第5章 焊接接头、结构设计和制造工艺

1、1第第5章章 焊接接头、结构的设计和焊接接头、结构的设计和制造工艺制造工艺2 本章本章重点和难点重点和难点： 5.1 焊接结构焊接结构、接头接头和和结构细节结构细节设计设计 5.1.1 焊接结构的焊接结构的设计特点设计特点和常用的和常用的设计方法设计方法 5.1.2 焊接接头焊接接头的设计的设计 5.1.3 焊接焊接结构细节结构细节的设计的设计和焊接结构和焊接结构图样表示法图样表示法5.2 焊接焊接生产工艺过程的设计生产工艺过程的设计 5.2.1 焊接生产及其工艺过程设计焊接生产及其工艺过程设计的内容、步骤与的内容、步骤与方法方法 5.2.2 焊接生产的焊接生产的材料加工工艺材料加工工艺及及装

2、配焊接工艺装配焊接工艺 5.2.3 焊接焊接工艺评定工艺评定35.1 焊接结构、接头和结构细节设计焊接结构、接头和结构细节设计 5.1.1 焊接结构焊接结构的的设计特点设计特点和常用的和常用的设计方法设计方法 焊接结构焊接结构是金属结构中一种是金属结构中一种最主要的结构形式最主要的结构形式，如钢结构、船舶壳体、，如钢结构、船舶壳体、锅炉及压力容器，以及工程机械、动力机械、汽车拖拉机、铁路车辆等结锅炉及压力容器，以及工程机械、动力机械、汽车拖拉机、铁路车辆等结构都是焊接结构。它们大多依据构都是焊接结构。它们大多依据有关的规程规范有关的规程规范进行设计，进行设计，焊接手册焊接手册第第3卷、卷、焊接

3、结构设计手册焊接结构设计手册及及其他大量著作其他大量著作中，对此进行中，对此进行详细的研讨详细的研讨，这些理论工作及实践应用促进了焊接结构的发展。这些理论工作及实践应用促进了焊接结构的发展。 1焊接结构焊接结构的的设计特点设计特点 (1) 焊接结构设计的焊接结构设计的内容内容 它包括的内容有：它包括的内容有： 1) 选择结构的选择结构的材料材料，包括制造结构的材料种类和规格。，包括制造结构的材料种类和规格。 2) 确定确定结构的形式结构的形式，进行，进行结构强度、刚度、稳定性等结构强度、刚度、稳定性等进行的进行的计算计算(这种这种计算是在力系分析基础上进行的计算是在力系分析基础上进行的)。 3

4、) 进行结构的进行结构的细节设计、焊接的设计细节设计、焊接的设计和和计算计算。 4) 绘制施工图绘制施工图，规定产品的技术条件、工艺要求等。，规定产品的技术条件、工艺要求等。 5) 最后还要最后还要编制设计计算说明书编制设计计算说明书，其中包括设计结构的构造合理性和技，其中包括设计结构的构造合理性和技术经济先进性的论证。术经济先进性的论证。4 (2) 焊接结构设计的焊接结构设计的基本要求基本要求和和遵循原则遵循原则 设计焊接结构要设计焊接结构要基本要求基本要求：实用性、安全性、工艺性实用性、安全性、工艺性和和经济性经济性等。等。 设计焊接结构设计焊接结构遵循的原则遵循的原则： 1) 合理地选择

5、合理地选择材料的种类材料的种类。材料的种类不同，强度等级和性能就有差别,工艺性能也不同。所选材料强度与性能，包括塑性、韧性、耐磨性等应能满足结构使用性能的要求；加工性能，如材料的冷热加工，包括焊接性都能满足加工要求。 2) 设计焊接结构时应大量采用设计焊接结构时应大量采用标准件、通用件和型材标准件、通用件和型材，包括标准型材和，包括标准型材和异型材，并且规格越单一越好。异型材，并且规格越单一越好。 3) 合理地设计合理地设计结构形式结构形式。尽量采用简洁明快的结构构造形式，采用最简单和最合理的接头形式，并且种类越少越好，减少短而不规则的焊缝和避免不易加工的空间曲面结构。 4) 合理地合理地布置

6、焊缝布置焊缝。例如对称布置焊缝、避免焊缝交叉、密集，重要的工作焊缝要连续，次要的联系焊缝可用断续焊缝，这有利于焊接施工和减少焊接工作量，便于控制焊接应力和变形。 5) 施工方便并考虑施工方便并考虑改善工人劳动条件改善工人劳动条件，便于，便于生产组织和管理生产组织和管理。设计结构时就要考虑到以后施工的很多问题，如可达性问题，保证各种施工必需的操作空间问题等。 总之，设计结构要有良好的总之，设计结构要有良好的工艺性工艺性，较高的，较高的技术技术经济指标经济指标，产品质量，产品质量好、价格低，才具有竞争力。好、价格低，才具有竞争力。 5 2焊接结构常用的焊接结构常用的设计方法设计方法 (1) 许用应

7、力法许用应力法（又称为常规设计方法、安全系数设计法）又称为常规设计方法、安全系数设计法） 它是目前它是目前最常用最常用的的结构设计方法结构设计方法，如压力容器、锅炉、起重机金属结构，如压力容器、锅炉、起重机金属结构和焊接机器零件等都采用这种设计方法。和焊接机器零件等都采用这种设计方法。 焊接容器结构设计的强度条件：焊接容器结构设计的强度条件： (2) 以以概率论概率论为基础的为基础的极限状态设计法极限状态设计法 如果已知应力和抗力的如果已知应力和抗力的随机变量分布函数随机变量分布函数，则利用，则利用概率论概率论的数学方法可的数学方法可以计算出以计算出结构可靠度结构可靠度。如果选择确定。如果选择

8、确定结构的最优可靠度结构的最优可靠度，达到设计结构在技，达到设计结构在技术上可靠、在经济上节省，这就是所谓的术上可靠、在经济上节省，这就是所谓的概率设计法概率设计法。 目前仍是目前仍是近似的概率设计法近似的概率设计法，采用分项系数表达式进行结构设计，即：，采用分项系数表达式进行结构设计，即： rRR krsSk 式中式中 R k和和Sk材料抗力材料抗力R和载荷效应和载荷效应S的的标准值标准值； rR和和rs 按概率设计法按概率设计法(包括可靠指标、变异系数、均值和标准差等包括可靠指标、变异系数、均值和标准差等)决定的决定的分项系数分项系数。 65.1.2 焊接接头的设计焊接接头的设计 1. 焊

9、接接头焊接接头 (1) 基本类型基本类型：熔焊接头熔焊接头、压焊接头压焊接头和和钎焊接头钎焊接头。应用最广泛应用最广泛的是的是熔焊熔焊。 1) 熔焊接头熔焊接头 熔焊接头由熔焊接头由焊缝金属焊缝金属、熔合线、熔合线、热影响区热影响区和母材和母材所组成。而所组成。而焊缝金属焊缝金属是是填充材料和部分母材熔化后凝固而成的填充材料和部分母材熔化后凝固而成的铸造组织铸造组织。熔焊接头各部分的。熔焊接头各部分的组织不组织不均匀均匀，性能上也存在差异。，性能上也存在差异。 焊缝金属焊缝金属往往形成往往形成柱状晶铸造组织柱状晶铸造组织，一般，一般较母材的强度高且硬，而韧性较母材的强度高且硬，而韧性下降下降。

10、对于。对于高强度钢高强度钢，采用适当的工艺措施，如预热、缓冷或采用合适的热，采用适当的工艺措施，如预热、缓冷或采用合适的热输入也可获得要求性能的焊缝金属。输入也可获得要求性能的焊缝金属。焊缝金属强度焊缝金属强度相对相对母材强度母材强度可能要高或可能要高或低，前者称为低，前者称为高匹配高匹配，后者称为，后者称为低匹配低匹配。 宽度不大的宽度不大的热影响区热影响区，由于，由于焊接温度场梯度大焊接温度场梯度大，各点的热循环大不相同，各点的热循环大不相同,造成造成组织和性能的不同组织和性能的不同。特别要指出的是，经过焊接热循环后发生的。特别要指出的是，经过焊接热循环后发生的“动应动应变时效变时效”(热

11、应变时效热应变时效)会使接头会使接头性能恶化性能恶化。将钢材、铝材等经预应变后，会。将钢材、铝材等经预应变后，会产生变脆的产生变脆的“时效时效”现象，这种预应变及时效都是在低温现象，这种预应变及时效都是在低温(室温室温)下发生的，下发生的，通常称为通常称为“静应变时效静应变时效”。而。而焊接热影响区焊接热影响区经焊接热循环后会产生经焊接热循环后会产生热应变热应变，焊接的高温加速时效脆化，所以焊接的高温加速时效脆化，所以“动应变时效动应变时效”大大降低接头的性能，要注大大降低接头的性能，要注意防止。意防止。781) 熔焊接头熔焊接头-续续 熔焊焊缝熔焊焊缝主要有主要有对接焊缝对接焊缝和和角焊缝角

12、焊缝，以这两种焊缝为主体构成的焊接，以这两种焊缝为主体构成的焊接接头有：接头有：对接接头、角接接头、对接接头、角接接头、T形形(十字十字)接头、搭接接头接头、搭接接头和和塞焊接头塞焊接头等等。 常用焊缝常用焊缝坡口基本形式坡口基本形式与所构成的与所构成的接头形式接头形式见见图图5-1 。其坡口形式、尺。其坡口形式、尺寸、熔化形成的寸、熔化形成的焊缝金属焊缝金属(图中用图中用细实线表示细实线表示)。由。由符号字母代表的有关尺符号字母代表的有关尺寸寸见见表表5-6。表。表5-6是参照是参照GBT 9851988、GBT 9861988标准标准规定列规定列出的。选择哪一种坡口形式除按照出的。选择哪一

13、种坡口形式除按照上述两标准上述两标准外，也可按外，也可按行业和企业标准行业和企业标准由由焊件厚度焊件厚度确定，并且有一个确定，并且有一个合适的区间合适的区间。 例如：例如：厚度为厚度为30mm的板的板对接，既可以选择对接，既可以选择图图5-1i所示的所示的双双Y形坡口形坡口(由表由表5-6查得：用查得：用焊条电弧焊焊条电弧焊时，该坡口适于时，该坡口适于1260mm厚的厚的板；用板；用埋弧焊埋弧焊时，适于时，适于24-60mm厚的板厚的板)，也可以选择图也可以选择图5-lm所示带钝边的所示带钝边的双双U形坡口形坡口。无论选择哪一种无论选择哪一种坡口形式坡口形式，都首先要保证，都首先要保证接头质量

14、接头质量，同时还要考虑，同时还要考虑经济性经济性。9常用常用熔焊接头熔焊接头坡口形式坡口形式图图5-1 常用熔焊接头的常用熔焊接头的坡口形坡口形式式 a) n) 对接接头对接接头 o) 角接头角接头10图图5-1 常用常用熔焊接头熔焊接头的的坡口形式坡口形式 p)u) 角接头角接头 v)b) T形（十字）接头形（十字）接头 c)d) 搭接接头搭接接头11电渣焊接头电渣焊接头 它是它是熔焊接头熔焊接头中一种中一种重要的接头重要的接头。当焊件厚度当焊件厚度大于大于30mm时即可以考虑采时即可以考虑采用电渣焊接头，特别是用电渣焊接头，特别是大断面的焊缝大断面的焊缝，如焊件厚度如焊件厚度大于大于60m

15、m，电渣焊比电弧，电渣焊比电弧焊接头效率要高。常用接头的基本形式焊接头效率要高。常用接头的基本形式（图（图5-2）。）。 电渣焊焊件焊后通常要经电渣焊焊件焊后通常要经正火回正火回火或高温退火热处理火或高温退火热处理，以消除大焊接热，以消除大焊接热输入造成的宽热影响区、粗晶粒、高残输入造成的宽热影响区、粗晶粒、高残余应力的不良影响。余应力的不良影响。 12电子束焊接接头电子束焊接接头-熔焊的一种熔焊的一种特殊接头特殊接头 它是利用它是利用聚焦的高速电子流聚焦的高速电子流轰击焊件，使轰击焊件，使电子电子动能动能转化为转化为热能热能而熔化焊接接头的焊缝区而进行的而熔化焊接接头的焊缝区而进行的熔焊。熔

16、焊。 特点特点：可焊接：可焊接各种特殊的金属各种特殊的金属，大厚度，焊缝的，大厚度，焊缝的深宽比大深宽比大(可达可达25:1)。 应用应用：核反应堆元件核反应堆元件，航空、航天设备中的某些，航空、航天设备中的某些特殊金属特殊金属、超高强度钢超高强度钢及及耐热合金耐热合金零件的焊接。零件的焊接。13 2) 压焊接头压焊接头 电阻焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、冷压焊和电阻焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、冷压焊和爆炸焊统称为爆炸焊统称为压焊压焊，其中，其中电阻焊和摩擦焊电阻焊和摩擦焊应用最广。应用最广。 电阻焊电阻焊和和摩擦焊摩擦焊在汽车工业中应用很普遍，在汽车工业中应用很普遍，电阻电阻焊焊中的中的点

17、焊点焊和和缝焊缝焊多是采用多是采用搭接接头搭接接头。摩擦焊接头摩擦焊接头通通常也是采用常也是采用对接接头对接接头。 3) 钎焊接头钎焊接头 有多种类型。但有多种类型。但基本类型基本类型只有只有对接接头和搭接接对接接头和搭接接头头两种。两种。14(2) 熔焊熔焊坡口形式坡口形式的选择的选择 熔焊坡口形式熔焊坡口形式根据其形状可分为根据其形状可分为三类：基本型三类：基本型，I形、形、V形和单形和单V形、形、U形和单形和单U形形等（图等（图5-1）；）；特殊型特殊型，如卷边、带垫板、锁边的和塞焊、开槽，如卷边、带垫板、锁边的和塞焊、开槽焊等；焊等；组合型组合型，就是上述各型的组合，图，就是上述各型的

18、组合，图5-1绝大多数都是组合型的坡口。绝大多数都是组合型的坡口。 决定坡口形式的因素：决定坡口形式的因素： 1) 工厂的加工条件工厂的加工条件。采用双。采用双V形、形、Y形、单边形、单边V形、双单边形、双单边V形、形、V形、形、I形等坡口可用形等坡口可用气割、等离子弧切割气割、等离子弧切割，也可用，也可用金属切削方法金属切削方法加工。但双加工。但双U形、形、带钝边带钝边U形、带钝边形、带钝边J形、形、U形、形、Y形坡口一般需用形坡口一般需用刨边机加工刨边机加工，效率较热切，效率较热切割低。割低。 2) 可达性的好坏可达性的好坏。采用。采用Y形、带垫板形、带垫板Y形形(图图5-1 e、f)、带

19、垫板、带垫板V形、形、VY形形(图图g)、带钝边的、带钝边的U形形(图图h)等坡口的接头，施焊时，一般等坡口的接头，施焊时，一般可不需翻转可不需翻转。 内径较小内径较小的容器或管道，的容器或管道，不便翻转不便翻转的结构，为的结构，为避免仰焊避免仰焊及及不能从内侧不能从内侧施焊施焊，可采用这种坡口和焊缝形式。，可采用这种坡口和焊缝形式。 3) 减小焊接材料的消耗量减小焊接材料的消耗量。一般熔敷金属量小，焊接材料消耗也小，。一般熔敷金属量小，焊接材料消耗也小，也节省加工时间。同样板厚：也节省加工时间。同样板厚：Y形形比比双双Y形坡口形坡口的熔敷金属的熔敷金属增加量增加量最大可达最大可达50，双双U

20、形或形或UY形形则更加节省熔敷金属。因此，对于则更加节省熔敷金属。因此，对于大厚度的焊接接头大厚度的焊接接头,多采用这种较多采用这种较经济的坡口经济的坡口。 对于不适于电渣焊、电子束焊的对于不适于电渣焊、电子束焊的特厚件特厚件焊缝还采用焊缝还采用窄间隙焊窄间隙焊。 4) 考虑焊接变形与应力考虑焊接变形与应力。例如：。例如：单面焊单面焊可能引起可能引起角变形角变形和焊缝根部的和焊缝根部的严重严重焊接残余应力焊接残余应力，此时要考虑材料，此时要考虑材料(母材母材)特点，采用特点，采用适当的工艺适当的工艺和和坡口形坡口形式式，以便获得合格的接头。，以便获得合格的接头。15直角焊缝直角焊缝的的截面形状

21、截面形状 无论是无论是对接焊缝对接焊缝还是还是角焊缝角焊缝，其，其焊缝表面焊缝表面都可以是都可以是凹陷、凹陷、凸起凸起或或平齐平齐。 直角焊缝直角焊缝的四种形式，除三种的四种形式，除三种等边等边平的、凹的和凸的平的、凹的和凸的直角直角焊缝外焊缝外(图图5-3ac)，还有，还有平的平的不等边不等边直角焊缝直角焊缝(图图d)。 焊脚尺寸焊脚尺寸K为角焊缝的特征尺寸，为角焊缝的特征尺寸，角焊缝的焊脚尺寸角焊缝的焊脚尺寸为焊缝为焊缝内接等腰直角三角形的直角边内接等腰直角三角形的直角边，图，图5-3。 图5-3 直角焊缝的截面形状 a) 平齐等边角焊缝 b)凹陷等边角焊缝 c)凸起等边角焊缝 d)平齐不

22、等边角焊缝16(3) 工作接头、联系接头和密封接头工作接头、联系接头和密封接头 工作焊缝：工作焊缝： 它是将结构中的作用它是将结构中的作用力由一个零件传至另一个力由一个零件传至另一个零件，焊缝和零零件，焊缝和零(构构)件件串串联联在一起，这种焊缝必须在一起，这种焊缝必须进行进行强度计算强度计算。 联系焊缝联系焊缝： 它是焊缝和零它是焊缝和零(构构)件件并联并联在一起，与零在一起，与零(构构)件件一起同时受力和变形，焊一起同时受力和变形，焊缝即使破坏，一般也不会缝即使破坏，一般也不会影响整个结构的安全工作，影响整个结构的安全工作，传递作用力不是焊缝的主传递作用力不是焊缝的主要任务，通常要任务，通

23、常可不进行可不进行强强度计算度计算。 图5-4承载焊缝和非承载焊缝a）承载焊缝b) 非承载焊缝 焊接结构焊接结构焊缝焊缝又可按又可按直接承受载荷直接承受载荷与否分为与否分为承载焊缝承载焊缝和和非承载焊缝非承载焊缝，习惯上，习惯上又称为又称为工作焊缝工作焊缝和和联系焊缝联系焊缝，如图，如图5-4。密封接头密封接头主要任务是防止泄漏，故多主要任务是防止泄漏，故多属于属于工作接头工作接头。17(4) 焊接接头焊接接头工作应力工作应力的分布的分布 图图5-1熔焊接头熔焊接头主要有：对接接头、角接接头、主要有：对接接头、角接接头、T形（十字）接头和搭接接头形（十字）接头和搭接接头(包括塞焊接头包括塞焊接

24、头) 。焊接接头中。焊接接头中工作应力的分布工作应力的分布不是均匀的，存在不是均匀的，存在应力集中应力集中，而各种接头应力集中的而各种接头应力集中的情形也不相同情形也不相同。 对接接头：对接接头：应力集中应力集中最小最小，形式最简单，力的传递也较少转折，故是，形式最简单，力的传递也较少转折，故是最合最合理的理的、典型的焊接接头形式（图、典型的焊接接头形式（图5-5 ）。但是如果出现）。但是如果出现较大的余高较大的余高和和过渡处过渡处圆弧半径较小圆弧半径较小，则，则应力集中将增大应力集中将增大（图（图5-6）。）。图5-6 对接焊缝余高h、过渡半径r与应力集中系数K的关系图5-5 对接接头中工作

25、应力的分布mmaxTK应力集系数：应力集系数：1819T形形(十字十字)接头接头-力的传递力的传递(添加添加) 以以角焊缝角焊缝构成的构成的各种接头，各种接头，其其几何形状都有几何形状都有急剧的变化急剧的变化，力力线的传递复杂线的传递复杂，焊缝的，焊缝的根部和根部和趾部趾部的的应力集中应力集中，一般都比对，一般都比对接焊缝大。接焊缝大。 图中图中十字接头十字接头的力线传递的力线传递是是挠曲不直挠曲不直的，在的，在A点和点和B点点都有较大的都有较大的应力集中应力集中。20 T形形(十字十字)接头接头： 由母材向焊缝由母材向焊缝过渡急剧过渡急剧，力的传递转，力的传递转折大，力线扭曲，应力分布不均，

26、易折大，力线扭曲，应力分布不均，易出现出现较大的应力集中较大的应力集中（图（图5-7）。）。 图图a由由不开坡口角焊缝不开坡口角焊缝构成的构成的T形形(十字十字)接头，其接头，其最大应力最大应力在在角焊缝的根角焊缝的根部部，如，如I-I、-截面的截面的A点点和和-截截面的面的B点点。 图图b开坡口焊透开坡口焊透，则应力分布，则应力分布大为大为改善改善。T形形(十字十字)接头接头应用也很广应用也很广，在，在造船业中占造船业中占70，所以改善其应力分，所以改善其应力分布十分重要。布十分重要。 I形坡口形坡口的角焊缝构成的的角焊缝构成的T形接头，形接头，随着随着焊脚尺寸的增大焊脚尺寸的增大和和角的减

27、小角的减小(图图a)，应力集中下降应力集中下降。当。当角小于或大于角小于或大于45，即属图即属图5-3d不等边角焊缝不等边角焊缝时，只有时，只有长长边顺着力线方向边顺着力线方向(即即3(-1)，也可两面削出斜，也可两面削出斜面。面。1) 以以许用应力法许用应力法为基础的计算为基础的计算26 搭接接头搭接接头强度的计算：强度的计算： 图图5-10为为搭接接头搭接接头及及受力情况受力情况。 搭接接头搭接接头都是都是角焊缝角焊缝组组成的，其成的，其强度计算强度计算主要主要是计算是计算角焊缝的强度角焊缝的强度。（对接接头强度对接接头强度计算主要是计算主要是验算验算对接焊缝的强度对接焊缝的强度）图5-1

28、0 角(塞)焊缝构成的搭接接头及其受力 a)、b)、c) 分别为正面、侧面、联合搭接，均承受拉(压)力 d)、e)、f) 分别为正面、侧面、联台搭接，均承受面内弯矩 g)、h) 分别为塞焊和电铆焊搭接接头，均承受拉(压)力27 搭接角焊缝搭接角焊缝计算中的计算中的4个个假定假定： (1) 对于角焊缝的形状（图对于角焊缝的形状（图5-3），都将），都将内接等腰直角三角形的高内接等腰直角三角形的高K0作为作为计算厚度计算厚度。不计及焊缝的凸凹度，不计及焊缝的凸凹度，也也不考虑熔深的差别不考虑熔深的差别，K00.7K，K为焊为焊脚尺寸。当熔深较大，如脚尺寸。当熔深较大，如埋弧焊埋弧焊时，可考虑时，可

29、考虑K00.8K，甚至等于，甚至等于K 。 (2) 角焊缝一律按角焊缝一律按计算截面计算截面，即，即计算厚度截面处计算厚度截面处受受切应力切应力破坏来计算，破坏来计算，即使接头承受即使接头承受弯矩弯矩，抵抗弯矩，抵抗弯矩产生的应力亦假定为产生的应力亦假定为切应力切应力，见，见表表5-8中，式中，式(5-12)、式、式(5-15)、式、式(5-17)等等。等等。 (3) 不考虑不考虑正、侧面角焊缝正、侧面角焊缝上上应力的差别应力的差别和焊缝和焊缝应力分布的不均应力分布的不均，这给，这给计算带来方便。由于计算带来方便。由于侧面搭接焊缝侧面搭接焊缝随焊缝长度的增加，应力不均匀程度增大，随焊缝长度的增

30、加，应力不均匀程度增大，上述计算规定上述计算规定限制计算焊缝的长度限制计算焊缝的长度。 (4) 限制角焊缝限制角焊缝最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸。一般。一般不小于不小于4mm；当板厚当板厚小于小于4mm，则焊脚尺寸可与则焊脚尺寸可与板厚相同板厚相同。图图5-10各种各种搭接接头搭接接头强度的计算见强度的计算见表表5-8。 图5-3 直角焊缝的截面形状 28 T形接头形接头强度的计算：强度的计算： T形（十字）接头可由形（十字）接头可由角焊缝角焊缝构成构成(图图a)，这种接头会产生这种接头会产生应力集中应力集中；也可由；也可由对接焊对接焊缝缝如开如开K形坡口形坡口(图图b)焊缝构成，后者焊缝构成，后

31、者应力应力集中要小得多集中要小得多。 表表5-8所列包括两种焊缝的所列包括两种焊缝的强度计算强度计算。可以看出，可以看出，角焊缝角焊缝的强度计算与的强度计算与搭接角焊搭接角焊缝缝的强度计算一样，而的强度计算一样，而后者后者又和又和对接焊缝对接焊缝强度的计算相同。（强度的计算相同。（P182） 图图5-7 T形形(十字十字)接头的应力分布接头的应力分布由由I形坡口角焊缝形坡口角焊缝构成的接头构成的接头 a) 开开K形坡口角焊缝形坡口角焊缝构成的接头构成的接头29 T形接头形接头承受压力承受压力时，由于立板可与盖板时，由于立板可与盖板抵紧抵紧，承受压力能力大为提高承受压力能力大为提高(图图5-11

32、a) ，可用表，可用表5-8中式中式(5-20)进行强度计算。进行强度计算。 集中力既集中力既不平行、又不垂直不平行、又不垂直于焊缝（图于焊缝（图5-11d） ，可以将，可以将作用力分解作用力分解成成两部分两部分，分别进行强度计算，如表，分别进行强度计算，如表5-8中式中式(5-26)。（和。（和式式5-22对比）对比）30（1）对接接头对接接头静载强度计算公式静载强度计算公式31（2）搭接接头搭接接头静载强度计算公式静载强度计算公式32（3）T型接头型接头静载强度计算公式静载强度计算公式332maxlIyIWmaxMWz抗弯抗弯 又因为截面模量又因为截面模量2200326MMFlk hk h

33、dylFhKFQ02I：惯性矩惯性矩3220212llIydy2max62IIlWly公式推导公式推导：2062Mk h34例题例题1 如图所示如图所示T型接头焊件，受到工作载荷型接头焊件，受到工作载荷F为为5.6KN，h为为80mm，l为为200mm，试校验焊，试校验焊缝是否安全缝是否安全? （K=10mm，=150Mpa =0.6）。）。 解：解：1Pa=1N/m2，1MPa=1N/mm205600522 0.7 10 80QFMPaK h22066 5600 2007522 0.7 10 80MFlMPak hMPaMQ16.7522合 90MPa合合所以安全。所以安全。35例题例题21

34、0030P1PP2如图所示吊耳，若在如图所示吊耳，若在30斜上方有斜上方有10KN的载荷，试校验焊缝是否安全的载荷，试校验焊缝是否安全?（K=10mm，=160Mpa，=0.6）36（3）T型接头型接头静载强度计算公式静载强度计算公式-续续37 根据根据GB 500172003钢结构设钢结构设计规范计规范，对于，对于对接焊缝、直角对接焊缝、直角角焊缝、角焊缝、斜角角焊缝斜角角焊缝(图图5-13)和和对对接与角接的组合焊缝接与角接的组合焊缝(图图5-12)等形等形式。焊缝应根据式。焊缝应根据结构的重要性、结构的重要性、载荷特性、焊缝形式、工作环境载荷特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况以及

35、应力状态等情况选用选用是否熔是否熔透透和和不同质量等级不同质量等级。 如承受如承受疲劳构件疲劳构件的的对接焊缝对接焊缝均均应应焊透焊透且且焊缝质量为焊缝质量为I、级级；虽；虽不计疲劳，但要求不计疲劳，但要求与母材等强，与母材等强，也要求焊透也要求焊透，并应，并应不低于不低于级级的的焊缝质量；焊缝质量； 重级工作制重级工作制的的吊车梁吊车梁、起重量、起重量50t的的中级工作制中级工作制的吊车梁，腹的吊车梁，腹板与盖板间的板与盖板间的角焊缝角焊缝，要求，要求开坡开坡口焊透口焊透等。等。 焊缝强度焊缝强度计算公式计算公式（表表5-9）. 2) 极限状态设计法极限状态设计法焊缝连接的焊缝连接的计算计算

36、385.1.3 焊接结构焊接结构细节的设计细节的设计和和图样表示法图样表示法 1焊接结构焊接结构细节的设计细节的设计 焊接接头的焊接接头的结构细节、细部设计结构细节、细部设计对结构的强度对结构的强度(疲劳强度疲劳强度)、工作性能也有重要影响。例如：梁和柱的工作性能也有重要影响。例如：梁和柱的肋板布置肋板布置，焊接容器，焊接容器的的支承形式支承形式，接管和开孔接管和开孔等。等。 结构细节设计时应结构细节设计时应注意的问题注意的问题： 1) 结构细节应结构细节应简洁，简洁，过渡圆滑过渡圆滑，使力线分布均匀，使力线分布均匀。 2) 结构细节应尽量结构细节应尽量不增加结构的不增加结构的拘束度拘束度，不

37、出现不出现截面突然截面突然变化变化和和三轴应力三轴应力。 3) 焊缝布置焊缝布置应应尽量分散尽量分散，相邻间隔大相邻间隔大，避开应力集中最大避开应力集中最大部位、高应力应变区部位、高应力应变区等。等。392焊接结构的焊接结构的图样表示法图样表示法 焊接结构设计中大多采用缩小比例绘制的焊接结构图，机械制图的各项规定在焊接结构设计中大多采用缩小比例绘制的焊接结构图，机械制图的各项规定在这里都适用。焊缝及接头的形式通常用这里都适用。焊缝及接头的形式通常用焊缝符号焊缝符号来表示。焊缝符号也是工程语言的来表示。焊缝符号也是工程语言的一种，它可以统一焊接接头图样上的符号。我国焊缝符号是由国标一种，它可以统

38、一焊接接头图样上的符号。我国焊缝符号是由国标GB/T324-1988规定。规定。 焊缝符号组成内容焊缝符号组成内容主要为：主要为：基本符号基本符号；辅助符号和补充符号辅助符号和补充符号 ；指引线、尺寸符号指引线、尺寸符号及数据及数据。 40(1) 基本符号：基本符号： 表示焊缝表示焊缝横截面形状横截面形状(剖面形状剖面形状)的符号。主要接头的的符号。主要接头的焊缝焊缝坡口形式坡口形式和和基本符号基本符号见见图图5-1。 较少用到的较少用到的塞焊及槽焊缝塞焊及槽焊缝的基本符号如图的基本符号如图5-10g；电阻焊电阻焊的点焊或缝焊的点焊或缝焊，其基本符号如，其基本符号如图图5-14。图5-14点焊

39、、缝焊焊缝的基本符号及示意图 a) 点焊符号d焊点直径，n焊点数b) 缝焊符号c焊缝宽度，n焊缝数，c每段长度图5-10 角(塞)焊缝构成的搭接接头及其受力g) 为塞焊搭接接头，均承受拉(压)力4142(2) 辅助符号辅助符号和补充符号和补充符号 辅助符号辅助符号： 表示表面形状特征的符号表示表面形状特征的符号。即表示。即表示焊缝表面焊缝表面是是平齐、凹陷或平齐、凹陷或凸起凸起的情形，如图的情形，如图5-15。不需确切地说明不需确切地说明焊缝的表面形状时，焊缝的表面形状时，可不用辅助符号可不用辅助符号。图5-15 辅助符号应用示意图a) 平面封底V形焊缝 b) 凸面X形对接焊缝 c) 凹面角焊

40、缝43补充符号补充符号： 补充说明焊缝某些特征时采用补充说明焊缝某些特征时采用，包括，包括带垫板符号带垫板符号（如图（如图5-1 c、e、f、t等），等），三面焊缝符号、周围焊缝符号、现场符号三面焊缝符号、周围焊缝符号、现场符号及及尾部符号尾部符号。应用示例图。应用示例图5-16。图5-16 补充符号应用示意图a) 带垫板的V形焊缝 b) 工件三面带焊缝，焊接方法为焊条电弧焊 c) 现场施焊周围焊缝1三面焊缝符号 2尾部符号 3现场符号 4周围焊缝符号(2) 辅助符号和辅助符号和补充符号补充符号4445(3) 指引线指引线、尺寸符号尺寸符号和和数据数据 完整的焊缝符号表示方法完整的焊缝符号表示

41、方法最少需要由最少需要由基本符号基本符号和和指引线指引线组成，组成，必要时必要时才才加上加上辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号和数据辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号和数据。 指引线指引线由由箭头线箭头线和和实线、虚线实线、虚线两条两条基准线基准线两部分组成（图两部分组成（图5-14和和5-16）。）。箭头线箭头线相对焊缝位置相对焊缝位置一般没有特殊要求一般没有特殊要求，但在，但在标注标注V形形(单单V形形) 、Y形形(单单Y形形) 、J形焊缝形焊缝时，时，箭头线箭头线应应指向带坡口一侧的工件指向带坡口一侧的工件（图（图5-16a）。必要时允）。必要时允许箭头线许箭头线弯折一次弯折一次。基准线基准

42、线一般一般要与工件底边平行要与工件底边平行，特殊条件也特殊条件也可与工件可与工件底底边垂直边垂直。 图5-14点焊、缝焊焊缝的基本符号及示意图 a) 点焊符号 b) 缝焊符号图5-16 补充符号应用示意图a ) 带垫板的V形焊缝 b) 工件三面带焊缝 c) 现场施焊周围焊缝 46标准标准规定规定基本符号基本符号相对相对基准线基准线的位置，以确切表示的位置，以确切表示焊缝的位置焊缝的位置：焊缝焊缝在在接头的接头的箭头侧箭头侧，图，图a，则将，则将基本符号基本符号标在标在基准线的基准线的实线侧实线侧，图，图b；焊缝焊缝在接头在接头非箭头侧非箭头侧，图，图c，则将基本符号标在基准线的，则将基本符号标

43、在基准线的虚线侧虚线侧，图，图d；标注标注对称焊缝或双面焊缝对称焊缝或双面焊缝，则，则可不加虚线可不加虚线，图，图e。 图图5-17 箭头线用法举例箭头线用法举例a）、b）焊缝在接头的箭头侧及其基本符号位置示例c）、d）焊缝在接头的非箭头侧及其基本符号位置示例 e） 对称或双面焊缝标注示例474849焊缝尺寸焊缝尺寸的的标注原则标注原则 焊缝的焊缝的尺寸符号尺寸符号如如图图5-1，在图，在图5-1中中未出现的符号未出现的符号有：有： c焊缝宽度；焊缝宽度；l断续焊或缝焊的焊缝长度；断续焊或缝焊的焊缝长度；n焊缝段数或点焊焊点数焊缝段数或点焊焊点数(图图5-14)；e焊缝间距；焊缝间距；K焊脚尺

44、寸；焊脚尺寸；d点焊熔核直径；点焊熔核直径；S焊缝的有效厚度；焊缝的有效厚度；N 相同焊相同焊缝的数量；缝的数量；h焊缝余高。焊缝余高。 这些这些尺寸符号尺寸符号及及数据数据标注原则标注原则按图按图5-18的次序标注，一般的次序标注，一般只注数据只注数据，当，当数据数据较多不易分辨较多不易分辨时，可在数据前时，可在数据前加相应的尺寸符号加相应的尺寸符号。 焊缝的焊缝的尺寸标注尺寸标注示例示例见见表表5-10，焊缝焊缝符号符号的的应用示例应用示例见见图图5-19和和20。5051焊缝的焊缝的尺寸标注尺寸标注示例示例（表（表5-10） 52焊缝符号焊缝符号的的应用示例应用示例-尿素塔内、外套筒尿素

45、塔内、外套筒结构图结构图53焊缝符号焊缝符号的的应用示例应用示例-桥式起重机主梁桥式起重机主梁焊接结构图焊接结构图545.2 焊接生产焊接生产工艺过程工艺过程的设计的设计 5.2.1 焊接生产及其工艺过程设计的内容、步骤与方法焊接生产及其工艺过程设计的内容、步骤与方法 1焊接生产及其焊接生产及其组成部分组成部分 焊接生产过程焊接生产过程由由材料入库材料入库开始，在此阶段要先进行材料的开始，在此阶段要先进行材料的复验复验，包括，包括力学性能复验力学性能复验和和化学成分分析化学成分分析，有些产品还要求对钢板进行，有些产品还要求对钢板进行探伤检查探伤检查。接。接着进行着进行装焊前装焊前的的零件加工零

46、件加工，包括矫正、划线、号料、下料，包括矫正、划线、号料、下料( (机械加工和热机械加工和热切割切割) )、成形、成形( (冲压成形和卷板弯曲成形冲压成形和卷板弯曲成形) )等。该工序完成后，则可将加工等。该工序完成后，则可将加工好的零件存入中间仓库。然后进行零件或部件的好的零件存入中间仓库。然后进行零件或部件的装配和焊接装配和焊接。最后制成的。最后制成的焊接结构经过焊接结构经过修整修整后，进行后，进行涂饰涂饰( (包括清除焊渣及氯化皮的喷丸处理、钝包括清除焊渣及氯化皮的喷丸处理、钝化处理和喷漆等化处理和喷漆等) )。 焊接生产过程焊接生产过程可以归结为由制造焊接结构的可以归结为由制造焊接结构

47、的材料材料( (包括基本金属材料包括基本金属材料和各种辅助、填充材料，外购毛坯和零件等和各种辅助、填充材料，外购毛坯和零件等) )，经设备经设备( (材料准备设备、装材料准备设备、装配焊接设备等配焊接设备等) )加工加工制成产品制成产品的过程。的过程。 552焊接生产设计焊接生产设计的内容的内容 焊接生产的设计焊接生产的设计(包括焊接车间的设计包括焊接车间的设计)包括如下包括如下内容内容： 1) 拟定拟定生产工艺过程生产工艺过程(工艺设计工艺设计)，拟定，拟定技术上和经济上技术上和经济上都都合理的焊接结构制造合理的焊接结构制造工艺方法工艺方法，包括零件、毛坯、半成品及产，包括零件、毛坯、半成品

48、及产品的运输方法、技术检验方法。品的运输方法、技术检验方法。 2) 按此工艺制造产品必需的按此工艺制造产品必需的全部生产组成部分全部生产组成部分的的质量和数量质量和数量。 3) 拟定全部生产组成在拟定全部生产组成在车间里的布置车间里的布置，拟定生产的，拟定生产的组织管理系统组织管理系统，最终要提出最终要提出平面布置图平面布置图。 4) 进行包括进行包括装焊工艺装备装焊工艺装备在内的在内的非标准设备和装备的设计非标准设备和装备的设计。 5) 进行进行投资的计算投资的计算，决定，决定产品的成本产品的成本，进行，进行财务和经济的评估财务和经济的评估。 总之，总之，焊接生产的设计焊接生产的设计(包括焊

49、接车间的设计包括焊接车间的设计)从从研究图样研究图样进行进行工艺过程工艺过程设计设计直到进行整个生产设计的直到进行整个生产设计的技术经济评估技术经济评估，包括多项内容，而，包括多项内容，而工艺过工艺过程设计程设计是整个生产设计的是整个生产设计的核心核心。因为。因为工艺过程设计工艺过程设计的的优劣优劣直接影响直接影响产品的产品的质量质量，决定工厂的经济效益和生产设计的，决定工厂的经济效益和生产设计的综合技术经济指标综合技术经济指标。565.2.2 焊接生产的焊接生产的材料材料加工工艺加工工艺及及装配装配、焊接工艺焊接工艺 1材料加工工艺材料加工工艺 （1）钢材的预处理钢材的预处理 1） 矫正矫正

50、：由于运输、轧制等环节使轧制钢材发生波浪、：由于运输、轧制等环节使轧制钢材发生波浪、整体弯曲等变形，在焊接生产前必须整体弯曲等变形，在焊接生产前必须展平矫正展平矫正，否则将影响，否则将影响划线、号料、切割等工序的划线、号料、切割等工序的精确度精确度。 2）表面清理和表面防护处理表面清理和表面防护处理：清除表面的锈、油污和氧：清除表面的锈、油污和氧化物等。化物等。 （2）放样、划线和号料放样、划线和号料 将设计结构按将设计结构按1：1比例绘制出来（放大样）即为比例绘制出来（放大样）即为放样放样；现代焊接生产中采用现代焊接生产中采用光学放样和计算机放样光学放样和计算机放样。将。将待加工零件待加工零

51、件或毛坯或毛坯划在金属材料上，划在金属材料上， 以便切割或装配，此工序成为以便切割或装配，此工序成为划线划线；而用样板划线则成为而用样板划线则成为号料号料。 （3）切割切割 （4）弯曲及成形弯曲及成形 572焊接生产装配工艺焊接生产装配工艺 (1) 装配工艺方法装配工艺方法 1) 按定位方式分为按定位方式分为划线装配法划线装配法和和胎卡具装配法胎卡具装配法。 2) 按装配按装配焊接顺序焊接顺序分为：整体装配焊接；边装边焊；按分为：整体装配焊接；边装边焊；按部件装配焊接，最后总装配焊接三种。部件装配焊接，最后总装配焊接三种。 3) 按装配工作地点分为按装配工作地点分为固定地点装配法固定地点装配法和和流动装配法流动装配法。 (2) 装配工艺过程的制定装配工艺过程的制定 内容包括：零件、组件、部件的内容包括：零件、组件、部件的装配顺序装配顺序，各装配顺序、，各装配顺序、各工步上采用的各工步上采用的装配方法装配方法，以及装配时采用的，以及装