焊接结构设计
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少的坡口形式。
焊接结构设计
• （5）焊接变形控制
• 把复杂的结构分成几个部件制造，尽量减少最 后总装配时的焊缝，对于防止结构总体变形时 有利的。
焊接结构设计
• （6）操作者劳动条件的改善 • （7）材料的合理利用
焊接结构设计
8.1.3 焊接结构设计中应注意的问题
• 1.改造结构的设计 • （1）铆接结构的改造 图8-13
系数可取1.
焊接结构设计
• （2）可靠性设计法
• 可靠性设计是保证机械及零部件满足给定的可 靠性指标的一种机械设计方法。
• 把与设计有关的载荷，强度，尺寸和寿命等数 据如实地当做随机变量，运用概率论和数理统 计的方法进行处理。
• 其设计结构更符合生产实际。
焊接结构设计
• （3）有限元数值模拟辅助设计法
• 利用有限元模拟法可以分析已设计的焊接结构静态和
动态的物理系统，可得出焊接结构局部区域的工作应力 分布，从而改进焊缝形状及尺寸设计。
• 常用的软件有ANSYS,ABQUS,SAP2000等有限元 软件。
焊接结构设计
8.2 焊接结构设计的合理性分析
• 1.从实用性和可靠性分析焊接结构的合理性 • （1）合理选择基体材料和焊接材料
• （2）可靠性
• 焊接结构在使用期内必须安全可靠，受力必须合理，能 满足强度、刚度、稳定性、抗震性、耐蚀性等方面的要 求。
• （3）工艺性
• 焊接结构必须能够方便的进行焊接操作，其中包括金属 材料具有良好的焊接性，结构的焊前预加工，焊后处理， 焊接与检验操作的可达性等。此外，还应易于实现机械 化和自动化焊接。 焊接结构设计
• 1)母材的许用应力和安全系数
• 静载时，母材的许用应力等于材料的极限强度除以安全系 数。
•
[σ]=σc/nc
• 因此，材料的安全系焊数接取结构值设参计 照设计手册确定,如表8-1。
• 2）焊缝的许用应力 • 确定焊缝需用应力的方法： • 一是电弧焊按母材的许用应力乘以一个系数，
该系数≤1； • 一是熔透的对接焊缝，经质检符合设计要求，
第8章 焊接结构设计
• 8.1 焊接结构设计的一般原则 • 8.1.1 焊接结构设计的一般思路
• 焊接设计包括：
• 焊接结构设计 焊接工艺设计 焊接设备设计
焊接工装设计 车间设计。
焊接材料设计
焊接
焊接结构设计
• 1.焊接结构设计的一般思路
• （1）实用性
• 必须达到产品所需要的使用功能和预期效果。
• （2）合理设计焊接结构形式
• 1）要有良好的受力状态
• 残余应力小，焊接变形小的对接接头
• 2）要重视局部构造
• 如局部节点，断面变化，接头形状等
• 3）要有利于实现机械化和自动化焊接
• 尽量采用简单平直的构造形式，避免复杂曲面 结构。
焊接结构设计
• （3）合理设计焊接接头形式
• 一般情况下，对接接头是最理想的，但是加盖 板的对接接头是不合理的，另外，角焊缝力求 均匀布置。
坡口耗材最少，但是加工量大，而X坡口易于加工。 • 开坡口的原则：焊缝填充量尽量小，具有良好的可达性，
坡口形状容易加工，便于调控焊接变形。
焊接结构设计
• （2）焊接结构形式与焊接工艺选择
• 铸锻焊都可以完成。 • 小尺寸，大批量，铸造。 • 大尺寸小批量焊接 • 大批量，分半压制，然后拼焊
焊接结构设计
焊接结构设计
8.3 焊接结构设计实例
• 8.3.1 压力容器 • 1.压力容器接头分类
• 单层受压壳体上的焊接接头按其受力状态可分以下几类：
焊接结构设计
• A类接头，圆柱形壳体筒节的纵向对接接头，球形容器 的环向对接接头，锻制接管与筒体的对接接头；
焊接结构设计
• （4）合理布置焊接接头位置 • 1）避免应力集中
• 如图根部角接接头应力集中严重，承 载能力低。在封头加工一个槽，效果
近似于对接接头。
• 另外，最好的方法是将封底改换成球 面封头，以对接接头连接筒体和封头。
焊接结构设计
• 2）集中载荷处，必须有较高刚度的依托。
• 图a，支耳背面无依托，容易在支耳两端的焊缝上产生 裂纹。改进成图b结构，支耳有依托，应力分布均匀。
焊接结构设计
• （2）铸造结构的改造
• 改造前进行分析 • 1）要注意所用材料性质上的差别 • 2）要注意铸造工艺和焊接工艺各自的要求 • 3）要注意振动和屈曲问题
• 按等强度设计，焊接结构的壁厚将减薄，可能会 因壁板振动刚度不足，可适当增加肋板。
焊接结构设计
• 2.考虑自动化焊接的结构设计
• 3.考虑现代生产管理的设计
焊接结构设计
• 3）工字钢垂直连接时，增加加强肋板，应力 会均匀分布。
焊接结构设计
• 4）焊缝宜对称地布置并尽可能接近中心轴。
焊接结构设计
• 表8-2 焊接接头的合理性
焊接结构设计
焊接结构设计
焊接结构设计
焊接结构设计
• 2. 从工艺性及经济性分析焊接结构的合理性
• （1）焊接结构的备料工作量 • V坡口耗材料最大， U型坡口次之， X坡口较小，双U型
• 所选择的金属材料必须同时能满足使用性能和加工 性能要求。如，强度，塑性，韧性，耐磨性，耐蚀 性等。
• 全面考虑结构的使用性能，如有防腐要求的结构， 以碳素钢为基体，不锈钢为工作面复合钢板，或在 基体上堆焊耐蚀层。
• 焊接材料的选择取决于基体材料的匹配状态，如成 分匹配（耐蚀要求焊接）结，构设强计度匹配（高组配，等强度 组配，低组配）。
• （3）焊缝的可焊到性和可检测性
• 必须使结构上每 • 条焊缝都能方便地 • 施焊和方便地进 • 行质量检查。
焊接结构设计
• 必须考虑焊接装配焊接次序对可焊到性的影响， 图8-9
焊接结构设计
• （4）减少焊接工作量
• 减少焊缝数量和焊缝填充金属。 • 选用轧制型钢代替一部分焊件； • 角焊缝多且密集的地方可用铸钢代替； • 角焊缝保证强度的条件下，尽量减少焊脚尺寸。 • 对接焊缝，保证熔透的情况下选用填充金属最
• （4）经济性
• 制造焊接结构时，所消耗的原材料，能源和工时应该最 少，其综合成本尽可能低。
• 总之，以实用为核心，以可靠性为前提，以工艺性和经 济性为制约条件。此外，在可能的条件下还应该注重结 构的造型美观。
焊接结构设计
ຫໍສະໝຸດ Baidu
• 2. 焊接结构设计的基本方法
• （1）许用应力设计法 • 工作应力≤许用应力 • 工作变形 ≤许用变形 • 安全系数 ≥许用安全系数
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• （5）焊接变形控制
• 把复杂的结构分成几个部件制造，尽量减少最 后总装配时的焊缝，对于防止结构总体变形时 有利的。
焊接结构设计
• （6）操作者劳动条件的改善 • （7）材料的合理利用
焊接结构设计
8.1.3 焊接结构设计中应注意的问题
• 1.改造结构的设计 • （1）铆接结构的改造 图8-13
系数可取1.
焊接结构设计
• （2）可靠性设计法
• 可靠性设计是保证机械及零部件满足给定的可 靠性指标的一种机械设计方法。
• 把与设计有关的载荷，强度，尺寸和寿命等数 据如实地当做随机变量，运用概率论和数理统 计的方法进行处理。
• 其设计结构更符合生产实际。
焊接结构设计
• （3）有限元数值模拟辅助设计法
• 利用有限元模拟法可以分析已设计的焊接结构静态和
动态的物理系统，可得出焊接结构局部区域的工作应力 分布，从而改进焊缝形状及尺寸设计。
• 常用的软件有ANSYS,ABQUS,SAP2000等有限元 软件。
焊接结构设计
8.2 焊接结构设计的合理性分析
• 1.从实用性和可靠性分析焊接结构的合理性 • （1）合理选择基体材料和焊接材料
• （2）可靠性
• 焊接结构在使用期内必须安全可靠，受力必须合理，能 满足强度、刚度、稳定性、抗震性、耐蚀性等方面的要 求。
• （3）工艺性
• 焊接结构必须能够方便的进行焊接操作，其中包括金属 材料具有良好的焊接性，结构的焊前预加工，焊后处理， 焊接与检验操作的可达性等。此外，还应易于实现机械 化和自动化焊接。 焊接结构设计
• 1)母材的许用应力和安全系数
• 静载时，母材的许用应力等于材料的极限强度除以安全系 数。
•
[σ]=σc/nc
• 因此，材料的安全系焊数接取结构值设参计 照设计手册确定,如表8-1。
• 2）焊缝的许用应力 • 确定焊缝需用应力的方法： • 一是电弧焊按母材的许用应力乘以一个系数，
该系数≤1； • 一是熔透的对接焊缝，经质检符合设计要求，
第8章 焊接结构设计
• 8.1 焊接结构设计的一般原则 • 8.1.1 焊接结构设计的一般思路
• 焊接设计包括：
• 焊接结构设计 焊接工艺设计 焊接设备设计
焊接工装设计 车间设计。
焊接材料设计
焊接
焊接结构设计
• 1.焊接结构设计的一般思路
• （1）实用性
• 必须达到产品所需要的使用功能和预期效果。
• （2）合理设计焊接结构形式
• 1）要有良好的受力状态
• 残余应力小，焊接变形小的对接接头
• 2）要重视局部构造
• 如局部节点，断面变化，接头形状等
• 3）要有利于实现机械化和自动化焊接
• 尽量采用简单平直的构造形式，避免复杂曲面 结构。
焊接结构设计
• （3）合理设计焊接接头形式
• 一般情况下，对接接头是最理想的，但是加盖 板的对接接头是不合理的，另外，角焊缝力求 均匀布置。
坡口耗材最少，但是加工量大，而X坡口易于加工。 • 开坡口的原则：焊缝填充量尽量小，具有良好的可达性，
坡口形状容易加工，便于调控焊接变形。
焊接结构设计
• （2）焊接结构形式与焊接工艺选择
• 铸锻焊都可以完成。 • 小尺寸，大批量，铸造。 • 大尺寸小批量焊接 • 大批量，分半压制，然后拼焊
焊接结构设计
焊接结构设计
8.3 焊接结构设计实例
• 8.3.1 压力容器 • 1.压力容器接头分类
• 单层受压壳体上的焊接接头按其受力状态可分以下几类：
焊接结构设计
• A类接头，圆柱形壳体筒节的纵向对接接头，球形容器 的环向对接接头，锻制接管与筒体的对接接头；
焊接结构设计
• （4）合理布置焊接接头位置 • 1）避免应力集中
• 如图根部角接接头应力集中严重，承 载能力低。在封头加工一个槽，效果
近似于对接接头。
• 另外，最好的方法是将封底改换成球 面封头，以对接接头连接筒体和封头。
焊接结构设计
• 2）集中载荷处，必须有较高刚度的依托。
• 图a，支耳背面无依托，容易在支耳两端的焊缝上产生 裂纹。改进成图b结构，支耳有依托，应力分布均匀。
焊接结构设计
• （2）铸造结构的改造
• 改造前进行分析 • 1）要注意所用材料性质上的差别 • 2）要注意铸造工艺和焊接工艺各自的要求 • 3）要注意振动和屈曲问题
• 按等强度设计，焊接结构的壁厚将减薄，可能会 因壁板振动刚度不足，可适当增加肋板。
焊接结构设计
• 2.考虑自动化焊接的结构设计
• 3.考虑现代生产管理的设计
焊接结构设计
• 3）工字钢垂直连接时，增加加强肋板，应力 会均匀分布。
焊接结构设计
• 4）焊缝宜对称地布置并尽可能接近中心轴。
焊接结构设计
• 表8-2 焊接接头的合理性
焊接结构设计
焊接结构设计
焊接结构设计
焊接结构设计
• 2. 从工艺性及经济性分析焊接结构的合理性
• （1）焊接结构的备料工作量 • V坡口耗材料最大， U型坡口次之， X坡口较小，双U型
• 所选择的金属材料必须同时能满足使用性能和加工 性能要求。如，强度，塑性，韧性，耐磨性，耐蚀 性等。
• 全面考虑结构的使用性能，如有防腐要求的结构， 以碳素钢为基体，不锈钢为工作面复合钢板，或在 基体上堆焊耐蚀层。
• 焊接材料的选择取决于基体材料的匹配状态，如成 分匹配（耐蚀要求焊接）结，构设强计度匹配（高组配，等强度 组配，低组配）。
• （3）焊缝的可焊到性和可检测性
• 必须使结构上每 • 条焊缝都能方便地 • 施焊和方便地进 • 行质量检查。
焊接结构设计
• 必须考虑焊接装配焊接次序对可焊到性的影响， 图8-9
焊接结构设计
• （4）减少焊接工作量
• 减少焊缝数量和焊缝填充金属。 • 选用轧制型钢代替一部分焊件； • 角焊缝多且密集的地方可用铸钢代替； • 角焊缝保证强度的条件下，尽量减少焊脚尺寸。 • 对接焊缝，保证熔透的情况下选用填充金属最
• （4）经济性
• 制造焊接结构时，所消耗的原材料，能源和工时应该最 少，其综合成本尽可能低。
• 总之，以实用为核心，以可靠性为前提，以工艺性和经 济性为制约条件。此外，在可能的条件下还应该注重结 构的造型美观。
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• 2. 焊接结构设计的基本方法
• （1）许用应力设计法 • 工作应力≤许用应力 • 工作变形 ≤许用变形 • 安全系数 ≥许用安全系数