焊接培训中心焊接铝合金结构设计学习教案

1、会计学1焊接焊接(hnji)培训中心焊接培训中心焊接(hnji)铝合金铝合金结构设计结构设计第一页，共42页。1、概述、概述轻型材料的应用（特别是铝材）使轻型结构的轻型材料的应用（特别是铝材）使轻型结构的制造成为可能。铝及其合金焊接技术制造成为可能。铝及其合金焊接技术(jsh)的快速发的快速发展满足了铝结构焊接的要求。展满足了铝结构焊接的要求。第1页/共41页第二页，共42页。铝结构焊接和设计铝结构焊接和设计(shj)的标准主要由三份标准的标准主要由三份标准组成组成。应用标准既没有。应用标准既没有EN标准，也没有标准，也没有ISO标准。仅在母标准。仅在母材和填充材料有相应的标准或者在起草阶段。

2、材和填充材料有相应的标准或者在起草阶段。DIN4113-1：1980主要静载荷铝结构；载荷分析主要静载荷铝结构；载荷分析和设计和设计(shj)DIN4113-2：1993主要静载荷铝结构；计算和铝主要静载荷铝结构；计算和铝结构焊接接头制造结构焊接接头制造建筑研究院规程：建筑研究院规程：1987铝结构焊接规程铝结构焊接规程DVS1608：1983轨道车辆铝结构焊接轨道车辆铝结构焊接ISO9692-3：2001坡口准备；铝及其合金的坡口准备；铝及其合金的MIG焊和焊和TIG焊焊未来欧洲标准是欧洲未来欧洲标准是欧洲9号（号（EN1999），此标准在投），此标准在投票阶段。票阶段。ANSI/AWS D

3、1.2：2003 结构焊接规程结构焊接规程 铝铝相关钢结构标准相关钢结构标准DIN18800-1：1990钢结构钢结构-计算和设计计算和设计(shj)第2页/共41页第三页，共42页。铝结构的设计，虽然在计算方法上与钢结构基铝结构的设计，虽然在计算方法上与钢结构基本本相同（强度设计、稳定性设计和刚度设计），但由于相同（强度设计、稳定性设计和刚度设计），但由于其焊接接头性能的特殊性，在接头设计、许用应力其焊接接头性能的特殊性，在接头设计、许用应力(yngl)等等方面又不同于钢结构。方面又不同于钢结构。铝与钢相比重要的区别：铝与钢相比重要的区别：比较低的强度；比较低的强度；低弹性模量低弹性模量焊接

4、热影响区焊接热影响区挤压型材的成型挤压型材的成型有减少轻型结构质量可能性有减少轻型结构质量可能性第3页/共41页第四页，共42页。铝铝结构钢结构钢密度密度2.7g/cm37.8 g/cm3弹性模量弹性模量70,000N/mm2210,000 N/mm2剪切模量剪切模量26,500 N/mm281, 000 N/mm2横向延伸率横向延伸率0.330.30热膨胀系数热膨胀系数23.5*106 1/K12*106 1/K屈服强度屈服强度20-470 N/mm2240-960 N/mm2抗拉强度抗拉强度70-520 N/mm236-1100 N/mm2第4页/共41页第五页，共42页。铝梁和钢梁的区别

5、铝梁和钢梁的区别(qbi) 第5页/共41页第六页，共42页。第6页/共41页第七页，共42页。2、铝结构应用、铝结构应用 铝及铝合金具有重量轻、防腐性能好、低温韧性好铝及铝合金具有重量轻、防腐性能好、低温韧性好和易于压力加工等特点和易于压力加工等特点(tdin)，因此在工业领域的，因此在工业领域的各个方面都有大量应用。各个方面都有大量应用。由于其优良的防腐性能和低温韧性好的特点由于其优良的防腐性能和低温韧性好的特点(tdin)，因此在石油、化工、深冷行业得到广泛应，因此在石油、化工、深冷行业得到广泛应用。用。在建筑行业，由于铝的重量轻、防腐性能好，在建筑行业，由于铝的重量轻、防腐性能好，因此

6、铝结构代替钢结构也有大量应用。因此铝结构代替钢结构也有大量应用。在轨道交通行业，大量的使用铝代替钢制造轨在轨道交通行业，大量的使用铝代替钢制造轨道车辆，并且呈现上升趋势。道车辆，并且呈现上升趋势。包括航空、电子技术、包装、机器制造、炼钢包括航空、电子技术、包装、机器制造、炼钢等行业都是用铝及其合金。等行业都是用铝及其合金。第7页/共41页第八页，共42页。应用特点应用特点能否降低成本，相似结构使用其它材料代替能否降低成本，相似结构使用其它材料代替?能否节省能否节省(jishng)材料，例如相似结构，铝结构材料，例如相似结构，铝结构相对钢结构可以节省相对钢结构可以节省(jishng)至少至少40

7、的材料的材料?减轻重量而节省减轻重量而节省(jishng)成本，如节省成本，如节省(jishng)火箭发动机用燃料。火箭发动机用燃料。能否因减轻重量增加容积；能否因减轻重量增加容积；使用铝结构无须考虑防腐保护，由于铝结构的这种优使用铝结构无须考虑防腐保护，由于铝结构的这种优点，节省点，节省(jishng)了防腐费用；了防腐费用；能否改变产品外观，例如在建筑上；能否改变产品外观，例如在建筑上；结构在结构在100以上的性能；以上的性能；挤压型材的发展，节省挤压型材的发展，节省(jishng)制造费用；制造费用；考虑铝的重要性能，例如低弹性模量、高塑性、高导考虑铝的重要性能，例如低弹性模量、高塑性、

8、高导电率等电率等第8页/共41页第九页，共42页。第9页/共41页第十页，共42页。材料铝及其合金的产品形式材料铝及其合金的产品形式 铝尽其合金的供货形式主要包括普通的板材、管材、铝尽其合金的供货形式主要包括普通的板材、管材、型材和特殊型材和特殊(tsh)挤压型材挤压型材第10页/共41页第十一页，共42页。3、材料、材料(cilio)特点特点可以看出，非热处理强化的铝合金在焊接状态下的断裂强度和可以看出，非热处理强化的铝合金在焊接状态下的断裂强度和0.2%屈服强屈服强度与供货状态几乎没有区别，而对一可热处理化铝合金则有明显的差别度与供货状态几乎没有区别，而对一可热处理化铝合金则有明显的差别(

9、chbi)。非热处理强化铝合金的非热处理强化铝合金的 比值大约比值大约0.5至至0.6之间，在焊接状态要稍低之间，在焊接状态要稍低一些，对于热处理强化铝合金钢在一些，对于热处理强化铝合金钢在0.7至至0.8之间。之间。zP/2 . 0第11页/共41页第十二页，共42页。AlZn4.5Mg（7xxx）铝合金的强度值只比铝合金的强度值只比St37钢钢(S235)低低25%。特别适。特别适用于高层建筑和车辆制造用于高层建筑和车辆制造中的承载焊接构件。中的承载焊接构件。铝合金的断裂延伸率铝合金的断裂延伸率还没有达到普通还没有达到普通(ptng)结构钢的一半（结构钢的一半（S235大约大约为为25%）

10、。）。焊后接头软化焊后接头软化b；Al-Zn-Mg合金合金b较较高，适于建筑及承载构件高，适于建筑及承载构件；铝合金的延伸率不到铝合金的延伸率不到普通普通(ptng)结构钢的结构钢的1/2；铝合金基本没有低温铝合金基本没有低温脆性脆性.第12页/共41页第十三页，共42页。 许用应力许用应力(yngl)的选择的选择焊缝焊缝(hn fn)的许用应力的许用应力第13页/共41页第十四页，共42页。接头接头(ji tu)形式形式接头接头(ji tu)形式与焊缝计算厚度；形式与焊缝计算厚度；第14页/共41页第十五页，共42页。第15页/共41页第十六页，共42页。 焊接接头的强度特点焊接接头的强度特

11、点 铝结构铝结构(jigu)焊接接头的热影响区有强度普遍下降焊接接头的热影响区有强度普遍下降的问题的问题 第16页/共41页第十七页，共42页。第17页/共41页第十八页，共42页。4、焊缝准备及结构、焊缝准备及结构(jigu)形式形式 钢和铝的坡口有两个区别：钢和铝的坡口有两个区别：铝由于熔点较低一般熔深较大铝由于熔点较低一般熔深较大焊铝时由热传导较快要求较大的坡口张开角度以焊铝时由热传导较快要求较大的坡口张开角度以避免可能产生的未熔合避免可能产生的未熔合第18页/共41页第十九页，共42页。对所有气体对所有气体(qt)保护焊方法要求根部焊透。为了使根部更保护焊方法要求根部焊透。为了使根部更

12、好地熔合，应在根部一侧开斜边见图好地熔合，应在根部一侧开斜边见图11。建议使用熔池保。建议使用熔池保护装置。护装置。第19页/共41页第二十页，共42页。铜质或高合金铜质或高合金(hjn)保护保护Cr-Ni钢丝(n s) 型材型材(xn ci)保护保护 第20页/共41页第二十一页，共42页。第21页/共41页第二十二页，共42页。5 5、计算准则、计算准则 焊接铝结构的计算原理焊接铝结构的计算原理(yunl)(yunl)上可以与按上可以与按DIN18800T1DIN18800T1进行的钢结构的计算相比较。但母材和焊缝进行的钢结构的计算相比较。但母材和焊缝的许用应力却不一样，必须按不同的标准规

13、程选取。对的许用应力却不一样，必须按不同的标准规程选取。对于母材的许用应力在于母材的许用应力在DIN4113DIN4113第一部分中给出，对焊缝则第一部分中给出，对焊缝则按建筑技术研究所的规程选取。按建筑技术研究所的规程选取。第22页/共41页第二十三页，共42页。应该考虑到，焊接时在热影响应该考虑到，焊接时在热影响(yngxing)区的区的横截面内要横截面内要产生强度的降低。焊接结构的热影响产生强度的降低。焊接结构的热影响(yngxing)区区是从焊缝中点是从焊缝中点及根部算起向各个方向延伸及根部算起向各个方向延伸30mm的区域。的区域。第23页/共41页第二十四页，共42页。5.2动载时的

14、计算准则动载时的计算准则动载铝结构的设计动载铝结构的设计(shj)和计算需按和计算需按DVS1608规程规程并结合并结合DS952规程一私人企业金属材料焊接规程。规程一私人企业金属材料焊接规程。受动载的铝结构的应用领域是车辆，飞机和船舶制受动载的铝结构的应用领域是车辆，飞机和船舶制造等。造等。目前唯一适用于受动载铝结构的规程是目前唯一适用于受动载铝结构的规程是DVS1608规规程。其它制造上的技术数据（焊接材料的选择，焊接时热程。其它制造上的技术数据（焊接材料的选择，焊接时热输入等）则应根据计算的特性值结合应力极限比输入等）则应根据计算的特性值结合应力极限比=+1至至=-1时的二载荷曲线来给出

15、。时的二载荷曲线来给出。载荷循环次数载荷循环次数N的最大值为的最大值为N=1107。第24页/共41页第二十五页，共42页。N=1*107表面表面(biomin)未处理未处理 t10A 未焊接未焊接D 焊接焊接 缺口等级缺口等级DMIG SG AlMg5第25页/共41页第二十六页，共42页。6、铝结构焊接、铝结构焊接合理的焊接结构设计的一般要求合理的焊接结构设计的一般要求 受力简单明确，便于制作、安装、维护受力简单明确，便于制作、安装、维护采取措施减少热影响对结构和构件强度的影响采取措施减少热影响对结构和构件强度的影响铝合金表面长时间受热辐射在铝合金表面长时间受热辐射在80以上时，应采取以上

16、时，应采取有效有效(yuxio)措施防护措施防护注意防腐注意防腐第26页/共41页第二十七页，共42页。 尽量减小结构或焊接接头部位的应力集中；尽量减小结构或焊接接头部位的应力集中； 尽量减小结构的刚度，以减小应力集中和附加尽量减小结构的刚度，以减小应力集中和附加应力的影响；应力的影响； 不采用过厚的截面；不采用过厚的截面； 对于附件或不受力焊缝的设计，应与主焊缝同对于附件或不受力焊缝的设计，应与主焊缝同样重视；样重视； 焊缝位置应具有可达性焊缝位置应具有可达性便于便于(biny)施焊和焊前施焊和焊前现现场清理。场清理。第27页/共41页第二十八页，共42页。6.1一般结构焊接一般结构焊接焊缝

17、在较小应力焊缝在较小应力(yngl)区，例如：区，例如：焊缝处在对称轴焊缝处在对称轴第28页/共41页第二十九页，共42页。避免避免(bmin)附加应力的焊接接头形式，例如：附加应力的焊接接头形式，例如：不同板厚焊接接头不同板厚焊接接头第29页/共41页第三十页，共42页。产生最小内应力焊接接头，例如产生最小内应力焊接接头，例如(lr)：避免内应力焊接接头避免内应力焊接接头第30页/共41页第三十一页，共42页。改善焊接改善焊接(hnji)热影响区性能下降的接头，例如：热影响区性能下降的接头，例如：增加板厚的焊接增加板厚的焊接(hnji)接头接头第31页/共41页第三十二页，共42页。动载荷下

18、，降低缺口效应动载荷下，降低缺口效应(xioyng)的接头，例如：的接头，例如：减小界面变化的接头减小界面变化的接头第32页/共41页第三十三页，共42页。与板材厚度与板材厚度(hud)相适应的焊缝厚度相适应的焊缝厚度(hud)第33页/共41页第三十四页，共42页。带背面带背面(bimin)保护的焊接接头保护的焊接接头第34页/共41页第三十五页，共42页。节点节点(ji din)接头接头第35页/共41页第三十六页，共42页。第36页/共41页第三十七页，共42页。美国铝挤压材年表观消费量保持在美国铝挤压材年表观消费量保持在140多万吨，加多万吨，加拿大拿大25万吨。北美地区交通运输业是其最大的铝型材万吨。北美地区交通运输业是其最大的铝型材使用部门，约占铝型材总用量的使用部门，约占铝型材总用量的30%，而建筑，而建筑(jinzh