焊接結構設計1

1、焊接結構設計焊接結構設計 設計焊接件時設計焊接件時, 不僅要考慮到焊件的使用性能，不僅要考慮到焊件的使用性能，還要考慮焊件結構的工藝性能，使焊件生產簡便、質還要考慮焊件結構的工藝性能，使焊件生產簡便、質量優(yōu)良、成本低廉。焊件結構工藝性應包括結構材料量優(yōu)良、成本低廉。焊件結構工藝性應包括結構材料的選擇、接頭形式、焊縫布置等方面。的選擇、接頭形式、焊縫布置等方面。一一. 合理選擇焊接材料合理選擇焊接材料 1. 在滿足焊接件使用性能的前提下，應盡量選用在滿足焊接件使用性能的前提下，應盡量選用焊接性能良好的材料。低碳鋼和普通低合金鋼的焊接焊接性能良好的材料。低碳鋼和普通低合金鋼的焊接性良好，價廉，焊接

2、工藝簡單，易于保證焊接質量，性良好，價廉，焊接工藝簡單，易于保證焊接質量，應優(yōu)先選用。而應優(yōu)先選用。而0.5%C的碳鋼和碳當量的碳鋼和碳當量0.6%的的合金鋼焊接性能不好，應盡量避免采用。合金鋼焊接性能不好，應盡量避免采用。 在選用兩種不同材料進行焊接時，應注意它們焊在選用兩種不同材料進行焊接時，應注意它們焊接性的差異。接性的差異。焊接結構設計焊接結構設計 2. 在設計焊接在設計焊接結構時，應多采用結構時，應多采用工字鋼、槽鋼和鋼工字鋼、槽鋼和鋼管等成型材料，對管等成型材料，對形狀比較復雜的部形狀比較復雜的部分可以采用鑄鋼、分可以采用鑄鋼、鍛鋼和沖壓件來焊鍛鋼和沖壓件來焊接。這樣可減少焊接。這

3、樣可減少焊縫數量、簡化焊接縫數量、簡化焊接工藝，還可以增加工藝，還可以增加結構件的強度和鋼結構件的強度和鋼度，如圖度，如圖4-22。焊接結構設計焊接結構設計 3. 焊接結構件應盡量采用同等厚度的材料焊接結構件應盡量采用同等厚度的材料焊接，有利于避免應力集中、接頭兩邊受熱不均而焊接，有利于避免應力集中、接頭兩邊受熱不均而產生焊不透等缺陷。如采用厚度不等的材料焊接時產生焊不透等缺陷。如采用厚度不等的材料焊接時應在較厚的板材上加工出過渡形式，如圖應在較厚的板材上加工出過渡形式，如圖4-23。焊接結構設計焊接結構設計二二. 焊接接頭形式焊接接頭形式1. 常見接頭形式常見接頭形式 接頭基本形式有對接接頭

4、、搭接接接頭基本形式有對接接頭、搭接接頭、角接接頭和頭、角接接頭和T形接頭。接頭形式的選擇主要根據形接頭。接頭形式的選擇主要根據結構形狀、使用要求和焊接生產工藝而定。結構形狀、使用要求和焊接生產工藝而定。2. 接頭形式的選用接頭形式的選用 對接接頭應力分布均勻、接頭質量容易保證、節(jié)對接接頭應力分布均勻、接頭質量容易保證、節(jié)省材料，是使用最多的接頭形式，重要的受力焊縫應省材料，是使用最多的接頭形式，重要的受力焊縫應盡量選用。但焊前準備和裝配要求較高。盡量選用。但焊前準備和裝配要求較高。 搭接接頭不需開坡口、裝配要求不高，常應用于搭接接頭不需開坡口、裝配要求不高，常應用于受力不大的架結構，但搭接接

5、頭受力時產生附加彎矩，受力不大的架結構，但搭接接頭受力時產生附加彎矩，且金屬消耗量較大，一般應避免采用。且金屬消耗量較大，一般應避免采用。 當接頭構成直角或一定角度連接時，則必須采用當接頭構成直角或一定角度連接時，則必須采用角接接頭和角接接頭和T形接頭。形接頭。焊接結構設計焊接結構設計 3.坡口形式、選用及加工要求坡口形式、選用及加工要求 當焊件厚度較大時，為保證焊透，接頭處應根據當焊件厚度較大時，為保證焊透，接頭處應根據工件厚度加工出各種坡口，如圖工件厚度加工出各種坡口，如圖4-24(a) 、(b) 、(c) 。 焊接結構設計焊接結構設計焊接結構設計焊接結構設計焊接結構設計焊接結構設計 由上

6、圖可知，常用的坡口形式為由上圖可知，常用的坡口形式為I形坡口、形坡口、V形形坡口、坡口、X形坡口、形坡口、U形坡口和形坡口和K形坡口等。形坡口等。 V形和形和U形坡口單面焊，焊條容易到位，但焊后形坡口單面焊，焊條容易到位，但焊后變形較大，焊條消耗量也大。變形較大，焊條消耗量也大。 X形和雙形和雙U形坡口受熱形坡口受熱均勻，變形小均勻，變形小,焊條消耗較少焊條消耗較少, 但必須雙面施焊，有但必須雙面施焊，有時受焊件結構所限制。時受焊件結構所限制。 因此，坡口形式的選擇主要根據板厚和熔透要因此，坡口形式的選擇主要根據板厚和熔透要求，同時應考慮坡口加工經濟性和焊接工藝性。通求，同時應考慮坡口加工經濟

7、性和焊接工藝性。通常，要求焊透的重要受力焊縫應盡量采用雙面焊，常，要求焊透的重要受力焊縫應盡量采用雙面焊，以利于保證質量。以利于保證質量。焊接結構設計焊接結構設計三三. 合理布置焊縫合理布置焊縫1. 焊縫的位置應便于操作焊縫的位置應便于操作焊接結構設計焊接結構設計2. 焊縫應避開應力最大和應力集中的部位焊縫應避開應力最大和應力集中的部位焊接結構設計焊接結構設計 3. 焊縫布置應盡可能分散焊縫布置應盡可能分散 焊縫的交叉和密集使接頭部位嚴重過熱，組織焊縫的交叉和密集使接頭部位嚴重過熱，組織惡化，性能下降，而且會產生變形和裂紋惡化，性能下降，而且會產生變形和裂紋(圖圖4-27)。焊接結構設計焊接結

8、構設計4. 焊縫位置應盡可能對稱，以便減少變形焊縫位置應盡可能對稱，以便減少變形5. 厚度懸殊的焊件焊接時接頭處應平滑過渡厚度懸殊的焊件焊接時接頭處應平滑過渡焊接結構設計焊接結構設計5. 焊縫位置應遠離加工表面焊縫位置應遠離加工表面 焊接結構設計焊接結構設計 結構名稱：液化石油氣鋼瓶（圖結構名稱：液化石油氣鋼瓶（圖16-1316-13） 組組 成：瓶體、憑嘴成：瓶體、憑嘴材材 料：料：2020鋼（或鋼（或1616MnMn） 壁壁 厚：厚：3 3mmmm 生產類型：大量生產生產類型：大量生產設計要點：這是家庭用的液化石油氣鋼瓶，瓶體要耐壓，設計要點：這是家庭用的液化石油氣鋼瓶，瓶體要耐壓，必須保

9、證據絕對安全。材料為必須保證據絕對安全。材料為3mm3mm厚的碳鋼或低合金鋼厚的碳鋼或低合金鋼板，材料可焊性不存在問題。其技術關鍵是零件成形和板，材料可焊性不存在問題。其技術關鍵是零件成形和焊接。下面主要介紹焊接工藝設計內容和要求。焊接。下面主要介紹焊接工藝設計內容和要求。 1 1、壓力容器、壓力容器四四. 焊接結構設計舉例焊接結構設計舉例焊接結構設計焊接結構設計圖16-13 液化石油氣鋼瓶焊接結構設計焊接結構設計（1 1） 確定焊縫位置確定焊縫位置 瓶體焊縫布置有兩種方案可供選擇，如圖瓶體焊縫布置有兩種方案可供選擇，如圖16-16-1414所示。圖所示。圖16-14a16-14a方案共有三條

10、焊縫：二條環(huán)縫和一方案共有三條焊縫：二條環(huán)縫和一條軸向焊縫。圖條軸向焊縫。圖16-14b16-14b方案只有一條環(huán)形焊縫。圖方案只有一條環(huán)形焊縫。圖16-14a16-14a方案的優(yōu)點是上、下封頭的拉伸變形小，容易方案的優(yōu)點是上、下封頭的拉伸變形小，容易成形；缺點是焊縫多，焊接工作量大，同時，筒體上成形；缺點是焊縫多，焊接工作量大，同時，筒體上的軸向焊縫處于拉應力最高位置（徑向拉應力為軸向的軸向焊縫處于拉應力最高位置（徑向拉應力為軸向拉應力的兩倍），破壞的可能性大。圖拉應力的兩倍），破壞的可能性大。圖16161414方案方案中部有一環(huán)縫，完全避免了圖中部有一環(huán)縫，完全避免了圖16161414方案

11、的缺點。方案的缺點。同時，據工件尺寸，瓶體半部可一次拉伸成形，因此，同時，據工件尺寸，瓶體半部可一次拉伸成形，因此，選用圖選用圖16161414方案適宜。方案適宜。焊接結構設計焊接結構設計圖16-14 瓶體焊縫布置方案焊接結構設計焊接結構設計 （）焊接接頭設計（）焊接接頭設計 焊接瓶體與瓶嘴焊接瓶體與瓶嘴的焊縫，采用不開坡口的角焊縫；而瓶體主環(huán)縫的接的焊縫，采用不開坡口的角焊縫；而瓶體主環(huán)縫的接頭，宜采用襯環(huán)對接或縮口對接，如圖頭，宜采用襯環(huán)對接或縮口對接，如圖16161515所示，所示，以便于上、下封頭定位裝配。盡管焊件厚度不大，為以便于上、下封頭定位裝配。盡管焊件厚度不大，為保證焊透，仍開

12、型坡口。保證焊透，仍開型坡口。（）焊接方法和焊接材料的選擇（）焊接方法和焊接材料的選擇 瓶體的焊接采瓶體的焊接采用生產率高、焊接質量穩(wěn)定的埋弧自動焊。焊接材料用生產率高、焊接質量穩(wěn)定的埋弧自動焊。焊接材料采用焊絲采用焊絲08A08A、H08MnAH08MnA或或10Mn2A,10Mn2A,配合配合J431J431。 瓶嘴因焊縫直徑小，用手工電弧焊焊接。構件材瓶嘴因焊縫直徑小，用手工電弧焊焊接。構件材料為料為2020鋼時，焊條可采用鋼時，焊條可采用43034303（J422J422），構件材料），構件材料為為1616MnMn鋼時，焊條可取鋼時，焊條可取50155015（J507J507）。）。焊

13、接結構設計焊接結構設計圖16-15 瓶體環(huán)縫的接頭形式焊接結構設計焊接結構設計（4 4） 主要工藝措施主要工藝措施 ）上、下封頭拉深成形后，）上、下封頭拉深成形后，因開口端變形大，冷變形強化嚴重，加上板材纖維組因開口端變形大，冷變形強化嚴重，加上板材纖維組織的影響，在殘余應力作用下，容易發(fā)生裂紋。為防織的影響，在殘余應力作用下，容易發(fā)生裂紋。為防止裂紋產生，拉深后應進行再結晶退火。止裂紋產生，拉深后應進行再結晶退火。 ）為減）為減少焊接缺陷，焊件焊縫附近必須嚴格清除鐵銹油少焊接缺陷，焊件焊縫附近必須嚴格清除鐵銹油污。污。 ）為去除焊接殘余應力并改善焊接接頭的組）為去除焊接殘余應力并改善焊接接頭

14、的組織與性能，瓶體焊后應進行整體正火處理，至少要進織與性能，瓶體焊后應進行整體正火處理，至少要進行去應力退火。行去應力退火。 ）主要工藝過程：落料）主要工藝過程：落料拉深拉深再結晶退火再結晶退火（沖孔）（沖孔）防銹防銹裝焊襯環(huán)、瓶嘴裝焊襯環(huán)、瓶嘴裝裝配上、下封頭配上、下封頭除銹除銹焊主環(huán)縫焊主環(huán)縫正火正火水壓試驗水壓試驗氣密試驗。氣密試驗。 ） 瓶體裝配圖，如圖瓶體裝配圖，如圖16161616所示。所示。焊接結構設計焊接結構設計圖16-16 瓶體裝配焊接簡圖焊接結構設計焊接結構設計2 2、焊接工字梁、焊接工字梁結構名稱：焊接梁（圖結構名稱：焊接梁（圖16-1016-10）；）；主要組成：上、下

15、翼板，腹板，肋板；主要組成：上、下翼板，腹板，肋板；材材 料：料：2020鋼；鋼；尺尺 寸：鋼板最大長度寸：鋼板最大長度2500mm2500mm，板厚分別選用，板厚分別選用6 6，8 8和和1010mmmm；生產類型：大批生產生產類型：大批生產設計要點：該結構用低碳鋼板（設計要點：該結構用低碳鋼板（2020鋼）下料拼焊，材鋼）下料拼焊，材料可焊性好。焊接工藝設計中需要集中考慮的是梁柱料可焊性好。焊接工藝設計中需要集中考慮的是梁柱的受力狀況和防止應力與變形，切實保證焊接質量。的受力狀況和防止應力與變形，切實保證焊接質量。焊接結構設計焊接結構設計圖圖16-11 16-11 翼板、腹板拼接焊縫的位置

16、翼板、腹板拼接焊縫的位置 圖圖16-10 16-10 焊接梁焊接梁（1 1） 翼板、腹板的拼接焊縫位置翼板、腹板的拼接焊縫位置 圖圖16-1016-10所示的梁在承受載荷時，上翼板內受壓所示的梁在承受載荷時，上翼板內受壓應力作用，下翼板內受拉應力作用，中部拉應力最大，應力作用，下翼板內受拉應力作用，中部拉應力最大，腹板受力較小。對上翼板和腹板，從使用要求看，焊腹板受力較小。對上翼板和腹板，從使用要求看，焊縫的位置可以任意安排。為充分利用材料原長和減少縫的位置可以任意安排。為充分利用材料原長和減少焊縫數量，上翼板和腹板都采用兩塊焊縫數量，上翼板和腹板都采用兩塊2500mm2500mm的鋼板拼的鋼

17、板拼接，即焊縫在梁的中部。對下翼板，為使焊縫避開最接，即焊縫在梁的中部。對下翼板，為使焊縫避開最焊接結構設計焊接結構設計 大應力位置，采用三塊板拼接，且焊縫相距大應力位置，采用三塊板拼接，且焊縫相距2500mm2500mm并呈對程布局方案，如圖并呈對程布局方案，如圖16-1116-11所示。所示。 根據焊件厚度、結構形狀及尺寸，可供選擇的根據焊件厚度、結構形狀及尺寸，可供選擇的焊接方法有手工電弧焊、焊接方法有手工電弧焊、COCO2 2氣體保護焊和埋弧自動焊。氣體保護焊和埋弧自動焊。因為是大批量生產，故應盡可能選用埋弧自動焊。對因為是大批量生產，故應盡可能選用埋弧自動焊。對于不便采用埋弧自動焊的

18、焊縫，則考慮選用手工電弧于不便采用埋弧自動焊的焊縫，則考慮選用手工電弧焊或焊或COCO2 2氣體保護焊。氣體保護焊。 各焊縫的焊接方法及接頭各焊縫的焊接方法及接頭型式的選用，見表型式的選用，見表16-316-3。下翼板兩端傾斜部分的焊縫。下翼板兩端傾斜部分的焊縫應采用手工電弧焊或應采用手工電弧焊或COCO2 2氣體保護焊。氣體保護焊。（2 2）各焊縫的焊接方法及接頭型式）各焊縫的焊接方法及接頭型式焊接結構設計焊接結構設計表表16-3 16-3 焊接梁各焊縫焊接方法及接頭形式的選擇焊接梁各焊縫焊接方法及接頭形式的選擇焊縫名稱焊縫名稱焊接方法焊接方法接頭形式接頭形式拼板焊縫拼板焊縫手弧焊或手弧焊或CO2焊焊翼板翼板-腹板焊腹板焊縫縫 1埋弧自動焊埋弧自動焊 2手弧焊或手弧焊或CO2焊焊筋板焊縫筋板焊縫手弧焊或手弧焊或CO2焊焊焊接結構設計焊接結構設計 主要工藝過程是：下料主要工藝過程是：下料拼板拼板裝焊翼板和腹裝焊翼板和腹板板裝配筋板。裝配筋板。 翼板和腹板的焊接順序采用如圖翼板和腹板的焊接順序采用如圖16-1216-12所示