焊接結構學-第八章

1、焊接結構學 主講教師：安俊超第八章第八章 焊接結構設計焊接結構設計 焊接結構設計是焊接產(chǎn)品設計的核心，是充分考慮焊接應力與變形、焊接接頭強度、焊接結構力學特征、焊接結構斷裂性能與疲勞性能的基礎上進行設計的。7.1 焊接結構設計的一般原則焊接結構設計的一般原則7.1.1 焊接結構設計的一般思路 1 焊接結構設計的基本要求 （1）實用性； （2）可靠性； （3）工藝性； （4）經(jīng)濟性。 2 焊接結構設計的基本方法 （1）許用應力設計法 工作應力許用應力 工作變形許用變形 安全系數(shù)許用安全系數(shù) 1）母材的許用應力和安全系數(shù) （8-4） 2）焊縫的許用應力 母材許用應力乘以系數(shù)。 （2）可靠性設計法

2、把與設計有關的強度、載荷、尺寸和壽命當作隨機變量，采用概率理論和數(shù)理統(tǒng)計的方法進行處理，設計結果更符合工程實際。 （3）有限元數(shù)值模擬輔助設計法8.1.2 焊接結構設計的合理性分析 1 從實用性和可靠性分析焊接結構的合理性 （1）合理選擇基體材料和焊接材料 使用性能和工藝性能、經(jīng)濟性。 （2）合理設計焊接結構形式 1）良好的受力狀態(tài) 2）重視局部構造 3）有利于實現(xiàn)機械化和自動化焊接 （3）合理設計焊接接頭形式 （4）合理布置焊接接頭位置 對接接頭受力較均勻，重對接接頭受力較均勻，重 要的受力焊縫應盡量選用要的受力焊縫應盡量選用焊件不在同一平面，產(chǎn)生附加彎矩，金屬消耗量也大，焊件不在同一平面，

3、產(chǎn)生附加彎矩，金屬消耗量也大，一般應避免采用。但不需開坡口，焊前準備簡便，裝一般應避免采用。但不需開坡口，焊前準備簡便，裝配時尺寸要求不高，對于受力不大的平面聯(lián)配時尺寸要求不高，對于受力不大的平面聯(lián)結與空間架構，采用搭接可以節(jié)省工時。結與空間架構，采用搭接可以節(jié)省工時。 受力比對接接頭復雜，接受力比對接接頭復雜，接 頭成一定角度必須選用頭成一定角度必須選用密集、交叉的焊縫，會加密集、交叉的焊縫，會加大熱影響區(qū)及焊接應力大熱影響區(qū)及焊接應力不合理變形最變形最小小最好是能同時施焊最好是能同時施焊最大應力處易產(chǎn)生應力集中！ a)a)平焊平焊 b)b)橫焊橫焊 c)c)立焊立焊 d)d)仰焊仰焊 焊縫

4、的空間位置焊縫的空間位置 焊條電弧焊焊條電弧焊電阻點焊或縫焊電阻點焊或縫焊 便于施焊 2 從工藝性及經(jīng)濟性分析焊接結構的合理性 焊接結構的工藝性及經(jīng)濟性與備料工作量、結構形狀尺寸、生產(chǎn)批量、焊接可達性、工藝裝備條件、工藝水平及人員水平等因素有關。 （1）備料工作量 焊縫金屬填充料盡量少、焊接可達性好、坡口加工容易、便于控制焊接變形。 （2）焊接結構形式與焊接工藝選擇 鑄焊、鍛焊組合工藝是常用的工藝形式，可以根據(jù)生產(chǎn)條件及批量綜合考慮。也可以考慮其它工藝方式。 （3）焊縫的可焊到性和可檢測性 （4）減少焊接工作量 減少焊接工作量也就意味著減少焊接應力與變形，減少焊接材料使用量。 （5）焊接變形的

5、控制 （6）勞動環(huán)境條件 （7）材料的合理利用 合理解決節(jié)省原材料與增加工藝成本的關系，以降低總成本為目標。 （8）方便生產(chǎn)組織與管理8.1.3 焊接結構設計中應注意的問題 1 改造結構的設計 （1）鉚接結構的改造 （2）鑄造結構的改造 詳細分析鑄造結構，只 可以改造鑄造工藝所決定的構造形式，不可以改造功能性的構造形式。 1）注意所用材料性質上的差別； 2）注意鑄造結構工藝與焊接工藝不同的要求； 3）要注意振動和屈曲問題。 2 考慮自動化焊接的結構設計 在焊縫位置的設置、接頭形式的選擇、焊接順序的安排、操作空間等方面都要考慮焊接自動化問題。自動化焊接不但提高生產(chǎn)效率，而且提高焊接質量以及質量穩(wěn)

6、定性。 3 考慮現(xiàn)代化生產(chǎn)管理的設計 焊接結構設計應當主動適應現(xiàn)代化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的要求，以有利于生產(chǎn)組織與管理。8.2 焊接結構設計實例焊接結構設計實例8.2.1 機床床身 1 焊接機身設計的要求 （1）強度； （2）剛度； （3）尺寸穩(wěn)定性； （4）減振性。 2 焊接機身的設計 （1）材料的選用 （2）焊接接頭的設計 主要考慮減振性要求。 1）采用T形焊接接頭；2）采用斷續(xù)焊縫； 3）加強筋板的應用。 （3）焊接接頭的位置 1）避免在加工表面上布置焊縫； 2）避免在配合面上布置焊縫。 （4）保證焊接構件的定位精度 （5）防止加強筋板被鉆穿 8.2.2 壓力容器 1 壓力容器焊接接頭的分類 A

7、、B、C、D、E、F六類。2 壓力容器焊接接頭的設計要求 （1）壓力容器中的A類和B類焊接接頭 這兩類接頭必須都為全焊透對接接頭形式。 （2）壓力容器中的C類焊接接頭 不要求全焊透，采用局部焊透的丁字接頭。 （3）壓力容器中的D類焊接接頭 插入式接管全焊透丁字接頭、局部、帶補強的丁字接頭等。 （4）壓力容器中的E類焊接接頭 采用雙面開坡口的全焊透角焊縫接頭形式。 3 壓力容器焊接結構設計 （1）焊接強度設計 1）薄壁容器 按式8-5、8-6、8-7計算。 2）厚壁容器 按式8-8計算。 （2）壓力容器材料的選擇 4 圓筒形容器結構與接頭的設計 （1）圓筒形容器的組成 筒體、封頭、法蘭、接管、支

8、座是圓筒形容器的主要組成零件。 （2）圓筒形容器焊接接頭的設計 1）縱向焊縫和環(huán)向焊縫 對接接頭，平滑過 渡，與母材等強度是縱向焊縫主要要求。環(huán)向焊縫強度要求較低。 2）容器上的支管連接 圖8-22、8-23。 3）管板連接4）開孔與補強 5 多層容器結構與接頭的設計 （1）層板包扎法； （2）繞板法 （3）熱套法； （4）繞帶法。 6 球形容器結構與接頭的設計 （1）典型的球形結構 圖8-27。 （2） 球形容器的制造方法 1）分片預制、現(xiàn)場整體裝焊方案； 2）吊裝旋轉整體裝焊方案； 3）分帶預制、整體疊裝焊接方案。8.2.3 薄板結構 1 薄板結構的穩(wěn)定性； 如果薄板構件受軸向應力小于臨界

9、應力，則可以認為薄板構件將不會發(fā)生局部失穩(wěn)。如果壓應力ycr，則薄板結構發(fā)生失穩(wěn)。 2 基于穩(wěn)定性的薄板結構設計 （1）合理設計截面形狀 （2）設置加強筋 （3）薄板壓形 （4）焊接方法 點焊、高能束焊等焊接應力與變形小的焊接方法。期末考察題1 用自己語言描述焊接應力與變形的基本機理。2 簡述焊接殘余應力對構件靜載強度的影響。3 為什么焊接接頭比鉚接接頭容易產(chǎn)生脆性斷裂。4 簡述影響焊接結構疲勞性能的主要因素。5 簡述焊接結構的力學合理性。6 進行機床機身的焊接結構設計，并把其與鑄造機 床機身進行比較。焊接結構復習題 一 緒論 1焊接結構的特點； 2構件焊接性； 3焊接結構。二 焊接應力與變形 1 應力與變形過程；2焊接殘余變形形式；3焊接殘余應力； 4 調整焊接殘余應力與變形的焊前、焊中、焊后措施； 5 預變形法；三 焊接接頭 1 焊接接頭的基本屬性； 2 應力集中的概念； 3 焊接接頭靜載強度計算；4 焊接接頭的基本形式；