焊接结构相关知识培训资料

焊接结构相关知识培训资料编制于二零零九年九月一、焊接结构设计1、定义：指用角焊缝或对接焊缝将板件或部件连接成为永久性连接的结构。通俗的说，只要用到焊接来连接的结构都可以说是焊接结构。2、焊接结构设计的形状要求：①、要求几何形状的连续性，绝对不能有截面突变，以避免应力的集中，从而导致结构疲劳开裂或断裂等事故。（疲劳的定义：由重复应力引起的裂纹起始和缓慢扩展而产生的结构部件的损伤）。如果是厚薄板对接的，则要求过度长度为4倍厚度差以上，表示如下：L≥4（t厚-t薄）。（如下图所示）示图1示图2②、必须要具备良好的焊接可达性，即能够实现焊接施工的空间，否则不能进行焊接施工，设计出来没有意义！③、焊接接头空间（位置）的要求，1.3~1.5倍的焊脚高度，即焊接接头空间（位置）=1.3~1.5K（mm），（K为焊脚高度），如果没有足够的焊缝位置就难以得到质量稳定和外形美观的焊缝，因为焊缝需要有适当的焊脚高度和与其对应的适当的熔合时间。（如图所示）示图④、要求几何形状的对称性，此项只要是考虑到工艺方面的要求，只要对称了，工件下料的规格数量就少，节约成本；焊接时工件翻转次数少，便于实施自动或半自动焊接，提高生产效率；利于控制焊接变形。（举例动臂斗杆）⑤、尽量避免焊接过度集中和交叉，多用型材少用焊接接头，减少了焊缝数量就减少了缺陷的产生，也减少了焊接变形。（如下图所示）焊缝不宜过分集中避免焊缝交叉避免焊缝交叉⑥、能用对接接头就不用角接接头。对接接头质量容易保证，并且施工方便，最主要是应力集中程度小，承载能力比其它类接头要强，能够承载复杂多变的载荷。⑦、焊缝的正面应该是承载的，不能设计成焊缝背面承载。（如下图所示）3、焊接结构设计的材料选择基本原则：①、工艺性：必须选择焊接性能好的材料。焊接性能与材料的含碳量多少最为紧密，含碳量越低焊接性能越好，反之越差，甚至于不能进行焊接。常用材料（Q195、Q235、Q345、20号钢等）的含碳量≤0.25%。根据试验，含碳量＜0.30%（即低碳钢）的钢材，（0.30%≤中碳钢＜0.60%；高碳钢＞0.60%），其焊接性能较好，（焊接后工件的强度、延性、韧性）。②、环境条件：根据结构的工作温度来选择相应的材料，比如高温、常温或低温，不管哪一种温度环境下，所选择的材料都保证其在对应的环境下具有良好的强度、延性、韧性，以保证其安全的使用寿命。③、体积与重量要求：对于有体积和重量要求的焊接结构，应该使用低合金高强度钢来替代普通的低碳钢，以达到缩小体积或减少重量的目的。(比如Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等)④、经济性：A、材料的规格和型号的数量要尽可能的少，起到规模效应的作用，便于采购成本有压缩和生产管理，最重要的是能提高了套料率从而提高材料利用率，降低成本。要求6mm或6mm以上厚度的钢板全部采用Q345，6mm以下厚度的钢板全部采用Q235。HG785D除外。B、不同强度级别的材料的选择尤其重要，要考虑到由于材料的不同而导致焊接和机加工工艺对制造成本的增加，要综合比较，甚至在结构设计时就要改变结构形式了，才能做到经济性。（举例铲斗体的孔圆台，90和85机的）二、焊接接头的设计1、定义：用焊接方法连接的不可拆卸接头。2、焊接接头的作用：①、连接作用，即把被焊工件连接成一个整体。②、传力作用，即传递被焊工件所承受的载荷。3、焊接接头的分类：①、联系接头：焊缝与被焊工件并联的接头，焊缝传递很小的载荷，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效，这种接头叫联系接头，它的焊缝称为联系焊缝。（如图所示）②、工作（承载）接头：焊缝与被焊工件串联的接头，焊缝传递全部的载荷，焊缝一旦断裂，结构立即失效，这种接头叫工作（承载）接头，它的焊缝称为工作（承载）焊缝。（如图所示）③、双重性接头：焊缝既起连接作用又起传力作用，这种焊缝叫双重性焊缝。（如图所示）4、焊接接头的基本类型：①、对接接头板材或部件在厚度方向上用焊缝连接的接头。对于承载的对接接头都要求全熔透，也即要开坡口并且要有最小装配间隙和垫板。（如图所示）A、对坡口的要求：坡口的夹角要随着板厚的增加而相应减小，t≤10mm的对接坡口夹角在60°左右；10mm＜t＜16mm口夹角在40°左右；16mm≤t＜22mm口夹角在30°左右；22mm≤t＜30mm口夹角在25°左右。钝边高度为2mm。B、对最小根部装配间隙的要求：≥3mm。最理想的装配间隙在4~5mm，考虑到实际生产的需要，对于装配间隙的总要求范围应该在3~8mm。设计时是按最小装配间隙来设计。C、对于焊接垫板的要求：板厚度范围在4~6mm，板宽在40mm左右，这样比较经济合理。②、T形（十字）接头：（如图所示）互相垂直的被焊工件用角焊缝连接起来的接头，能承受各种方向的力和力矩，应用广泛。有开坡口的和不开坡口的；有开坡口焊透的和开坡口不焊透的。此类接头坡口夹角为45度。T形（十字）接头A、对于开坡口焊透的接头适用于承受复杂动载的高可靠性结构，或者是工作（承载）焊缝。（公司目前还没有此类角接接头）B、对于开坡口不焊透的接头适用于承受一般动载的结构，不是专门的工作（承载）焊缝。C、对于不开坡口的焊缝适用于非承受动载的结构，或者只起联系作用的焊缝。③、搭接接头：（如图所示）此接头类型只适用于非承受动载的结构，或者只起联系作用的焊缝。搭接接头示例④、角接接头：（如图所示）是指两被焊工件端面间构成大于30°小于135°夹角的接头，多用于箱形结构上。此类接头的坡口夹角也是45度。角接接头示例三、焊缝符号的标注1、首先要明确焊缝有效厚度（对接焊缝）或焊脚高度（角焊缝）。①、对接焊缝有效厚度：根据等强原则，对接焊缝一般为全熔透焊缝，因此其焊缝的有效厚度不低于母材的厚度（以薄的那一边母材为准），也就是最少要等于母材的厚度。对接焊缝原则上都要求有焊缝余高0.5~2mm，并且底部要求有垫板，根据母材的厚度适当要求，板厚越厚焊缝余高越往上限，反之往下限。所以焊缝的有效厚度s=t（板厚）。②、角接焊缝焊脚高度：根据等强原则，角接焊缝焊脚高度K=t（板厚，以薄的那一边母材为准），从实际情况或者经验来说，3~4mm的板的角焊缝焊脚高度K≥4mm；5~10mm的板的角焊缝焊脚高度K=t（板厚，以薄的那一边母材为准）；12~16mm的板的角焊缝焊脚高度K=10mm；18mm以上的板的角焊缝焊脚高度K=12mm；为什么这么定？主要考虑了公司的产品，并且考虑了生产效率以及焊缝的质量。A、焊脚高度越大越要分层分道进行施焊，如此一来效率就低下。B、大尺寸的角焊缝其单位面积的承载能力较低。（见下表）

角焊缝强度对照表焊脚尺寸K（mm）焊缝金属面积A（mm2）焊缝计算厚度h（mm）试验结果（MPa）正面角焊缝侧面角焊缝4112.84333268455.6360270121018.43322501617911.23242432028014.03152363063021.0315236因此，角接焊缝焊脚高度在4~12mm范围内就可以覆盖公司所有的产品。

2、焊缝的标注：①、关于标注的指引线：（示图）焊缝标注的指引线由箭头线、实线基准线和虚线基准线组成。指引线的使用有以下几种要求：A、基准线一般应与图样的底边相平行。虚线基准线可以在实线基准线的上侧或下侧。B、箭头线在必要时可以弯折一次。C、如果焊缝和箭头线在接头的同一侧，则将焊缝基本符号标注在基准线的实线侧。D、如果焊缝和箭头线不在接头的同一侧，则将焊缝基本符号标注在基准线的虚线侧。②、符号和尺寸的标注有以下几个原则：A、焊缝横截面上的尺寸（k、s、d）标注在基本符号（△、Ⅴ、O角接或对接等的符号）的左侧。B、焊缝长度方向上的尺寸（n、l、e）标注在基本符号（△、Ⅴ、O角接或对接等的符号）的右侧。C、焊缝的坡口角度、根部间隙等尺寸标注在基本符号（△、Ⅴ、O角接或对接等的符号）的上侧或下侧。D、相同焊缝数量标注在尾部。四、对尺寸标注的要求