第四章焊接结构设计

1、 焊接结构在满足工作性能要求的前提下，首先要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低碳钢和碳当量小于0.40.4的低合金钢的低合金钢都具有良好都具有良好的焊接性，设计中应尽量选用；的焊接性，设计中应尽量选用； 含碳量大于含碳量大于0.40.4的碳钢、碳当量大于的碳钢、碳当量大于0.40.4的合的合金钢金钢，焊接性不好，设计时一般不宜选用。，焊接性不好，设计时一般不宜选用。 若必须选用，应在设计和生产工艺中采取必要措若必须选用，应在设计和生产工艺中采取必要措施。施。 强度等级低的低合金结构钢强度等级低的低合金结构钢： 焊

2、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，但只要采取合适的焊接材料与工艺，也能获得满意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。镇静钢镇静钢 脱氧完全，组织致密，质量较高，可选作重要的焊接结构。脱氧完全，组织致密，质量较高，可选作重要的焊接结构。沸腾钢沸腾钢焊接时易产生裂纹。厚板焊接时还可能出现层状撕裂

3、。不宜焊接时易产生裂纹。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。燃、有毒介质的压力容器。异种金属的焊接异种金属的焊接 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一般要求接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。求。 设计焊接结构时，应多采用工字钢、槽钢、角钢设计焊接结构时，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、简和

4、钢管等型材，以降低结构重量，减少焊缝数量、简化焊接工艺，增加结构件的化焊接工艺，增加结构件的强度和刚性强度和刚性。一、焊缝的布置一、焊缝的布置工艺设计原则：工艺设计原则：(1) (1) 焊缝布置应尽量分散焊缝布置应尽量分散 两条焊缝的间距大于三倍板厚，且不小于两条焊缝的间距大于三倍板厚，且不小于100 mm100 mm(2) (2) 焊缝的位置应尽可能对称布置焊缝的位置应尽可能对称布置(3) (3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置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，在最大对于受力较大、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

5、置焊缝。应力断面和应力集中位置不应该布置焊缝。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：焊缝避开应力集中的转角位置。直壁段不小于转角位置。直壁段不小于25 mm25 mm。 (4) (4) 焊缝应尽量避开机械加工表面。焊缝应尽量避开机械加工表面。有些焊接结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，其焊缝位置的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。 (5) (5) 焊缝位置应便于焊接操作布置焊缝时，要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

6、结构要考虑接头处在施焊中存放焊剂和熔池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。 焊缝应焊缝应尽量放在平焊位置尽量放在平焊位置，应尽可能避免，应尽可能避免仰焊焊缝，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，还应良好的焊接结构设计，还应尽量使全部焊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，至少是主要部件能在焊接前一次装配点固，点固，以简化装配焊接过程，节省场地面积，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。二、接头形式的选择与设计二

7、、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 1接头形式接头形式对接接头对接接头T T形接头形接头角接接头角接接头搭接接头搭接接头 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。 角接接头与角接接头与T T形接头受力情况都较对接接头复杂，但接头形接头受力情况都较对接接头复杂，但接头成直角或一定

8、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。 搭接接头因两工件不在同一平面，受力时将产生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，对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，采用搭接接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。 2 2坡口形式坡口形式 焊条电弧焊对板厚为焊条电弧焊对板厚为 1 16 mm6 mm对接接头施焊时，一对接接头施焊时，一般可不开坡口般可

9、不开坡口 ( (即即I I形坡口形坡口) )直接焊成。直接焊成。 当板厚增大时，为了保证焊透，接头处应根据工件当板厚增大时，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。坡口角度和装配尺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，可选用常用的坡口形式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。 Y Y形坡口形坡口和和带钝边带钝边 U U形坡口形坡口用于单面焊，其焊接性较好。但用于单面焊，其焊接性较好。但焊后角变形较大，焊条消耗量也大些。焊后角变形较大，焊条消耗量也大些。 双双Y Y形坡口形坡口双面施焊，受热均

10、匀，变形较小，焊条消耗量较双面施焊，受热均匀，变形较小，焊条消耗量较少。但有时受结构形状限制。少。但有时受结构形状限制。 带钝边带钝边U U形坡口形坡口根部较宽，允许焊条深入，容易焊透。而且根部较宽，允许焊条深入，容易焊透。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。重要的受动载的厚板结构中采用。 带钝边双单边带钝边双单边V V形坡口形坡口主要用于主要用于 T T形接头和角接接头的焊形接头和角接接头的焊接结构中。接结构中。3 3接头过渡形式接头过渡形式 设计焊接构件最好采用相等厚度的金属材设计焊接

11、构件最好采用相等厚度的金属材料，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当两块厚度相差较大的金属材料进行焊接时，接头处会造成应力集中。接头两边受热不时，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，允许的厚度差如表不同厚度金属材料对接时，允许的厚度差如表4-94-9所示。如果所示。如果1 1-超过表中规定值，或者双面超过超过表中规定值，或者双面超过 2(2(1 1-)-)时，应在较厚板料上加工出单面或双面斜边时，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。 钢板厚度不同的角接与钢板厚度不同的角接与T T形接头受力焊缝，可考虑形接头受力焊缝，可考虑采取过渡形式。采取过渡形式。4 4其它焊接方法的接头与坡口形式其它焊接方法的接头与坡口形式 埋弧焊的接头形式与焊条电弧焊基本相同。但由于埋弧焊的