焊接结构
焊接结构学知识重点
《焊接结构学》重点归纳第一章 绪论1、焊接结构的优点：（1）焊接接头系数大；（2）水密性和气密性好；（3）重量轻，省材料；（4）厚度基本不受限制；（5）结构设计简单；（6）生产周期短，成本低。
2、焊接结构的特点：（1）焊接结构的应力集中范围比铆接结构大；（2）焊接结构是非均匀体，焊接接头具有较大的性能不均匀性；（3）焊接结构具有较大的焊接应力和变形；（4）焊接结构的整体性强，止裂性差；（5）焊接结构对材料敏感；（6）焊接接头对温度敏感。
第三章 焊接应力和变形1、内应力是指在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力。
2、内应力分类：按照分布范围可分为宏观内应力、微观内应力和超微观内应力。
按产生机理可分为温度应力（热应力）、残余应力、相变应力和安装应力。
热应力是由于构件受热不均匀产生的。
3、基本概念（1）焊接瞬时应力：随焊接热循环过程而变化的应力。
（2）焊接残余应力：焊后在室温条件下，残余在构件中的内应力。
（3）焊接瞬时变形：随焊接热循环过程而变化的变形。
（4）焊接残余变形：焊后在室温条件下，残留在工件上的变形。
4、内部变形率：T εεε-e =若|ε|<εs ，则为弹性变形，恢复到原始T 0时，长度不变。
若|ε|>εs ，则为弹性变形、塑性变形，若ε<0，则为压缩变形；若ε>0，则为拉伸变形，恢复到原始T 0时，长度比初始长度减小△L p 。
5、影响焊接应力与变形的主要因素（1）焊缝及其附近不均匀加热的范围和程度，也就是产生热变形的范围和程度。
影响因素包括焊缝的尺寸、数量、位置、母材的热物理性能（导热系数、比热及热膨胀系数）和力学性能（弹性模量、屈服极限）、焊接工艺方法（气焊、焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电子束焊等等）、焊接规范参数（电流、电压、速度、预热温度、焊后缓冷及焊后热处理等）、施焊方法（直通焊、跳焊、分段退焊等）。
（2）焊件本身的刚度和受到周界的拘束程度，也就是阻止焊缝及其附近产生热变形的程度。
焊接强度及结构范文
焊接强度及结构范文
一、焊接结构
焊接结构是指采用焊接方式实现的结构，焊接结构有许多种，主要包括金属焊接结构、石墨焊接结构、木质焊接结构等。
这些结构可以分为三类：一类是单块结构，也就是从多个材料件预制粘合装配成型，可以用一个焊接点把它们连接起来；第二类是多块结构，它们使用多个连接点将多个材料件连接在一起；第三类是复杂结构，它们使用多个焊接点将多个关节、杆件和构件组合成一个完整的结构。
二、焊接强度
焊接强度是指焊接结构在外力作用下所能承受的最大力的强度，它是由焊接接合处的材料件组成的部分焊缝质量决定的。
焊接强度的大小一般取决于材料的抗拉强度、抗压强度、刚度、塑性、热膨胀系数等性质，以及焊缝的位置和尺寸、焊接条件、焊接工艺、残余应力的大小等因素。
外力作用下，材料件及焊接结构在拉力、压力等操作作用下的变形有时可能导致焊接强度的下降。
为了提高焊接结构的强度，除需要采用优质的焊材外，还要采取合理的焊接工艺设计及工艺技术措施，以达到良好的焊接性能。
三、焊接工艺设计技术措施
（1）熔深、滴深对焊接强度有显著影响。
焊接结构工艺性
• 气割 • 切削加工（车或刨） • 碳弧气刨等
坡口基本形式 ：I、V、X、U
选择依据：
• 板材厚度 • 坡口加工方法
• 焊接工艺性 • 考虑焊接方法、焊接位置、接头类型、
变形大小、熔透要求、经济性等
焊接材料的选择
优先选择可焊性好的低碳、低合金 钢.
否则就要采取相应的工艺措施
– 焊接的难易与变形程度：焊接易于实现，变 形能够控制
– 焊接成本：经济性
பைடு நூலகம்– 施工条件：技术人员设备等条件
➢熔 焊 ： 对 接 、
搭接、角接、T接、 端接
➢压 焊 ： 对 焊 －
对接、点焊和缝 焊－搭接
➢钎焊：搭接
(2)坡口形式设计
Welding Groove Style Design
目的：
• 使接头根部焊透 • 使焊缝成型美观 • 使焊缝金属达到所需的化学成分。
三、焊件结构工艺性设计实例
低压贮气罐，壁厚8mm，压力1.0MPa，温度为常 温，介质为压缩空气，大批量生产。
选择母材材料：短管选用优质碳素结构钢10， 其它选用塑性和焊接性好的普通碳素结构钢 Q235-A。
设计焊缝位置及焊接接头、坡口形式：
–筒节的纵焊缝和筒节与封头相连处的两条环焊缝均 采用对接Ⅰ形坡口双面焊
2-5 焊接结构工艺设计
一、焊接结构生产工艺过程概述
备料→装配→焊接→焊接变形矫正→质量检验 →表面处理
二、焊接结构工艺设计
1. 焊缝布置Weld Arrangement
焊缝应尽量处于平焊位置
焊缝要布置在便 于施焊的位置
焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形
– 尽量减少焊缝数量及长度，缩小不必要的焊 缝截面尺寸
焊接结构的基础知识
1.1 焊接接头的基本知识
锯齿缝搭接接头如图1一7所示，这是单面搭接接头的一种形式。直 缝单面搭接接头的强度和刚度比双面搭接低得多，所以只能用在受力 很小的次要部位。对背面不能施焊的接头采用锯齿形焊缝搭接，有提 高强度和刚度的作用。在背面施焊很困难时，这种接头是比较合理的。
3. T形(十字)接头 T形(十字)接头是将一件端面与另一件端面构成直角或近似直
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1.1 焊接接头的基本知识
的角焊缝是截面为直角等腰的，一般可用腰长K来表不其大小，通常 称K为焊脚尺寸。
角焊缝是一种应用最广泛的焊缝，与对接焊缝相比较，在力 学性能方面具有许多特点。以角焊缝构成的各种接头，其几何形状都 有急剧的变化，力线的传递比对接焊缝复杂，焊缝的根部与趾部的应 力集中，一般都比对接焊缝大。例如图1-13所示的十字接头，其力线 的传递就是挠曲不直的，在八点和月点都有较大的应力集中。正面角 焊缝的破断面往往与受力方向成200~300，但进行强度计算时，仍以 与受力方向成25。的最小截面为计算断面，按切应力计算强度。试验 证明，正面角焊缝的强度比侧面角焊缝高2000—3000;侧面角焊缝沿焊 缝长度上的是随焊脚尺寸K的增加而成正比增加的。单位面积的强度当K=20 mm 时比KX10 mm时约降低2000，但其屈服强度并不降低，如图1一14所示。 正面角焊缝的强度与其断面形状有关，如图1一15所示。其强度随0角
1.对接焊缝 对接焊缝的焊接边缘可分为卷边、平对或加工成V形、X形、K形和U 形等坡口(图1—11}。各种坡口尺寸可根据国家统一标准(GB985-1980 和GB986—7 980或根据具体情况而定。
对接焊缝开坡口的根本目的是为了确保接头的质量及其经济性。 坡口形式的选择主要取决于板材厚度、焊接方法和工艺过程。一般来 说，必须考虑以下几个问题。
焊接结构第7章 焊接结构力学特征及结构设计
征
力学特征
体结构的力学特征
焊接结构设计
熟悉焊接结构设计的基本 特点、基本要求、基本方法 和合理性分析；结合典型焊 接结构实例分析，掌握焊接 接头的设计要点
设计基本要求：以实用性 为核心，以可靠性为前提， 以工艺性和经济性为制约条 件。从实用性、可靠性、工 艺性和经济性四方面进行焊 接结构设计的合理性分析
主要考虑的力学性能见表7-2。
17/253
力学性能
一般静载 力学性能
断裂力学 性能
表7-2 焊接结构涉及的力学性能
具体指标
涉及的焊接结构或部件
主要试验方法
屈服强度
所有焊接结构
拉伸试验
拉伸强度
所有焊接结构
拉伸试验
临界失稳压应力 承受压力的支柱、薄板结构
失稳试验
硬度
焊接接头
硬度试验
刚度
梁、机床机身
拉伸试验
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图7-2 网架结构 a) 平面网架 b) 球冠形网壳 c) 曲面网壳 1-内天沟 2-墙架 3-轻质条形墙板 4-网架板 5-悬挂吊车 6-混凝土柱 7-坡度小立柱 8-网架
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附图1 曲面网架钢结构
与弧形网架类似，但曲面网架的空间构造更 富有变化，也更复杂，由多个平面内的弧线或曲 线构成的一个曲面，形成层次更丰富的外观造型。
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7.2 焊接结构力学特征
7.2.1 桁架结构及其力学特征
沈 阳 奥 体 中 心
可容纳6万观众的沈阳奥体中心钢结构工程 主拱全长360米，为全国最大的管桁架结构。
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神舟飞船发射塔架（100多米高）
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1. 桁架结构及适用范围
桁架结构又称为杆系结构，是指由长度远大 于其宽度和厚度的杆件在节点处通过焊接工艺相 互连接组成能够承受横向弯曲的结构，其杆件按 照一定的规律组成几何不变结构。
焊接结构图的识读
不同的焊接符号代表不同的焊接工艺和要，如角焊、对接 焊、搭接焊等。了解和掌握焊接符号的意义是正确识读焊接 结构图的基础。
焊接符号的标注原则与方法
标注原则
焊接符号的标注应遵循简明扼要、清晰易懂的原则，方便施工人员进行理解和 操作。
标注方法
标注方法包括基本标注和补充标注两种。基本标注用于表示焊接工艺和形式， 补充标注用于表示质量要求和其他特殊要求。
特点
具有直观性、详细性和规范性， 能够清晰地表达焊接结构的形状 、尺寸和焊接工艺要求。
焊接结构图的种类与用途
种类
包括全焊接结构图、部分焊接结构图 、简略焊接结构图等。
用途
主要用于指导焊接施工、检验和验收 ，同时也是焊接工艺评定和焊接质量 管理的依据。
焊接结构图的基本要素
焊接接头
包括对接、角接、搭接、T形连 接等，表示不同焊接接头的方 式和特点。
焊接结构图的绘制流程与规范
分析图纸
建立模型
首先需要对图纸进行分析，了解焊接结构 的形状、尺寸、材料等信息，为后续的绘 制工作做好准备。
根据分析结果，使用CAD软件建立焊接结 构的三维模型，并确保模型的准确性。
标注尺寸
检查与修改
在模型建立完成后，需要对各个部件的尺 寸进行标注，以便后续的加工和装配。
04 焊接结构图的应用与实例 分析
焊接结构图在工程设计中的应用
1
焊接结构图是工程设计中常用的图纸之一，用于 表示焊接结构的形状、尺寸、焊接方法、焊接材 料等信息。
2
在工程设计中，焊接结构图主要用于设计钢结构、 压力容器、管道等结构，是施工前进行详细规划 和设计的重要依据。
3
焊接结构图在设计过程中需要考虑结构的稳定性、 强度、刚度等因素，以确保结构的可靠性和安全 性。
焊接结构
四、角变形
1. 堆焊 2. 对接引起的角变形 3.角焊缝引起的角变形
思考题：
1、什么叫焊接角变形？平板堆焊时产生角变 形的原因、影响因素及分布特点是什么？
2、影响平板对接角变形的因素有哪些？如何 影响？
五、波浪变形
1.由失稳引起的波浪变形 细长杆受压时产生失稳的条件:
σ cr
=
π 2 ⋅E⋅I ( μl ) 2
六、焊接错边
1. 形成原因 a.待焊接头两侧的散热能力不同;
b.接头两侧刚度不同 封头刚度大，变形小 筒身刚度小，变形大
错边(径向)
2. 错边的影响：对接接头，厚度方向错边 正常：
σ= P B ⋅δ
错边时， 附加弯矩：M = P ⋅ Δ
附加应力：
σ弯
=M W
=
P⋅Δ
l ⋅δ 2
Hale Waihona Puke =σ⋅6⋅Δδ6
B
则如：果σ： 弯Δ＝= σδ6 , 总应力＝2σ
P
P
材料塑性很好时(如低碳钢)，应力不会超过δ σs，σ＝△σ s时产生
塑变，截面应力逐渐均匀化。
材料塑性不太好时(高强钢或应力集中处)，应力会超过σs， 从而 在高应力区首先形成裂纹而断裂。
七、螺旋形变形 形成原因： 1.角变形沿长度方向不均匀分布;
φ2 =
l
ρ
=
ΔB2 ⋅ S2 I
f2
=
1 2
⋅ϕ
2
⋅
l 2
φ ρ
12φ
φ
φf
φ ρ
h1 f
L=1
b. 筋板与腹板间的焊缝引起的挠曲:
δ1
类似分析可得：
φ1 =
l
ρ
焊接结构生产工艺过程
焊接结构生产工艺过程
焊接结构生产工艺过程是指在焊接结构制造过程中，所需要的各种加工、组装、焊接等工艺操作的过程。
下面将详细介绍焊接结构生产工艺过程的步骤。
第一步，进行材料准备。
首先要选择合适的焊接材料，如焊条、焊丝、焊剂等。
然后要对焊接材料进行检测，确保其符合规定的质量标准。
第二步，进行焊接件的加工。
根据设计要求，对焊接件进行切割、冲压、弯曲、热处理等加工工艺操作，使其达到要求的尺寸和形状。
第三步，进行焊接件的装配。
将各个焊接件按照设计要求进行装配，使用螺栓、焊接等方式将其固定在一起。
第四步，进行焊接准备工作。
首先要对焊缝进行处理，如除锈、清洁等，确保焊缝表面干净。
然后要对焊接接触面进行预热，以提高焊接质量。
第五步，进行焊接操作。
选择合适的焊接方法，如手工电弧焊、气体保护焊、自动焊等，进行焊接操作。
在焊接过程中要注意焊接温度、焊接速度等参数的控制，以确保焊接质量。
第六步，进行焊后处理。
焊接完成后，要对焊缝进行检测，如无损检测、尺寸检测等，确保焊接质量符合要求。
然后要对焊缝进行打磨、喷涂等处理，以提高焊接结构的外观和防腐性能。
第七步，进行整体检验。
对焊接结构进行整体检验，如外观检查、尺寸检查等，确保其符合设计要求和安全性要求。
最后，将焊接结构进行包装，以便运输和安装。
综上所述，焊接结构生产工艺过程包括材料准备、焊接件加工、焊接件装配、焊接准备、焊接操作、焊后处理、整体检验和包装等步骤。
通过严格按照这些步骤进行操作，可以确保焊接结构的质量和安全性。
焊接结构的基本类型及组成元件
焊接结构的基本类型及组成元件焊接结构是指通过焊接工艺将多个零部件或构件连接起来形成的整体结构。
根据焊接方式和构件形状的不同，焊接结构可以分为多种类型。
本文将介绍焊接结构的基本类型及其组成元件。
一、焊接结构的基本类型1. 焊接角接结构：焊接角接结构是指将两个构件以一定的角度焊接在一起的结构形式。
常见的焊接角接结构有直角接、斜角接等。
2. 焊接对接结构：焊接对接结构是指将两个构件的端部或边缘部分直接对接后进行焊接的结构形式。
常见的焊接对接结构有对接接头、对接缝等。
3. 焊接搭接结构：焊接搭接结构是指将两个构件的搭接部分进行焊接的结构形式。
常见的焊接搭接结构有搭接接头、搭接焊缝等。
4. 焊接T型接结构：焊接T型接结构是指将一个构件的横截面与另一个构件的表面形成的T型接口进行焊接的结构形式。
5. 焊接角焊接结构：焊接角焊接结构是指将一个构件的角部与另一个构件的平面或弯曲部分进行焊接的结构形式。
二、焊接结构的组成元件1. 焊缝：焊缝是焊接过程中形成的连接部分，是由焊接材料熔化并与母材相结合形成的。
焊缝的形状和尺寸对焊接结构的强度和密封性有着重要影响。
2. 焊接接头：焊接接头是指构件在焊接过程中相互连接的部分。
常见的焊接接头有对接接头、搭接接头、角接头等。
3. 焊接材料：焊接材料是指用于焊接的填充金属或非金属材料。
常见的焊接材料有焊条、焊丝、焊剂等。
4. 焊接设备：焊接设备是进行焊接工艺的工具和设备。
常见的焊接设备有焊接电源、焊接机械臂、焊接工作台等。
5. 焊接工艺：焊接工艺是指进行焊接操作的一系列方法和步骤。
常见的焊接工艺有手工电弧焊、气体保护焊、激光焊接等。
6. 焊接质量检测：焊接质量检测是对焊接结构进行质量评估和检验的过程。
常见的焊接质量检测方法有可视检测、射线检测、超声波检测等。
7. 焊接热影响区：焊接热影响区是焊接过程中母材发生热变形和组织结构改变的区域。
焊接热影响区对焊接结构的强度和耐腐蚀性有一定影响。
第一章 焊接结构基本知识
图1-9 锻压设备机身焊接结构型式
（3）减速器箱体焊接结构
• 减速器箱体是安装各传动轴的基础部件，由于减速器工作时各轴传递 转矩时要产生比较大的反作用力，并作用在箱体上，因此要求箱体应 具有足够的刚度，以确保各传动轴相对位置精度。如果箱体刚度不足， 不仅使减速器的传动效率降低，而且还会缩短齿轮的使用寿命。采用 焊接结构箱体能获得较大的强度和刚度，且结构紧凑，重量较轻。 • 减速器箱体结构形式繁多，在小批量生产时，采用焊接减速器箱体较 为合理。焊接减速器箱体一般制成剖分式结构，即把一个箱体分成上 下两个部分，分别加工制造，然后在剖分面处通过螺栓将两个半箱连 成一个整体，如图1—10所示，为一个单壁剖分式减速器箱体焊接结 构。为了增加焊接箱体的刚度，通常在壁板的轴承支座处用垂直筋板 加强，并与箱体的壁板焊接成一个整体。小型焊接箱体的轴承支座用 厚钢板弯制，大型焊接箱体的轴承支座可以采用铸件或锻件。轴承支 座必须有足够的厚度，以保证机械加工时有一定的加工余量。焊接箱 体的下半部分由于承受传动轴的作用力较大并与地面接触，因此必须 采用较厚的钢板制作。
图1-14 球形和圆筒形压力容器
2. 压力容器分类和构造
（1）按工艺用途分类 （2）按壳体的承压方式分类 （3）按设计压力分类
（1）按工艺用途分类
• 反应压力容器 用于完成介质的物理、化学反应。 如反应器、反应釜、分解塔、合成塔和煤气发生 炉等。 • 换热压力容器 用于完成介质的热量交换。如 换热器、冷却塔、冷凝器、蒸发器、加热器等。 • 分离压力容器 用于完成介质的流体压力平衡和 气体净化分离等。如分离器、过滤器、缓冲器、 洗涤器、吸收塔和干燥塔等。 • 储存压力容器 用于盛装生产用的原料气、液体、 液化气体等。如储罐、球罐等。
第1章 焊接结构基本知识
焊接结构 第一章 焊接结构的基础知识
取腹板厚度为 6～12 mm。
3)翼缘板(盖板)尺寸的确定。以箱形梁翼缘板为
例，翼缘板的总宽度可参照以下公式求得：
B = b + 2δ+ 40
式中 B----翼缘板总宽，mm；
b----两腹板间距，mm；
δห้องสมุดไป่ตู้---板厚，mm， 一般翼缘板的最小厚度
为20260/11/m6 m。
32
(4)箱形梁的生产 桥式起重机的主梁和端梁广泛采用箱形梁结构， 其中，主梁的装焊工艺一般包括以下步骤：
1)腹板下料并拼接，制造成L／500～L／300的预
制上挠度。 2)上盖板下料并拼接，用压板固定在平台上，装
配并焊接大小横向加强肋。
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挠度——弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移称为挠度，用 y表示。
3)装配腹板，使盖板与其贴合紧密后进行定位焊， 形成有预制上挠度的 п形梁，然后向一侧放平，经 焊接形成大小肋板与腹板之间的角焊缝。
焊接结构 第一章 焊接结构的 基础知识
图1-1-1 焊接接头的组成 1-焊缝金属 2-熔合区 3-热影响区 4-母材金属
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4
影响焊接接头性能的主要因素如图1-1-2所示，可 归纳为力学和材质两个方面。力学方面，如接头形状 的改变(角变形和错边等)、焊接缺陷(如未焊透、裂纹、 气孔、夹渣等)、残余应力和残余变形等都是产生应力 集中的根源；材质方面，主要是指焊接热循环所 引起的组织变化、焊后热处理和焊接残余变形的矫正 等。焊接接头因焊缝的形状和布局不同，将会产生不 同程度的应力集中。
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2．按接头形式分类的焊缝形式
(1)对接焊缝
对接焊缝是在焊件的坡口面间或一焊件的坡口面
简述焊接结构的特点
简述焊接结构的特点
焊接是一种将材料连接在一起的工艺，通过加热和加压使材料融合在一起。
焊接结构具有以下特点：
1. 强度高：焊接结构通常比其他连接方式具有更高的强度。
这是因为在焊接过程中，材料被加热到高温，使其软化并融合在一起，形成了一个坚固的连接。
2. 密封性好：焊接结构可以提供良好的密封性，防止气体、液体或其他物质泄漏。
这是因为焊接过程中，材料被加热并融合在一起，形成了一个连续的密封界面。
3. 节省材料：与其他连接方式相比，焊接可以节省材料。
这是因为焊接不需要使用额外的连接件，如螺栓、螺母等，因此可以减少材料的使用量。
4. 可加工性好：焊接结构可以通过切割、弯曲、压制等方式进行加工，以满足不同的设计要求。
5. 可靠性高：焊接结构通常比其他连接方式更可靠。
这是因为焊接过程中，材料被加热并融合在一起，形成了一个坚固的连接，不易松动或失效。
总的来说，焊接结构具有强度高、密封性好、节省材料、可加工性好、可靠性高等特点，因此在许多领域得到了广泛的应用，如航空航天、汽车制造、建筑、机械制造等。
焊接结构学(精华版)
1、焊接结构的特点是什么？答：1）焊接接头强度高；2）焊接结构设计灵活性大；3）焊接接头密封性好；4）焊前准备工作简单；5）易于结构的变更和改形；6）焊接结构的成品率高；7）存在较大的焊接应力和变形；8）对应力集中敏感；9）焊接接头的性能不均匀。
2、构件焊接性包含哪几个方面？答：构件焊接性包含以下几个方面：材料的焊接适应性、设计的焊接可靠性、制造的焊接可行性。
3、构件焊接性的因素可分为哪几个方面？答：可分为与材料有关的因素、与设计有关的因素、与制造有关的因素三个方面。
4、焊接热过程的复杂性主要表现在哪些方面？答：主要表现在：1）焊接热过程的局部性和不均匀性；2）焊接热过程的瞬时性（非稳态性）；3）焊接热源的相对运动。
5、什么是内应力？什么是热应力？答：内应力：在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力；热应力：当构件受热不均匀时结构内部产生的平衡于构件内部的应力。
6、当金属物体的温度发生变换或发生相变时，它的形状和尺寸就要发生变化。
如果这种变化没有受到外界的任何阻碍而自由进行，这种变形称为自由变形。
自由变形的大小称为自由变形量；单位长度上的自由变形量称为自由变形率。
当杆件的伸长受阻碍，使其不能完全自由变形时，变形量只能部分表现出来，则将所表现出来的部分变形称为外观变形或可见变形；外观变形的大小称为外观变形量；单位长度上的外观变形量称为外观变形率。
而未表现出来的那部分变形，称为内部变形；内部变形的大小称为内部变形量；单位长度上的内部变形量称为内部变形率。
7、焊接的残余应力分为哪几类？答：纵向残余应力、横向残余应力、厚度方向上的残余应力、拘束状态下焊接的内应力、封闭焊缝引起的内应力、相变应力。
8、焊接残余变形有哪几种？答：纵向收缩变形、横向收缩变形、挠曲变形、角变形、波浪变形、错边变形、螺旋形变形（其中前两者为平面内的变形，后五者为平面外的变形）。
9、焊接残余应力与变形的调整与控制有哪些措施？答：（1）调控焊接应力与变形的焊前措施：1）合理地选择焊缝的形状和尺寸其应遵循的原则是：①尽可能使焊缝长度最短；②尽可能使板厚小；③尽可能使焊脚尺寸小；④断续焊缝和连续焊缝相比，优先选择断续焊缝；⑤角焊缝与对接焊缝相比，优先选择对接焊缝。
焊接结构的优点和存在的问题
焊接结构的优点和存在的问题
焊接结构的优点：
1. 强度高：焊接结构可以实现金属材料的连续性连接，使得整体结构具有较高的强度和刚度。
2. 质量轻：相比于其他连接方式，焊接结构可以减少连接部分的重量和体积，提高结构的负荷承受能力。
3. 造价低：焊接结构不需要额外的连接件，可以减少材料的使用量和工艺流程，降低成本。
4. 可靠性高：焊接结构具有较高的连接强度和稳定性，可以在各种复杂工况下保持稳定运行。
5. 高效性：焊接结构的制作过程简单，可以提高生产效率。
焊接结构存在的问题：
1. 焊缺陷：焊接结构容易出现焊接缺陷，比如焊缝内的气孔、夹渣等，影响焊接接头的强度和密封性。
2. 可维修性差：焊接结构一旦出现故障，往往需要重新焊接或更换整个焊接接头，维修过程繁琐且耗时。
3. 应力集中：焊接结构中的焊接接头会导致应力集中，容易产生疲劳破坏和裂纹，降低结构的使用寿命。
4. 动态载荷下的性能：焊接结构在受到动态载荷作用时，容易发生振动和共振，对结构稳定性和安全性产生影响。
5. 难以检测：焊接结构内部缺陷难以通过非破坏性检测方法准确地检测和评估，不易发现潜在的问题。
焊接结构学
焊接结构学焊接作为一种重要的连接工艺，在制造业和工程领域得到了广泛应用。
焊接结构学的相关知识涵盖了焊接理论基础、焊接冶金与材料、焊接接头设计与优化、焊接制造工艺与设备、焊接结构的力学行为、焊接结构的无损检测与质量保证以及焊接结构的失效分析与预防等方面。
1.焊接理论基础焊接是通过加热或加压的方式将金属或其他材料连接在一起的过程。
焊接理论基础主要研究焊接的物理和化学过程，包括焊缝的形成机理、金属的加热和冷却原理等。
2.焊接冶金与材料焊接冶金涉及到金属熔化、凝固和结晶的过程，而焊接材料则包括母材、焊丝、焊剂等。
选择合适的焊接材料和冶金工艺对于保证焊接质量和可靠性至关重要。
3.焊接接头设计与优化焊接接头是焊接结构中的关键部分，其设计需考虑连接方式、强度和稳定性等因素。
优化焊接接头设计可以提高焊接结构的承载能力，避免应力集中和薄弱环节的产生。
4.焊接制造工艺与设备焊接制造工艺包括焊接电流、电压、速度等参数的设定，以及坡口制备、定位、施焊等步骤的实施。
焊接设备包括手工电弧焊机、气体保护焊机、激光焊机等。
选择适当的焊接工艺和设备对于提高焊接质量和效率至关重要。
5.焊接结构的力学行为焊接结构的力学行为涉及到变形、残余应力、疲劳强度等方面。
力学行为的研究有助于了解焊接结构的性能，并为结构设计和优化提供依据。
6.焊接结构的无损检测与质量保证无损检测方法如射线检测、超声波检测等可用于检测焊接结构中的缺陷和损伤。
质量保证措施包括工艺控制、质量检验等环节，以确保焊接结构的完整性和安全性。
7.焊接结构的失效分析与预防焊接结构在服役过程中可能出现失效情况，如腐蚀、磨损和变形等。
失效分析可以对失效原因进行诊断，提出预防措施，从而延长焊接结构的使用寿命。
总之，焊接结构学涉及多个领域和过程，从理论基础到失效分析，每个环节都关系到焊接结构的性能和可靠性。
不断深入研究和改进焊接技术，有助于提高制造产业的发展水平，为社会和经济发展带来更多机遇和价值。
焊接结构常用的装配方法
焊接结构常用的装配方法1、划线定位装配法按事先划好的装配线确定零、部件的相互位置，使用普通量具和通用工夹具在工作台上实现对准定位与紧固。
此种方法效率低、质量不稳定，只适用于单件、小批量生产。
图1所示为钢屋架的划线定位装配。
先在装配平台上按1：1的比例划出屋架零件的位置和结合线（称为地样），如图1-a所示，然后依照地样将零件组合起来，如图1-b所示，此装配也称地样装配法。
图1.钢屋架的划线定位装配2、工装定位装配法（1）样板定位装配它是利用样板来确定零件的位置、角度等的定位，然后夹紧并经定位焊完成装配的装配方法。
常用于钢板之间的角度装配和容器上各种管口的安装。
图2所示为斜T形结构的样板定位装配，根据斜T形结构立板的斜度，预先制作样板，装配时在立板与平板接合线位置确定后，即以样板去确定立板的倾斜度，使其得到准确定位后实施定位焊。
图2.斜T形结构的样板定位装置（2）定位元件定位装配法用一些特定的定位元件（如板块、角钢、销轴等）构成空间定位点，来确定零件的位置，并用装配夹具夹紧装配。
这种方法不需划线，装配效率高，质量好，适用于批量生产。
图3所示为挡铁定位装配法示例。
在大圆筒外部加装钢带圈时，在大圆筒外表面焊上若干定位挡铁，以这些挡铁为定位元件，确定钢带圈在圆筒上的高度位置，并用弓形螺旋夹紧器把钢带圈与筒体壁夹紧密贴，定位焊牢，完成钢带圈装配。
图3.挡铁定位装配（3）胎夹具（又称胎架）装配法对于批量生产的焊接结构，若需装配的零件数量较多，内部结构又不很复杂时，可将工件装配所用的各定位元件、夹紧元件和装配胎具三者组合为一个整体，构成装配胎架。
图4所示为汽车横梁结构及其装配胎架。
图4.汽车横梁及其装配胎架a）汽车横梁b）焊接夹具（装配胎架）1、2—焊缝3—槽形板4—拱形板5—主肋板6—角铁7—胎架8—挡铁9—螺旋压紧器10—回转轴11—定位销装配时，首先将角铁6置于胎架上，用定位销11定位并用螺旋压紧器9固定，然后装配槽形板3和主肋板5，它们分别用挡铁8和螺旋压紧器9压紧，再将各板连接处定位焊。
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第一章、焊接结构中的应力与变形
一、应力与变形基本概念 内力：存在于物体内部的、受外力作用或其他因素引起物体内部之间相互作用的力。 应力：物体单位截面积上的内力。 1、内应力的特点 内应力内应力在弹性体内构成一平衡力系即内力和内力矩的总和都为零。
y dx 0
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《焊接结构》
（5）塔桅结构 包括高压输电铁塔、电讯、电视的发射塔和接收塔。 特点： ① 这类结构的一部分为全焊结构，大部分为螺焊联合结构； ② 制造过程简单，承载能力强，要求整体稳定性好； ③ 要求安装尺寸准确可靠。 （6）机器结构 随着焊接技术的不断发展和完善，在机械制造领域中，焊接结构的应用越来越广泛。 以焊代铸，以焊代锻及用锻焊联合结构，已经显示出极大的优越性。在大型机床和其他机械设备 的床身、机座、横梁、箱体、以及大型齿轮和中空轴等机件，都逐渐改用焊接结构，形成了焊接结构 的另一广阔领域。
s ，
T>600℃
杆件均匀加热---------结论 1、受拘束的杆件在均匀受热过程中，若产生压缩塑性变形时，则该压缩塑性变形将始终保留在冷却 过程中，待杆件完全冷却后，必定在杆内引起残余应力和变形。 2、如果在冷却过程中杆件能自由收缩，待杆件冷却后，杆件必将发生收缩变形，其缩短值恰等于加 热时产生的最大压缩塑性变形值。然而杆件内无残余应力。 3、如果在冷却过程中杆件被固定，待冷却后，杆件内必存有较大的残余拉伸应力。 板件不均匀加热 有以下前提： 1、长板中心加热（相当于中心堆焊） 2、设板件的长度为 L0，宽度为 B，厚度为δ,在 其中间长度方向用电阻丝进行同时加热。在板的 中间部位， 切出单位长度的一段板作为分析对象。
s ; T 500℃
s ;500℃ T 600℃
L4
T 600℃
全部为塑性变形，内应力为零
焊接残余应力：当焊接过程全部结束，焊件完全冷却后残余在焊件中的内应力。 焊接残余应力的分类： 按应力产生的原因：1、热应力 2、相变应力 3、塑变应力 按应力存在的时间：1、焊接瞬时应力 2、焊接残余应力 按应力与焊缝的相对位置：1、纵向应力 2、横向应力
等宽低碳钢板对接焊时残余应力分布
不等宽低碳钢板对接焊时，残余应力分布
焊缝长度的影响
横向残余应力的分布 横向残余应力:与焊缝中心线垂直的残余应力 在对接接头中，沿焊缝中心线的横向残余应力由 两个因素引起： 2)由焊缝及其近缝区的塑性变形区的横向收缩的 1)由焊缝及其近缝区的塑性变形区的纵向收缩引 不同时性引起的，用σ’’y 表示， 起的，用σ’y 表示， 因此，σy=σ’y+ σ’’y
《焊接结构》
σ’y 产生原因:由焊缝及其近缝区的塑性变形区的纵向收缩引起的横向残余应力σ’y σ’’y 产生原因:由于焊缝横向收缩不同时引起横向应力σ’’y
T形 工字型 箱型
焊接残余应力对焊接结构的影响 1、对结构强度的影响 2、对结构加工尺寸的影响
3、对压杆稳定性的影响
4、对应力腐蚀的影响
调整和减小焊接残余应力的方法 设计原则： 1）尽量减小焊缝截面尺寸，在保证强度的前提下尽量减少填充金属的数量。 2）将焊缝尽量布置在最大工作应力区之外，防止残余应力与外力产生叠加，影响结构的承载能力。 3）尽量防止焊缝密集、交叉。 4）采用局部降低焊缝附近刚度的方法，使焊缝能比较自由地收缩。 5）采用合理的接头形式 工艺措施： 1、设计合理的装配焊接顺序 2、用局部加热法减小应力 3、锤击 4、反变形法 调整和减小焊接残余应力的方法—设计原则 尽量防止焊缝密集 采用局部降低焊缝附近刚度的方法，使焊缝能比较自由地收缩。
焊后消除焊接残余应力的方法 常采用的方法包括 a 整体热处理 b 局部热处理 c 振动法 d 爆炸法 e 碾压法 f 过载法 g 温差拉伸法 焊接残余应力的测定 按其对结构的是否破坏来分 a 全破坏法 b 半破坏法 按测试原理分 a 应力释放法 bX 射线法
c 无损法
应力释放法原理：利用构件在机加工后应力部分释放，会产生变形来重新分布应力达到平衡，利用应 力应变关系来求出应力。 常用方式：切条法、车削法、刨削法、套孔法、小孔法 切条法：将待测焊件划分几个区域，在各区待测点上贴应变片或加工机械引申计旳标距孔，然后测原 始读数，在切断，然后在读数，根据 X E X 可以算出应力。 车削法：此法多用于测圆柱零件堆焊后的残余应力分布。 小孔法：是应力破坏性最小的一种，原理是：在应力场中钻一个小孔，应力平衡受到破坏，钻孔周围 的应力重新调整，测得孔附近的应变片的变化，可用弹性力学推算小孔处的应力。 套孔法：采用套料钻或管形电火花加工环形孔来释放应力，在孔内预先贴上应变片，可以算出表面残 余应力，切削深度[0.6~0.8]D，破坏性不大。 X 射线法：晶体在应力的作用下，原子间距发生变化，其变化与应力大小成正比，当用 X 射线，以掠 角入射到晶体表面时，如果能满足 2dSin =n ，则 X 射线在反射方向因干涉而加强。 缺点：1.只能测表面应力 2.对被测表面要求高，所用设备昂贵
《焊接结构》
《焊接结构》
焊接结构:是指将各种经过轧制的金属材料及铸、锻件等坯料采用焊接方法制成的能承受一定载荷的 金属结构。 采用焊接结构的优点：焊接结构用料少、基本建设投资少、节约能源、生产工艺简单，生产周期短。 焊接结构的缺点：有残余应力和变形、性能不均匀、止裂性能差、应力集中、在生产中易产生缺陷。 焊接结构的分类与应用 按结构形式方面的特点可分为： （1）板结构─以各种板材为基本原材料制成的结构 应用：包括各类容器、管道、高炉炉体、船体外壳、各类吊车梁、铁路桥梁、机床床身、箱体等。 特点如下： ① 结构紧凑，占用空间小，易于实现封闭； ② 加工量大，焊接工艺复杂，质量要求高； ③ 焊缝较长，宜采用自动化焊接方法施焊。 （2）桁架结构 由多种杆件被节点连成承担梁或柱的载荷，各杆件主要工作在拉伸或压缩载荷下的结构。 应用：包括厂房屋架、高压输电铁塔、电视发射塔、大跨度铁路桥梁、各种网架结构等。 特点如下： ① 结构断面较分散，整体力学性能强，承载能力高； ② 结构重量轻，节省材料，制造工艺简单，加工量小； ③ 占用空间大，局部刚性和稳定性差，防腐困难； ④ 焊缝短小，不易实现机械化和自动化生产。 焊接结构综合分类如下： （1） 容器和管道结构 应用：包括各类压力容器、锅炉、贮罐、槽车、输送各种液体或气体的管道。 特点： ① 一般在一定温度或压力条件下工作； ② 承装介质多为易燃、易爆或强腐蚀性或有毒介质； ③ 设计和制造均须遵守专门的技术规范，并设有专门的质量监督和检查机构。 （2）房屋建筑结构 应用：包括单层和多层工业厂房、大型建筑物的金属框架、大型民用建筑、公用设施(机场、车站、 体育场馆、剧院、博物馆、图书馆)及高层建筑中的金属结构。 特点如下： ① 强度高、整体稳定性好； ② 承载能力高，坚固耐久； ③ 具有较强的防震、防腐和防火能力。 （3）桥梁结构 主要是铁路桥梁。 特点：① 工作环境差，承受动载频率高；② 材料使用要求高(强度、塑性、韧性、屈强比、时效敏 感性、焊接性等均须满足铁路桥梁的工作特点)。 （4）船舶与海洋结构 包括海中航行的船舶、海上采油平台、海底管道及各类海上建筑物。 工作环境极为恶劣(受海水的浸蚀,受风浪和潮涌复杂交变力的作用及海底地震的影响), 对原材料和 焊接工艺都有特殊要求。各国在这方面都有专门的规范和要求。
《焊接结构》
3、焊接应力与焊接变形 焊接应力：是焊接过程中及焊接过程结束后，存在于焊接结构中的内部相互平衡的应力。 焊接变形：由焊接而引起的焊件尺寸的改变称为焊接变形。 4、焊接结构产生应力和变形的原因 （1）局部加热，构件上温度分布极不均匀。 （2）接头形式不同，焊接熔池内的金属散热条件不一。 （3）部分金属会发生相变。 （4）受焊前加工工艺的影响。 5、研究金属材料焊接应力与变形的假设 （1）焊接温度场 （2）有关力学性能和物理性能的假定 1.平截面假定（假定杆件在焊前所取得横截面焊后仍然保持为平面。即杆件只发生伸长、缩短、 弯曲，其横截面只发生平移或偏转，永远保持为平面。） 2.金属性能的假定（假设金属的相变点高，在分析过程中可暂时不考虑相变应力，并认为金属的 热膨胀系数、导热系数和热容量等热物理参数不受温度影响。） 3.金属屈服点的假定（通常把失去变形抗力时的温度（低碳钢为 600 ℃ ）称为力学熔化温度。） 4.应力应变关系的假定（材料呈理想弹-塑性状态，即材料屈服后不发生强化。） 构件中焊接应力和变形的产生 杆件均匀加热-变形及应力图 加热方式 有无拘束 加热 冷却 条件约束 构件形貌及应力图
焊接残余变形的分类 1、收缩变形 1）纵向收缩变形 2）横向收缩变形 2、角变形 3、弯曲变形 1）纵向收缩引起的弯曲变形 2）横向收缩引起的弯曲变形 4、波浪变形 5、扭曲变形 纵向收缩变 收缩变形 焊件尺寸比焊前缩短的现象 形：沿焊缝方 向向收缩变形 横向收缩变 形：垂直于焊 缝方向
《焊接结构》
《焊接结构》
加热方式 约束条件 结果 结论 构件形貌与应力图
中心加热
max s
不产生塑 性变形
冷却后不产 生残余应力
加热方式
约束条件
结果
结论
构件形貌与应力图
中心加热
max s
产生塑性 变形
冷却后产生 残余应力
加热阶段
冷却阶段
长板条一侧加热 前提条件：在板件的一侧用电阻丝加热（相当于板边堆焊），在其长度方向上截取单位长度的一段板 作为分析对象。 当在板的一侧进行加热时，板件将发生如图所示的弯曲变形，板的端面由原来的 oo’位置转变到 nn’ 的位置(仍保持平面)。
《焊接结构》
纵向残余应力的分布 纵向残余应力：应力作用方向与焊缝平行的残余应力。
示例
低碳钢焊接结构中，焊缝区的拉伸应力值一般可达到材料屈服极 限，稍离开焊缝区，拉伸应力迅速陡降，继而出现残余压应力。
因素： 构建几何尺寸
相关影响： 在相同焊接参数下，构件的几何尺寸不同，其刚度也不同，塑性变形区的大小和 形状也不同，从而导致焊接残余应力的分布亦不同。