焊接结构设计的基本要求和基本原则

焊接结构设计的基本要求和基本原则

1.设计的基本要求

设计任何焊接结构都应满足下列基本要求

1）实用性结构必须达到所要求的使用功能和预期效果

2）可靠性结构在使用期内必须安全可靠，应能满足强度、刚度、稳定、抗振、耐蚀等方面的要求。

3）工艺性应该是能焊接施工的结构。所选的金属材料既有良好的焊接性能，又具有良好的焊前预加工性能和焊后热处理性能；所设计的结构应具有焊接和检验的可达性，并易于实现机械化和自动化焊接。

4）经济性制造该结构时所消耗的原材料、能源和工时应最少，其综合成本低。

此外，还要适当注意结构的造型美观。

上述要求是设计者追求的目标，设计时要统筹兼顾，应以可靠性为前提，实用性为核心，工艺性和经济性为制约条件。

2.设计的基本原则

为了使设计能达到上述的基本要求，设计焊接结构时，应遵循下列的设计原则。

（1）合理选择和利用材料

所选用的金属材料必须同时满足使用性能和加工性能的要求，前

者包括强度、韧度、耐磨、耐蚀、抗蠕变等性能；后者主要是焊接性能，其次是其他冷、热加工性能，如热切割、冷弯、热弯、金属切削及热处理等性能。

在结构上有特殊性能要求的部位，可采用特种金属材料，其余采用能满足一般要求的廉价材料。如有防腐蚀要求的结构，可采用以普通碳钢为基体。以不锈钢为工作面的复合钢板或者在基体上堆焊抗腐蚀层；又如有耐磨要求的构件，仅在工作面上堆焊耐磨合金或热喷涂耐磨层等。充分发挥异种金属材料能进行焊接的特点。

尽可能选用扎制的标准型材料和异型材。通常轧制型材表面光洁平整、质量均匀可靠；使用时不仅减少许多备料工作量，还可减少焊缝数量。由于焊接量减少，焊接变形易于控制。

在划分结构的零部件时，要考虑到备料过程中合理排料的可能性，以减少余料，提高材料利用率。

（2）合理设计结构形式

能满足上述基本要求的结构形式都被认为是合理的结构设计，也就是可从实用、可靠、可加工和经济等方面对结构设计的合理性进行综合评价。设计时，一般应注意以下几点。

1）根据强度、刚度和稳定的要求，以最理想的受力状态去确定结构的几何形状和尺寸。切忌仿效铆接、铸造、锻造结构的构造形式。

2）既要重视结构的整体设计，也要重视结构的细部处理。这是因为焊接结构属刚性连接的结构，结构的整体性意味着任何部位的构造都同等重要，许多焊接结构的破坏事故起源于局部构造设计不合理

处。对于应力复杂或应力集中部位更要慎重处理，如结构中的结点、断面变化部位、焊接接头的焊趾处等。

3）要有利于实现机械化和自动化焊接。为此，应尽量采用简单、平直的结构形式；减少短而不规则的焊缝；一条焊缝上其截面应相同；要避免采用难以弯制或冲压的具有复杂空间曲面的结构；尽量减少施焊时的翻身次数；组装时，定位和夹紧应方便。

（3）减少焊接量

除了前述尽量多选用轧制型材减少焊缝处，还可以利用冲压件代替部分焊件；结构形状复杂，角焊缝多且密集的部位，可用铸钢件代替；肋板的焊缝数量多工作量大，必要时可以适当增加基体壁厚，以减少或不用肋板；对于角焊缝，在保证强度要求的前提下，尽可能用最小的焊脚尺寸，因为焊缝面积与焊角高的平方成正比；对于坡口焊缝，在保证焊透的前提下应选用填充金属量最小的坡口形式。

（4）合理布置焊缝

有对称轴的焊接结构，焊缝宜对称的布置，或接近对称轴处，这有利于控制焊接变形；要避免焊缝汇交和密集；在结构上有焊缝汇交时，使重要焊缝连续，让次要焊缝中断，这有利于重要焊缝实现自动焊，保证其质量；尽可能使焊缝避开高工作应力部位、应力集中处、机械加工面和需变质处理的表面等。

（5）施工方便

必须使结构上每条焊缝都能方便施焊和质量检验。如，焊缝周围要留有足够焊接和质量检验的操作空间；尽量使焊缝都能在工厂中焊接，

减少在工地的焊接量；减少手工焊接量，增大自动焊接量；对双面焊缝，操作方面的一面用大坡口，施焊条件差的一面用小坡口，必要时，改用单面焊双面成形的接头坡口形式和焊接工艺；尽量减少仰焊或立焊的焊缝，仰焊或立焊的焊接劳动条件差，不易保证质量，且生产率低。

（6）有利于生产组织与管理

经验证明，大型焊接结构采用部件组装的生产方式有利于工厂的组织管理。因此，设计大型焊接结构时，要进行合理分段。分段时，一般要综合考虑起重运输条件、焊接变形控制、焊后热处理、机械加工、质量检验和总装配等因素。