第六章 焊接结构设计方法
焊接结构设计
钢板厚度不同的角接与T形接头受力焊缝，可考虑 采取过渡形式。
4．其它焊接方法的接头与坡口形式
埋弧焊的接头形式与焊条电弧焊基本相同。但由于 埋弧焊选用的电流大、熔深大，所以板厚小于12 mm时 可不开坡口(即I形坡口)单面焊接。 板厚小于24 mm时，可不开坡口双面焊接。
焊更厚的工件时，必须开坡口。
强度等级低的低合金结构钢： • 焊接性与低碳钢基本相同， • 钢材价格也不贵， • 强度能显著提高， 条件允许时应优先选用。 强度等级较高的低合金结构钢： • 焊接性能虽然差些，但只要采取合 适的焊接材料与工艺，也能获得满意 的焊接接头。
设计强度要求高的重要结构可以选用。
镇静钢 脱氧完全，组织致密，质量较高，可选作重要的焊 接结构。 沸腾钢 焊接时易产生裂纹。厚板焊接时还可能出现层状撕 裂。不宜用作承受动载荷或严寒下工作的重要焊接 结构件以及盛装易燃、有毒介质的压力容器。
异种金属的焊接 必须特别注意它们的焊接性及其差异。 一般要求接 头强度不低于被焊钢材中的强度较低者，并应在设计中 对焊接工艺提出要求。
设计焊接结构时，应多采用工字钢、槽钢、角钢 和钢管等型材，以降低结构重量，减少焊缝数量、简 化焊接工艺，增加结构件的强度和刚性。Βιβλιοθήκη 第二节工艺设计原则：
焊接接头的工艺设计
(4) 焊缝应尽量避开机械加工表面。有些焊接结 构是一些零件，需要进行机械加工，其焊缝位置的 设计应尽可能距离已加工表面远一些。
(5) 焊缝位置应便于焊接操作布置焊缝时，要 考虑到有足够的操作空间。
埋弧焊结构要考虑接头处在施焊中存放焊剂和熔池 保持问题。
点焊与缝焊应考虑电极伸入方便。
焊缝应尽量放在平焊位置，应尽可能避免
1．接头形式
对接接头 T形接头 角接接头 搭接接头
焊接结构设计
焊接结构设计
1 焊接结构生产工艺过程概述
2 焊接方法的选择
3 焊接结构工艺设计
6 . 1 焊接结构生产工艺过程概述
焊接结构主要生产工艺过程备料装配焊接焊接变形矫正表面处理（油漆、喷塑、热喷涂）
质量检验
6 . 2 焊接方法的选择
选择焊接方法依据原则
1、焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求；
2、提高生产率，降低成本；
3、焊接现场设备条件及工艺可能性；
1
、尽量减少焊缝的数量和长度
6 . 3 焊接结构工艺设计
一、焊缝布置
不合理
合理
不合理
合理
2、焊缝布置应尽量避免密集或交叉
一、焊缝布置
不合理
合理
不合理合理不合理合理
3、焊缝的位置应尽可能对称布置
一、焊缝布置
不合理
合理不合理
合理
4、焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置
一、焊缝布置
不合理
合理
不合理合理不合理合理
5、焊缝应尽量避开机械加工表面
一、焊缝布置
不合理合理不合理合理
6、焊缝位置应便于焊接操作
一、焊缝布置
不合理合理不合理合理
6、焊缝位置应便于焊接操作
一、焊缝布置
不合理
合理
不
合
理合理6、焊缝位置应便于焊接操作
一、焊缝布置
二、焊接接头设计
焊接接头设计：焊接接头形式+坡口形式设计对
接
接
头
角
接
接
头
二、焊接接头设计
搭接接头T 形接头
二、焊接接头设计。
(最新整理)焊接结构设计
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1.1、接头基本形式
2021/7/26
塞焊是在被连接的钢板上钻孔来代替槽焊的槽，用焊缝金属将孔填满使两 板连接起来，塞焊可分为圆孔内塞焊和长孔内塞焊两种，如图所示。
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1.1、接头基本形式
2021/7/26
坡口是指焊件的待焊部位加工并装配成的一定几何形状的沟槽。提高焊接性能、焊缝强度， 降低焊接成本、焊接缺陷等。
平焊缝、横焊缝、立焊缝、仰焊缝
2021/7/26
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2.1、焊缝基本形式
断续焊缝、连续焊缝：
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2.1、焊缝基本形式
2021/7/26
工作焊缝和联系焊缝 工作焊缝(又称承载焊缝)：焊缝与焊件串联成整体主要承担载荷的作用。焊缝一旦断裂，钢
结构就立即受到严重破坏。 联系焊缝(又称非承载焊缝) ：焊缝与两个或两个以上的焊件并联成整体(即连接作用)，焊
焊接接头系数是指对接焊接接头强度与母材强度之比值。用以反映由于焊接材料、焊接缺陷 和焊接残余应力等因素使焊接接头强度被削弱的程度，是焊接接头力学性能的综合反映。
熔化焊焊接接头的组成
a)对接接头
b)搭接接头
1－焊缝 2－熔合区 3－热影响区 4－母材
4
1.1、接头基本形式
2021/7/26
焊接接头形式主要有对接接头、T形接头、角接接头、搭接接头四种。还有一些不常用的接 头形式，如十字接头、端接接头、卷边接头、套管接头、斜对接接头、锁底对接接头等。
对接接头的几种形式
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1.1、接头基本形式
2021/7/26
将相互垂直的被连接件用角焊缝连接起来的接头称为T形(十字)接头。T形(十字)接头能承受各 种方向的力和力矩。T形接头是各种箱型结构中最常见的接头形式，在压力容器制造中，插入式管子 与筒体的连接、人孔加强圈与筒体的连接等也都属于这一类。
结构设计知识：焊接结构设计的基本原理与方法
结构设计知识：焊接结构设计的基本原理与方法焊接结构设计的基本原理与方法焊接结构设计是现代工程技术的重要组成部分。
在工程领域中，焊接结构的设计、制作和使用都占据着重要的地位。
这些焊接结构不仅需要满足其在使用过程中的性能要求，还需要考虑其与其他零部件的协调性、较高的安全性以及较低的维护成本等因素。
在这篇文章中，我们将介绍焊接结构设计的基本原理和方法，以帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。
焊接结构的基本原理焊接结构的基本原理是在设计阶段考虑到产生热量的曲线和同时产生的剪切力。
基于这个原理，焊接结构必须考虑以下因素：1.结构的荷载焊接结构的设计必须满足其所在环境的荷载要求，例如建筑物、桥梁、机器设备等。
这些荷载分为静荷载和动荷载两种类型。
静荷载指工作过程中不会发生变化的荷载，如桥梁自重；动荷载指工作过程中会有变化的荷载，如汽车行驶在桥梁上产生的振动荷载。
焊接结构必须考虑并满足所承受的荷载要求。
2.材料的性质焊接结构必须采用与应用相适应的合适材料，其中材料的性质包括机械和物理性质，如韧性、强度、刚度等等。
根据结构设计和制造需要，不同材料的组合可以产生不同的焊接结构。
3.结构的几何形状焊接结构的几何形状对其性能影响很大。
在设计焊接结构时，必须考虑其内部形状、材料的厚度、焊缝和角度等因素。
在选定设计方案时，必须对这些因素进行分析和计算。
4.焊接方法焊接方法也是设计焊接结构时需要考虑的重要因素。
设计人员必须了解不同的焊接方法及其适用范围。
不同的焊接方法将对结构的强度、精度、形状和寿命等方面产生不同的影响。
焊接结构的设计方法针对上述基本原理，下面介绍一些常用的焊接结构设计方法。
1.分析需求在设计焊接结构之前，需要进行一些分析工作。
首先，需要明确焊接结构的设计需求和目标，例如所需要承载的荷载、使用环境等。
设计人员需要充分了解这些相关因素，以便能够根据实际要求进行设计。
2.选择材料正确选材是生产焊接结构的关键，以获得最佳性能和经济性。
焊接结构工艺设计
（1）焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求。 （2）提高生产率，降低成本。 （3）焊接现场设备条件及工艺可能性。
3、焊接接头设计 （1）对接接头 —接头上应力分布比较均匀，焊接质量容易保证，优先选用。 但对焊前准备和装配质量要求相对较高。 （2）搭接接头 —便于组装，常用于对装配要求简单的结构，但焊缝处易产生 应力集中和附加弯曲应力，应力分布不均， 降低了接头强度， 且结构重量大，不经济，一般不用。 （3）角接接头、T形接头 —受力情况比较复杂， 当焊件需要直角连接时采用。
焊接结构工艺设计
1、焊接结构材料的选择 几条原则： （1）优先选用低碳钢和低强度低合金钢。 （2）对于重要件应有先选用镇静钢。 （3）尽量选用同一牌号的材料。 （4）尽量选用型材。 以降低结构质量，减少焊缝数量，简化焊接工艺，增加结构件的刚性和强度。 （5）等厚度材料。 否则考虑过渡结构。 2、焊接方法的选择 应依据下列原则：
4、焊缝的设计 （1）便于施焊
4、焊缝的设计 （1）便于施焊 （2）焊缝应避免密集交叉 （3）焊处
4、焊缝的设计 （1）便于施焊 （2）焊缝应避免密集交叉 （3）焊缝尽量对称
（4）应避开应力集中处和最大应力处
（5）应避开机械加工表面
（6）尽量减少焊缝数量及长度，缩小不必要的焊缝截面尺寸。
焊接件的结构设计
d)
L>4t
塞焊
L
c)
0~1
2~5 55°
2
t 4~30
60° 2
12~30 55°
2 20~40
2
2
b) 2
R8
2
2~30
<6 12~60 0~2
55°
2
4~30 2
2
a)
2
R5 2
2
40~60
2
20°
55°
10~40 2
40~60
2
R5 6~25
2
2
12~60
60° 2
60°
2 20°
1．熔焊接头设计
尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含H2和O2量低， 可防止气孔和裂纹等缺陷。 异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，而工艺应按高 强度金属设计。 尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简化工艺过 程。
4 焊接接头的工艺设计
焊缝的布置
1．焊缝应尽可能分散 以便减小焊接热影响区，
4
3000
9
4
5
67
8
10
中压容器焊号 1
2 3 4 5
焊缝名称
筒身纵缝 1、2、3
筒身环缝 4、5、6、7
管接头焊接 9
入孔圈纵缝 10
入孔圈环缝 8
焊接方法与焊接工艺
焊接材料
因容器质量要求高，又小批 生产，采用埋弧焊双面焊， 先内后外，不开坡口。材料 为16MnR应在室内焊接。
2 焊接方法的选择
生产单件钢结构件
1．板厚在3～10 mm,强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。 2．板厚在10 mm以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。 3．板厚小于3 mm，焊缝较短应选用CO2焊。
焊接结构设计
2：选题背景换热设备的焊接结构是由：筒体、封头、接管、法兰、管板及换热管等基本构件通过焊接接头（或胀接）连接成的整体。
该整体构成换热设备的重要组成部分。
因此，掌握好这些基本构件和焊接接头的设计，对进行换热设备的整体设计至关重要。
换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。
在热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。
本次高压溶剂换热器在考虑抗强腐蚀方面，同时还要考虑抗高压问题。
所以，应着重对抗高压性能进行考虑，主要从板材材料选取，板材的厚度，焊接工艺的强度问题方面入手。
本课程设计将着重对封头的焊接工艺进行具体设计。
3.方案论证：3.1.原始数据：循环氢与反应产物换热器：设计压力：17.34/15.94Mpa （壳程/管程）, 操作压力：15.92/14.56Mpa （壳程/管程）, 设计温度：395/435℃(进口/出口),操作温度:262/332℃(进口/出口), 腐蚀余度3/3(壳程/管程),公称容积:8.8m³, 操作介质:循环氢/反应产物（壳程/管程）, 焊缝系数1/1（壳程/管程），水压试验压力23.48/22.32（壳程/管程），容器类别：三类，容器重量：73194Kg, 公差：GB150-1998《钢制压力容器》螺栓孔应跨分布，法兰连接两螺栓，螺纹外表面涂润滑脂3.2.封头的选材循环氢与反应产物换热器经常在高温高压等恶劣条件下工作，工作介质常含H2S，H2等反应产物，有强烈的腐蚀性等，选用2.25Cr-1Mo,内部双层堆焊E309L+E347即可满足工作要求。
2.25Cr-1Mo是合金钢中加入Cr和Mo重要元素，其中Cr主要起抗氧化的作用，在高温下与氧结合强，在金属表面形成Cr2O3稳定化合物包围金属，阻止了金属继续氧化，在温度较高下的金属原子活动能较强，由于金属再结晶的结果，使金属性软化，而Mo可以提高再结晶温度，阻碍高温下原子的活动能力，提高热强性，同时也保证了有足够的强度，塑性和韧性，综合品质比较高，完全满足此次设计要求。
焊接结构设计
焊接结构设计
图16-16
瓶体装配焊接Βιβλιοθήκη 图焊接结构设计 2、焊接工字梁
结构名称：焊接梁（图16-10）；
主要组成：上、下翼板，腹板，肋板；
材
料：20钢；
尺 寸：钢板最大长度2500mm，板厚分别选用6，8和 10mm； 生产类型：大批生产
设计要点：该结构用低碳钢板（20钢）下料拼焊，材 料可焊性好。焊接工艺设计中需要集中考虑的是梁柱 的受力状况和防止应力与变形，切实保证焊接质量。
焊接结构设计
设计焊接件时, 不仅要考虑到焊件的使用性能， 还要考虑焊件结构的工艺性能，使焊件生产简便、质 量优良、成本低廉。焊件结构工艺性应包括结构材料 的选择、接头形式、焊缝布置等方面。 一. 合理选择焊接材料 1. 在满足焊接件使用性能的前提下，应尽量选用 焊接性能良好的材料。低碳钢和普通低合金钢的焊接 性良好，价廉，焊接工艺简单，易于保证焊接质量， 应优先选用。而＞0.5%C的碳钢和碳当量＞0.6%的 合金钢焊接性能不好，应尽量避免采用。 在选用两种不同材料进行焊接时，应注意它们焊 接性的差异。
焊接结构设计
三. 合理布置焊缝
1. 焊缝的位置应便于操作
视频
焊接结构设计
2. 焊缝应避开应力最大和应力集中的部位 视频
焊接结构设计
3. 焊缝布置应尽可能分散 视频 焊缝的交叉和密集使接头部位严重过热，组织 恶化，性能下降，而且会产生变形和裂纹(图4-27)。
焊接结构设计
4. 焊缝位置应尽可能对称，以便减少变形
焊接结构设计
3.坡口形式、选用及加工要求 当焊件厚度较大时，为保证焊透，接头处应根据 工件厚度加工出各种坡口，如图4-24(a) 、(b) 、(c) 。
焊接结构设计
焊接结构工艺性设计
一、焊接结构设计的工艺性
结构造型设计应掌握的原则： ①结构的整体刚度要高，有助于抗衡焊缝的收 缩力，防止变形超差； ②焊缝附近的要低，有利于释放应变能，防止 焊缝区的应力集中； ③在满足上述原则的情况下，再行考虑形体设 计的美观问题。
一、焊接结构设计的工艺性
㈣、焊缝设计 ⑴尽量减少焊缝 纹路匀称，平直得体的焊缝，可给人一种节奏 性的工艺美，但不是一种理想的线形艺术原型。 在焊接结构中，焊缝又是不可缺少的。为此，就 必须尽量减少焊缝，这样既可减少影响美观的因 素，又可减少焊接应力和变形。 减少焊缝的方法是：尽量采用成形钢板，用最 少的构件，最少的连接尺寸形成焊缝，同时严格 控制焊缝高度，减少熔敷金属量。
一、焊接结构设计的工艺性
⑹材料的合理利用； ⑺劳动条件的改善； ⑻焊后热处理。
一、焊接结构设计的工艺性
㈥、结构工艺焊接化 将用其他方法（铸造、锻造等）制造的结构改 为焊接结构，便是结构工艺焊接化的过程。 要做到结构工艺焊接化，首先要摆脱铸造、锻 造等工艺的束缚，从零件功能需要出发，根据焊 接结构的特点进行设计，以求得到最大的技术和 经济效益。
一、焊接结构设计的工艺性
⑸焊后机加性 焊接结构的机械加工应注意的问题： ①很多焊件焊后需要进行机加工，对机械加工 要求高的构件可用中碳钢代替低碳钢，并尽可能 以铣代刨来加工焊接结构。 ②避免在加工面上布置焊缝。 ③避免在配合面上布置焊缝（配合面加工精度 较高，加工余量难以控制）。 ④要注意焊接结构的定位精度。
一、焊接结构设计的工艺性
㈢、焊接结构造型设计 ⑴利用结构材料和工艺自身的艺术因素，形成 直线方角或曲面大圆角的造型，使结构形态流 畅，形体美观。 ⑵采用平板，特别是成形（弯曲成形或压延成 形）板进行造型设计，可使结构简。 ⑶利用型钢（槽钢、角钢、工字钢）进行造型 设计，可使结构简洁，并可提高材料的利用率达 50%以上。
焊接结构设计_PPT课件
（2）坡口形式选择：
主要依据焊件板厚和焊件使用条件进行选择。 1）焊件板厚： 薄板对接一般采用Ⅰ型坡口，其余可查表。 2）焊件使用条件：
★承载较小或精度要求不高时， 采用Ⅰ形、Ｖ形等坡口；
★承载较大或精度要求较高时， 宜采用Ｕ形、Ｘ形、和双Ｕ形等坡口。
焊接工艺设计示例 实例 结构名称 ：中压容器（见下图）
4
5
1
6 2
7 3
（2）焊接方法、接头形式、焊接材料及工艺
序
号 焊缝名称 焊接方法与工艺
接头型式
焊接材料
埋弧自动焊双面
1
筒身纵缝 焊（质量高），先 1、2、3 内后外。16Mn应
在室内焊接。
4、5、6 埋弧焊双
2
筒身环缝 面焊，先内后外；7 装
配后先在内部用手弧焊
4、5、6、7 封底，再用埋弧焊焊外
（3）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。
（4）尽量选用尺寸较大的原材料或型材，以减少焊缝数量。
（5）尽量采用廉价材料，以降低成本。
二、焊接方法的选择
合理选择焊接方法，应考虑的因素： １．根据材料的焊接性，通过查表选择焊接方法。 表8-1 ２．根据材料的特点选择；如低碳钢可采用各种焊接方法都可
（2）.焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形。
1. ①焊缝焊缝应避开最大应力和应力集中的部 位。
不合理
合理 图8- 2 焊缝应避开应力集中部位
②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。
图8-3 焊缝对称布置的设计
③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。
焊接结构设计
基準線的虛線可以畫在基準線的實線的上 側或下側﹐如果焊縫和箭頭線在接對的同一 側﹐ 則將焊縫基本符號標注在基準線的實線側﹔相 反﹐如果焊縫和箭頭線不在接頭的同一側﹐則 將焊縫基本符號標注在基準線的虛線側。 基準線
基準線
箭頭線
此外﹐國標還規定﹐必要時焊縫基本符號 可附帶及數據﹐其標注原則如下圖所示,
C 連接的可靠性﹕現代焊接和檢驗技術水 平可保証獲得高質量﹑高可靠性的焊接頭。 D 加工的經濟性﹕施工難度較低﹐可實現 自動化﹐製造成本相對較低﹐几乎不產生廢品。 問題點﹕ A 几何上的不連續性﹕外形尺寸突變﹐可 能存在各種焊接缺陷﹐從而引起應力集中﹐減 小承載面積﹐形成斷裂源。 B 力學性能上的不均勻性﹕可能存在脆化 區﹑軟化區各種劣質區。
五 焊接接頭的設計原則
1 焊接接頭設計的一般原則 焊接結構的破壞往往起源於焊接接頭區﹐ 這除了受材料選擇。焊接結構製造工藝的影響 外還與接接頭的設計有關。在焊接結構設計 時﹐ 為做到正確合理地選擇焊接接頭的類型﹑坡口 形狀和尺寸﹐主要應該綜合考慮以下四個方面 的因素﹕ 1) 設計要求-----保証接頭滿足使用要求﹔
2
凹面符號
焊縫表面凹陷
3
凸面符號
焊縫表面凸起
焊縫補充符號是為了說明焊縫某些特征 而采用的符號。常見的有以下几種﹕
序號 1 名稱 帶墊板符號 示意圖 符 號 符 號 表示焊縫底部有墊板
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ三面焊縫符號
表示三面帶有焊縫
3
周圍焊縫符號
表示環繞工件周圍焊縫
焊縫符號的標注方法
焊縫符號和焊接方法代號必須通過指引線 及有關規定才能誤地表示焊縫。指引線一般由 箭頭和兩條基準線(一條為實線﹐另一條為虛 線)兩部分組成(如圖七所示)。 國標GB/T324—1988中規定﹐箭頭線相對 焊縫的位置一般沒有特殊要求﹐但是在標注V 形﹑單邊V形﹑J形等焊縫時﹐箭頭應指向帶 有坡口一側的工件﹐必要時允許箭頭線彎折一 次。
《焊接结构设计 》课件
焊接工艺的分类与特点
焊接工艺的分类
根据焊接过程中所使用的热源不同，焊接工艺可以分为熔化焊、 压力焊和钎焊等类型。
焊接工艺的特点
熔化焊是通过加热使焊件达到熔化状态，通过液态金属的流动实 现连接；压力焊则是通过施加压力，使焊件达到塑性状态或直接 实现连接；钎焊则是通过加热使钎料熔化，利用液态钎料润湿被 连接表面实现连接。
外观检测
通过目视、测量等方法检查焊接结构的外观 质量，如焊缝的外观、尺寸等。
力学性能检测
对焊接结构进行拉伸、弯曲、冲击等试验， 检测其力学性能是否符合设计要求。
耐压检测
对焊接结构进行压力试验，检测其密封性能 和强度。
焊接结构的验收标准
焊接结构应符合设计图 纸和相关标准规范的要 求。
焊接结构应进行全面的 检测，确保无缺陷和损 伤。
在气体保护焊中，保护气体的 流量也会影响焊接质量和效率 ，需要根据实际情况进行调整 。
05
焊接结构强度与稳定性分析
焊接结构的应力分布与变形
焊接过程中应力的产生
在焊接过程中，由于材料受热膨胀和 冷却收缩，会在焊缝及其附近区域产 生应力。
焊接应力的分布
焊接应力的分布取决于焊接工艺、材 料性质和焊缝设计等因素。
焊接速度
保护气体流量
焊接电流是焊接过程中最重要 的工艺参数之一，它直接影响 到焊接质量和焊接效率。需要 根据焊件的材料、厚度、焊接 位置等因素来确定合适的焊接 电流。
焊接电压也是重要的工艺参数 之一，它影响到电弧的稳定性 和焊接熔池的形状。需要根据 焊件的材料、电流等因素来确 定合适的焊接电压。
焊接速度决定了焊接效率，过 快或过慢的速度都可能影响焊 接质量。需要根据焊件的材料 、厚度等因素来确定合适的焊 接速度。
焊接结构课程设计
目录一：总体焊接结构分析 (2)1. 外形结构分析 (2)2. 焊缝布置及焊接次序分析 (2)3. 焊接接头形式分析 (2)4. 焊接可靠性分析 (2)5. 焊缝的可焊到性分析 (3)二：母材的选用与母材的焊接性分析 (3)1. 母材的选用 (3)2. 母材的焊接性 (3)三：焊料分析 (9)四：焊接方法选择 (10)1. 埋弧焊的优点： (11)2. 埋弧焊的缺点： (12)3. 埋弧焊的冶金特点 (12)五：接头坡口形式及尺寸与焊接工艺参数 (13)1. 接头坡口形式及尺寸 (13)2. 焊接工艺参数 (14)六：焊接工艺卡片： (15)一：总体焊接结构分析1.外形结构分析该容器为受内压的常温中压压力容器，圆柱段长（L）1600mm，直径（D）900m，壁厚（t）8mm。
由图可知，筒体两端焊有凸型封头，筒体及封头上均焊有连接管道，外接法兰盘连接管道。
主要加工手段为焊接，此外还有冲压、卷弯、机加工等辅助工艺。
2.焊缝布置及焊接次序分析根据焊接的基本原则，尽量减少焊缝数量和长度，尽量对称施焊。
在两块U型钢板上使用线切割切出孔，分别焊接上接头及法兰盘。
再将U型钢板对称焊接合体，得到筒体。
在凸形封头上焊接管道接头及法兰盘，再与筒体焊合，内衬垫板，单面焊，双面成型。
3.焊接接头形式分析综合考虑焊接原则，将该容器的焊缝分为以下几种：U型钢板与视镜孔及手孔接头的焊缝、U型钢板之间的焊缝、凸形封头与管接头的焊缝、凸型接头与筒体之间的焊缝、法兰盘与接头之间的焊缝。
其接头形式分别是：角接接头、对接接头、角接接头、对接接头。
4.焊接可靠性分析该压力容器为中压容器，对焊缝要求较高。
对焊接接头性能要求的总原则是等强度、等塑性、等韧性和等耐腐蚀性。
结合压力容器的性质及要求，四个接头处焊缝质量最难保证，使用过程中最易出现问题。
该接头处焊缝连续较多、应力集中、热输入大、热影响区大、焊后易变形。
焊接时应严格按照焊接参数及技术施焊，最大限度保证焊接质量、减少焊接变形。
焊接件的结构设计
焊接件的结构设计焊接件是指由焊接工艺连接的构件或零件。
在整个焊接工艺中，焊接件的结构设计起到了至关重要的作用。
良好的结构设计可以保证焊接件的质量和性能，并确保焊接工艺顺利进行。
下面将从焊接件的结构设计中的要点、步骤、注意事项等方面进行详细介绍。
一、结构设计要点1.材料选择：焊接件的材料选择应根据使用环境和工作条件进行合理选择。
常见的焊接材料有低碳钢、不锈钢、铝合金等。
选择合适的材料可以提高焊接件的强度和耐腐蚀性。
2.结构形式选择：结构形式是指焊接件在装配时的形状和结构布局。
应根据焊接件的功能和使用要求进行选择。
常见的结构形式有角焊缝、对接焊缝、搭接焊缝等。
3.强度设计：焊接件的强度设计应满足预期的载荷和使用要求。
根据焊接件的受力分析，确定焊缝的尺寸和焊接参数，以保证焊接件具有足够的强度。
4.焊接缺陷控制：焊接件的结构设计应注意控制焊接缺陷，常见的焊接缺陷有气孔、夹渣、裂纹等。
通过合理设计焊缝形状、采用适当的焊接工艺参数和设备，可以有效地减少焊接缺陷的产生。
5.板材厚度选择：焊接件的板材厚度选择应根据受力情况和结构要求进行合理选择。
过薄的板材容易导致焊接变形和断裂，而过厚的板材则会增加焊接工艺的难度。
二、结构设计步骤1.确定焊接件的功能和使用要求：根据焊接件的使用要求，确定焊接结构的形式和尺寸。
2.进行焊接件的受力分析：通过力学分析，确定焊接件在使用过程中的受力情况和受力方向。
3.设计焊缝形状和尺寸：根据受力分析结果，确定焊缝的形状和尺寸，以保证焊接件具有足够的强度。
4.选择合适的焊接材料：根据焊接件的使用环境和工作条件，选择合适的焊接材料，以确保焊接件的耐腐蚀性和强度。
5.设计焊接工艺参数：根据焊接材料和焊接件的要求，确定合适的焊接工艺参数，包括焊接电流、焊接时间、预热温度等。
三、结构设计注意事项1.焊接件的结构设计应考虑焊后的应力和变形问题，采取合适的预应力设计和变形控制措施。
2.在进行焊接件的结构设计时，应充分考虑焊接设备和工艺的条件，确保焊接过程的可实施性。
结构设计知识：焊接结构优化设计的原理与方法
结构设计知识：焊接结构优化设计的原理与方法焊接结构优化设计的原理与方法随着现代化科技的不断发展，焊接成为了机械工业最基本的加工方法之一，而焊接结构的设计优化则是一个非常重要的工作。
焊接结构的设计优化可以进一步提高焊接结构的强度、刚度和耐用性，增强焊接结构的耐久性和服务生命周期。
本文将介绍焊接结构的设计优化的原理和方法。
一、原理焊接结构的设计优化的基本原理是将焊接结构的几何形状、材料和工艺参数等因素进行综合分析，并寻找合适的优化方法，以最大程度地提高焊接结构的性能。
在焊接结构的设计过程中，需要先确定焊接结构的功能和使用条件等，然后再结合实际制造工艺和材料性能以及受力情况等因素来进行焊接结构的优化设计。
其中，焊接工艺参数是决定焊缝质量和焊接接头强度的关键因素，也是焊接结构的优化设计的基础。
二、方法针对以上原理，我们可以采用以下方法来进行焊接结构的优化设计。
1.确定焊接结构的使用条件和受力情况首先要明确焊接结构的使用条件和受力情况，分析其受力特点，包括受力方向、受力大小和受力形式等。
2.分析焊接结构的几何形状和材料对焊接结构的几何形状和材料等因素进行分析，以确定焊接结构的内部应力分布状况和受力情况。
3.确定焊接方式和工艺参数根据特定的焊接结构材料和要求，选择合适的焊接方式和工艺参数，包括焊接材料、预热温度、加热时间、焊接速度和焊接电流等。
4.进行焊接结构的强度计算和试验验证对所设计的焊接结构进行强度计算和试验验证，以验证该结构的强度是否满足使用条件和受力要求。
5.优化焊接结构设计根据计算和试验结果进行优化，包括修改焊接结构的几何形状、改进焊接工艺和调整焊接参数等。
6.重复以上步骤，直至达到最佳设计方案。
需要注意的是，在进行焊接结构优化设计时，要根据实际情况进行综合考虑，避免盲目追求某种方案而忽略其他关键因素，导致焊接结构的强度下降。
结论焊接结构的优化设计是增强焊接结构强度和使用寿命的重要方法。
在进行焊接结构优化设计时，需要进行准确的计算和试验，结合实际工艺和材料性能来进行优化。
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能降低
焊缝过分集中使应力分布更不均匀，而且还会出 现双向或三向复杂的应力状态 两条焊缝的间距一般要求对于3倍或5倍的板厚
四、尽可能对称分布焊缝
焊缝对称分布可使各条焊缝的焊接变形相互抵消
箱型结构
（a）焊缝集中于中性轴一侧，弯曲变形大 （b）焊缝安排合理
的大小决定
二、抗扭截面设计
材料确定后，构件的抗扭刚度主要由抗扭惯性矩 的大小决定
6.5.2 可达性设计
焊接的可达性是使每条焊缝都能方便地施焊
检验的可达性应使需要质量检验的焊缝能顺利地
进行检验
焊缝位置应便于施焊，
有利于保证焊缝质量
尽量在水平位置焊接
除焊接空间位置外，还应考虑各种焊接方法所需
构在规定的条件下和规定的时间内，完成预定功 能的概率。 设计基准期长，可靠度要求就高
二、结构的极限状态
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不
能满足设计规定的某一功能要求，称此特定状态
为该功能的极限状态
我国《钢结构设计规范》（ GB50017-2003 规范） 规定承重结构应按下列二类极限状态进行设计： （1）承载能力极限状态 对应于结构或构件达到最大承
（3）寿命准则
（4）振动稳定性准则
振动稳定性准则是指设计时使结构中受激振作用
的各零件的固有频率f与激振源的频率fP错开
0.85 f f P
或
1.15 f f P
6.4.2 概率极限状态设计法
一、结构的可靠度
结构的可靠性：结构在规定的条件下和规定的时
间内，完成预定功能的能力。
结构的可靠度：对结构可靠性的定量描述，即结
结构构件设计时采用的可靠度指标，可根据对现
有结构构件的可靠度分析，并考虑使用经验和经
济因素等确定
我 国 《 建 筑 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准 》
（ GB50068—2001 ）规定，结构构件承载能力极
限状态的可靠指标，不应小于表6-2的规定。
6.4.3 分析设计
一、分析设计的基本思想
要的施焊操作空间
6.5.3 焊接应力和变形控制设计
通过合理布置焊缝来减小焊接应力和变形主要途径
如下：
一、尽量减少焊缝数量
二、选择合理的焊缝形状和尺寸
应采用尽量小的焊缝尺寸
采用开坡口的焊缝比不开坡口而用一般角焊缝可
减少焊缝金属，对减小角变形有利 选择合理的坡口形式
三、尽可能分散布置焊缝
三、过量变形
过量变形：金属构件在使用过程中产生超过设计
配合引起的过量形变。
主要形式：（1）过量弹性变形 （2）过量塑性变形 四、材质变化失效 材质变化失效：由冶金因素、化学作用、辐射效 应和高温长时间作用等因素引起材质变化，使材 料性能降低而发生的失效现象。
6.4 焊接结构承载能力的设计计算方法
而导致整个结构丧失抗震能力或对重力载荷的承Fra bibliotek载能力
结构应具有良好的变形能力和消耗地震能量的能
力。
6.5.4 抗震性设计
只有重要的结构要求地震 情况下不得损坏时，才考 虑地震载荷的校核 钢结构的震害主要形式 （1）节点连接的破坏 （2）构件的破坏 （3）结构的整体倒塌
提高结构抗地震破坏的能力的措施：
选用优质的钢材和焊材以保证焊接质量
在焊接结构设计中应避免因部分结构或构件破坏
能力
结构的功能函数表示为
Z=R–S
R和S都是随机变量，其函数Z也是一个随机变量
功能函数Z存在以下三种可能状态：
> 0 结构处于可靠状态
Z=R–S = 0 结构达到极限状态
< 0 结构处于失效状态
结构或构件的失效概率可表示为
Pf P Z 0
失效概率Pf与可靠度指标β的关系
有限元法的基本思想：
将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中
的有限自由度问题 有限元法的一般步骤： 结构的离散化→选择位移模式 →建立平衡方程→求 解节点位移→计算单元中的应变和应力
6.5 焊接结构的构造设计
6.5.1 截面设计
截面设计是结构刚度计算的主要工作。
一、抗弯截面设计
材料确定后，构件的抗弯刚度主要由抗弯惯性矩
分析设计是对结构进行详细的应力分析，然后进
行应力分类，且对不同类型应力按不同的设计准
则来限制，合理地区别对待。
设计步骤：结构分析 → 应力分析 → 应力分类 → 计 算应力强度→校核应力强度 分析设计采用最大剪应力理论（第三强度理论） 作为判据、采用较高的许用应力
二、应力分析的有限元法
第6章 焊接结构设计方法
焊接结构的基本要求、载荷 焊接结构的失效形式
常规设计方法（许用应力设计法）
概率极限状态设计法
分析设计
焊接结构的构造设计
6.1 焊接结构的基本要求
一、结构效能 指结构系统分配给各个构件部分所应具有的能力 二、寿命周期费用 三、结构工艺性要求 四、结构的可靠性与维修性 五、焊接结构的风险与结构完整性
表面损伤：构件由于应力或温度的作用造成的表
面材料损耗，或者是由于构件与介质产生不希望
有的化学或电化学反应而使金属表面损伤 主要形式 （1）磨损 可分为磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损等 （2）腐蚀损伤 包括均匀腐蚀、电化学腐蚀、摩擦腐蚀、
空蚀、应力腐蚀和高温腐蚀等
（3）接触疲劳 包括表面麻点、亚表面麻点和剥落等
载能力或出现不适用于继续承载的变形
（2）正常使用极限状态 对应于结构或构件达到正常使
用或耐久能力的某项规定的限制值
三、概率极限状态设计原理
影响结构完成特定功能的两个基本因素：
（ 1）载荷效应 S：指载荷作用在结构上所引起的结
构及其构件的应力和变形
（ 2）结构抗力 Z：指结构及其构件承受载荷效应的
6.2 载荷
一、载荷分类 （1）静力载荷 包括重力载荷和不随时间变化的工作载荷 （2）动力载荷 包括惯性载荷和冲击载荷 （3）自然载荷 专指风、冰、雪、地震和温度变化等自然因素所造 成的载荷
二、载荷组合
（1）基本载荷
指始终或经常作用在焊接结构上的载荷
包括自重载荷和工作载荷
（2）附加载荷
指在正常工作状态下，焊接结构所受到的非经常 性作用的载荷 包括最大风载荷、温度载荷、冰雪载荷以及某些 工艺载荷等
6.4.1 常规设计方法（许用应力设计法）
（1）强度准则
lim
n
式中，lim—极限应力。 一次断裂 疲劳断裂 材料的强度极限 构件的疲劳极限
塑性变形
表面接触疲劳 n —安全系数
材料的屈服极限
零件的接触疲劳极限
（2）刚度准则
y y
式中，y —弹性变形量； [y]—许用变形量
6.3 焊接结构的失效形式
失效：焊接结构中，由于焊接接头断裂、表面损伤、 过量变形和材质劣化，导致降低结构承受规定载荷 能力的现象。 一、断裂失效 断裂是构件在外力作用下，当其应力达到材料的 断裂强度时产生的破坏 主要形式：（1）脆性断裂
（2）塑性断裂
（3）疲劳断裂 （4）蠕变断裂
二、表面损伤
（3）特殊载荷 指处于非工作状态下，焊接结构可能受到的最大 载荷，或者在工作状态下，结构偶然受到的不利 载荷
组合Ⅰ：基本载荷；
组合Ⅱ：基本载荷+附加载荷；
组合Ⅲ：基本载荷+特殊载荷或三类载荷都组合。
强度和稳定性的安全系数必须同时满足组合Ⅰ、
Ⅱ和Ⅲ三类情况下的规定值
疲劳强度只按载荷组合Ⅰ进行计算