機械加工基礎(chǔ)：焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、 焊接結(jié)構(gòu)在滿足工作性能要求的前提下，首先要焊接結(jié)構(gòu)在滿足工作性能要求的前提下，首先要考慮選擇焊接性較好的材料?？紤]選擇焊接性較好的材料。 低碳鋼和碳當(dāng)量小于低碳鋼和碳當(dāng)量小于0.40.4的低合金鋼的低合金鋼都具有良好都具有良好的焊接性，設(shè)計中應(yīng)盡量選用；的焊接性，設(shè)計中應(yīng)盡量選用； 含碳量大于含碳量大于0.40.4的碳鋼、碳當(dāng)量大于的碳鋼、碳當(dāng)量大于0.40.4的合的合金鋼金鋼，焊接性不好，設(shè)計時一般不宜選用。，焊接性不好，設(shè)計時一般不宜選用。 若必須選用，應(yīng)在設(shè)計和生產(chǎn)工藝中采取必要措若必須選用，應(yīng)在設(shè)計和生產(chǎn)工藝中采取必要措施。施。 強度等級低的低合金結(jié)構(gòu)鋼強度等級低的低合金結(jié)構(gòu)鋼： 焊

2、接性與低碳鋼基本相同，焊接性與低碳鋼基本相同， 鋼材價格也不貴，鋼材價格也不貴， 強度能顯著提高，強度能顯著提高， 條件允許時應(yīng)優(yōu)先選用。條件允許時應(yīng)優(yōu)先選用。 強度等級較高的低合金結(jié)構(gòu)鋼強度等級較高的低合金結(jié)構(gòu)鋼： 焊接性能雖然差些，但只要采取合焊接性能雖然差些，但只要采取合適的焊接材料與工藝，也能獲得滿意適的焊接材料與工藝，也能獲得滿意的焊接接頭。的焊接接頭。 設(shè)計強度要求高的重要結(jié)構(gòu)可以選用。設(shè)計強度要求高的重要結(jié)構(gòu)可以選用。鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼 脫氧完全，組織致密，質(zhì)量較高，可選作重要的焊脫氧完全，組織致密，質(zhì)量較高，可選作重要的焊接結(jié)構(gòu)。接結(jié)構(gòu)。沸騰鋼沸騰鋼焊接時易產(chǎn)生裂紋。厚板焊接時還可能

3、出現(xiàn)層狀撕焊接時易產(chǎn)生裂紋。厚板焊接時還可能出現(xiàn)層狀撕裂。不宜用作承受動載荷或嚴(yán)寒下工作的重要焊接裂。不宜用作承受動載荷或嚴(yán)寒下工作的重要焊接結(jié)構(gòu)件以及盛裝易燃、有毒介質(zhì)的壓力容器。結(jié)構(gòu)件以及盛裝易燃、有毒介質(zhì)的壓力容器。異種金屬的焊接異種金屬的焊接 必須特別注意它們的焊接性及其差異。必須特別注意它們的焊接性及其差異。 一般要求接一般要求接頭強度不低于被焊鋼材中的強度較低者，并應(yīng)在設(shè)計中頭強度不低于被焊鋼材中的強度較低者，并應(yīng)在設(shè)計中對焊接工藝提出要求。對焊接工藝提出要求。 設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時，應(yīng)多采用工字鋼、槽鋼、角鋼設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時，應(yīng)多采用工字鋼、槽鋼、角鋼和鋼管等型材，以降低結(jié)構(gòu)重量，減少焊

4、縫數(shù)量、簡和鋼管等型材，以降低結(jié)構(gòu)重量，減少焊縫數(shù)量、簡化焊接工藝，增加結(jié)構(gòu)件的化焊接工藝，增加結(jié)構(gòu)件的強度和剛性強度和剛性。一、焊縫的布置一、焊縫的布置工藝設(shè)計原則：工藝設(shè)計原則：(1) (1) 焊縫布置應(yīng)盡量分散焊縫布置應(yīng)盡量分散 兩條焊縫的間距大于三倍板厚，且不小于兩條焊縫的間距大于三倍板厚，且不小于100 mm100 mm(2) (2) 焊縫的位置應(yīng)盡可能對稱布置焊縫的位置應(yīng)盡可能對稱布置(3) (3) 焊縫應(yīng)盡量避開最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置焊縫應(yīng)盡量避開最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置 對于受力較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的焊接構(gòu)件，在最大對于受力較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的焊接構(gòu)件，在最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中

5、位置不應(yīng)該布置焊縫。應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置不應(yīng)該布置焊縫。壓力容器的封頭應(yīng)有一直壁段壓力容器的封頭應(yīng)有一直壁段：焊縫避開應(yīng)力集中的：焊縫避開應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)角位置。直壁段不小于轉(zhuǎn)角位置。直壁段不小于25 mm25 mm。 (4) (4) 焊縫應(yīng)盡量避開機械加工表面。焊縫應(yīng)盡量避開機械加工表面。有些焊接結(jié)有些焊接結(jié)構(gòu)是一些零件，需要進行機械加工，其焊縫位置的構(gòu)是一些零件，需要進行機械加工，其焊縫位置的設(shè)計應(yīng)盡可能距離已加工表面遠一些。設(shè)計應(yīng)盡可能距離已加工表面遠一些。 (5) (5) 焊縫位置應(yīng)便于焊接操作布置焊縫時，要焊縫位置應(yīng)便于焊接操作布置焊縫時，要考慮到有足夠的操作空間?？紤]到有足夠的操作空

6、間。 埋弧焊結(jié)構(gòu)要考慮接頭處在施焊中存放焊劑和熔池埋弧焊結(jié)構(gòu)要考慮接頭處在施焊中存放焊劑和熔池保持問題。保持問題。點焊與縫焊應(yīng)考慮電極伸入方便。點焊與縫焊應(yīng)考慮電極伸入方便。 焊縫應(yīng)焊縫應(yīng)盡量放在平焊位置盡量放在平焊位置，應(yīng)盡可能避免，應(yīng)盡可能避免仰焊焊縫，減少橫焊焊縫。仰焊焊縫，減少橫焊焊縫。 良好的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計，還應(yīng)良好的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計，還應(yīng)盡量使全部焊盡量使全部焊接部件，至少是主要部件能在焊接前一次裝配接部件，至少是主要部件能在焊接前一次裝配點固，點固，以簡化裝配焊接過程，節(jié)省場地面積，以簡化裝配焊接過程，節(jié)省場地面積，減少焊接變形，提高生產(chǎn)效率。減少焊接變形，提高生產(chǎn)效率。二、接頭形式的

7、選擇與設(shè)計二、接頭形式的選擇與設(shè)計 接頭形式應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀、強度要求、工件厚度、接頭形式應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀、強度要求、工件厚度、焊后變形大小、焊條消耗量、坡口加工難易程度、焊后變形大小、焊條消耗量、坡口加工難易程度、焊接方法等因素綜合考慮決定。焊接方法等因素綜合考慮決定。 1 1接頭形式接頭形式對接接頭對接接頭T T形接頭形接頭角接接頭角接接頭搭接接頭搭接接頭 對接接頭受力比較均勻，是最常用的接頭形式，對接接頭受力比較均勻，是最常用的接頭形式，重要的受力焊縫應(yīng)盡量選用。重要的受力焊縫應(yīng)盡量選用。 角接接頭與角接接頭與T T形接頭受力情況都較對接接頭復(fù)雜，但接頭形接頭受力情況都較對接接頭復(fù)雜，但接頭

8、成直角或一定角度連接時，必須采用這種接頭形式。成直角或一定角度連接時，必須采用這種接頭形式。 搭接接頭因兩工件不在同一平面，受力時將產(chǎn)生搭接接頭因兩工件不在同一平面，受力時將產(chǎn)生附加彎矩，而且金屬消耗量也大，一般應(yīng)避免采用。附加彎矩，而且金屬消耗量也大，一般應(yīng)避免采用。但搭接接頭不需開坡口，裝配時尺寸要求不高，對但搭接接頭不需開坡口，裝配時尺寸要求不高，對某些受力不大的平面聯(lián)接與空間構(gòu)架，采用搭接接某些受力不大的平面聯(lián)接與空間構(gòu)架，采用搭接接頭可節(jié)省工時。頭可節(jié)省工時。 2 2坡口形式坡口形式 焊條電弧焊對板厚為焊條電弧焊對板厚為 1 16 mm6 mm對接接頭施焊時，一對接接頭施焊時，一般可

9、不開坡口般可不開坡口 ( (即即I I形坡口形坡口) )直接焊成。直接焊成。 當(dāng)板厚增大時，為了保證焊透，接頭處應(yīng)根據(jù)工件當(dāng)板厚增大時，為了保證焊透，接頭處應(yīng)根據(jù)工件厚度預(yù)先加工出各種形式的坡口。坡口角度和裝配尺厚度預(yù)先加工出各種形式的坡口。坡口角度和裝配尺寸按標(biāo)準(zhǔn)選用。寸按標(biāo)準(zhǔn)選用。 兩個焊接件的厚度相同時，可選用常用的坡口形式兩個焊接件的厚度相同時，可選用常用的坡口形式及角度。及角度。 Y Y形坡口形坡口和和帶鈍邊帶鈍邊 U U形坡口形坡口用于單面焊，其焊接性用于單面焊，其焊接性較好。但焊后角變形較大，焊條消耗量也大些。較好。但焊后角變形較大，焊條消耗量也大些。 雙雙Y Y形坡口形坡口雙面

10、施焊，受熱均勻，變形較小，焊條雙面施焊，受熱均勻，變形較小，焊條消耗量較少。但有時受結(jié)構(gòu)形狀限制。消耗量較少。但有時受結(jié)構(gòu)形狀限制。 帶鈍邊帶鈍邊U U形坡口形坡口根部較寬，允許焊條深入，容易焊根部較寬，允許焊條深入，容易焊透。而且坡口角度小，焊條消耗量較小。但因坡口形透。而且坡口角度小，焊條消耗量較小。但因坡口形狀復(fù)雜，一般只在重要的受動載的厚板結(jié)構(gòu)中采用。狀復(fù)雜，一般只在重要的受動載的厚板結(jié)構(gòu)中采用。 帶鈍邊雙單邊帶鈍邊雙單邊V V形坡口形坡口主要用于主要用于 T T形接頭和角接形接頭和角接接頭的焊接結(jié)構(gòu)中。接頭的焊接結(jié)構(gòu)中。3 3接頭過渡形式接頭過渡形式 設(shè)計焊接構(gòu)件最好采用相等厚度的金

11、屬材設(shè)計焊接構(gòu)件最好采用相等厚度的金屬材料，以便獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。料，以便獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。 當(dāng)兩塊厚度相差較大的金屬材料進行焊接當(dāng)兩塊厚度相差較大的金屬材料進行焊接時，接頭處會造成應(yīng)力集中。接頭兩邊受熱不時，接頭處會造成應(yīng)力集中。接頭兩邊受熱不勻易產(chǎn)生焊不透等缺陷。勻易產(chǎn)生焊不透等缺陷。 不同厚度金屬材料對接時，允許的厚度差如表不同厚度金屬材料對接時，允許的厚度差如表4-94-9所示。如果所示。如果1 1-超過表中規(guī)定值，或者雙面超過超過表中規(guī)定值，或者雙面超過 2(2(1 1-)-)時，應(yīng)在較厚板料上加工出單面或雙面斜邊時，應(yīng)在較厚板料上加工出單面或雙面斜邊的過渡形式。的過渡形式。 鋼板厚度不同的角接與鋼板厚度不同的角接與T T形接頭受力焊縫，可考慮形接頭受力焊縫，可考慮采取過渡形式。采取過渡形式。4 4其它焊接方法的接頭與坡口形式其它焊接方法的接頭與坡口形式 埋弧焊的接頭形式與焊條電弧焊基本相同。但由于埋弧焊的