第四节焊接结构设计

1、焊件材料的选择焊件材料的选择焊接方法的选择焊接方法的选择焊接接头工艺设计焊接接头工艺设计典型焊件的工艺设计典型焊件的工艺设计第四节第四节 焊接结构工艺设计焊接结构工艺设计焊接材料的选择焊接材料的选择焊接材料的选择原则：焊接材料的选择原则：尽量选用可焊性好的材料尽量选用可焊性好的材料: : w(C)w(C)0.25%0.25%的低碳钢或的低碳钢或w(CE)w(CE)0.4%0.4%的低合金钢。的低合金钢。因这类钢淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。因这类钢淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。 异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，而工异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，而工艺应按高强度金属设计

2、。艺应按高强度金属设计。 尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简化工艺过程。化工艺过程。生产单件钢结构件生产单件钢结构件1 1板厚在板厚在3 310 mm,10 mm,强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。2 2板厚在板厚在10 mm10 mm以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。3 3板厚小于板厚小于3 mm3 mm，焊缝较短应选用，焊缝较短应选用COCO2 2焊。焊。生产大批量钢结构生产大批量钢结构1 1板厚小于板厚小于3 mm,3 mm,无密封要求应选用电阻点焊，

3、有密封要求应无密封要求应选用电阻点焊，有密封要求应选用缝焊。选用缝焊。2 2板厚在板厚在3 310 mm,10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用COCO2 2自动自动焊。焊。3 3板厚大于板厚大于10 mm10 mm，焊缝为长直焊缝和环焊缝隙，应选用埋弧，焊缝为长直焊缝和环焊缝隙，应选用埋弧焊或电渣焊。焊或电渣焊。生产不锈钢、铝合金和铜合金结构生产不锈钢、铝合金和铜合金结构 1 1板厚小于板厚小于3mm, 3mm, 应选用脉冲应选用脉冲氩弧焊氩弧焊和钨极氩弧焊。和钨极氩弧焊。 2 2板厚在板厚在3 310 mm,10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用熔化极

4、氩焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用熔化极氩弧或等离子弧自动焊。弧或等离子弧自动焊。焊接方法的选择应根据下列原则：应根据下列原则：1）焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求。）焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求。2）提高生产率，降低成本）提高生产率，降低成本焊缝的布置焊缝的布置 1 1焊缝应尽可能分散，如下图。以便减小焊接热影响区，焊缝应尽可能分散，如下图。以便减小焊接热影响区，防止粗大组织的出现。防止粗大组织的出现。焊接接头工艺设计 2 2焊缝的位置应尽可能对称分布，如下图，以抵消焊焊缝的位置应尽可能对称分布，如下图，以抵消焊接变形。接变形。 3 3焊缝应尽可能避开最大应力和应力集中的位

5、置，如下焊缝应尽可能避开最大应力和应力集中的位置，如下图。以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造成过大的图。以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造成过大的应力和开裂。应力和开裂。 4 4应便于焊接操作，如下图。焊缝位置应使焊条应便于焊接操作，如下图。焊缝位置应使焊条易到位，焊剂易保持，电极易安放。易到位，焊剂易保持，电极易安放。不不合合理理合合理理 4 4应便于焊接操作，如下图。焊缝位置应使焊应便于焊接操作，如下图。焊缝位置应使焊条易到位，焊剂易保持，电极易安放。条易到位，焊剂易保持，电极易安放。5 5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 已加工表面受热后，会破坏原有精度 ！不不合

6、合理理合合理理6 6 应尽量减少焊缝的数量应尽量减少焊缝的数量示例分析示例分析 试分析如例图5所示压力容器焊缝设计的合理性，并加以改进。 示例图5 压力容器焊缝设计 分析：焊缝在圆段与平直段连接处应为平直对接接头，以防止应力集中的生产。筒分析：焊缝在圆段与平直段连接处应为平直对接接头，以防止应力集中的生产。筒身纵缝应分开，以防焊缝交叉。修改如示例图身纵缝应分开，以防焊缝交叉。修改如示例图6所示。所示。示例图6 压力容器焊缝设计的改进 接头型式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、接头型式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各个焊后变形大小、焊条消耗量、

7、坡口加工难易程度等各个方面因素综合考虑决定。方面因素综合考虑决定。可查阅可查阅GB98580 - 手工电弧焊焊接接头手工电弧焊焊接接头的基本型式与尺寸的基本型式与尺寸对各种接头型式作出规定。对各种接头型式作出规定。焊接接头设计包括焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计焊接接头形式设计和坡口形式设计焊接接头设计焊接接头设计1.1.焊接接头形式设计焊接接头形式设计 常用的基本接头形式有常用的基本接头形式有对接接头、盖板接头、搭接接头、对接接头、盖板接头、搭接接头、角接接头、角接接头、T T形接头、十字接头和卷边接头形接头、十字接头和卷边接头等，等，如图如图4-45所所示。其选择应根据结构的

8、形状和焊接生产工艺而定，要考虑示。其选择应根据结构的形状和焊接生产工艺而定，要考虑易于保证焊接质量和尽量降低成本。易于保证焊接质量和尽量降低成本。 对于钎焊，电阻焊的点焊和缝焊采用搭接；对焊采用对对于钎焊，电阻焊的点焊和缝焊采用搭接；对焊采用对接；熔化焊可采用对接、搭接，角接和接；熔化焊可采用对接、搭接，角接和T T形接对比选择。压形接对比选择。压力容器一般采用对接，桁架结构一般采用搭接。对于气焊和力容器一般采用对接，桁架结构一般采用搭接。对于气焊和钨极氩弧焊可采用卷边接头。钨极氩弧焊可采用卷边接头。 2. 焊接接头坡口形式设计焊接接头坡口形式设计 开坡口的目的是为了使接头根部焊透，使焊缝成形

9、美开坡口的目的是为了使接头根部焊透，使焊缝成形美观，通过控制坡口大小调节母材金属和填充金属的比例。观，通过控制坡口大小调节母材金属和填充金属的比例。加工方法有气割、切削加工、碳弧气刨等。坡口形式主要加工方法有气割、切削加工、碳弧气刨等。坡口形式主要取决于板料厚度。取决于板料厚度。1）对接接头坡口形式设计。）对接接头坡口形式设计。 对接接头的基本坡口形式有对接接头的基本坡口形式有I形坡口、形坡口、Y形坡口、双形坡口、双Y形坡口、形坡口、U形坡口、双形坡口、双U形坡口形坡口等，等，如图如图4-46所示。所示。同样板厚条件下：同样板厚条件下：双双Y形坡口比形坡口比V形坡口所形坡口所需金属少，焊接工时

10、也少，焊接变形也小；需金属少，焊接工时也少，焊接变形也小；U形坡口也比形坡口也比V形坡口省焊条，省工时，焊接变形也小。形坡口省焊条，省工时，焊接变形也小。 2）角接接头坡口形式设计角接接头坡口形式设计。 角接接头角接接头基本坡口形式有基本坡口形式有I形形坡口、错边坡口、错边I形坡口、形坡口、Y形坡口、形坡口、V形坡口形坡口等，等，如图如图4-47所所示。示。3）T形接头坡口形式设计。形接头坡口形式设计。 T形接头基本坡口形式有形接头基本坡口形式有I形坡形坡口、口、V形坡口形坡口等，如图等，如图4-48所示。所示。4）搭接接头坡口形式设计，）搭接接头坡口形式设计，如图如图所示。所示。返回文档返回

11、文档图图4-45 焊接接头形式焊接接头形式T形接头形接头 十字接头十字接头 角接接头角接接头 卷边接头卷边接头部分对接接头型式部分对接接头型式返回文档返回文档部分部分T型接头和角接接头型式型接头和角接接头型式返回文档返回文档部分搭接接头型式部分搭接接头型式返回文档返回文档 焊接参数选择焊接参数选择 焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫总称，叫焊接参数焊接参数。1 1）焊条直径和焊接电流选择。）焊条直径和焊接电流选择。焊条直径根据焊件厚度

12、选焊条直径根据焊件厚度选择。焊件较薄选较细焊条。焊接电流一般按择。焊件较薄选较细焊条。焊接电流一般按I I= =（3030 6060）d d选取。并根据焊件厚度、接头形式、焊接位置、焊条种选取。并根据焊件厚度、接头形式、焊接位置、焊条种类，通过试焊调整。类，通过试焊调整。2 2）焊接速度。）焊接速度。根据焊缝形式确定，不宜过快，也不宜过根据焊缝形式确定，不宜过快，也不宜过慢。慢。3 3）弧长。）弧长。焊接电弧的长度，一般采用短弧操作。焊接电弧的长度，一般采用短弧操作。例例 图图3-50所示为低压储气罐，壁厚为所示为低压储气罐，壁厚为8mm，压力为，压力为1.0MPa，常温工作，压缩空气，大批量

13、生产。，常温工作，压缩空气，大批量生产。1）结构分析。）结构分析。筒体由筒节、封头焊合。整个结构由筒体筒体由筒节、封头焊合。整个结构由筒体再加四个法兰管座焊合而成，再加四个法兰管座焊合而成，如图如图3-50所示。所示。2）选择母材材料。）选择母材材料。封头需拉伸，筒节卷圆，故需较好塑封头需拉伸，筒节卷圆，故需较好塑性，再考虑焊接工艺及成本，故筒节、封头、法兰选用性，再考虑焊接工艺及成本，故筒节、封头、法兰选用普通碳素结构钢（普通碳素结构钢（Q235A），短管选用优质碳素结构钢），短管选用优质碳素结构钢（10钢）。钢）。典型焊件的工艺设计典型焊件的工艺设计3 3）设计焊缝位置及焊接接头、坡口形式。）设计焊缝位置及焊接接头、坡口形式。 筒节纵焊缝与环筒节纵焊缝与环焊缝采用对接焊缝采用对接I I型坡口双面焊，法兰与短管采用不开坡口角型坡口双面焊，法兰与短管采用不开坡口角焊缝；法兰管座与筒体采用开坡口角焊缝。焊缝；法兰管座与筒体采用开坡口角焊缝。如图如图3-503-50所示。所示。4 4）选择焊接方法和焊接材料。）选择焊接方法和焊接材料。 角焊缝采用手工电弧焊，选角焊缝采用手工电弧焊，选