焊件选材原则与结构工艺性

第四节焊接结构设计焊件的选材原则焊件的结构工艺性焊接方法的选择一、焊件的选材原则定义：即对焊接结构件材料的选择。一、焊件的选材原则1.在满足使用性能要求的前提下，首先选择焊接性较好的材料。

优先选用低碳钢、普通低合金钢（价低、工艺简单、可焊性好）低合金高强度钢（强度高，焊接性好、加工性好，减轻材料重量）2.考虑辅助工艺的可行性

中高碳钢、屈服强度σs＞400MPa的合金结构钢：ωc高，焊接性差，焊前预热，焊后缓冷，以减小因其塑、韧性不好而产生开裂的倾向。考虑实际生产中有无预热和缓冷的条件。3.注意所选材料与焊接方法要相匹配低碳钢、低合金钢：熔焊、压焊等各种焊接方法；高温下易氧化材料（Al,Mg,Ti等）：惰性气体保护气氛下焊接，eg:氩弧焊4.尽量选择同一种材料焊接

焊接材料不一致，则材料强度、性能不一致，使得焊接工艺变得复杂。必须采用异种材料焊接时，要选择熔点、力学性能和抗氧化性差异小的材料。焊接工艺措施按焊接性较差的材料进行。5.尽量选用型材，如工字钢，角钢，槽钢等。

使用型材可减少焊缝数量，简化焊接工艺，增加结构件的刚度和强度。

实际生产中重要焊接结构材料的选择，已在相应标准中规定好了，可查阅相关标准或手册。二、焊件的结构工艺性定义：指焊接的结构对焊接工艺的适应性。基本原则：在满足焊件工作要求的前提下，力求使焊件结构便于焊接操作和有利于减小焊接应力和变形。考虑因素：焊缝布置、焊接的接头形式等1.焊缝的合理选择（1）尽量选择平焊。焊缝类型：平焊、横焊、立焊、仰焊图4.12平焊：操作最方便，焊缝接头质量最好。(a)用四块钢板焊成(b)用两根槽钢焊成图4-13合理选材与减少焊缝数量(c)用两块钢板弯曲后焊成(d)容器上的铸钢法兰焊接（2）尽量减少焊缝的数量（3）焊缝位置应便于操作焊条电弧焊：考虑焊条操作位置，保证足够的焊接操作空间。点焊或缝焊：考虑电极的安放位置，留出电极方便深入的空间。见图4－44、图4－45、图4－46图4-14焊条电弧焊焊缝位置≥15mm45º(a)不合理(d)合理(b)不合理(e)合理(c)不合理(f)合理点焊或缝焊焊缝位置(a)不合理(b)合理图4－15电阻点焊或缝焊焊缝位置（4）避免密集交叉的焊缝1、避免密集交叉的焊缝

焊接接头处严重过热，加大热影响区，使组织恶化，晶粒粗大，并使焊接应力增大。见图4.40图4－16焊缝分散的布置(a)不合理(b)不合理(c)不合理(d)不合理(e)合理(f)合理(g)合理＞3δ≥100δ≥100(h)合理焊缝对称可使各焊缝产生的焊接变形在一定程度上相互抵消，焊后不会发生明显的弯曲变形。见图4－41（5）尽可能使焊缝对称布置(a)不合理(b)合理(c)合理(e)合理(d)不合理图4-17

焊缝的对称布置（6）焊缝应避开应力集中部位焊接接头存在残余应力和焊接缺陷，往往是焊接结构中的薄弱环节。见图4－42图4－18焊缝应避开最大应力与应力集中处(d)合理(e)合理(f)合理(a)不合理(b)不合理(c)不合理（7）焊缝应避开机械加工表面有些表面要求较高的精度，需进行后续的机械加工，则焊缝应远离这些位置。见图4－43(a)不合理(b)合理(c)不合理(d)合理图4－19焊缝应避开加工表面（8）焊缝转角应平滑过渡应避免构件截面的突变，在截面变化的地方应平缓过渡。

焊缝在转角处尤其是尖角处易产生应力集中，因此截面突变处应有一定斜度或圆角实现平滑过渡，并把焊缝安放在薄板一侧。另外，焊缝端部应避免锐角。角接和T接的过渡形式不同厚度的角接与T型接头的过渡形式2.焊接接头形式的选择常见焊接接头形式：对接、搭接、角接、T形接头，见图。接头形式的选择应根据结构的形状、使用要求和焊接生产工艺而定。（1）对接接头应力分布均匀，接头质量容易保证，静载和动载作用下都有很高的强度，应用最广。对下料尺寸精度和装配要求较高，用于重要受力焊缝。如：锅炉，压力容器，船体等。bδⅠ型坡口δ=1~6；b=0~2.5Y型坡口δ=3~26；α=40º~60º；b=0~3；p=1~4bδαP双Y型坡口δ=3~26；α=40º~60º；b=0~3；p=1~3bδαPα带钝边U型坡口δ=3~26；β=1º~8º；b=0~3；p=1~3；R=6~8bδβPR

焊条电弧焊（a）对接接头（2）

T形接头接头应力分布较均匀，焊前准备要求较高，操作时有特殊要求。船体结构应用较多带钝边双单边V型坡口δ=20~40；β=40º~50º；b=0~3；p=1~3bβpδδbⅠ型坡口δ=2~30；b=0~2

焊条电弧焊（b）T形接头（3）角接接头只起连接作用，不能用以传递工作载荷。受力比对接接头复杂，但接头成一定角度连接时就得选用。Y型坡口δ=12~30；α=40º~50º；b=0~2；p=0~3bαPδⅠ型坡口δ=2~8；b=0~2bδ带钝边V型坡口δ=6~30；β=35º~50º；b=0~3；p=1~3Pbδβ

焊条电弧焊（c）角接接头（4）搭接接头薄板焊件接头的基本形式。焊件不在同一平面，受力时将产生附加弯矩接头强度低，而且耗材多，一般少用。电阻点、缝焊接头多用搭接接头。受力不大的平面联结与空间构架，房屋、桥梁等的桁架结构。LδL≥4δ塞焊

焊条电弧焊（d）搭接接头3.坡口形式开坡口目的：对厚度较大工件，保证焊透。对重要结构，当板厚大于3mm时就要开坡口。选择原则：根据板厚及焊接生产工艺，同时考虑坡口加工的可能性。坡口形式参考GB985.1-2008规定，见图。4.接头过渡形式厚薄差异较大的材料焊接时，截面变化突然，易产生应力集中，且两者受力不均，易产生各种焊接缺陷。斜坡过渡，使对接处的板厚基本一致。对接接头过渡形式分为单面斜边和双面斜边两种。对接的过渡形式δ1δLδδ1L/2

不同厚度钢板对接三、焊接方法的选择考虑因素：产品的结构尺寸、形状、材料的焊接性、各种焊接方法的适用范围、焊接接头的质量，实际的生产条件，技术水平等。目标：最经济、最方便、生产效率高且焊接接头质量好。见表4-8焊接方法的选择低碳钢、普通低合金结构钢：各种焊接方法薄板轻型结构，密封要求高：缝焊（eg:汽车油箱）若无电