焊接结构学-第八章

焊接结构学

主讲教师：安俊超第八章焊接结构设计

焊接结构设计是焊接产品设计的核心，是充分考虑焊接应力与变形、焊接接头强度、焊接结构力学特征、焊接结构断裂性能与疲劳性能的基础上进行设计的。7.1焊接结构设计的一般原则7.1.1焊接结构设计的一般思路1焊接结构设计的基本要求（1）实用性；（2）可靠性；（3）工艺性；（4）经济性。2焊接结构设计的基本方法（1）许用应力设计法工作应力≤许用应力工作变形≤许用变形安全系数≥许用安全系数1）母材的许用应力和安全系数

（8-4）2）焊缝的许用应力母材许用应力乘以系数。（2）可靠性设计法把与设计有关的强度、载荷、尺寸和寿命当作随机变量，采用概率理论和数理统计的方法进行处理，设计结果更符合工程实际。（3）有限元数值模拟辅助设计法8.1.2焊接结构设计的合理性分析1从实用性和可靠性分析焊接结构的合理性（1）合理选择基体材料和焊接材料使用性能和工艺性能、经济性。（2）合理设计焊接结构形式1）良好的受力状态2）重视局部构造3）有利于实现机械化和自动化焊接（3）合理设计焊接接头形式

（4）合理布置焊接接头位置

对接接头受力较均匀，重要的受力焊缝应尽量选用焊件不在同一平面，产生附加弯矩，金属消耗量也大，一般应避免采用。但不需开坡口，焊前准备简便，装配时尺寸要求不高，对于受力不大的平面联结与空间架构，采用搭接可以节省工时。受力比对接接头复杂，接头成一定角度必须选用密集、交叉的焊缝，会加大热影响区及焊接应力不合理变形最小最好是能同时施焊最大应力处易产生应力集中！

a)平焊

b)横焊c)立焊d)仰焊

焊缝的空间位置

焊条电弧焊电阻点焊或缝焊便于施焊2从工艺性及经济性分析焊接结构的合理性焊接结构的工艺性及经济性与备料工作量、结构形状尺寸、生产批量、焊接可达性、工艺装备条件、工艺水平及人员水平等因素有关。（1）备料工作量焊缝金属填充料尽量少、焊接可达性好、坡口加工容易、便于控制焊接变形。（2）焊接结构形式与焊接工艺选择铸焊、锻焊组合工艺是常用的工艺形式，可以根据生产条件及批量综合考虑。也可以考虑其它工艺方式。

（3）焊缝的可焊到性和可检测性（4）减少焊接工作量减少焊接工作量也就意味着减少焊接应力与变形，减少焊接材料使用量。（5）焊接变形的控制（6）劳动环境条件（7）材料的合理利用合理解决节省原材料与增加工艺成本的关系，以降低总成本为目标。（8）方便生产组织与管理8.1.3焊接结构设计中应注意的问题1改造结构的设计（1）铆接结构的改造（2）铸造结构的改造详细分析铸造结构，只可以改造铸造工艺所决定的构造形式，不可以改造功能性的构造形式。1）注意所用材料性质上的差别；2）注意铸造结构工艺与焊接工艺不同的要求；3）要注意振动和屈曲问题。2考虑自动化焊接的结构设计在焊缝位置的设置、接头形式的选择、焊接顺序的安排、操作空间等方面都要考虑焊接自动化问题。自动化焊接不但提高生产效率，而且提高焊接质量以及质量稳定性。

3考虑现代化生产管理的设计焊接结构设计应当主动适应现代化生产管理系统的要求，以有利于生产组织与管理。8.2焊接结构设计实例8.2.1机床床身1焊接机身设计的要求（1）强度；（2）刚度；（3）尺寸稳定性；（4）减振性。2焊接机身的设计（1）材料的选用（2）焊接接头的设计主要考虑减振性要求。1）采用T形焊接接头；2）采用断续焊缝；3）加强筋板的应用。（3）焊接接头的位置1）避免在加工表面上布置焊缝；2）避免在配合面上布置焊缝。（4）保证焊接构件的定位精度（5）防止加强筋板被钻穿

8.2.2压力容器1压力容器焊接接头的分类A、B、C、D、E、F六类。2压力容器焊接接头的设计要求（1）压力容器中的A类和B类焊接接头这两类接头必须都为全焊透对接接头形式。（2）压力容器中的C类焊接接头不要求全焊透，采用局部焊透的丁字接头。（3）压力容器中的D类焊接接头插入式接管全焊透丁字接头、局部、带补强的丁字接头等。（4）压力容器中的E类焊接接头采用双面开坡口的全焊透角焊缝接头形式。3压力容器焊接结构设计（1）焊接强度设计1）薄壁容器按式8-5、8-6、8-7计算。

2）厚壁容器按式8-8计算。（2）压力容器材料的选择4圆筒形容器结构与接头的设计（1）圆筒形容器的组成筒体、封头、法兰、接管、支座是圆筒形容器的主要组成零件。（2）圆筒形容器焊接接头的设计1）纵向焊缝和环向焊缝对接接头，平滑过渡，与母材等强度是纵向焊缝主要要求。环向焊缝强度要求较低。2）容器上的支管连接图8-22、8-23。

3）管板连接4）开孔与补强5多层容器结构与接头的设计（1）层板包扎法；（2）绕板法（3）热套法；（4）绕带法。6球形容器结构与接头的设计（1）典型的球形结构图8-27。

（2）球形容器的制造方法1）分片预制、现场整体装焊方案；2）吊装旋转整体装焊方案；3）分带预制、整体叠装焊接方案。8.2.3薄板结构1薄板结构的稳定性；

如果薄板构件受轴向应力小于临界应力，则可以认为薄板构件将不会发生局部失稳。如果压应力σy＞σcr，则薄板结构发生失稳。

2基于稳定性的薄板结构设计（1）合理设计截面形状

（2）设置加强筋（3）薄板压形

（4）焊接方法点焊、高能束焊等焊接应力与变形小的焊接方法。期末考察题1用自己语言描述焊接应力与变形的基本机理。2简述焊接残余应力对构件静载强度的影响。3为什么焊接接头比铆接接头容易产生脆性断裂。4简述影响焊接结构疲劳性能的主要因素。5简述焊接结构的力学合理性。6进行机床机身的焊接结构设计，并把其与铸造机床机身进行比较。焊接结构复习题

一绪论1焊接结构的特点；2构件焊接性；3焊接结构。二焊接应力与变形1应力与变形过程；2焊接残余变形形式；3焊接残余应力；4调整焊接残余应力与变形的焊前、焊中、焊后措施；5预变形法；三焊接接头1焊接接头的基本属性；2应力集中的概念；3焊接接头静载强度计算；4焊接接头的基本形式；5力学方面影