第四章焊接结构设计
焊缝的布置
本篇结束
• 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 接方法等综合因素考虑。 在焊条电弧焊时，当板厚小于６ mm一般不开坡口（即Ｉ形坡口）， 板厚大于６mm时，为保证焊透， 需开坡口。
管子坡口机
３、接头过渡形式
第四章 焊接结构设计
第一节 第二节 焊接结构件材料的选择 焊接接头的工艺设计
第一节
焊接结构件材料的选择
常用金属材料的焊接性
第二节
焊接接头的工艺设计
（1） 焊缝布置应尽量分散 （2） 焊缝的位置应尽可能对称布置 （3） 焊缝应尽量避开最大应力断面和应 力集中位置。 （4） 焊缝应尽量避开机械加工表面 （5） 焊缝位置应便于焊接操作
一、焊缝的布置
Hale Waihona Puke 焊缝分散布置的设计焊缝对称布置的设计
焊缝避开最大应力断面和应力 集中位置的设计
焊缝避开机械加工表面的设计
焊缝位置便于焊接操作的设计
焊缝位置便于焊接操作的设计
手工电弧焊接头形式与坡口形状
１、接头形式 对接接头 T形接头 角接接头 搭接接头
２、坡口形状
Ｉ形坡口 Ｖ形坡口 Ｘ形坡口 Ｕ形坡口
?4焊缝应尽量避开机械加工表面?5焊缝位置应便于焊接操作焊缝分散布置的设计焊缝对称布置的设计焊缝避开最大应力断面和应力集中位置的设计焊缝避开机械加工表面的设计焊缝位置便于焊接操作的设计焊缝位置便于焊接操作的设计手工电弧焊接头形式与坡口形状1接头形式?对接接头?t形接头?角接接头?搭接接头2坡口形状?i形坡口?v形坡口?x形坡口?u形坡口?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综合因素考虑
第四章焊接结构的脆性断裂
于压力窗口的大型化、厚截面或超厚截面压力窗口增多以及化
工、石油工业中低温压力容器的使用，使脆断事故迭有发生。
这些事故引起世界各国的关注，推动了对脆性断裂问题的研究，
英、日本等国家成立专门机构对脆断事故进行分析和研究，并
提出了工程结构脆断防止措施。
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（一）
压力容器脆性断裂
•
压力容器断裂可能有塑性断裂、低应力脆性断裂和疲劳损坏等几种形式，特别是脆性断裂更引人注意。
很多． • (3)焊接结构刚性大，破坏一旦发生，瞬时就能扩展到结构整
体，所以脆断事故难以事先发现且往往造成较严重的后果。
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脆性断裂的影响因素
• 综合研究分析认为，一般脆断事故原因与以下几方面因素有关。 • (1）结构在低温下工作，低温使材料的性质变脆。 • (2)结构中存有一些焊后漏检缺陷，或在使用中发生延迟裂纹。 • (3)在许多情况下，焊接残余应力起到不良的作用，焊接过程引起的热应变脆化，使材质韧性下降。
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应力腐蚀裂纹
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4.2 焊接结构脆断事故分析
•
•
焊接结构广泛应用以来，曾发生过一些脆性断裂（简称脆断）事故。这些事故
无征兆，是突然发生的，一般都有灾难性后果，必须高度重视。引起焊接结构脆断的
原因是多方面的，它涉及材料选用、构造设计、制造质量和运行条件等。防止焊接结
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脆性断裂的宏观断口
• 从下图可看出，脆性断裂的宏观断口分为三个区：纤维区、放射区、剪切唇。
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宏观：根据人字纹路的走向和放射棱线汇聚方向确
第4章焊接
2.缝焊
3.对焊
§4-3 摩擦焊和钎焊
苏联的丘季科夫发明了摩擦焊
1.摩擦焊
2.钎焊
钎焊的能源可以是化学反应热，也可以是间接热能。 钎料的液相线温度高于450℃而低于母材金属的熔点
时，称为硬钎焊；低于450℃时，称为软钎焊。
根据热源或加热方法不同钎焊可分为：火焰钎焊、感 应钎焊、炉中钎焊、浸沾钎焊、电阻钎焊等。
软钎焊 盐浴钎焊
火焰钎焊 电阻钎焊
感应钎焊
钎焊接头的强度一般比较低，耐热能力较差。
钎焊可以用于焊接碳钢、不锈钢、高温合金、铝、
铜等金属材料，还可以连接异种金属、金属与非金属
。 适于焊接受载不大或常温下工作的接头，对于精密 的、微型的以及复杂的多钎缝的焊件尤其适用。
§4-4 其他焊接方法
1956年，美国的琼斯发明超声波焊； 50年代末
与焊件强度等级相同的焊条，而不考虑化学成分相
同或相近。 异种结构钢时，按强度等级低的钢种选用焊条。
特殊性能钢种，如不锈钢、耐热钢时，应选用与焊
件化学成分相同或相近的特种焊条。
（2） 按焊件的工况条件选用焊条
承受动载、交变载荷及冲击载荷的结构件，应选用碱性 焊条。 承受静载的结构件时，应选用酸性焊条。 表面带有油、锈、污等难以清理的结构件时，应选用酸 性焊条。 焊接在特殊条件，如在腐蚀介质、高温等条件下工作的 结构件时，应选用特殊用途焊条。
2. 焊条的分类
(1) 按熔渣的化学性质分为两大类 酸性焊条---- 溶渣呈酸性，药皮中含大量SiO2、TiO2、 MnO等氧化物。 碱性焊条---- 熔渣呈碱性，药皮的主要成分为CaCO3 和CaF2。 (2) 按用途可分为十一大类： 碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、 低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、 镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊 条、特殊用途焊条。
《电焊工》第四章第一节 焊接接头形式和焊缝形式教案
《电焊工》第四章运条训练教案任课教师：胡国宁教学环节与时间分配教学内容师生活动设计意图导入新课（3分钟）讲授新课（10分钟）巩固练习（17分钟）归纳小结（5分钟）作业安排（5分钟）讲：焊接接头是连接构件的基础，焊接接头的好坏会影响构件的强度。
展示常见的焊接接头。
一、焊接接头形式教师讲解：用焊接方法连接的接头称为焊接接头(简称接头)，焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。
由于焊件的结构形状、厚度及技术要求不同，其焊接接头的形式及坡口形式也不相同。
常用的坡口形式有I形坡口、V形坡口、X形坡口和U形坡口。
对各种接头的介绍：实物展示1.对接接头两焊件端面相对平行的接头称为对接接头，见图4-1。
对接接头是各种焊接结构中采用最多的一种接头形式。
有两种形式：（1）不开坡口的对接接头（I形坡口的对接接头）钢板厚度在6mm以下的焊件，一般不开坡口，为使焊接时达到一定的熔透深度，留有1~2 mm的根部间隙。
（2）开坡口的对接接头开坡口的主要目的是保证接头根部焊透，以便于清除熔渣，获得优质的焊接接头，而且坡口还可以调节焊缝的熔合比(即母材金属在焊缝中占的比例)。
2.T形接头讲解定义：一焊件之端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头，称为T形接头。
教师展示焊接接头构件，学生专心听讲。
教师实物展示，演示。
学生实操。
引入新课，培养学习兴趣。
3.角接接头讲解定义：两焊件端面间构成大于30小于135夹角的接头，如图4-3所示。
4.搭接接头讲：两焊件部分重叠构成的接头称为搭搓接头如图4-4所示。
二、坡口的选择原则讲：坡口的选择有什么要求？考虑那方面的因素？⑴保证焊件焊透;⑵坡口的形状容易加工;⑶尽可能节省焊接材料,提高生产率;⑷焊接后焊件变形尽可能小。
三、焊缝形式讲解：焊缝是构成焊接接头的主体部分,焊缝按不同的分类方法可有以下几种划分:1.按焊缝的空间位置分类,有平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝四种形式。
2.按焊缝的结构形式分类，有对接焊缝、角焊缝及塞焊缝三种形式。
焊接工装设计方法
工作地点（工位），使用较少的工艺装备来完成装配工 作，称为集中装配原则。
分散装配：对某一焊接产品的装配工作，可以分散在
较多的工作地点和工艺装配上完成，称为分散装配原则。
.
19
分散装配的优点
a) 分工细致，专业化程度高，工人技术熟练，生产效率和 装配焊接质量高；
6. 工装的功能设计和造型设计必须从人机工程学的观点，考 虑人的各种因素，来确定适合人体机构特点的设备系统。
.
4
二、经济性原则
经济性原则就是力求用最少的人力、物力和财力来获得最大成效。
从经济角度考虑，采用工装可提高生产效率，降低生产成本，提高 产品质量，增加产品附加值。设计制造工装时，应降低工装制造费 用，缩短工装投资回收期；应尽量采用标准零部件，在保证工装可 靠性的同时减少精加工比例和结构重量。是否采用以及采用何种工 装要与生产纲领和生产类型相适应。
4、绘制总装配图
a) 标注有关尺寸、公差及配合； b) 制定工装的技术条件； c) 标注零件编号及编制零件明细表。
5、绘制工装零件图
6、编制设计说明书和使用说明书
.
12
二、焊接结构装配方案的确定
1、结构分离面
a) 设计分离面：由于设计构造上和使用功能上的需要，
将产品分解为部件和组合件等可单独进行装配的单元， 这种装配单元之间的结合面称为设计分离面。设计分 离面一般采用可拆卸的连接，以便使用和维修过程中 迅速拆卸和重新安装，而不损坏机体。
a) 产品的图样、焊接组件图及技术要求； b)产品装配和焊接工艺文件； c) 工装设计任务书； d)了解本厂制造、使用工装情况和车间生产条件； e) 收集有关夹具零部件标准，典型结构图册和夹具
金属工艺学复习题库
18.金属的塑性变形是在切应力作用下，主要通过滑移来进行的；金属中的位错密度越高，则其强度越高，塑性越差。
19.金属结晶的必要条件是一定的过冷度，金属结晶时晶粒的大小主要决定于其形核率。
20.用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢，零件渗碳后，一般需要经过淬火+低温回火才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。
21.珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物22.冷变形金属在加热时随加热温度的升高，其组织和性能的变化分为3个阶段，即回复、再结晶、晶粒长大。
23.在实际生产中，常采用加热的方法使金属发生再结晶，从而再次获得良好塑性，这种工艺操作称为再结晶退火。
24.从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以再结晶温度为界限区分的25.随着变形量的增加，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象叫做加工硬化。
26.实验室里开了六个电炉，温度分别为910℃、840℃、780℃、600℃、400℃、200℃，现有材料15钢、45钢、T12钢。
问：若要制作轴，一般选用45钢；进行调质处理（淬火+高温回火）；获得回火索氏体；淬火为了获得马氏体，提高钢的强度、硬度和耐磨性，高温回火是为了去除淬火应力，得到稳定的组织，提高综合力学性能，保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。
27.Fe-Fe3C相图ECF、PSK的含义，亚共析钢从液态缓慢冷却到室温时发生的组织转变过程：L、L+A、A、A+F、P+F 塑性变形阻力增强，强度、硬度提升，固溶强化。
低碳钢的拉伸曲线：实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷。
理论结晶温度与实际结晶温度之差为过冷度。
冷却速度越大，过冷度越大。
第二章铸造1.灰铸铁的组织是钢的基体加片状石墨。
它的强度比σb比钢低得多，因为石墨的强度极低，可以看作是一些微裂纹，裂纹不仅分割了基体，而且在尖端处产生应力集中，所以灰铸铁的抗拉强度不如钢。
2.灰铸铁为什么在生产中被大量使用？灰铸铁抗压强度较高，切削加工性良好，优良的减摩性，良好的消振性，低的缺口敏感性，优异的铸造性能。
焊接ppt课件
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三. 埋弧焊工艺
2）采取防漏措施 ① 双面焊； ② 手工电弧焊封底； ③ 焊剂垫； ④ 垫板。
3)要有引弧板和引出板
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四、埋弧焊应用
应用： 主要用于较厚 钢板的长直焊 缝和较大直径 环形焊缝焊接。
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压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直 焊缝、船舶和潜艇壳体、起重机械、冶金机械 （高炉炉身）等的焊接。
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三. 埋弧焊工艺
1）焊前准备 板厚在20~25mm以下的工件可不开坡口； 实际生产中，板厚在14~22mm应开Y型坡口， 板厚在22~50mm，可开双Y型坡口或U型坡口。
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三. 埋弧焊工艺
1）焊前准备
环焊缝： 焊丝起弧点应与环 的中心偏离一定距 离a(a=20~40mm), 直径小于250mm一 般不采用埋弧焊。
钎焊：
软钎焊、 硬钎焊
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4
焊接成形的特点
● 接头牢固、密封性好。 ● 可化大为小、以小拼大。 ● 可实现异种金属的连接。 ● 重量轻、加工装配简单。 ● 焊接结构不可拆卸 。 ● 焊接应力变形大，接头易产 生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。
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第四篇 焊接
电弧焊 其他常用焊接方法 常用金属材料的焊接 焊接结构设计
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1
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第四篇 焊接
用加热或加压力等手段，借助金属原子 的结合与扩散作用，使分离的金属材料 牢固地连接起来的方法。
焊接动画
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3
焊接成形的分类
熔化焊：
电弧焊、电渣 焊、电子束焊、 激光焊、等离 子弧焊等
第四章焊工识图 第二节 焊接装配图教案.
备注
哈尔滨职业技术学院教案
教学内容
备注
图 2-7 挂架焊接图
焊接图与零件图的不同之处在于各相邻焊件的剖面线的方向不同，且在焊接图中需 对各焊件进行编号，并需要填写零件明细栏。显然，焊接图是以整体形式表示的， 它表达的仅仅是一个零件（焊接件）。
四、装配图的规定画法
哈尔滨职业技术学院教案
教学内容
图 2- 5 斜视图
2.一组尺寸确定焊接件的大小，其中应包括焊接件的规格尺寸，各焊件的装配位置 尺寸等。 3.各焊件连接处的接头形式，焊缝符号及焊缝尺寸 4.对构件的装配，焊接或焊后说明必要的技术要求。技术要求指的是：用文字表达
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教学内容
备注
装配体在装配、检验、使用、维护等需要遵循的技术条件和要求。 5.零件序号、明细表和标题栏。序号是对装配体每一种零件按序号顺序进行标定， 标题栏一般应注明单位名称、图样名称、图样代号、绘图比例、装配体的质量以及 设计审核人员的签名和签名日期等。明细栏应填写零件的序号、名称、数量材质等。
通常所指的焊接装配图就是指实际生产中的产品零部件或组件的施工图。它 与一般装配图的不同在于图中必须清楚地表示与焊接有关的问题，如坡口与接头形 式、焊接方法、焊接材料型号和焊接及验收技术要求等。图为一筒体的焊接装配图。 焊接图例如下 2-1 所示。
哈尔滨职业技术学院教案
教学内容
备注
2-1 筒体焊接装配图 1—管子；2—封头；3—定位块；4—下筒体；5—上筒体
课时
2
教学方法与手段：
讲授法和提问法。多媒体 PPT 和板书相结合的教学手段
教学内容与课时分配： 1. 焊接装配图的组成和特点 2.识读焊接装配图的方法和步骤 3.装配图的规定画法 4.识读典型装配图
第四章 船体结构的焊缝设计
船体结构的焊缝设计<海规>
1.一般要求
1.1 本节规定适用于一般船体结构和构件的焊缝 设计。船体结构的焊接工艺应符合CCS《材料与 焊接规范》的有关规定。 1.2 船体结构的焊缝布置应考虑便于焊工施焊。 施焊时焊缝位置尽可能采用平焊。 1.3 船体各种焊接结构应避免将焊缝布置于应力 集中区域。在结构剖面突变之处应有足够的过渡区 域，尽量避免焊缝过分集中。
2.3 船长大于或等于30m船舶的强力甲板下使用 沸腾钢的焊接，应采用低氢型焊接材料，其焊接 工艺应进行试验并经本社认可。
根据焊条药皮的性质不同，焊条可以分为酸性焊 条和碱性焊条两大类：
药皮中含有多量酸性氧化物（TiO2、SiO2 等）的焊条 称为酸性焊条。药皮中含有多量碱性氧化物（CaO、Na2O 等）的称为碱性焊条。 酸性焊条能交直流两用，焊接工艺性能较好，但焊缝 的力学性能，特别是冲击韧度较差，适用于一般低碳钢和 强度较低的低合金结构钢的焊接，是应用最广的焊条。 碱性焊条脱硫、脱磷能力强，药皮有去氢作用。焊接 接头含氢量很低，故又称为低氢型焊条。 碱性焊条的焊缝具有良好的抗裂性和力学性能，但工 艺性能较差，一般用直流电源施焊，主要用于重要结构 （如锅炉、压力容器和合金结构钢等）的焊接。
1.9 高强度钢角焊缝通常应为双面连续焊缝。 1.10 船体结构主要构件焊接的细节，包括焊缝 型式和尺寸，应清楚地标明在提交审核的图纸上。 自动焊的使用范围应在图纸上注明。
2. 焊接材料 2.1 船体结构所用的焊接材料应符合CCS 《材料与焊接规范》及其修改通报的规定。所 选用焊接材料的级别与船体结构用的钢级相适 应，并符合表4.5的规定。
× × × × × ×
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1_第四章 锅炉压力容器与管道焊接结构图
第四节 化工容器与管道图
图4- 44 常见化工设备结构 a)容器罐 b)反应罐(搅拌器) c)换热器 d)塔器结构 1—液位计 2、27—人孔 3—补强圈 4、32、38—管法兰 5、10、33、39—接管 6、12— 筒位 7、20、26—支座 8、9、16、48—封头 11—法兰 13—膨胀节 14—换热管 15—折流板 17—螺母 18—定距管 19—拉杆 21、46—容器法兰 22—管板 23—隔板 24—夹套封头 25—夹套
表4-1 橘瓣式球罐参数
第二节 球型储罐(总结构图、主要部件 及附件)
表4-2 混合式参数
第二节 球型储罐(总结构图、主要部件 及附件)
表4-2 混合式参数
第二节 球型储罐(总结构图、主要部件 及附件)
图4-23
球罐结构及几何参数
第二节 球型储罐(总结构图、主要部件 及附件)
图4-24
球片数量与尺寸
图4-5
集箱部件及结构
第一节 锅炉设备图
3)水冷壁：水冷壁部件是锅炉主要的辐射受热面，由管屏 组成，布置在紧靠炉墙的内侧，对炉墙起保护作用，也直 接与火焰接触。
图4- 6 水冷壁 a)热水排管结构 b)水冷壁主要结构形式
第一节 锅炉设备图
4)省煤器：它是锅炉受热面的一部分，主要利用锅炉尾部 的烟气热量加热给水的一种热交换器，提高了锅炉的热效 率。
4Z32.TIF
第二节 球型储罐(总结构图、主要部件 及附件)
图4-33
底部水平吊盖补强板补强人孔
第二节 球型储罐(总结构图、主要部件 及附件)
2)与球壳连接的接管，可用作安全阀口、放空口、物料进 出口等，要求在垂直于球壳面的方向设计，并在结构设计 细节上考虑减少应力集中、降低疲劳应力强度，如图4-34 所示。
《金属工艺学》
《金属工艺学》内蒙古工业大学《机械制造基础C》课程考试大纲一、课程简介本课程是一门讲述有关机械零件加工方法的综合性很强的技术基础课。
考试内容根据学时少，内容多，实践性强的特点，重点考察常用材料成型方法。
机械零件的各种加工方法的实质，工艺特点及结构工艺性。
考试以基本概念、基本知识、基本原理为主，为学习其它课程及以后从事机械和机电方面的工作奠定必要的基础。
二、课程考试内容及所占比重1基本概念和要点40%2重点内容40%3难点20%三、试题类型及所占比例单项选择10分、填空28分、判断16分、改错9分、简答20分、画图8分、加工方案9分四、考试方式闭卷笔试五、成绩评定方式平时成绩20%，卷面成绩80%。
《机械制造基础C》课程教学大纲一、课程名称机械制造基础C二、课程英文名Fundamentals of Mechanical Manufacture C三、课程编码040203214四、课程类别技术基础课五、学时数、学分数、开课学期40学时；2.0学分；第三或四学期六、适用专业工程近机类各本科专业七、编制者解瑞军，讲师八、编制日期2004年6月九、课程的目的与任务机制基础是高等学校机械类、近机类专业必修的技术基础课。
它是研究常用机械零件的制造方8 第三篇焊接第一章电弧焊49 第二章其它常用焊接方法0.510 第三章常用金属材料的焊接 111 第四章焊接结构设计 1.512 第四篇切削加工第一章金属切削的基础知识6 213 第二章常用加工方法综述 514 第三章典型表面加工分析 315 第四章工艺过程的基础知识 216 第五章零件结构的工艺性 117 36 4十二、课程的教学内容、重点和难点与教学进度安排第一篇铸造（7学时）第一章铸造工艺基础（3学时）了解铸造性能的一般概念（流动性、收缩性、合金的偏析）和影响因素，掌握铸造性能对铸件质量的影响，重点理解铸造缺陷（缩孔、缩松、裂纹、变形等）产生的原因及预防措施。
过程设备设计第四章(4.3.2.4)
特点：反复试算，比较繁琐。
5
过程设备设计
二、图算法原理：（标准规范采用）
假设：圆筒仅受径向均匀外压，而不受轴向外压， 与圆环一样处于单向（周向）应力状态。 算图来源:
将式
t pcr 2.2 E D o
（2-92）
3
中的中面直径D、
厚度t相应改为外
径Do、有效厚度 δe，得：
2 2 B E cr cr 3 3
（4-25）
由该试建立B与A的关系图
以A作为横坐标，B作为纵坐标，
材料温度线作为参量绘成曲线：见图4-7～4-9
2 实质: 反映 3 cr cr 关系，按材料的拉伸曲线在纵坐标
方向按2/3比例缩小绘制而成。
12
讨论：a. 不同材料 s、B f ( A) 拐点不同 ∴不同材料有不同曲线
p
Do e
B
13
过程设备设计
图4-7 外压圆筒、管子和球壳厚度计算图 (屈服点σ s＞207MPa的碳素钢和0Cr13、1Cr13钢)
14
过程设备设计
图4-8 外压圆筒、管子和球壳厚度计算图(16MnR，15CrMo钢) 15
过程设备设计
图4-9 外压圆筒、管子和球壳厚度计算图(0Cr18Ni9钢)
（1）假设δn，令δe=δn-C，按式（4-31）计算系数A
0.094 A R i / e
（4-31）
（2）选用相应材料的厚度计算图查取B，此B值即为[ζ]cr。 若A值落在设计温度下材料线的左方，则表明筒体属于 弹性失稳，可直接由式（4-32）计算。
2 B EA 3
（4-32）
25
过程设备设计
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焊接结构第四章 焊接结构工艺审查
2020/2/29
图4-1-9 接头可探性
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(3)从材料焊接工艺性方面分析 在结构选材时，首先应考虑工作条件和工作性能要求， 如强度、刚度、耐腐蚀和耐高温等。在保证这些条件的基础 上，还应着重考虑结构所用材料的焊接性能。因为具有相近 使用性能的材料较多，如果不考虑材料的焊接性能，会造成 生产困难和产品质量降低，甚至还会影响整个结构的使用性 能。例如，采用45钢制造零件，这类钢材含碳量偏高，作为 铸钢件是可以的，若作为焊接结构件，则应选用强度相当且 焊接性能好的低合金结构钢。
2020/2/29
图4-l-8 施焊可达性
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(2)从保证接头可探性方面分析 焊接产品的制造过程中，在很多情况下都需要进行不同 要求的无损检测。焊接接头的可探性是指接头检测面的可近 性和几何形状与材质的探伤适应性。例如，各类压力容器的 焊缝，若要进行局部或整体射线探伤，探伤用的底片位置应 该保证整个焊缝处于探伤范围内，并能对所探测到的缺陷完 整成像，如图4-1-9a，C，d所示的焊接接头都是无法进行射 线探伤的或探伤结果无意义，焊接接头需做如图4-1-9b，e所 示的改进，才适合射线探伤。
2020/2/29
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1．从焊接结构强度方面分析结构的合理性 (1)从接头的强度方面分析 焊接结构的形式多种多样，设计选用时有较大的余地。为 了保证最合理的焊接结构及接头形式，设计和选用焊接接头时 必须考虑工艺可行性和接头对结构强度的影响。尤其是许多焊 接结构是从铆接结构改造过来的，如果不加分析地把铆钉去掉 后直接焊接，将会产生严重的应力集中，并大大降低焊接接头 强度。例如，轻便桁架的铆接结构如图4-1-4a所示，如果不加 考虑地将铆接节点原封不动地改为搭接接头的焊接节点，各连 杆直接焊在弦杆上，
第四章 埋弧焊
第四章埋弧焊教学目的：使学员掌握埋弧焊的工作原理及特点教学要求：1、埋弧焊的原理；2、埋弧焊的设备结构；3、埋弧焊的操作技术和安全特点。
教学重点：1、埋弧焊的原理；2、埋弧焊的工艺。
教学难点：埋弧焊的工艺参数。
课时：8课时。
第一节埋弧焊的工作原理及特点埋弧焊也是利用电弧作为热源的焊接方法。
埋弧焊时电弧是在一层颗粒状的可熔化焊剂覆盖下燃烧，电弧不外露，埋弧焊由此得名。
所用的金属电极是不间断送进的光焊丝。
二。
埋弧焊的优点和缺点1、埋弧焊的主要优点（1）所用的焊接电流大，相应输入功率较大。
加上焊剂和熔渣的隔热作用，热效率较高，熔深大。
工件的坡口可较小，减少了填充金属隔量。
单丝埋弧焊在工件不开口的情况下，一次可熔透20mm。
（2）焊接速度高，以厚度8~10mm的钢板对接焊为例，单丝埋弧焊速度可达50~80cm/min,手工电弧焊则不超过10~13cm/min.（3）焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢凝固。
液体金属与熔化的焊剂间有较多时间进行冶金反应，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。
焊剂还可以向焊缝金属补充一些合金元素，提高焊缝金属的力学性能。
（4）在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果比其它电弧焊方法好。
（5）自动焊接时，焊接参数可能过自动调节保持稳定。
与手工电弧焊相比，焊接质量对焊工技艺水平的依赖程度可大大降低。
（6）没有电弧光辐射，劳动条件较好。
2、埋弧焊主要缺点（1）由于采用颗粒状焊剂，这种焊接方法一般只适用于平焊位置。
其他位置焊接需采用特殊措施以保证焊剂能覆盖焊接区。
（2）不能直接观察电弧与坡口的相对位置，如果没有采用焊缝自动跟踪装置，则容易焊偏。
（3）埋弧焊电弧的电场强度较大，电流小于100A时电弧不稳，因而不适于焊接厚度小于1mm的薄板。
三、埋弧焊的适用的范围由于埋弧焊熔深大，生产率高，机械化操作的程度高，因而适于焊接中厚板结构的长焊缝。
在造船、锅炉与压力容器、桥梁、起重机械、铁路车辆、工程机械、重型机械和冶金机械、核电站结构、海洋结构等制造部门有着广泛的应用，是当今焊接生产中最普遍使用的焊接方法之一。
焊接工艺设计说明书
目录第一章管材对接焊缝试件焊接结构设计概述 (2)1.1管材对接焊缝试件焊接结构设计简介 (3)1.2管材对接焊缝试件材料的选择 (3)第二章管材对接焊缝试件工艺设计 (4)2.1确定焊缝的位置 (5)2.2焊接接头形式的设计 (5)2.3焊接方法的选择 (8)2.4焊接材料的选择 (9)2.5焊接工艺参数的选择 (9)2.6焊接工艺卡片的制定 (11)第三章结构设计的工艺过程 (12)3.1焊接原材料的准备 (12)3.2焊前准备 (13)3.3焊接过程 (13)3.4焊后处理及检验 (13)第四章课程设计总结 (14)第五章参考文献 (14)附表一： (15)附表二： (16)第一章管板角接焊缝试件焊接结构设计概述1.1管板角接焊缝试件焊接结构设计简介1.1.1管板角接焊缝试件的结构组成及制造关键点（1）组成；主要有板材、半管（2）制造关键点焊接时，被焊工件的装夹精度以及管板角接焊接1.1.2管板角接焊缝试件的简介及设计要求（1）简介：管材对接焊缝试件是以Φ50mm壁厚为5mm半管与板厚为10的板材焊接的构件，属于非承插焊接。
（2）设计要求：壁厚：管材5mm、板材10mm生产类型：单件生产1.2管板角接焊缝试件材料的选择20MnV（碳素钢（碳含量小于等于0.3%）、普通合金结构钢）的化学成分如下：碳C：0.17～0.24硅Si：0.17～0.37锰Mn：1.30～1.60硫S：允许残余含量≤0.35磷P：允许残余含量≤0.35铬Cr：允许残余含量≤0.30镍Ni：允许残余含量≤0.30铜Cu：允许残余含量≤0.30钒V：0.07～0.1220MnV的性能：20MnV强度、塑性、韧性及淬透性均比20Mn2好。
20MnV相当于20CrNi 钢，可用于制造锅炉、高压容器及管道等。
20MnV钢的强度、塑性、韧性及淬透性均比20Mn2钢为好，钢在油中临界淬透直径达7～14mm，可切削性尚好，渗碳时晶粒长大倾向小，但热处理时有回火脆性。
建筑钢结构焊接技术规程标准
备 试验与检验等内容进行了全面扩充 增加了焊接工艺评定的
一般规定和重新进行焊接工艺评定的规定
第六章焊接工艺 取消了各种焊接方法工艺参数参照表 增
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加了焊接工艺的一般规定 各种焊接方法选配焊接材料示例 焊
接预热 后热及焊后消除应力要求 防止层状撕裂和控制焊接变 形的工艺措施
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中华人民共和国行业标准
建筑钢结构焊接技术规程
建标
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北京
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中华人民共和国行业标准
建筑钢结构焊接技术规程
批准部门 中华人民共和国建设部
施行日期
年月日
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中华人民共和国建设部 公告
第号
建设部关于发布行业标准 建筑钢结构焊接技术规程 的公告
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材料
建筑钢结构用钢材及焊接填充材料的选用应符合设计图 的要求 并应具有钢厂和焊接材料厂出具的质量证明书或检验报
告 其化学成分 力学性能和其它质量要求必须符合国家现行标
准规定 当采用其它钢材和焊接材料替代设计选用的材料时 必
须经原设计单位同意
钢材的成分 性能复验应符合国家现行有关工程质量验
现批准 建筑钢结构焊接技术规程 为行业标准 编号为
自
年 月 日起实施 其中 第
条 款 为强制性条文
必须严格执行 原行业标准 建筑钢结构焊接规程
同时废止
本规程由建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出
版发行
中华人民共和国建设部 年月 日
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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
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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
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。
(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。
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。
(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
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。
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。
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。