第四节 焊接件的结构工艺性

第四节焊接件的结构工艺性

结构工艺性：指在一定的生产规模条件下，如何选择零件加工和装配的最佳工艺方案，因而焊接件的结构工艺性是焊接结构设计和生产中一个比较重要的问题，是经济原则在焊接结构生产中的具体体现。

在焊接结构的生产制造中，除考虑使用性能之外，还应考虑制造时焊接工艺的特点及要求，才能保证在较高的生产率和较低的成本下，获得符合设计要求的产品质量。

焊接件的结构工艺性应考虑到各条焊缝的可焊到性、焊缝质量的保证，焊接工作量、焊接变形的控制、材料的合理应用、焊后热处理等因素，具体主要表现在焊缝的布置、焊接接头和坡口形式等几个方面。

一、焊缝布置

焊缝位置对焊接接头的质量、焊接应力和变形以及焊接生产率均有较大影响，因此在布置焊缝时，应考虑以下几个方面。

1．焊缝位置应便于施焊，有利于保证焊缝质量

焊缝可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝和仰焊缝四种型式，如图3-32所示。其中施焊操作最方便、焊接质量最容易保证的是平焊缝，因此在布置焊缝时应尽量使焊缝能在水平位置进行焊接。

图3-32 焊缝的空间位置

a)平焊 b)横焊 c)立焊 d)仰焊

除焊缝空间位置外，还应考虑各种焊接方法所需要的施焊操作空间。图3-33所示为考虑手工电弧焊施焊空间时，对焊缝的布置要求；图3-34所示为考虑点焊或缝焊施焊空间（电极位置）时的焊缝布置要求。

图3-33 手工电弧焊对操作空间的要求

a）合理 b）不合理

图3-34 电阻点焊和缝焊时的焊缝布置

a）合理 b）不合理

另外，还应注意焊接过程中对熔化金属的保护情况。气体保护焊时，要考虑气体的保护作用，如图3-35所示。埋弧焊时，要考虑接头处有利于熔渣形成封闭空间，如图3-36所示。

图3-35 气体保护电弧焊时的焊缝布置

a）合理 b）不合理

图3-36 埋弧焊时的焊缝布置

a）合理 b）不合理

2．焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形

通过合理布置焊缝来减小焊接应力和变形主要有以下途径：

（1）尽量减少焊缝数量采用型材、管材、冲压件、锻件和铸钢件等作为被焊材料。这样不仅能减小焊接应力和变形，还能减少焊接材料消耗，提高生产率。如图3-37所示箱体构件，如采用型材或冲压件（图3-37b）焊接，可较板材（图3-37a）减少两条焊缝。

图3-37 减少焊缝数量

图3-38 分散布置焊缝

a）不合理 b）合理

（2）尽可能分散布置焊缝如图3-38所示。焊缝集中分布容易使接头过热，材料的力学性能降低。两条焊缝的间距一般要求大于三倍或五倍的板厚。

（3）尽可能对称分布焊缝如图3-39所示。焊缝的对称布置可以使各条焊缝的焊接变形相抵销，对减小梁柱结构的焊接变形有明显的效果。

图3-39 对称分布焊缝

a）不合理 b）合理

3．焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位如图3-40所示。以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造成过大的应力而开裂。不可避免时，应附加刚性支承，以减小焊缝承受的应力。

图3-40 焊缝避开最大应力集中部位

a）不合理 b）合理

4．焊缝应尽量避开机械加工面一般情况下，焊接工序应在机械加工工序之前完成，以防止焊接损坏机械加工表面。此时焊缝的布置也应尽量避开需要加工的表面，因为焊缝的机械加工性能不好，且焊接残余应力会影响加工精度。如果焊接结构上某一部位的加工精度要求较高，又必须在机械加工完成之后进行焊接工序

时，应将焊缝布置在远离加工面处，以避免焊接应力和变形对已加工表面精度的影响，如图3-41所示。

图3-41 焊缝远离机械加工表面

a）不合理 b）合理

二、焊接接头型式和坡口型式的选择

1．焊接接头型式的选择

接头型式：根据GB/T3375-94规定，手工电弧焊焊接碳钢和低合金钢的基本焊接接头型式有对接接头、角接接头、搭接接头和T形接头四种，如图3-42所示。其中对接接头是焊接结构中使用最多的一种形式，接头上应力分布比较均匀，焊接质量容易保证，但对焊前准备和装配质量要求相对较高。角接接头便于组装，能获得美观的外形，但其承载能力较差，通常只起连接作用，不能用来传递工作载荷。搭接接头便于组装，常用于对焊前准备和装配要求简单的结构，但焊缝受剪切力作用，应力分布不均，承载能力较低，且结构重量大，不经济。T形接头也是一种应用非常广泛的接头型式，在船体结构中约有70%的焊缝采用T形接头，在机床焊接结构中的应用也十分广泛。

在结构设计时，设计者应综合考虑结构形状、使用要求、焊件厚度、变形大小、焊接材料的消耗量、坡口加工的难易程度等因素，以确定接头型式和总体结构型式。

图3-42 手弧焊接头及坡口型式

a) 对接接头不开坡口Y形坡口双Y形坡口U形坡口双U形坡口

b)角接接头单边V形坡口Y形坡口K形坡口不开坡口

c) 丁字接头不开坡口单边Y形坡口K形坡口单边双U形坡口

2．焊接坡口型式的选择为保证厚度较大的焊件能够焊透，常将焊件接头边缘加工成一定形状的坡口。坡口除保证焊透外，还能起到调节母材金属和填充金属比例的作用，由此可以调整焊缝的性能。坡口型式的选择主要根据板厚和采用的焊接方法确定，同时兼顾焊接工作量大小、焊接材料消耗、坡口加工成本和焊接施工条件等，以提高生产率和降低成本。根据GB985-88规定，焊条电弧焊常采用的坡口形式有不开坡口（I形坡口）、Y形坡口、双Y形坡口、U形坡口等，如图3-43所示。

图3－43 不同厚度钢板的对接

手工电弧焊板厚6mm以上对接时，一般要开设坡口，对于重要结构，板厚超过

3mm就要开设坡口。厚度相同的工件常有几种坡口型式可供选择，Y型和U型坡口只需一面焊，可焊到性较好，但焊后角变形大，焊条消耗量也大些。双Y型和双面U型坡口两面施焊，受热均匀，变形较小，焊条消耗量较小，在板厚相同的情况下，双Y形坡口比Y形坡口节省焊接材料1/2左右，但必须两面都可焊到，所以有时受到结构形状限制。U型和双面U型坡口根部较宽，容易焊透，且焊条消耗量也较小，但坡口制备成本较高，一般只在重要的受动载的厚板结构中采用。表3-11例举了气焊、手工电弧焊和气体保护焊焊缝坡口几种形式和尺寸的规定。

表3-11 气焊、手工电弧焊和气体保护焊焊缝坡口形式和尺寸举例

焊件厚度δ/mm 名称

焊缝符

号

坡口形式与坡口尺寸/mm焊缝形式焊缝标注方法

1～3

不开坡口

（I形坡口）

b=0～1.5

3～6

b=0～2.5

3～26Y形坡口

α=40°～60°;b =0～3;

P=1～4