能量处于平焊位置。 为保证焊接件的质量，在布置焊缝位置和确定焊接次序时，为保证焊接件的质量，在布置焊缝位置和确定焊接次序时，应尽量减少焊接应力和变形，并充分考虑工人的操作方便及应尽量减少焊接应力和变形，并充分考虑工人的操作方便及工件
7、美观，工件美观，一般应遵循以下原则：一般应遵循以下原则： 三、焊接接头工艺设计三、焊接接头工艺设计（1 1）. .焊缝布置应便于焊接操作，焊缝布置应便于焊接操作，以便于施焊和检验以便于施焊和检验。不合理不合理合理合理A.A.手工电弧焊手工电弧焊不合理不合理合理合理B.B.埋弧焊埋弧焊C.C.点焊或缝焊点焊或缝焊不合理不合理合理合理75A.手工电弧焊时，要考虑焊条有足够的操作空间。手工电弧焊时，要考虑焊条有足够的操作空间。B.埋弧自动焊要有利于存放焊剂。埋弧自动焊要有利于存放焊剂。C.点悍、缝焊时，要求电极能方便地伸入待焊位置。点悍、缝焊时，要求电极能方便地伸入待焊位置。图图8-1 焊缝位置与操
8、作空间的关系焊缝位置与操作空间的关系（2 2）. .焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形。焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形。1.焊缝焊缝应避开最大应力和应力集中的部焊缝焊缝应避开最大应力和应力集中的部位。位。不合理不合理合理合理图图8- 2 焊缝应避开应力集中部位焊缝应避开应力集中部位焊缝设置应尽可能对称。焊缝设置应尽可能对称。焊缝位置偏离中性轴，焊后会产生较大的弯曲变形焊缝位置偏离中性轴，焊后会产生较大的弯曲变形;焊缝对称于中性轴，有可能使弯曲变形互相抵消焊缝对称于中性轴，有可能使弯曲变形互相抵消;两条焊缝在中轴上，焊后无明显弯曲。两条焊缝在中轴上，焊后无明显弯曲。图图8-3 焊缝对称布置的
9、设计焊缝对称布置的设计不合理不合理合理合理图图8-4 焊缝位置与应力和变形的关系焊缝位置与应力和变形的关系焊缝应避免过分集中和交叉。多次焊接会使接头部位焊缝应避免过分集中和交叉。多次焊接会使接头部位过热严重，同时增大焊接残余应力。过热严重，同时增大焊接残余应力。（3 3）焊缝应避开加工表面，尤其是已加工表面，）焊缝应避开加工表面，尤其是已加工表面，以免影响加工表面的精度。以免影响加工表面的精度。不合理不合理合理合理不合理不合理合理合理图图8-5 焊缝位置与加工表面的关系焊缝位置与加工表面的关系（4 4）焊缝端部应无锐角，接头应平滑过渡，尽量减）焊缝端部应无锐角，接头应平滑过渡，尽量减少厚度差。
10、少厚度差。 此外，焊缝应尽可能设置在能实现平焊位置施焊的部位，此外，焊缝应尽可能设置在能实现平焊位置施焊的部位，以利于保证焊接质量和提高生产率。以利于保证焊接质量和提高生产率。不合理不合理合理合理图图8-6 焊缝接头区的过渡焊缝接头区的过渡 焊接接头是焊接结构最基本的组成部分，焊接接头是焊接结构最基本的组成部分，是影响结构性能与安全的关键因素。接头形式是影响结构性能与安全的关键因素。接头形式设计应根据焊接方法、结构形状与尺寸、强度设计应根据焊接方法、结构形状与尺寸、强度要求、填充金属的量和坡要求、填充金属的量和坡口形式、口形式、加工难易等加工难易等因素综合考虑。因素综合考虑。2 2、焊接接头形
11、式设计、焊接接头形式设计对接对接搭接搭接角接角接T T形接头形接头（1 1）对接接头：受力均匀，）对接接头：受力均匀， 接头质量易保证，应用最广；接头质量易保证，应用最广；（2 2）搭接接头：受力不均匀，材料消耗大，）搭接接头：受力不均匀，材料消耗大， 一般用于薄板件；一般用于薄板件；（3 3）角接接头：只连接，不能传递工作载荷；）角接接头：只连接，不能传递工作载荷；（4 4） T T形接头：可传递载荷。形接头：可传递载荷。常用焊接接头形式及特点：常用焊接接头形式及特点：焊接接头形式的选择：焊接接头形式的选择： 选用何种接头主要依据焊接方法、焊件结构特点和使用选用何种接头主要依据焊接方法、焊件
12、结构特点和使用要求等因素。要求等因素。（1 1）焊接方法）焊接方法: : 1 1）熔焊适用于各类接头形式；）熔焊适用于各类接头形式； 2 2）电阻点焊和缝焊须采用搭接接头；）电阻点焊和缝焊须采用搭接接头； 3 3）对焊和摩擦焊须采用对接接头；）对焊和摩擦焊须采用对接接头； 4 4）钎焊多采用搭接接头。）钎焊多采用搭接接头。（2 2）焊件结构特点和使用要求：）焊件结构特点和使用要求： 1 1）承载较大的接头宜采用对接，以减少应力集中；）承载较大的接头宜采用对接，以减少应力集中； 2 2）承载较小可采用搭接、角接、形接。）承载较小可采用搭接、角接、形接。3坡口形式坡口形式坡口：坡口：是根据设计和工
13、艺需要，在焊件的待焊部位加工是根据设计和工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成的呈一定几何形状的沟槽。并装配成的呈一定几何形状的沟槽。常用的坡口形式常用的坡口形式有有形，形，形，形，和双形等。形，形，形，形，和双形等。生产中常用接头形式和尺寸：生产中常用接头形式和尺寸：a）对接接头）对接接头b）角接接头）角接接头如：电弧焊接头形式如：电弧焊接头形式d）搭接接头）搭接接头c）T接接头接接头（1 1）各类坡口的特点：）各类坡口的特点：1 1）形坡口：形坡口： 易于制备；易于制备；板厚较大时难于焊透。板厚较大时难于焊透。2 2）形坡口：）形坡口： 较易制备；较易制备；厚板焊接时费工费料；厚板焊接时费
14、工费料； 焊接变形较大。焊接变形较大。3 3）形、形及双形坡口：）形、形及双形坡口：焊接时省工省料；焊接时省工省料；焊接变形小；焊接变形小；制备较费工。制备较费工。主要依据焊件板厚和焊件使用条件进行选择。主要依据焊件板厚和焊件使用条件进行选择。 1 1）焊件板厚：）焊件板厚： 薄板对接一般采用薄板对接一般采用型坡口，其余可查表。型坡口，其余可查表。 2 2）焊件使用条件：）焊件使用条件：承载较小或精度要求不高时，承载较小或精度要求不高时， 采用采用形、形等坡口；形、形等坡口；承载较大或精度要求较高时，承载较大或精度要求较高时，宜采用形、形、和双形等坡口。宜采用形、形、和双形等坡口。（2 2）坡
15、口形式选择：）坡口形式选择：焊接工艺设计示例焊接工艺设计示例实例实例 结构名称结构名称 ：中压容器（见下图）中压容器（见下图） 材料材料 ：16MnR16MnR（钢板尺寸（钢板尺寸1200 1200 5000 5000） 料厚料厚 ：筒身：筒身12mm12mm，封头，封头14mm14mm， 人孔圈人孔圈20mm20mm，管接头，管接头7mm 7mm 。 生产数量生产数量 ：小批生产。试制定焊接工艺方案：小批生产。试制定焊接工艺方案。 8243000管接头管接头人孔人孔筒身筒身封头封头解解: : （1 1）焊缝布置、焊接次序）焊缝布置、焊接次序 根据板料尺寸，筒身应分为三节，分根据板料尺寸，筒身
16、应分为三节，分别冷卷成形，为避免焊缝密集，三段筒身上的别冷卷成形，为避免焊缝密集，三段筒身上的纵焊缝可相互错开纵焊缝可相互错开180180；封头应采用热压成型，；封头应采用热压成型，与筒身连接处应有与筒身连接处应有30 50 mm30 50 mm的直段，使焊缝的直段，使焊缝躲开转角应力集中处。人孔圈因其板厚较大，躲开转角应力集中处。人孔圈因其板厚较大，一般加热卷制。一般加热卷制。1234567（2 2）焊接方法、接头形式、焊接材料及工艺）焊接方法、接头形式、焊接材料及工艺序序号号焊缝名称焊缝名称焊接方法与工艺焊接方法与工艺接头型式接头型式焊接材料焊接材料1 1筒身纵缝筒身纵缝1 1、2 2、3
17、 3 埋弧自动焊双埋弧自动焊双面焊（质量高），面焊（质量高），先内后外。先内后外。16Mn16Mn应应在室内焊接。在室内焊接。焊丝：焊丝： H08MnAH08MnA焊剂：焊剂：431431焊条：焊条：J507J5072 2筒身环缝筒身环缝4 4、5 5、6 6、7 7 4 4、5 5、6 6 埋弧焊埋弧焊双面焊，先内后外；双面焊，先内后外；7 7 装配后先在内部用手弧装配后先在内部用手弧焊封底，再用埋弧焊焊焊封底，再用埋弧焊焊外环缝。外环缝。3 3管接头管接头焊缝焊缝 插入式装配，手工插入式装配，手工电弧焊，双面焊。电弧焊，双面焊。焊条：焊条：J507J507序序号号焊缝名称焊缝名称焊接方法与工艺焊接方法与工艺接头型式接头型式焊接材料焊接材料4 4人孔圈人孔圈纵缝纵缝 手工电弧焊手工电弧焊（焊缝短），平焊（焊缝短），平焊位置，位置，V V型坡口。型坡口。焊条：焊条：J507J5075 5人孔圈人孔圈焊接焊接 为立焊位置为立焊位置的圆周角焊缝，采的圆周角焊缝，采用手工电弧焊，单用手工电弧焊，单面坡口双面焊，焊面坡口双面焊，焊透。透。焊条：焊条：J507J507（续表）（续表）
