焊接结构设计

镇静钢 脱氧完全，组织致密，质量较高， 脱氧完全，组织致密，质量较高，可选作重要的焊 接结构。 接结构。 沸腾钢 焊接时易产生裂纹。 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。 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。 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， 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。 对焊接工艺提出要求。
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、 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。 焊接方法等因素综合考虑决定。 1．接头形式
对接接头 T形接头 角接接头 搭接接头
搭接接头因两工件不在同一平面， 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。 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， 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， 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。 头可节省工时。
对接接头受力比较均匀，是最常用的接头形式， 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。 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， 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。 成直角或一定角度连接时，必须采用这种接头形式。
机械加工工艺基础
Fundamental of Mechanical Machining Technology 第四篇 第四章 焊接结构设计
第四章其它焊接方法 二、 焊接结构设计
第一节 焊接结构材料的选择 第二节 焊接接头的工艺设计
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， 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。 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 低碳钢和碳当量小于0.4％的低合金钢都具有良好 0.4 的焊接性，设计中应尽量选用； 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％ 含碳量大于0.4％的碳钢、碳当量大于0.4％的合 0.4 0.4 金钢，焊接性不好，设计时一般不宜选用。 金钢，焊接性不好，设计时一般不宜选用。 若必须选用， 若必须选用，应在设计和生产工艺中采取必要措 施。
钢板厚度不同的角接与T形接头受力焊缝， 钢板厚度不同的角接与T形接头受力焊缝，可考虑 采取过渡形式。 采取过渡形式。
4电弧焊基本相同。 埋弧焊的接头形式与焊条电弧焊基本相同。但由于 埋弧焊选用的电流大、熔深大，所以板厚小于12 mm时 埋弧焊选用的电流大、熔深大，所以板厚小于12 mm时 可不开坡口( 可不开坡口(即I形坡口)单面焊接。 形坡口)单面焊接。 板厚小于24 mm时 可不开坡口双面焊接。 板厚小于24 mm时，可不开坡口双面焊接。 焊更厚的工件时，必须开坡口。 焊更厚的工件时，必须开坡口。
强度等级低的低合金结构钢： • 焊接性与低碳钢基本相同， 焊接性与低碳钢基本相同， • 钢材价格也不贵， 钢材价格也不贵， • 强度能显著提高， 强度能显著提高， 条件允许时应优先选用。 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 焊接性能虽然差些， 适的焊接材料与工艺， 适的焊接材料与工艺，也能获得满意 的焊接接头。 的焊接接头。 设计强度要求高的重要结构可以选用。 设计强度要求高的重要结构可以选用。
工艺设计原则： 工艺设计原则：
(1) 焊缝布置应尽量分散 两条焊缝的间距大于三倍板厚，且不小于100 两条焊缝的间距大于三倍板厚，且不小于100 mm
(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 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件， 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。 应力断面和应力集中位置不应该布置焊缝。
设计焊接结构时，应多采用工字钢、槽钢、 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、 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 强度和刚性。 化焊接工艺，增加结构件的强度和刚性。
第二节 焊接接头的工艺设计
一、焊缝的布置
焊缝位置应便于焊接操作布置焊缝时， (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。 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。 保持问题。
点焊与缝焊应考虑电极伸入方便。 点焊与缝焊应考虑电极伸入方便。
焊缝应尽量放在平焊位置， 焊缝应尽量放在平焊位置，应尽可能避免 尽量放在平焊位置 仰焊焊缝，减少横焊焊缝。 仰焊焊缝，减少横焊焊缝。 良好的焊接结构设计，还应尽量使全部焊 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 接部件， 点固，以简化装配焊接过程，节省场地面积， 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。 减少焊接变形，提高生产效率。
形坡口用于单面焊 用于单面焊， Y形坡口和带钝边 U形坡口用于单面焊，其焊接性 形坡口和 较好。但焊后角变形较大，焊条消耗量也大些。 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 形坡口双面施焊，受热均匀，变形较小， 双面施焊 消耗量较少。但有时受结构形状限制。 消耗量较少。但有时受结构形状限制。 带钝边U形坡口根部较宽，允许焊条深入，容易焊 带钝边U形坡口根部较宽，允许焊条深入， 根部较宽 而且坡口角度小，焊条消耗量较小。 透。而且坡口角度小，焊条消耗量较小。但因坡口形 状复杂，一般只在重要的受动载的厚板结构中采用。 状复杂，一般只在重要的受动载的厚板结构中采用。 带钝边双单边V形坡口主要用于 带钝边双单边V形坡口主要用于 T形接头和角接 接头的焊接结构中。 接头的焊接结构中。
2．坡口形式
mm对接接头施焊时 对接接头施焊时， 焊条电弧焊对板厚为 1～6 mm对接接头施焊时，一 形坡口)直接焊成。 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， 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。 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。 寸按标准选用。 两个焊接件的厚度相同时， 两个焊接件的厚度相同时，可选用常用的坡口形式 及角度。 及角度。
压力容器的封头应有一直壁段： 压力容器的封头应有一直壁段：焊缝避开应力集中的 转角位置。直壁段不小于25 mm。 转角位置。直壁段不小于25 mm。
焊缝应尽量避开机械加工表面。 (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，其焊缝位置的 构是一些零件，需要进行机械加工， 设计应尽可能距离已加工表面远一些。 设计应尽可能距离已加工表面远一些。
3．接头过渡形式
设计焊接构件最好采用相等厚度的金属材 以便获得优质的焊接接头。 料，以便获得优质的焊接接头。 当两块厚度相差较大的金属材料进行焊接 接头处会造成应力集中。 时，接头处会造成应力集中。接头两边受热不 匀易产生焊不透等缺陷。 匀易产生焊不透等缺陷。
不同厚度金属材料对接时，允许的厚度差如表4 不同厚度金属材料对接时，允许的厚度差如表4-9 所示。如果δ 超过表中规定值， 所示。如果δ1-δ超过表中规定值，或者双面超过 δ)时 2(δ1-δ)时，应在较厚板料上加工出单面或双面斜边 的过渡形式。 的过渡形式。