第一单元焊接结构生产

第一单元焊接结构基本知识•学习目标：•通过本单元的学习，了解机器零部件、压 力容器、梁柱及船舶等焊接结构基本构件 的有关知识；•掌握常用焊接接头的基本形式、表示方法、焊缝代号的识别；•掌握焊接结构强度的基础知识。•••••能力知识点1机器零部件焊接结构

1．切削机床的焊接机身 切削加工精度较高，因此必须要求机床的机身具有 很高的刚度。 过去，由于铸铁价格低，铸件适于成批生产，铸件 减震性能好，所以铸铁机床机身一直占有优势。 随着现代工业和新型加工技术的发展，机床机身逐 步改用焊接结构。 在单件小批生产的大型、重型及专用机床，大量采 用焊接结构代替铸造结构，经济效果十分明显。 图1-1所示为卧式车床焊接机身。图1-1卧式车床焊接机身焊接机身结构分析•如图1-1a所示，焊接机身主要由箱形床腿、 加强筋、导轨、纵梁及斜板等零部件组成。•如图1-1b所示，机身断面结构形式是通过纵梁和斜板实现的；•它把整个方箱断面分割成两个三边形的断面，下方三边形完全闭合；•这样的断面结构具有较大的抗弯扭刚度。采用焊接机身需考虑的问题•1）经济效益问题•焊接机身经济效益与生产批量有关；•它特别适用于单件小批量生产的大型或专用机床。2）刚度问题•焊接机身一般采用轧制的钢板和型钢焊接而成，形状特殊的部分也采用一些小型锻件或铸件。•焊接机身应用最多的材料主要是可焊性好的低碳钢和普通低合金钢；•由于钢材的弹性模量比铸铁高，在保证相同刚度条件下焊接机身比铸铁机身的自重轻很多。•因此焊接机身可以满足切削加工时的刚度要求。3）减震性问题•机身的减震性不仅取决于选用的材料，而且还与结构本身有关；•可以分为材料减震性和结构减震性两个方面；•焊接机身钢质材料的减震性低于铸铁；•因此，必须从结构上采取措施以保证焊接机身结构的减震性。4）尺寸稳定性问题•焊接机身中存在较严重的焊接残余应力，这对焊接结构的尺寸稳定性有影响；•特别是切削机床的机身，要求尺寸的稳定性更高；•所以，焊接机身在焊后必须进行消除应力处理。••••

5）机械加工问题机床焊接结构焊后需要进行一定的机加工。焊接机身采用的低碳钢可焊性好；但机械加工性能不如铸铁和中碳钢；所以在研究机身焊接结构工艺性时，还应该考虑机械加工工艺性问题。•减速器箱体是安装各传动轴的基础部件；•由于减速器工作时各轴传递转矩时要产生

比较大的反作用力，并作用在箱体上；•因此要求箱体应具有足够的刚度，以确保各传动轴的相对位置精度。•采用焊接结构箱体能获得较大的强度和刚度，且结构紧凑，重量较轻。2．减速器箱体焊接结构减速器箱箱体结构构•减速器箱箱体结构构形式繁繁多，在在小批量量生产时，采用用焊接减减速器箱箱体较为为合理。。•焊接减速速器箱体体一般制制成剖分分式结构构；•即把一个个箱体分分成上下下两个部部分，分分别加工制造；；•然后在剖剖分面处处通过螺螺栓将两两个半箱箱体连成一个整整体。•如图1-2所示示，为一个单壁壁剖分式式减速器器箱体的焊接接结构。。图1-2剖剖分式减速速器箱体体焊接结结构•为了增加加焊接箱箱体的刚刚度，通通常在壁壁板的轴轴承支座处用用垂直筋筋板加强强，并与与箱体的的壁板焊焊接成一个整整体。•小型焊接接箱体的的轴承支支座用厚厚钢板弯弯制而成成；•大型焊接接箱体的的轴承支支座采用用铸件或或锻件；；•轴承支座座必须有有足够的的厚度，，以保证证机械加加工时有一定定的加工工余量；；•焊接箱体体的下半半部分由由于承受受传动轴轴的作用用力较大并与与地面接接触，因因此必须须采用较较厚的钢钢板制作。•对于工作作条件比比较平稳稳的减速速器，箱箱体焊接时可可以不不必开开坡口口，焊焊脚尺尺寸也也可以以小一些；；•但对于于承受受反复复冲击击载荷荷的减减速器器箱体体应该开坡坡口以以增加加焊缝缝的工工作断断面。。•焊接减减速器器箱体体多用用低碳碳钢制制作，，为保保证传动稳稳定性性，焊焊后需需要进进行热热处理理以消消除残余应应力。。•承受大大转矩矩的重重型机机器的的减速速器箱箱体，，还可以采采用双双层壁壁板的的焊接接结构构；•并在双层壁壁板间设置置加强筋以以提高焊接接箱体的整体刚刚度。••••能力知识点点2压压力容器器焊接结构压力容器定定义：是指最高工工作压力P≥0.1MPa，，容积大于或或等于25L，工作介质为为气体、液化气体体或最高工工作温度高高于等于标准沸沸点的液体体的容器。。•应用：它主主要用于石石油化工、、能源工业业、科研和和军事工业等等方面；同同时在民用用工业领域域也得到广广泛应用，如如煤气或液液化石油气气罐、各种种蓄能器、、换热器、分分离器以及及大型管道道工程等。。1．压力容容器的分类类及应用•（1）按工工艺用途分类类•1）反应压力容器器：用于完完成介质的的物理、化学反应。。•2）换热压力容器器：用于完完成介质的的热量交换。•3）分离压力容器器：用于完完成介质的的流体压力平衡和气气体净化分分离等。•4）储存压力容器器：用于盛盛装生产用用的原料气体、液体体、液化气气体等。•（2）按设计压力力分类•1）低压容容器（代号号L）0.1MPa≤P＜1.6MPa•2）中压容容器（代号号M）1.6MPa≤P＜10MPa•3）高压容容器（代号号H）10MPa≤P＜100MPa•4）超高压压容器（代代号U）P≥100MPa2．．压压力力容容器器的的焊焊接接结结构构•压力力容容器器的的结结构构形形式式虽虽然然很很多多，，但但其其最最基基本的的结结构构是是一一个个密密闭闭的的焊焊接接壳壳体体；；•根据据压压力力容容器器壳壳体体的的受受力力特特点点，，最最适适合合的的形状状是是球球形形；；•但球球形形容容器器制制造造相相对对比比较较困困难难，，成成本本高高；；•因此此在在工工业业生生产产中中，，中中、、低低压压容容器器多多数数采采用圆柱形结构构。•圆柱形容器由由筒体、封头头、法兰、密密封元件、开孔接管管以及支座等等六大部件组组成，•并通过焊接构构成一个整体体，•圆柱形容器的的结构，如图图1-3所示示。图1-3圆圆柱形压力容器器1－接管2－筒体3－－人孔及法兰4－封头5－支座•一般用途的压压力容器工作作压力低，焊焊接结构比较简单。。•如图1-4所所示的载重汽车的刹车车储气筒，采采用Q235钢钢材制成。•筒体由钢板弯弯制，纵向焊焊缝用埋弧焊焊一次焊成；•两封头采用冲冲压成形工艺艺，封头与筒筒体之间采用对接接接头；•为了保证焊接接质量，在焊焊缝底部设置置残留垫板。图1-4汽汽车储气筒•如图1-5所所示，铁路运输石油产品品用的油罐。。•油罐承受的内内压力不高，，但在运输车车辆启动和刹刹车时有较大的惯惯性力；•要求罐体应有有适当的厚度度，以保证其其刚度。•油罐罐体一般般用低碳钢制制造；•筒体上半部分分占整个筒体体的3/4，，用8~12mm厚的钢板成形后拼拼制而成；•筒体下下部分分占1/4，要要求有有较大大的刚刚度，采用用较厚厚的钢板板弯制制。•筒体上上下两两部分分用对对接纵纵焊缝缝连接接。•封头为为椭圆圆封头头，热热压成成形，，与筒筒体之之间采采用对对接焊缝。。图1-5储储运容器器••••••••能力知知识点点3梁梁、、柱焊焊接结结构1．焊焊接梁梁梁是在在一个个或两两个主主平面面内承承受弯弯矩作作用的的构件件。这类结结构的的工作作特点点是结结构件件受横横向弯弯曲；；当多根根梁通通过焊焊接组组成梁梁系结结构时时，其其各梁梁的受受力情况变变得比比较复复杂。。焊接梁梁主要要应用用于载载荷和和跨度度都比比较大大的场场合；；焊接梁梁多由由翼板板及一一块腹腹板组组成工工字型型；或由翼翼板和和两块块腹板板组成成箱形形；故又称称为工工字梁梁或箱箱形梁梁，如如图1-6所示示。图1-6焊焊接梁结结构简简图a)工工字形形梁b)箱箱形梁梁1-腹腹板2-翼翼板3-竖竖加强强板4-水水平加加强板5-翼翼缘焊焊缝•••••梁的组组成形形式梁的组组成形形式很很多，，常见见的组组成形形式有有：利用钢钢板焊焊成板板焊结结构梁梁；利用型型钢焊焊接成成型钢钢结构构梁；；利用钢钢板和和型钢钢焊接接成组组合梁梁。梁的的组组成成形形式式，，如如图图1-7所所示示。。图1-7梁梁的组组成成形形式式•a)板板焊焊结结构构梁梁b)型型钢钢结结构构梁梁c)组组合合梁梁2．焊焊接接柱柱•柱是是主主要要承承受受压压力力并并将将受受压压载载荷荷传传递递至至基基础的的构构件件；；•广泛应用用于建筑筑工程机机械和机机器结构构中；•在梁和桁桁架传递递载荷时时起支承承作用。。•属于柱类类结构的的有，起起重机的的支承臂臂和龙门起重机机的支腿腿、自升升式钻井井船的柱柱腿等。。•焊接柱是是通过钢钢板拼焊焊、型材材焊接以以及采用钢板和和型材组组合施焊焊而形成成的受压压构件；•主要由柱柱头、柱柱身和柱柱脚三部部分组成成，如图1-8所示。•柱头承受受外部施施加的载载荷并传传递给柱柱身；•柱身再将将载荷传传至柱脚脚和基础础；•柱和梁组组成厂房房、高层层房屋和和工作平平台的钢骨架。。图1-8焊接柱结结构焊接柱的的分类•按照受力力特点的的不同，，焊接柱柱一般分分为轴心受压柱柱和偏心心受压柱柱（带有有纵向弯弯曲的）。•轴心受压压柱主要要承受压压力载荷荷，如工工作平台的支承承柱、网网架结构构中的压压杆、塔塔架等；•偏心受压压柱在承承受压力力的同时时也承受受纵向弯曲作用用，如厂厂房和高高层建筑筑的框架架柱、门式起重重机的门门架支柱柱等。•••••焊接柱的的截面形形式焊接柱常常用的截截面形式式有两类类：一类为实实腹式柱柱，如图图1-9a、b所示，，这种柱的的结构形形式和制制作都比比较简单单；另一类为为格构式式柱，如图图1-9c、d所所示，这种柱主主要采用用型钢和和钢板组组合焊接接制成，制作作稍费工工时，但但可节省省材料。。图1-9焊接柱截截面形式式能力知识识点4船船舶焊接接结构•船舶是一一座水上上浮动结结构物，，•作为其主主体的船船体是由由一系列列板架相相互连接接而又相互互支持构构成的，，•它是一个个具有复复杂外形形和空间间结构的的焊接结结构。•按其结构构特点，，从上到到下，以以贯通首首尾的上上甲板为界界，分为为主船体体和上层层建筑两两部分。。•船体外板板及甲板板形成主主船体的的水密性性外壳，•其中外板板包括平平板龙骨骨、船底底板、舭舭列板、、舷侧板、、舷顶列列板等。。•船底板承承受垂直直于板平平面的水水压力，，•故在船体体中采用用纵向（（沿船长长方向））和横向（沿船船宽方向向）骨架架给予加加固。•其焊接结结构如图图1-10所示示。图1-10船船体结结构••••••••••1-外板2-中内龙骨3-肋板4-肋骨和加强肋骨5-舷侧纵桁桁6-横梁7-上甲板8-下甲板9-横隔壁10-纵隔壁壁•现代船体结构构的制造多采采用分段制造造法，即将船体结构构划分为部件件、分段和总总段，它们是平面的的和立体的结结构。•这些部件、分分段和总段都都有足够的刚刚度，•它们的装配焊焊接工作可以以在车间条件件下，利用装配焊接接夹具及机械械化装置完成成。•这种生产方方式易于实实现专业化化，便于组组织流水线作业业，有利于于提高船舶舶的生产率率和建造质量。。能力知识点点5焊焊接结构构生产工艺过过程简介•焊接结构生生产工艺过过程，是根根据生产任任务的性质、产产品的图纸纸、技术要要求和工厂厂条件，运用现现代焊接技技术、相应应的金属材材料加工和保护护技术、无无损检测技技术，来完完成焊接结构生生产的各个个工艺过程程。•焊接结构有有着大致相相同的生产产步骤，即即生产准备、材材料加工、、装配焊接接和质量检检验。1．生产准备备（1）技术准备•首先研究将将要生产的的产品清单单。•在清单中按按产品结构构进行了分分类，并注注明了该产品的的年产量，，即生产纲纲领。•生产纲领确确定了生产产的性质，，同时也决决定了焊接生产产工艺的技技术水平。。•••••其次次，，研研究究和和审审查查产产品品施施工工图图纸纸和和技技术术条条件件：：了解解产产品品的的结结构构特特点点，，进进行行工工艺艺分分析析，，制定定整整个个焊焊接接结结构构生生产产的的工工艺艺流流程程，，确定定技技术术措措施施，，选选择择合合理理的的工工艺艺方方法法，，并在在此此基基础础上上进进行行必必要要的的工工艺艺试试验验和和工工艺艺评评定，，•最后后制制定定出工工艺艺文文件件及及质质量量保保证证文文件件。。•（2））物物质质准备备•根据产产品加加工和和生产产工艺艺的要要求，，•订购原原材料料、焊焊接材材料以以及其其他辅辅助材材料，•并对生生产中中的焊焊接工工艺设设备、、其他他生产产设备和工工夹量量具，，进行行购置置、设设计、、制造造或维修。。2．材料料加工工工艺艺•焊接结结构零零件绝绝大多多数是是以金金属轧轧制材材料为坯料料，•所以在在装配配前必必须按按照工工艺要要求对对制造造焊接结构构的材材料进进行一一系列列的加加工。。•包括以以下两两项内内容：：（1））金属材材料的的预处处理•主要包包括验验收、、储存存、矫矫正、、除锈锈、表表面保护处处理和和预落落料等等工序序，•其目的的是为为基本本元件件的加加工提提供合合格的的原材料，，•以获得得优良良的焊焊接产产品和和稳定定的焊焊接生生产过程。。（2））基本元元件加加工•主要包包括划划线（（号料料）、、切割割（下下料））、边边缘加工工、冷冷热成成形加加工、、焊前前坡口口清理理等工工序。•基本元元件加加工约约占焊焊接结结构生生产全全部工工作量量的40%～～60%，，•因此，，制定定合理理的材材料加加工工工艺、、应用用先进进的加工工方法法、保保证基基本元元件的的加工工质量量，对对提高劳劳动生生产率率和保保证整整个产产品质质量有有着重重要的作作用。。3．装配配与焊焊接•装配与与焊接接，在在焊接接结构构生产产中是是两个个相互联系系又有有各自自加工工内容容的生生产工工艺。。•一般来来讲，，装配配是将将加工工好的的零件件，采采用适当方方法，，按照照产品品图样样的要要求组组装成成产品结构构的工工艺过过程。。•而焊接接则是是将已已装配配好的的结构构，用用规定定的焊接方方法和和焊接接工艺艺，使使零件件牢固固连接接成一个整整体的的工艺艺过程程。•对于一一些比比较复复杂的的焊接接结构构总是是要通通过多次装装配、、焊接接的交交叉过过程才才能完完成，，•甚至某某些产产品还还要在在现场场进行行再次次装配配和焊接。。•装配与与焊接接在整整个焊焊接结结构制制造过过程中中占有很重重要的的地位位。4．质量量检验验与安安全评评定•焊接产产品的的质量量包括括整体体结构构质量量和焊焊缝质量。。•整体结结构质质量是是指结结构产产品的的几何何尺寸寸、形状和和性能能；•而焊缝缝质量量则与与结构构的强强度和和安全全使用用有关。•在焊接接结构构生产产过程程中，，产品品质量量十分分重要，因因此生生产中中的加加工工工序中中间要要进行行不同内容容的检检验。。•不论工工序检检查还还是成成品检检查，，都是是对焊焊接结构生生产的的有效效监督督，也也是保保证焊焊接结结构产品质质量的的重要要手段段。综合知知识模模块二二焊焊接接接头基基本知知识•能力知识识点1焊焊接接接头的的组成及其基本本形式•1．焊接接接头的的组成•定义：在在焊件需需连接部部位，用用焊接方方法制造造而成的接接头称为为焊接接接头，一一般简称称接头。。•组成：以以熔化焊焊为例，，焊接接接头由焊焊缝金属属、熔合区和和热影响响区组成成，•熔化焊焊焊接接头头的组成成，如图图1－11所示示。图1-11熔熔化焊接头头的组成成•a)对对接接头断面面图b)搭搭接接头头断面图图•1-焊缝缝金属2-熔熔合区3-热热影响区区4-母材焊缝金属属的特点点•焊缝金属属是由焊焊接填充充金属及及部分母母材金属属熔化结晶晶后形成成的铸造造组织，，•其组织和和化学成成分与母母材金属属有较大大差异。。•近缝处的的热影响响区受焊焊接热循循环的影影响，组组织和性能能都发生生变化，，•特别是熔熔合区的的组织和和成分更更为复杂杂。•因此，焊焊接接头头是一个个成分、、组织和和性能都都不均匀的的连接体体。2．焊接接接头的基基本形式式（1）对接接头头•两板件端端面通过过焊接形形成135°～～180°夹角角，称为对接接接头。。•对接接头头是各种种接头中中受力最最好、最最省材料的接头头形式，，•常用的对对接接头头形式如如图1-12所所示。图1-12对接接头头的基本本形式•a）不开坡口•c）削薄薄b）开坡坡口d）带垫垫板•两板件部部分重叠叠起来进进行焊接接所形成成的接头称为搭搭接接头头。•搭接接头头的应力力分布极极不均匀匀，疲劳劳强度较低，不不是理想想的接头头形式。。•但是，搭搭接接头头的焊前前准备和和装配工工作比较简单，，•所以在受受力较小小的焊接接结构中中仍能得得到广泛的应用用。•常见的搭搭接接头头的形式式如图1-13所示。。（2）搭接接头头图1-13搭接接头头的基本本形式•a)不开开坡口b)圆孔孔内塞焊焊c)长孔孔内塞焊焊（3）T形（十十字）接头头•将一个焊件件的端面与与另一焊件件的表面构构成直角或近似似直角，用用角焊缝连连接起来的的接头，称为T形（十字字）接头。。•这类接头能能承受各种种方向的外外力和力矩矩的作用。•常见的T形形接头的形形式如图1-14所所示。图1-14T形形（十字）接接头的基本本形式•a）单面不开坡口口•C）开单边边Ｖ形坡口口b）开Ｋ形形坡口d）双面不不开坡口（4）角接接头•两板件端面面构成30°～135°夹角角的焊接接接头称作角接接接头。•角接接头多多用于箱形形构件，•常见的角接接接头的形形式如图1-15所所示。图1-15角接接头的基基本形式a）简单角角接接头b）双面面角接接头头c）开开Ｖ形坡口口d）开Ｋ形形坡口e）、f））易装配角接接头头g）保证准准确直角的的角接接头头h）不不合理的角角接接头能力知识点点2焊焊缝的基基本形式•焊缝是构成成焊接接头头的主体部部分，有对对接焊缝和角焊焊缝两种基基本形式。。•1．对接焊缝（1）坡口形式的的选择•对接焊缝的的焊接接头头可采用卷卷边、平对对接或加工成V形、U形形、X形、、K形等坡坡口，•对接焊缝的的坡口形式式，如图1-16所所示。••••••图1-16对接焊焊缝的典型坡口口形式a)δ=1～3mmb)δ=3～8mmc)δ=3～26mmd)δ=20～60mme)δ=12～60mmf)δ>12mm开坡口需要要考虑的问问题•对接焊缝开开坡口的根根本目的，，是为了确确保接头的质量量，同时也也从经济效效益考虑。。•坡口形式的的选择取决决于板材厚厚度、焊接接方法和工艺过过程。•通常必须考考虑以下几几个方面：：1）可焊到到性或便于于施焊•可焊到性是是选择坡口口形式的重重要依据之之一，•一般而言，，要根据构构件能否翻翻转、翻转转难易或内外两侧侧的焊接条条件而定。。•对不能翻转转和内径较较小的容器器、转子及及轴类的对接焊缝缝，•为了避免大大量的仰焊焊或不便从从内侧施焊焊，宜采用V形或或U形坡口口。2）节省焊焊接材料•对于同样厚厚度的焊接接接头，•采用X形坡坡口比V形形坡口能节节省较多的的焊接材料、电能能和工时；；•构件越厚，，节省得越越多，成本本越低。3）坡口易易加工•V形和X形形坡口可用用氧气切割或或等离子弧弧切割，也可以以用机械切切削加工。。•对于U形或或双U形坡坡口，一般般需用刨边机加工。•在圆筒体上上，应尽量量少开U形形坡口，因因其加工困难。4）焊接变变形小•采用不适当当的坡口形形状容易产产生较大的的焊接变形。•如平板对接接的V形坡坡口，其角角变形就大大于X形坡口。•因此此，，选选择择合合理理坡坡口口形形式式可可以以有有效效地地减减少少焊接接变变形形。。（2））坡口口尺尺寸寸的的选选择择•1））坡坡口口角角度度。。•其作作用用是是使使电电弧弧能能深深入入根根部部使使根根部部焊焊透透，，•坡口口角角度度的的大大小小与与板板厚厚和和焊焊接接方方法法有有关关，，•坡口口角角度度越越大大，，焊焊缝缝金金属属量量越越多多，，焊焊接接变变形也也会会增增大大，，•一般般焊焊缝缝的的坡坡口口角角度度选选60°°左左右右。。2））根根部部间间隙隙•采用用根根部部间间隙隙是是为为了了保保证证根根部部能能焊焊透透。。•一般般情情况况下下，，坡坡口口角角度度小小，，需需要要同同时时增增加加间隙隙；；•而间间隙隙较较大大时时，，又又容容易易烧烧穿穿，，•为此此，，需需要要采采用用钝钝边边防防止止烧烧穿穿。。•根部部间间隙隙过过大大时时，，还还需需要要加加垫垫板板。。2．．角角焊焊缝缝•角焊焊缝缝按按其其截截面面形形状状可可分分为为平平角角焊焊缝缝、、凹凹角焊焊缝缝、、凸凸角角焊焊缝缝和和不不等等腰腰角角焊焊缝缝四四种种，，•如图图1-17所所示示，，应应用用最最多多的的是是截截面面为为直直角角等腰的角焊缝缝。•角焊缝的大小小用焊脚尺寸寸K表示。图1-17角角焊缝截面形状及其其计算断面•a)平角焊缝•c)凸角焊焊缝b)凹角焊焊缝d)不等腰腰角焊缝•各种截面形状状角焊缝的承承载能力与载载荷性质有关关：•静载时，如母母材金属塑性性好，角焊缝缝的截面形状状对承载能力没有显显著影响；•动载时，凹角角焊缝比平角角焊缝的承载载能力高，凸凸角焊缝的最低；•不等腰角焊缝缝，长边平行行于载荷方向向时，承受动动载效果较好。•为了提高焊接接效率、节约约焊接材料、、减小焊接变变形，当板厚大于13mm时，，可以采用开坡口的角角焊缝。•在等强度条件件下，坡口角角焊缝的焊接接材料消耗量量仅为普通角焊缝的的60%。能力知识点3焊缝缝代号•焊接图是焊接接施工所用的的工程图样。。•要看懂施工图图，就必须了了解各焊接结结构中焊缝代号及其其标注方法。。•如图1-18所所示是是两个支座座的焊焊接图图，•图中多多处标标注