第四章焊接结构设计
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这样才能设计出比较容易生产、质量优良、 成本低廉的焊接结构。
第一节 焊接结构件材料的选择
焊接结构在满足工作性能要求的前提下，首先要 考虑选择焊接性较好的材料。
低碳钢和碳当量小于0.4％的低合金钢都具有良好 的焊接性，设计中应尽量选用；
含碳量大于0.4％的碳钢、碳当量大于0.4％的合 金钢，焊接性不好，设计时一般不宜选用。
和应力集中位置不应该布置焊缝。
大跨度的焊接钢梁：板坯的拼料焊缝应避免放在梁的中间， 如图4—40中a应改为d的状态。
(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面
和应力集中位置不应该布置焊缝。
压力容器的封头应有一直壁段：如图4-40中b应改为e状态， 使焊缝避开应力集中的转角位置。直壁段不小于25 mm。
两个焊接件的厚度相同时，常用的坡口形式及角度可按前 文所述接头形式选用。
2．坡口形式
Y形坡口和带钝边 U形坡口用于单面焊，其焊接性较好。 但焊后角变形较大，焊条消耗量也大些。
双 Y形坡口双面施焊，受热均匀，变形较小，焊条消耗量 较少。但有时受结构形状限制。
良好的焊接结构设计，还应尽量使全部焊 接部件，至少是主要部件能在焊接前一次装配 点固，以简化装配焊接过程，节省场地面积， 减少焊接变形，提高生产效率。
二、接头形式的选择与设计
接头形式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后 变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度、焊接方法等因 素综合考虑决定。
1．接头形式
焊接碳钢和低合金钢常用的接头形式：
对接接头
T形接头
角接接头
搭接接头Biblioteka Baidu
对接接头受力比较均匀，是最常用的接头形式，重要的受 力焊缝应尽量选用。
角接接头与T形接头受力情况都较对接接头复杂，但接 头成直角或一定角度连接时，必须采用这种接头形式。
搭接接头因两工件不在同一平面，受力时将产生附加弯 矩，而且金属消耗量也大，一般应避免采用。但搭接接头不 需开坡口，装配时尺寸要求不高，对某些受力不大的平面联 接与空间构架，采用搭接接头可节省工时。
对不能用熔焊方法获得满意接头的异种金属应尽量不选用。
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。
对形状比较复杂的部分，还可以选用铸钢件、锻件或冲压 件来焊接。图4-37是合理选材、减少焊缝数量的几个示例。
第二节 焊接接头的工艺设计
其焊缝位置的设计应尽可能距离已加工表面远一些，如 图4-41中c、d。
(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。
如图4-42中 a、b、c所示的内侧焊缝，焊接时焊条无法 伸入。
(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。
若必须焊接，只能将焊条弯曲，但操作人的视线被遮挡 着，极易造成缺陷。因此应改为图4—42中d、e、f所示的设 计。
第四章 焊接结构设计
设计焊接结构时，设计者应做到：
1.要很好了解产品使用性能的要求。 如载荷大小、载荷性质、使用温度、使用环境以及有关产 品结构的国家标准与规程。
2.要考虑焊接结构的工艺性。 如焊接工件材料的选择、焊接方法的选择、焊接接头的工 艺设计等。
3.要考虑到制造单位的质量管理水平、产品检验技术等有 关问题。
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
含氧量较高，组织成分不均匀，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，按焊接性较差的钢种采取措施，如预热或焊后热处理 等。
一、焊缝的布置
合理的焊缝位置是焊接结构设计的关键，与产品质量、 生产率、成本及劳动条件密切相关。其一般工艺设计原则如 下： (1) 焊缝布置应尽量分散
焊缝密集或交叉，会 造成金属过热，加大热影 响区，使组织恶化。
因此两条焊缝的间距 一般要求大于三倍板厚， 且不小于100 mm，图4-38 所示 a、b、c的结构应改 为d、e、f的结构形式。
(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(图4—43)。
(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。
点焊与缝焊应考虑电极伸入方便(图4-44)。
焊缝应尽量放在平焊位置，应尽可能避免 仰焊焊缝，减少横焊焊缝。
(2) 焊缝的位置应尽可能对称布置
如图4-39a、b所示的焊件，焊缝位置偏离截面中心，并在 同一侧。由于焊缝的收缩，会造成较大的弯曲变形。图中 c、d、 e所示的焊缝位置对称，焊后不会发生明显的变形。
(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面
若必须选用，应在设计和生产工艺中采取必要措 施。
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。
(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面
和应力集中位置不应该布置焊缝。
在构件截面有急剧变化的位置或尖锐棱角部位：则易产生 应力集中，应避免布置焊缝。例如图4-40中c应改为f的状态。
(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，如焊接轮毂、配管件、焊接支架 等。
2．坡口形式
根据GB 985--88，气焊、焊条电弧焊及气体保护焊常用的 几种焊缝坡口形式与尺寸如图4-45所示。
焊条电弧焊对板厚为 1～6 mm对接接头施焊时，一般可不 开坡口 (即I形坡口)直接焊成。
当板厚增大时，为了保证焊透，接头处应根据工件厚度预 先加工出各种形式的坡口。坡口角度和装配尺寸按标准选用。
第一节 焊接结构件材料的选择
焊接结构在满足工作性能要求的前提下，首先要 考虑选择焊接性较好的材料。
低碳钢和碳当量小于0.4％的低合金钢都具有良好 的焊接性，设计中应尽量选用；
含碳量大于0.4％的碳钢、碳当量大于0.4％的合 金钢，焊接性不好，设计时一般不宜选用。
和应力集中位置不应该布置焊缝。
大跨度的焊接钢梁：板坯的拼料焊缝应避免放在梁的中间， 如图4—40中a应改为d的状态。
(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面
和应力集中位置不应该布置焊缝。
压力容器的封头应有一直壁段：如图4-40中b应改为e状态， 使焊缝避开应力集中的转角位置。直壁段不小于25 mm。
两个焊接件的厚度相同时，常用的坡口形式及角度可按前 文所述接头形式选用。
2．坡口形式
Y形坡口和带钝边 U形坡口用于单面焊，其焊接性较好。 但焊后角变形较大，焊条消耗量也大些。
双 Y形坡口双面施焊，受热均匀，变形较小，焊条消耗量 较少。但有时受结构形状限制。
良好的焊接结构设计，还应尽量使全部焊 接部件，至少是主要部件能在焊接前一次装配 点固，以简化装配焊接过程，节省场地面积， 减少焊接变形，提高生产效率。
二、接头形式的选择与设计
接头形式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后 变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度、焊接方法等因 素综合考虑决定。
1．接头形式
焊接碳钢和低合金钢常用的接头形式：
对接接头
T形接头
角接接头
搭接接头Biblioteka Baidu
对接接头受力比较均匀，是最常用的接头形式，重要的受 力焊缝应尽量选用。
角接接头与T形接头受力情况都较对接接头复杂，但接 头成直角或一定角度连接时，必须采用这种接头形式。
搭接接头因两工件不在同一平面，受力时将产生附加弯 矩，而且金属消耗量也大，一般应避免采用。但搭接接头不 需开坡口，装配时尺寸要求不高，对某些受力不大的平面联 接与空间构架，采用搭接接头可节省工时。
对不能用熔焊方法获得满意接头的异种金属应尽量不选用。
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。
对形状比较复杂的部分，还可以选用铸钢件、锻件或冲压 件来焊接。图4-37是合理选材、减少焊缝数量的几个示例。
第二节 焊接接头的工艺设计
其焊缝位置的设计应尽可能距离已加工表面远一些，如 图4-41中c、d。
(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。
如图4-42中 a、b、c所示的内侧焊缝，焊接时焊条无法 伸入。
(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。
若必须焊接，只能将焊条弯曲，但操作人的视线被遮挡 着，极易造成缺陷。因此应改为图4—42中d、e、f所示的设 计。
第四章 焊接结构设计
设计焊接结构时，设计者应做到：
1.要很好了解产品使用性能的要求。 如载荷大小、载荷性质、使用温度、使用环境以及有关产 品结构的国家标准与规程。
2.要考虑焊接结构的工艺性。 如焊接工件材料的选择、焊接方法的选择、焊接接头的工 艺设计等。
3.要考虑到制造单位的质量管理水平、产品检验技术等有 关问题。
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
含氧量较高，组织成分不均匀，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，按焊接性较差的钢种采取措施，如预热或焊后热处理 等。
一、焊缝的布置
合理的焊缝位置是焊接结构设计的关键，与产品质量、 生产率、成本及劳动条件密切相关。其一般工艺设计原则如 下： (1) 焊缝布置应尽量分散
焊缝密集或交叉，会 造成金属过热，加大热影 响区，使组织恶化。
因此两条焊缝的间距 一般要求大于三倍板厚， 且不小于100 mm，图4-38 所示 a、b、c的结构应改 为d、e、f的结构形式。
(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(图4—43)。
(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。
点焊与缝焊应考虑电极伸入方便(图4-44)。
焊缝应尽量放在平焊位置，应尽可能避免 仰焊焊缝，减少横焊焊缝。
(2) 焊缝的位置应尽可能对称布置
如图4-39a、b所示的焊件，焊缝位置偏离截面中心，并在 同一侧。由于焊缝的收缩，会造成较大的弯曲变形。图中 c、d、 e所示的焊缝位置对称，焊后不会发生明显的变形。
(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面
若必须选用，应在设计和生产工艺中采取必要措 施。
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。
(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面
和应力集中位置不应该布置焊缝。
在构件截面有急剧变化的位置或尖锐棱角部位：则易产生 应力集中，应避免布置焊缝。例如图4-40中c应改为f的状态。
(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，如焊接轮毂、配管件、焊接支架 等。
2．坡口形式
根据GB 985--88，气焊、焊条电弧焊及气体保护焊常用的 几种焊缝坡口形式与尺寸如图4-45所示。
焊条电弧焊对板厚为 1～6 mm对接接头施焊时，一般可不 开坡口 (即I形坡口)直接焊成。
当板厚增大时，为了保证焊透，接头处应根据工件厚度预 先加工出各种形式的坡口。坡口角度和装配尺寸按标准选用。