G-B-T 43483-2023 重型机械 焊接件设计规范（正式版）

ICS25.020GB/T43483—2023国家市场监督管理总局国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T43483—2023 12规范性引用文件 1 14焊接件设计的基本要求 15焊接件用钢材的选择 15.1一般要求 15.2金属的焊接性 26焊接接头的型式 26.1一般要求 26.2选用原则 3 37.1不同焊缝的强度计算 37.2焊缝的许用应力 57.3不同载荷条件下焊接件设计要素 7 78.1焊接件设计的基本原则 78.2T形接头焊缝及角焊缝设计原则 88.3选择合理的坡口形式 8.4选择钢材和焊材的合理性与经济性 8.5焊缝位置的合理性与经济性 8.6减少结构件焊接后的辅助工序 8.7减少焊缝内应力和收缩变形时的焊缝布置 8.8减少由于内应力在厚度方向而形成的层状撕裂 9焊接件图样要求 9.1技术要求 9.2图样标注要求 附录A(资料性)焊接件图样规范 附录B(资料性)设计举例 ⅢGB/T43483—2023本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国冶金设备标准化技术委员会(SAC/TC409)提出并归口。有限公司、二重(德阳)重型装备有限公司、中煤北京煤矿机械有限责任公司、西安海威信诚检验检测咨询有限公司。1GB/T43483—2023重型机械焊接件设计规范1范围本文件规定了焊接件材料、焊接接头选用规定、焊缝强度计算及焊接件设计的合理性和经济性等一般规范。本文件适用于重型机械及零部件中的钢制焊接件的焊接制造。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T324焊缝符号表示法GB/T985.2埋弧焊的推荐坡口GB/T5313厚度方向性能钢板GB/T37400.3重型机械通用技术条件第3部分：焊接件JB/T6967电渣焊通用技术条件3术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。4焊接件设计的基本要求焊接件设计时以可靠性为前提，以实用性为核心，以工艺性和经济性为制约条件，宜注意设计结构——实用性：焊接件达到所要求的使用功能和预期效果； 工艺性：焊接件所选材料既具有良好的焊接性能，又具有良好的焊前预加工性能和焊后热处理性能，焊接件设计的结构具有焊接和检验检测的可达性，并易于实现机械化和自动化焊接；-—经济性：制造焊接件消耗的原材料、能源和工时最少，其综合成本低。5焊接件用钢材的选择5.1一般要求焊接结构材料使用最多的是钢，常用的钢材有碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、控轧GB/T43483—2023比及精确计算。5.2金属的焊接性5.2.1金属的焊接性是指被焊金属材料在采用一定的焊接工艺方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。同一金属材料，采用不同焊接方法或焊接材料，其焊接性有很大差别。5.2.2焊接性分为工艺焊接性和使用焊接性两方面：a)工艺焊接性主要指金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力，涉及焊接制造工艺过程中的焊接缺陷，即金属对形成裂纹、气b)使用焊接性主要指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的机械性能(强度、塑性、韧性、硬度以及抗裂纹扩展的能力等)和其他特殊性能(如耐热、耐蚀、耐低温、抗疲劳、抗时效等)。5.2.3可通过碳当量法或焊接工艺评定试验对金属材料焊接性进行评价，具体分类如下。a)中高强度的非调质低合金高强钢(500MPa≤Rm≤900MPa),wc≥0.18%,其碳当量CE(%)的计算公式见式(1)。b)普通碳钢和低合金钢，wc<0.6%、WMn<1.6%、wni<3.3%、wcr<1.0%、WMo<0.6%、0.5%≤Wcu≤1.0%、0.05%≤wp≤0.15%的合金钢，其碳当量CE(%)的计算公式见式(2)。c)低碳调质低合金高强钢(500MPa≤Rm≤1000MPa),wc≤0.2%、ws;≤0.55%、WMn≤1.5%、Wcu≤0.5%、wni≤2.5%、wcr≤1.25%、WMo≤0.7%、wy≤0.1%、wp≤0.006%,其碳当量CE(%)的计算公式见式(3)。5.2.4根据经验：——当CE<0.4%时，钢材的淬硬倾向不明显，可焊性优良，当被焊工件厚度小于40mm、环境温度大于5℃时焊接时可不用预热；——当0.4%≤CE≤0.6%时，钢材的淬硬倾向逐渐明显，焊接性变差，应采取适当预热，控制线能量等工艺措施；——当CE>0.6%时，钢材的淬硬倾向强，属于较难焊的钢材，应采取较高的预热温度和严格的工艺措施。6焊接接头的型式6.1一般要求在设计焊接接头及焊缝型式时，宜充分考虑焊接材料消耗量、可达性、坡口加工、焊接变形等因素。根据焊接接头的作用可将其分为三类(见图1):——联系焊接接头的焊缝称为联系焊缝，在结构中的主要作用是保证金属的有效连接，承受较小的载荷，在焊接结构件工作时，作用在焊缝上的工作应力较小；23GB/T43483—2023—工作焊接接头的焊缝称为工作焊缝，在结构中主要作用是传递结构承受的载荷，在焊接结构件——双重性焊接接头焊缝既要起到连接作用又要传递一定的工作载荷。a)联系焊缝b)工作焊缝c)双重性焊缝6.2.1厚钢板宜采用组合焊缝、双向对称或不对称焊缝，以减少焊缝截面积，增大接头抗层状撕裂能在图样中按GB/T324中规定的焊缝代号标注。6.2.2气体保护焊、焊条电弧焊、埋弧焊、窄间隙埋弧焊以及电渣焊等特殊焊缝的坡口形式和尺寸按7焊接件焊缝强度计算不同焊缝的强度计算见表1。4GB/T43483—2023表1强度计算公式(续)5GB/T43483—2023表1强度计算公式(续)角焊对焊AA7.2.1.1受静载荷时焊缝的许用应力[o]按式(4)计算。 (4)[o]'——母体金属的许用应力(见表2);n——工作条件系数(见表3)。单位为兆帕材料名称受拉(或压)时材料名称受拉(或压)时Q195Q235(用于梁桥时)Q235Q275焊接方法系数n对接剪切受拉受压焊条电弧焊0.60埋弧自动焊接、闪光接触对接焊、气体保护焊0.656GB/T43483—20237.2.1.2受变载荷和变向载荷时的许用应力[R]按式(5)计算。 (5)r———降低系数(见表4);[o]——受静载荷时焊缝的许用应力。表4降低系数r焊缝类别载荷类型r对接接头受变载荷受变向载荷角焊缝及其他焊缝受变载荷Pmin及Pmax分别为绝对数值的最小和最大作用力，代入时应带有本身的正负号。r≤1(当r>1时则取r=1)7.2.2.1受静载荷时的许用应力[o₁]按式(6)计算。 m--—工作条件系数(见表5);[o₁]′——焊缝的基本许用应力。表5工作条件系数mm受拉元件受压元件单面焊接的角钢元件表6焊缝的基本许用应力[o]'单位为兆帕焊缝分类应力种类对接压力对接拉力对接剪力熔透型T形接头压力、拉力、剪力注：E4303、E4316、E4315焊条或埋弧自动焊接，用在Q215、Q235、Q275钢号的元件上。7GB/T43483—20237.2.2.2受变向载荷时的许用应力[R₁]按式(7)计算，系数γ按式(8)计算。 (7)式中：钢号系数(见表7);Pmin、Pmax——绝对数值的最小和最大的作用力，代入时应带有本身的正负号。当计算的γ大于1时，则应取γ=1。焊缝分类ab焊缝分类ab应力集中未涉及的母体金属1/1.5的端焊缝表面加工的对接焊缝对接焊缝侧焊缝7.3不同载荷条件下焊接件设计要素不同产品领域其焊接结构承受不同的载荷及环境条件。静载及主静载、动载和热动载等载荷条件下，以及在高低温、特殊介质、辐射等环境条件宜从材料特性、接头及结构特点等方面考虑进行焊接件设计。不同的载荷及环境条件焊接构件有可能发生不同形式的破坏：—如在静载及主静载的状态下，发生形变断裂、脆性断裂、层状撕裂、失稳破坏；——环境温度过高或过低时发生蠕变失效及脆性断裂；8焊接件设计的经济性和合理性8.1焊接件设计的基本原则8.1.1合理设计结构形式8.1.1.1焊接件设计结构宜根据强度、刚度、稳定的要求，以最理想的受力状态去确定结构的几何形状和尺寸。8.1.1.2宜重视结构的整体设计、细节处理，慎重处理对于应力复杂或应力集中部位。8.1.1.3焊接件设计宜利于实现机械化和自动化焊接，尽量采用简单、平直的结构形式，减少短且不规则的焊缝。8.1.1.4宜避免采用难以弯制或冲压、具有复杂空间曲面的结构。8.1.2减少焊接量8.1.2.1可以选用冲压件代替部分焊件，结构形状复杂、角焊缝多且密集的部位可用铸钢件代替。8GB/T43483—20238.1.2.2筋板数量多的结构可以适当增加基体壁厚以减少焊缝。8.1.2.3角焊缝在保证强度要求的前提下，尽可能用最小的焊脚尺寸。坡口焊缝在保证焊透的前提下，宜选用填充金属量最小的坡口形式。8.1.3合理布置焊缝8.1.3.1对称轴的焊接件结构焊缝，宜尽量对称布置或接近对称轴处，以利于控制焊接变形。8.1.3.2设计时宜避免焊缝汇交和密集。有焊缝汇交时，宜使重要焊缝连续，宜使焊缝避开高工作应力部位、应力集中处、机械加工面和需变质处理的表面等。8.1.4施工方便8.1.4.1宜使结构上每条焊缝都能方便施焊和进行质量检验。8.1.4.2焊接结构件宜在工厂中焊接，宜减少现场焊接量，减少手工操作，增加自动焊接。8.1.4.3对于双面焊缝，操作空间好的用大坡口，差的小坡口。必要时，改用单面焊双面成形的接头坡口形式和焊接工艺。8.1.4.4宜减少仰焊或立焊的焊缝。8.1.5有利于生产组织与管理设计大型焊接结构时，宜按照部件的起重运输条件、焊接变形控制、焊后热处理、机械加工、质量检验和总装配等因素进行合理分段。8.2T形接头焊缝及角焊缝设计原则8.2.1原则上不宜采用单面角焊缝。在选用双面焊缝确实有困难[如其中有一面难以施焊或者处于强迫位置，单面角焊缝不但变形大而且焊缝截面积比双面角焊缝大一倍(见图2、图3)]时，宜选用单面角焊缝。8.2.2若角焊缝在较小负荷下工作或其强度不必计算时，宜按经验公式确定全部或部分焊缝的高度：——对于双面角焊缝按式(9);——对于单面角焊缝按式(10)。 (9)a≤0.6S或K≤0.7S (10)式中：a-——角焊缝厚度尺寸(见图4),单位为毫米(mm);K——角焊缝焊脚尺寸(见图4),单位为毫米(mm);S-—连接钢板中较薄的钢板厚度(见图4),单位为毫米(mm)。8.2.3尺寸a是按照连接钢板中较薄的钢板考虑的(见图4),a不宜超过12mm。若由于负载原因，需要a>12mm时，宜采取开坡口的形式，采用半焊透或全焊透焊缝。9标引符号说明：GB/T43483—2023S——连接钢板中较薄的钢板厚度。标引符号说明：a角焊缝厚度尺寸；K——角焊缝焊脚尺寸；S——连接钢板中较薄的钢板厚度。8.2.4不同厚度的板材或管材对接接头受拉时，其允许厚度差宜符合表8的规定。当超过表8的规定时宜将焊缝焊成斜坡状，其坡度最大允许值宜为1:2.5;或将较厚板的一面或两面及管材的内壁或外壁在焊前加工成斜坡，其坡度最大允许值宜为1:2.5(见图5)。GB/T43483—2023表8对接接头允许厚度差较薄板厚度δ1允许厚度差(ồ—δ1)2348.3选择合理的坡口形式形式。在保证设计焊接坡口深度的情况下，制造工艺可根据采用的焊接方法，改变坡口形式。示例见表9。表9焊接件坡口形式选择焊缝坡口型式焊缝坡口型式气体保护焊F手工电弧焊F气体保护焊F手工电弧焊F8.4选择钢材和焊材的合理性与经济性应按照焊接产品承受载荷的特征、使用条件、寿命要求及制造工艺过程繁简程度等进行合理选材。强度等级较低的钢材价格较低焊接性能好，但在重载荷情况下，会导致产品尺寸和重量的增大；强度等级较高的钢材价格较高，但可以节省用料、减小产品尺寸和重量。此外，选材时还应考虑材料强度级别选择结构材料时，应按照焊接结构材料满足的使用性能要求和加工性能要求，经过对其工况条件及各种材料在不同使用条件下的性能数据进行全面分析对比和精确计算，最终选用最适用的、经济性最好的结构材料。在同一焊接结构件或产品中应减少选用板材或型材的材质种类和规格，宜选用轧制的型GB/T43483—2023材和异型材。在材料划分零部件下料时，考虑材料合理套料的可能性，提高材料利用率。焊接材料的选用宜考虑的主要因素如下：——材料的特性数据； 结构的运行条件；——加工工艺；8.5焊缝位置的合理性与经济性在设计焊缝位置时，应选择水平焊或平角焊，以保证焊接质量、提高生产率。同时在设计时宜考虑各处焊缝的布置具备可操作性，避免由于空间受限造成个别焊缝无法焊接。各种焊接位置的施焊时间对照示例见图6、图7及表10,宜避免强迫位置焊缝(见图8)。仰焊立焊横焊表10焊接位置与施焊时间对照表焊接位置种类平角焊(水平角焊)平焊仰焊立焊横焊(对接焊缝)施焊时间比8.6减少结构件焊接后的辅助工序8.6.2优先选用双面焊缝，减少因单面焊缝变形较大而进行的矫直。8.6.3尽可能按负偏差焊接，减少因焊缝过高而进行的清理和打磨。8.6.4减少因如下情况而进行的焊后热处理。a)当要求焊后消除应力和焊后进行多孔、多平面的机械加工时，应进行必要的热处理。GB/T43483—2023b)当材料的碳当量超过0.3%、要求减少由于合金元素而产生的焊后硬脆时，应进行焊后热c)针对焊缝较少、壁件薄、不进行机械加工且精度要求较低的焊接件，可采用振动时8.7减少焊缝内应力和收缩变形时的焊缝布置——纵向收缩(见图10);不宜用在动载荷的结构件中。8.7.2.2减少收缩力矩，焊缝应相对截面的重心轴S对称布置。如不可能，则较厚的焊缝应布置在靠近对称轴心，较薄的焊缝布置在另一面(见图12)。8.7.2.3避免焊缝聚积(例如十字交叉焊缝),特别是在厚截面时要避免，以免产生三向应力。若结构上需要交叉焊缝时，相交焊缝应交错布置(见图13)。8.7.2.5用收缩切口来减少收缩应力(见图14、图15、图16)。图12图13图14图15GB/T43483—2023图168.8减少由于内应力在厚度方向而形成的层状撕裂8.8.1层状撕裂对于厚度不小于30mm的钢板，如果在焊接时厚度方向承受较大的拉伸拘束应力则易发生层状撕裂(见图17)。层状撕裂多发生在T型和十字接头的结构上，裂纹一般不露出表面，有危险性。8.8.2防止层状撕裂的措施8.8.2.1对于船舶、海上采油平台、锅炉和压力容器等重要焊接件应采用符合GB/T5313中对厚度方向性能规定的钢板。钢板的抗层状撕裂能力采用厚度方向(Z向)拉伸试验的断面收缩率来评定。8.8.2.2选用合适的结构，以减少“Z”向拘束度，其具体办法如下。a)改进焊接接头形式：对塑性、韧性较低的焊缝区，避开与外力垂直作用(如图18a)所示],开坡口(如图18b)所示],将全插式接管改为半插式(如图18c)所示]。不合理不合理不合理b)GB/T43483—2023合理合理合理b)改进结构型式。如：将平板封头改为椭圆封头(如图19所示);通过增大连接面减少层状撕裂(见图20);用减少不必要的焊缝截面积来减少层状撕裂倾向(见图21),因为较小焊缝面积收图22、图23)。不合理GB/T43483—2023图20图220.550.380.55标引符号说明：S——钢板的厚度。图23GB/T43483—20239焊接件图样要求9.1技术要求焊接件的设计应符合GB/T37400.3的规定。9.2图样标注要求焊接件图样中的焊缝标注应符合GB/T324的规定，焊接件的图样规范参见附录A。10设计举例设计举例参见附录B。GB/T43483—2023(资料性)焊接件图样规范焊接件的图样规范见表A.1。表A.1焊接件图样规范通用技术条件GB/T37400.3焊缝质量评定等级尺寸公差精度等级形位公差精度等级密封性试验是/否耐压试验是/否焊后消除应力处理是/否表面处理是/否GB/T43483—2023(资料性)设计举例B.1适用于手工焊接或小批量生产，情况如下：—光滑表面和配合面不通过焊缝(见图B.3),如切削加工的法兰。不经济的经济的不经济的经济的经济的图B.2不经济的经济的图B.3好不好好B.3盖板同侧板拼焊时，根据板厚确定搭接焊接。一般盖板厚度小于或等于10mm且与侧板的厚度差较小时，盖板就不易弯曲(见图B.5)。20S₁>10S₁>10S₁——盖板钢板的厚度；B.4焊缝根部不处于受拉力区域(见图B.6)。不好B.5在承受最大弯曲负载处，避免横焊缝(见图B.7)。好图B.7B.6在角接头连接中，避免向外开口的焊缝(防止生锈);在要求密封和承受动载荷时，增设内部焊缝。好好GB/T43483—2023B.7在焊缝封闭时，将焊缝中的一段断开或者增加一个通气孔，