第6章焊接接头和结构的疲劳强度
§6-1 疲劳破坏及特性
一、疲劳破坏
疲劳破坏是焊接金属结构的一种主要失效形式。材料在交变或波动载荷作用下，虽然工作应力的最大值小于材料的屈服极限，但由于材料局部造成某种程度的永久变形，从而产生裂纹并最终断裂。在循环应力、拉伸应力和塑性应变的共同作用下形成的，一般来说，循环应力造成疲劳裂纹产生，拉伸应力造成扩展。
二、疲劳断裂分类
1．按疲劳破坏的原因分为：腐蚀疲劳；热疲劳；机械疲劳。
2．按应力大小和应力循环次数分为
（1）低周高应力疲劳：作用的应力超过弹性范围，承受远高于屈服极限的循环载荷。疲劳循环次数小于104~105；
（2）高周低应力疲劳：公称循环应力小于材料的屈服极限，疲劳破坏的应力循环次数大于104~105。应力场强度因子K处于弹性范围，塑性变形仅局限在很小的局部区域。
高周低应力疲劳其应力应变曲线如图7-1(a)所示，一次拉伸的应力-应变曲线为OA，用相
图6-1 应力应变循环图图6-2 大变形后卸载
图7-3 疲劳裂纹扩展示意图 同的试样进行一次压缩，应力-应变曲线为OB 。
低周高应力疲劳其应力应变曲线如图7-1(b)所示，拉伸时应力应变曲线由O 点到A 点，之后进行压缩，应力应变曲线由A 点到B 点，再进行拉伸，应力应变曲线由B 点回到A 点，完成一次应力应变循环。一次应力应变循环卸载后，产生了塑性应变ε
p 和弹性应变εe ,如图
7-2所示。总应变为：ε=εp +εe 三、疲劳断裂过程及断口特征
1．疲劳断裂过程
疲劳破坏的实质就是疲劳裂纹的成核和长大。其过程分为三个阶段，如图7-3所示。
（1）疲劳形核：疲劳裂纹首先在应力最高、强度最弱的基体上形成。夹渣物和基体晶面开裂，滑移带开裂，孪晶和晶界开裂。该区域不大，
最多为2～5晶粒范围。当疲劳裂纹的核心一旦在试
样表面滑移带或缺陷出晶界上形成后，立即沿滑移
带的主滑移面向金属内部扩展，此滑移面的走向大
致与主应力成450交角。当裂纹遇到晶界时，其位相
稍有偏离，但就裂纹的宏观平面的总体来说，仍保
持与应力轴呈450交角。
滑移带开裂：金属在承受交变载荷时，在材料
的不均匀处和应力集中处会承受滑移，出现如图7-4
所示挤入和挤出，形成小缺口和深沟状小裂纹。
（2
）扩展阶段；沿与正应力垂直的方向扩展，此时正应力对裂纹的扩展将承受重大的影
响。初始裂纹在交变载荷作用下，产生图7-5所示的塑性变形使裂纹反复张开和闭合。当裂
纹尖端处在拉伸应力场时，由于裂纹尖端极大的应力集中，使该处晶粒发生滑移，裂纹张开，
尖端向前延伸。反复张合的结果在断口上形成典型的疲劳辉纹。
（3）瞬时断裂阶段：当疲劳裂纹扩展到材料的强度极限时，疲劳裂纹达到临界裂纹尺寸
而产生瞬时断裂。
2．疲劳断口特征
疲劳裂纹扩展区是疲劳失效断口最重要的特征区域。常呈海滩波纹状，有时呈贝纹状。
它是疲劳裂纹扩展过程中留下的痕迹，往往是疲劳失效分析最重要的见证。图7-6所示，疲
劳断口可分成三个区域
（2）疲劳裂纹扩展区：宏观有条带和贝壳状花纹，
每一条辉纹代表1次应力(应变)循环及裂纹逐次向前
推进的位置。对于高强钢来说，很难辨认明显的疲劳
条纹。疲劳辉纹垂直于裂纹扩展方向，每一条辉纹是
图7-6 疲劳断裂断口示意图
一次应力循环的结果。但每一次应力循环不一定产生
辉纹。辉纹的清晰度与材料的韧度有关。韧度好的材料辉纹较清晰。
辉纹形成机制有各种假说。最著名的是塑性钝化模型，图7-5所示。
（3）瞬时断裂区：一般呈粗晶状断口或出现放射棱线，外观与脆性失稳断裂相似。
§7-2 疲劳强度及载荷种类
一、疲劳强度
在静强度计算中，所用材料的强度指标是屈服极限σS和强度极限σb，静载强度计算的出
发点是名义应力(或称基本应力)，而疲劳强度计算中，所用材料的强度指标是疲劳极限σr，计
算的出发点是是局部应力(或称峰值应力)。
对试样用不同的载荷进行多次反复加载试验，可测得不同载荷下使试样破坏所需的加载
循环次数N。将破坏应力与加载循环次数N绘成如图7-7所示的曲线，这条曲线随着循环次数N的增大而降低，当N很大时曲线趋于水平。曲线上对应的某一循环次数N的破坏应力即为该循环次数条件下的疲劳强度，曲线的水平渐近线代表疲劳极限。
图7-7 加载次数与疲劳强度关系图
以前，人们采用单点试验法（每个试样对应一个应力水平）测定疲劳强度。这种方法准确度不高。目前多采用升降法。首先指定一个“循环基数”，然后试验开始时选用较高的应力水平。如前一个试样未达到指定的循环次数时发生破坏，则随后一次试验就在低一级的应力水平下进行，反之在高一级的应力水平下进行。重复以上过程直至完成全部试验。如图7-8所示。
疲劳试验结果往往不是都在一条单一的S-N曲线上，而具有一定的分散带。根据大量的概率统计分析这些数据符合正态分布。图7-9考虑概率分布的S-N曲线，曲线AB是存活率
50％的疲劳曲线，也是常规疲劳设计中给出的S-N曲线。曲线EF的存活率太低，不能用于
疲劳强度设计。
目前一些疲劳设计和评定的标准多采用以标称应力表证的疲劳强度（标称应力是在结构
图7-8 升降图图7-9 P-S-N曲线
相关界面上计算出的平均应力，它不包括焊接接头结构细部处产生的应力集中）。它以12条S-N 曲线来分类。它指出了200万次循环次数下的疲劳强度并将其定为疲劳级别FAT 。如125表示在2×106循环次数下以应力范围（最大最小应力之差）表征的疲劳强度为125MPa 。如图7-10所示。
二、应力循环特性
有关应力参量如下：
2min
max σσσ+=m 2min
max σσσ-=a
式中 σmax －应力循环内的最大应力；σmin －应力循环内的最小应力；σm －平均应力；σa －应力振幅；r －应力循环特性系数；σa =σmin -σmax /2 (应力振幅)
如图7-11所示，按应力振幅σa 和平均应力σm 的大小载荷可分为
1．对称交变载荷：σmin =-σmax r=-1 疲劳强度用σ-1表示
2．脉动载荷： σmin =0 r=0 疲劳强度用σ0表示
3．拉伸变载荷： 0
4．拉压变载荷：σmin 为压应力，σmax 为拉应力，二者不等。
图7-10 焊接接头的疲劳强度 图7-11 载荷种类
三、疲劳图
疲劳图反映了疲劳强度与循环特性之间的关系。为了减少即昂贵又费时的试验数量，人们希望用几种循环特性下进行试验所获得的疲劳极限就能推算出各种循环特性下疲劳极限。
1． σmax ―r 表示的疲劳图：如图7-12所示。在r 一定的情况下，根据疲劳图可以查得疲劳极限。已知循环特性r ，不用计算即可由疲劳曲线查得σmax 值，即该循环特性下的σr 。该曲线简单，但误差较大。
2． σmax ―σm 表示的疲劳图：如图7-13所示。图中横坐标表示平均应力σm ，纵坐标表示σmax 、σmax 的数值。曲线CN ˊN 为最大应力σmax 线，曲线CO ˊ为最小应力σmin 线。两曲线相交于C ，其疲劳强度与静载强度σb 相当，即σmax =σmin =σm =σb 。线段ON 表示对称循环时的疲劳强度，此时σm 等于零。线段O ˊN ˊ表示脉动循环时的疲劳强度。在该疲劳图上可以用作图法求出任何一种循环特性系数(r)下的疲劳强度。O ˊ点的σmin 为零，O ˊ点的垂线交最大应力线于N ˊ点，N ˊ点的纵坐标值为脉动循环应力的疲劳极限σ0，N 点纵坐标为对称循环的疲劳极限σ-1。该图说明了在CN ˊN 和CO ˊ所围面积内的任意点不产生疲劳破坏。
r
tg m +=+==122min max max max σσσσσα 3． σa ―σm 表示的疲劳图：如图7-14所示，在曲线内任意点，表示不产生疲劳破坏。图中A 点表示对称循环应力下产生疲劳破坏的临界点，该点的纵坐标值表示对称对称循环应力的疲劳极限σ-1。B 点为静强度破坏点，其横指标值为强度极限σb 。由原点O
作与横坐标成
图7-12 σmax ―r 表示的疲劳图 图7-13 σa ―σm 表示的疲劳图
450角的直线，并与曲线ACB 相交于C 点，则OD=DC 。因σmax ＝σa ＋σm ，所以OD=DC ＝σ0/2。这里，σ0为脉动循环应力的疲劳极限。
由原点O 作与横坐标成任意角的直线与曲线相交，不难看出
r
r tg m a +-==11σσα 则交点处σa ＋σm ＝σr ，即为循环特性系数r 的疲劳极限。
4． σmax -σmin 表示的疲劳图：如图7-15所示，由原点O 发出的每一条射线都代表了一种循环特性，450直线表示r= σmin /σmax =-1，它与AD 线交于B 点，BB ’为σ-1，由原点向右侧发出的与横坐标成450的直线，表示r=+1，DD ’为静载强度σb ，纵坐标代表了脉动载荷r=0，CC ’为σ0。
§7-3 疲劳评定与疲劳设计要点
一、疲劳设计方法
疲劳设计是在对结构进行强度设计并确定了各构件截面尺寸和连接细节后，为了避免疲劳破坏而必不可少的程序。目前有三种设计方法：一是以σ-N
曲线为基础的方法。其次是以图7-14 σmax ―σm 表示的疲劳图
图7-15 σmax -σmin 表示的疲劳图
断裂力学为基础的裂纹扩展速率方法。第三种是构件或元件的直接疲劳试验方法。
1． 采用σ-N 曲线的疲劳设计
分为两种方法：许用应力设计法和极限状
态设计法。
许用应力设计法：该方法是把各种构件和
接头的实验疲劳强度除以一个安全系数作为
许用应力，使设计载荷引起的应力最大值不超
过其许用应力，从而确定构件截面尺寸的设计
方法。该方法是建立在大量的试验资料和多年经验基础上的设计方法，当疲劳载荷引起的应力偏差很大时，它往往是不经济的。
用母材和包括焊接接头在内的典型试件进行疲劳试验，由σ-N 曲线获得σr ，并利用σmax -σmin 疲劳图进行设计。如图7-16所示，对接头进行对称循环、正脉动循环和静拉伸可以得到σ-1、σ0和σb ，将测得的结果画在σmax -σmin 疲劳图上，得到A ’、B ’、C ’三点，连接该三点即为疲劳曲线。此曲线可以用A ’B ’和B ’C ’折线来替代。设各许用应力分别为[σp -1] 、[σp +1] 、
[σp 0]，即[σp ]有A 、B 、C 三点和平行于AB 的A ’B ’线。由C 点作横坐标的平行线DC ,与AB 的延长线交于D 点，ABDC 折线可以近似作为各种循环特性r 的许用应力线。最大工作应力落在折线ABDC 内，可认为是安全的。解ABD 斜线得到以下方程：
式中n 为安全系数，考虑到[σp r ]＝ σp r /n ＝σp max /n ，以及[σp 0]和[σp -1]对于同一种材料在一样循环特性下是常数，所以可以取： [][][]k p
p
p
=---1
1
0σσσ 代入上式可得： [][]
p
r p
kr σσ0
1+= [][][][]p p p
p p p
r n 0min 1
1
0σσσσσσ+-=--
图7-16 推导疲劳公式的σmax -σmin 图
最大应力为拉应力的疲劳公式为： [][]rK p p
r -=10
σσ 同理可以推导出最大应力为压应力的疲劳公式为：
[][]r
K p p
r -=0σσ 2． 疲劳极限状态设计法：该方法是把疲劳载荷和各种接头的疲劳强度视为按一定概率密度函数分布的变量，根据这两个变量的某个期望值和可能的变异性，计算出结构设计寿命终止时的存活概率，据此来决定构件的截面尺寸。
最近20余年的分析研究表明，影响
疲劳强度的主要因素是动载（包括冲击
力）所引起的脉动量和结构制造细节，
以及应力循环次数。由于结构焊缝及其
附近存在或达到接近屈服点的残余应
力，因此在常幅施加应力循环作用的接
头中，焊缝附近所承受的实际循环应力
将是由材料的屈服应力向下摆动，而不
管其原始作用的循环特征如何。如图
7-17所示，标称应力循环为+S 1到-S 2，
则其应力循环范围为S 1+S 2。但接头中的
实际应力循环范围将是由Sy （达到屈服
点的应力振幅）到Sy-( S 1+S 2)。以上说
明疲劳强度只与施加应力范围有关，而与最大、最小循环应力值以及应力循环特性无关。这意味着焊接接头的疲劳性能只能用应力范围来表述。
疲劳极限状态设计法的基本公式为： e F m
R r r σσ?≥? 式中ΔσR 为IIW
规范给出的在给定应力循环次数下，以应力范围定义的平均疲劳强度； 图7-17 标称和实际应力循环范围的关系
Δσe 为根据疲劳设计应力谱按下式求得的等效等幅应力幅值。r f 为考虑疲劳载荷的安全系数，它与结构设计中所选用的载荷及载荷谱、应力循环次数、设计应力谱的常幅化有关；r m 考虑疲劳强度的安全系数，它反映了实物与试样之间由于非连续性尺寸、形状和接近程度的变化，以及局部应力集中、细节尺寸、冶金效应、残余应力、裂纹形状和焊接工艺的波动而引起给定结构细节疲劳强度的不确定性。与失效后果等试验数据的分散性有关。
3． 断裂力学疲劳设计
在断裂力学疲劳设计中，一般应用帕瑞斯表达式：
()n
K C dN da 11?= C 1和ΔK 1均是需分别考虑疲劳载荷安全系数和疲劳强度安全系数。
4． 通过试验方法的疲劳设计
此方法的要点是所设计的结构或结构的循环次数要低于试验得到的该元件或结构的循环寿命，即
F
N N T d ?
N d －结构可安全工作的设计循环次数； N T －试样的试验循环寿命的均值或第一块试样断裂的循环次数对应值；
F －安全系数，它与采用的试验结构数量有关。
二、疲劳评定
1. 缺陷分类
形状缺陷：所有类型的不平度和角度错位；
体积缺陷：气孔，夹杂物；
面型缺陷：裂纹，未熔合，未焊透，深度咬边。
2. 基于“合于使用”原则的疲劳评定
（1）具有不平度缺陷接头疲劳强度：受载时，由于轴向或角度的错边在焊接接头中引起了二次弯曲应力，会导致应力值上升，其上升的应力值可由相应的公式导出。
（2）具有咬肉缺陷接头疲劳强度评定：超过1mm时，则应把咬肉视为类裂纹缺陷，因而应当用断裂力学方法评定。
（3）具有夹渣和气孔接头疲劳强度的评定：
（4）具有类裂纹缺陷的接头疲劳裂纹扩展性能评定：一般程序是将无损探伤检测出了的裂纹、类裂纹缺陷理想化，然后按断裂力学公式计算出应力强度因子，再计算出构件的疲劳扩展性能。
埋藏裂纹形状用缺陷的外接椭圆构成。表面裂纹缺陷是其外接半椭圆。
计算应力强度因子公式：首先需测定裂纹部位的局部标称应力或结构几何应力，再将应
力分解成膜状应力分量σm 和壳体弯曲应力分量σb ，应力强度因子是在两部分应力共同作用的结果。同时在计算应力强度因子值K I 时，需要考虑应力集中影响。即对决定K I 值的σm 和σb
值乘以矫正系数。 ()Kb b KM m I M M Q a
K σσπ+=
K I －应力强度因子；σm －膜应力；σb －壳体弯曲应力；Q －二类椭圆全积分；M KM －膜应力的应力集中矫正系数；M Kb －壳体弯曲应力的应力集中矫正系数。
§7-4 影响疲劳强度的因素及提高疲劳强度的措施
一、影响疲劳强度的因素
1. 应力集中的影响
(1) 理论应力集中系数K t 为局部应力峰值与平均应力之比，其计算前提是设材料变形是在弹性范围内。当局部峰值应力达到材料屈服极限时，在断裂前局部材料将产生塑性变形，造成应力重新分布，故实际峰值应力低于理论峰值应力。在这种情况下，疲劳强度的降低，应该用有效应力集中系数K f 来估计，其值为光滑试样的疲劳强度σp 与有效应力集中试样的疲劳强度σp 之比
K f =σp /σp K f =1+q(Kt-1)
当材料对应力集中不敏感时：q ＝0，K f =1
当材料对应力集中敏感时：q ＝1，K f =Kt
(2) 应力集中产生原因：焊趾处、焊缝根部区、焊接错边、根部间隙及气孔等缺陷形成的宏观应力集中；结构不连续形成的宏观应力集中。
(3) 对接接头焊缝形状变化不大，因此和角接接头及十字等相比，应力集中程度要小，接头疲劳强度最高。
在对接接头中，过大的加强高或过大的过渡角θ都会使应力集中程度增大，从而使接头的疲劳强度降低。如图7-18所示。垫板的影响：这种接头的疲劳裂纹均从焊缝和垫板的接合
处产生，其疲劳强度一般与不带垫板的最不佳外形的对接接头疲劳强度相当。机加工的影响：应力集中程度将大大减少，对接接头的疲劳强度也相应提高，但表面机械加工成本很高。对于丁字或十字接头，提高其疲劳强度的根本方法是开破口焊透或加工焊缝过渡区使之圆滑过渡。
2.焊接残余应力的影响
残余应力与疲劳强度的关系不是很明确：疲劳强度在很大程度上依赖于接头表面状况，而残余应力的影响是第二位的，它被焊缝几何尺寸和表面不规整等一些重要因素所掩盖；在反复载荷作用下，残余应力本身将发生改变；疲劳裂纹有可能首先发生于残余拉伸应力区，
由于残余拉伸应力，疲劳裂纹的扩展速率可能提高，但当裂纹进入残余压缩应力区时，扩展速率可能降低。因此，在裂纹全面扩展过程中的残余应力最终影响并不明显。
如图7-19所示，在σa和σm表示的疲劳图中，曲线ACB代表不同平均应力时的极限应力振幅值σa。当构件中的应力振幅值大于极限振幅值时，将发生疲劳破坏。随着σm的增加，极
图7-19 σa-σm疲劳图断裂分析图
图7-18 θ和R对接头疲劳强度的影响
限应力幅值有所下降。
(1) 如图7-20所示，如构件中内应力σ0为正值将与载荷应力叠加使应力循环提高σ0，平均应力增加到σm1=σm +σ0，其极限应力幅值降低到σa1，使疲劳强度降低。
(2) 如构件中内应力σ0为负值，使应力循环降低σ0，平均应力降低到σm1=σm -σ0，其极限应力幅值增加到σa2，使疲劳强度升高。
(3) 当应力循环中最大应力σmax 达到σs 时，
即σm 与σa 之和达到σs 时，内应力将因应力全面
达到屈服而消除。图7-19中，SCR 与水平轴成
450角，是σm ＋σa =σs 的轨迹，当σm 达到图中C
点的数值时，内应力对疲劳强度无影响。
3. 材料表面状态
材料表面有缺陷易造成疲劳强度降低。疲劳
裂纹开始产生于材料表面，尤其在拉伸载荷作用
下，表层应力最高。用高强度合金钢制造的结构，
应尽可能使其表面光滑。
4. 焊接缺陷的影响
不但与缺陷的尺寸有关，而且还决定于许多
其它因素，如表面缺陷比内部缺陷影响大；与作
用力方向垂直的面状缺陷比其它缺陷的影响大；
位于残余拉应力区的缺陷比残余压应力区的影
响大；位于应力集中区的缺陷比在均匀应力场中同样缺陷的影响大。焊接缺陷在焊件中会引起应力集中，在交变载荷作用下，很容易引发疲劳裂纹。缺陷对疲劳强度的影响比对静载强度的影响大得多。焊接缺陷一般可分为平面类缺陷和体积类缺陷。属于平面类缺陷的如裂纹、未焊透和未溶合等，对疲劳强度的影响较大。体积类缺陷对疲劳强度的影响较小，因为大多数体积类缺陷都是埋藏的。
5. 不同强度金属的影响
图7-20 应力对疲劳强度的影响
强度极限越高，材料对应力集中就越敏感，只有表面抛光的试件其材料疲劳强度才能随强度极限的提高而增大。
6.其他影响因素
(1) 试样尺寸的影响：尺寸增大，疲劳极限降低；强度高的合金钢其尺寸效应比强度低的要大；应力越不均匀，尺寸影响越大；尺寸增大，有效应力集中系数增大。
(2) 负载特点：交变弯曲疲劳破坏的寿命最短。当应力强度因子ΔK处在较低范围时，加载频率对da/dN的影响不大，当处在较高范围时，da/dN值随加载频率的降低而升高。
(3) 在一般情况下，温度升高，裂纹扩展速率随之增高，并随着da/dN的增高，温度升高的加速作用减弱。
二、提高疲劳强度的措施
1.降低应力集中
(1) 采用合理的结构形式；
(2) 尽量采用应力集中系数小的焊接接头。对接接头应力集中系数最小，加强高的高度及过渡角度对应力集中系数影响较大；
(3) 改善非连续的几何形状，缓和应力集中；
(4) 选用丁字或十字接头时应焊透，保证降低
应力集中。
2.调整残余应力场
在易产生裂纹的缺口部位预制残余压应力，
消除接头应力集中处的残余拉应力。水冷却法；
点状加热法；局部加压法。如图7-21所示。
3.表面强化处理
喷丸处理法；捶击焊缝表面；表面加防护层。
4.合理工艺措施
TIG熔修：用钨极氩弧焊在焊接接头的过渡区图7-21 横向角焊缝的正确挤压位置
重熔一次，使焊缝和基本金属之间形成平滑过渡，减少应力集中，同时也减少了该部位的非金属夹渣物，如图7-22所示；砂轮打磨；减少焊接裂纹及二维缺陷；采用降低焊接热应力及残余应力的措施，如装焊顺序合理、焊前预热及焊后缓冷。
图7-22 TIG熔修重新起弧技巧
5.预超载
在恒幅载荷的疲劳过程中，施加一次或多次超载，对随后疲劳裂纹扩展速率产生明显影响。即裂纹扩展产生迟滞效应。这可能与超载在裂纹尖端形成塑性区有关，此塑性区有较大的加工硬化及有利的残余应力。利用超载可以提高材料的疲劳寿命。卸载后，在缺口及其附近发生拉伸塑性变形处将产生压缩应力，而在试样其它截面部位将有与其相平衡的低于屈服点的拉伸应力产生。
思考题
1.断裂力学在疲劳裂纹扩展研究中有何作用？
2.影响焊接结构疲劳强度的因素有哪些？如何改善？
3.简述疲劳寿命估算及疲劳失效分析方法？
焊接结构课程设计指导书 机电工程系 洛阳理工学院
目录 前言 (2) 一．课程设计的性质和目的 (3) 二．课程设计的基本任务 (3) 三．课程设计的基本要求 (3) 四．课程设计的基本步骤 (4) 五．课程设计说明书要求 (4) 六．课程设计内容简介 (4) 七．附录 (6)
前言 课程设计是焊接结构生产课程教学的最后一个环节，是对学生进行全面系统的训练。课程设计可以让学生将学过的零碎知识系统化，真正地把学过的知识落到实处，进一步激发学生学习的热情，因此课程设计是必不少的，是非常必要的。 但是，在教学实践中，一方面，我们感到学生掌握的理论知识和实践知识有限；另一方面课程设计的时间有限。要想学生在规定时间内，运用自己有限的知识去独立完成某一焊接结构的全部设计是不现实的。因此，在两周的课程设计时间内，除了让每个学生清楚地了解焊接结构的整个设计、装配过程外，更应该注重焊接结构设计的某一细节，完全弄懂、弄透，能够达到举一反三的目的，从而培养学生设计焊接结构的初步能力。 基于以上认识，作者编写了《焊接结构课程设计指导书》。 编者
一、课程设计的性质、目的 焊接作为先进制造技术的重要组成部分，在国民经济的发展和国家建设中发挥了重要的作用。焊接技术在航空航天、核能、船舶、电力、海洋钻探、高层建筑等领域得到了广泛的应用。焊接结构是焊接技术应用于工程实际产品的主要形式，也是在许多部门中应用最为广泛的金属结构。焊接结构学作为焊接专业基础课，对学生的专业知识和技能的培养具有重要的作用。《焊接结构》课程设计是在完成焊接结构理论教学课程后，进行的综合运用所学基本知识和技能的一个非常重要的教学环节。本周开展了焊接结构学的课程设计，主要目的：进一步加深学生对焊接结构学理论知识的回顾和焊接结构在实际生产中的应用； 通过本次课程设计，使学生将理论知识与实际的焊接构件设计相结合，培养学生的理论联系实际的能力； 本次课程设计可以采用计算机绘图和手工试图，使学生加深绘图要点和培养计算机绘图技能； 通过本次课程设计培养学生的查阅技术资料、团队协作和独立创新能力。 二、课程设计的主要内容和基本任务 了解焊接结构、工况环境、制造过程的特点，掌握焊接结构的整体设计、焊接工艺规程、焊接工艺卡的编制要领。最终能根据实际需要独立研究设计相应的焊接结构，制定相关的焊接工艺。设计主体可以是梁柱桁架类和压力容器结构，对选择构件进行结构的设计，焊接接头（对接、搭接、T形和角接头）合理性分析，对相关接头的强度进行简单的计算，对易产生的应力应变特征进行分析，绘制部分结构的草图，最后绘制一张A1焊接结构图纸，并编写课程设计说明书一份。 三、课程设计的基本要求 熟悉焊接结构（梁柱桁架类和压力容器结构）的结构特点，了解焊接结构（梁柱桁架类和压力容器）各部分的受力及运行状态、结构特点以及影响制造工艺的因素并能按实际情况具体制定相应的工艺流程卡和工艺卡（具体要求见附录）。 具体要求： 1) 要充分认识课程设计对培养自己的重要性，认真做好设计前的各项准备工作； 2) 既要虚心接受老师的指导，又要充分发挥主观能动性。结合课题，独立思考,努力钻研，勤 于实践，勇于创新；
现代技能开发 !""#?$月号 %&’ 焊接件材料的选择 焊接件的材料与结构设计有着密切的关系。焊接结构件因用途不同，要求不同。现在广泛使用的材料有铁碳合金，有色金属及其合金等。我们在设计焊接结构时，首先要根据焊接结构件的受力情况、工作条件、设计要求等，选择焊接结构件的材料。选择材料时，应考虑以下几点。 尽量选用同种材料 焊接结构件是多个零件或构件焊接在 一起而形成的。考虑到焊接过程的特点，各零件的材料应尽可能地选择一致。这样购料、焊接方法的选择、焊接工艺的制订、焊条的选用等比较简单容易。但有时为减少使用贵重金属材料（如：不锈钢），也可以使用不同材料。 尽量选用焊接性能好的材料 在选择焊接结构件材料时，应 考虑材料的强度及焊接结构件的工作条件要求（如耐腐蚀、抗冲击、交变载荷等）。当多种材料能同时满足使用要求时，这些材料当中，有的焊接性能较好，而有的焊接性能较差。有的适用这种焊接方法，有的适应另一种焊接方法。所以，选择材料时，应选择焊接方法普通、焊接性能好的材料。 尽量选用价格低的材料 在选择焊接结构件材料时，除满足 了各方面的要求以外，还应考虑经济性。焊接结构件应选用价格低、资源丰富的材料，这样才符合勤俭节约、降低成本、提高产品竞争力的基本原则。 焊接件的结构设计 焊接结构件随着焊接技术的发展，开始得到越来越广泛的应用。与其他制造金属结构的工艺，如锻造、铸造、铆接相比，焊接结构的占有率是在不断上升的。工业发达国家中一般焊接结构件占钢产量的()*以上。焊接结构件已经运用于工业、 交通、能源、农业、国防等几乎国民经济的一切部门，如用于建造冶金、建筑、石油化工设备、各种锻压机械、起重运输机械、工业与民用钢结构等。焊接结构的设计是焊接件的关键，结构设计是否合理，关系到焊接结构件的强度、寿命以及能否取得合格、优质的焊接结构的问题。焊接件结构设计关系到方方面面，下面仅从以下几个方面谈一下个人的体会。 尽量减少焊缝的数量 焊接结构件一般由多个零件组装焊 接而成。在焊接结构件设计时，要尽量减少零件数量，减少焊缝数量。只有这样才能减少焊接工作量，减少焊接件的变形，同时也减少了焊接应力，提高了焊接件的强度。图+（,）焊接件中有四条焊缝，若改为图+（-） 结构，则焊缝变为两条。焊缝尽可能布置在应力较小处 焊接结构件在承受载荷时， 其材料内部必然产生内应力。由于零件的形状不同、受力特点不同，所以零件的不同截面、不同部位可能产生的应力大小也不同。如果我们把焊缝布置在产生应力较小的地方，这样就减小了焊接缺陷、应力集中等对零件破坏的影响，提高了焊接结构件的强度和可靠性。如图!悬臂梁的截面设计，焊缝在上下两面就不如改在左右两侧面。 选择合适的接头形式 焊接结构件的焊接接头性能、质量好 坏直接与焊接结构件的性能、安全性和可靠性有关。多年来焊接工作者对焊接接头进行了广泛的试验研究，这对于提高焊接结构件的性能和可靠性，扩大焊接结构件的应用范围起了很大作用。熔焊的焊缝主要有对接焊缝和角焊缝，以这两种焊缝为主体构成的焊接接头有对接接头、角接接头、.形（十字）接头、搭接接头和塞焊接头等。焊接结构应该优先采用接头形式简单、应力集中小、不破坏结构连续性的焊接接头形式。对接接头应力集中最小、形式最简单、力的传递也较少转折，故是最合理的、典型的焊接接头形式。 尽量减小焊缝的截面尺寸 焊接变形与熔敷金属的数量有 很大关系，所以应尽量减小焊缝截面尺寸。在条件许可的情况下，用双/形坡口和双0形坡口来代替0形坡口， 熔敷金属减少，且焊缝在厚度方向对称，收缩一致，可减少焊接变形。角焊缝引起的焊接变形较大，所以要尽量减小角焊缝的焊脚尺寸。当钢板较厚时，开坡口的焊缝比角焊缝的熔敷金属量小，板厚不同时，坡口应开在薄板上。如图#所示，显然图#（1）比图#（,）、（-） 的焊缝尺寸焊接件结构设计的几点体会 !李银生 白建军!河南 训练技法 !""
焊接结构课程设计说明书 学院： 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 年月日
目录 任务书 0 前言 0 第1章总体焊接结构分析 (1) 1.1 泵站油箱的简介 (1) 1.2油箱的主要参数设计 (1) 1.3零件工艺分析 (2) 1.4 焊缝位置的确定 (2) 1.5焊接结构装配分析 (2) 第2章母材的基本数据及性能分析 (3) 2.1母材的基本数据 (3) 2.2母材的焊接性分析 (4) 第3章焊接方法的选择和分析 (5) 3.1焊接方法的确定 (5) 3.2 埋弧焊的主要特点 (5) 3.3埋弧焊的冶金特点 (6) 3.4低碳钢焊接要点 (7) 第4章焊料、焊接设备的选择 (7) 4.1低碳钢埋弧焊焊丝和焊剂的配合 (7) 4.2埋弧焊设备的选择 (8) 第5章油箱焊接工艺设计 (9) 5.1确定焊接顺序 (9) 5.2下料、开孔、及表面处理 (10) 5.3油箱埋弧焊工艺 (10) 5.3.1焊前准备 (10) 5.3.2焊接材料 (11) 5.3.3焊接参数 (11) 5.3.4焊后检验 (12) 第6章焊接工艺规程 (13) 第7章焊接工艺卡 (14) 第8章个人心得 (15) 参考文献 (16)
1．总体焊接结构分析 1.1泵站油箱的简介 结构简图如下： 1—液位计2—吸油管3—空气过滤器4—回油管5—侧板6—入孔盖7—放油塞8—地脚9—隔板10—底板11—吸油过滤器12—盖板 泵站油箱的结构如图所示，主要是由是盖板、底板、左右侧板、前后板六块钢板焊接而成的长方体结构。是用于液压系统中储放液压油的箱体，在液压系统中的主要作用有： 1.贮存供系统循环所需的油液； 2.散发系统工作时所产生的热量； 3.释放混在油液中的气体；
[文档标题]
焊接工艺课程设计 1绪论 1 .1 Q235的成分及焊接性分析 Q235钢是一种普通碳素结构钢，具有冶炼容易，工艺性好，价格价廉的优点，而且在力学性能上也能满足一般工程结构及普通机器零件的要求，在世界各国得到广泛应用。碳素结构钢的牌号体现其机械性能，符号用Q+数字表示，其中“Q”为屈服点“屈”的汉语拼音，表示屈服强度的数值。Q235表示这种钢的屈服强度为235MP，Q235钢含碳量约为0.2%属于低碳钢。Q235成分:C含量0.12%-0.22%、Mn含量0.30%-0.65%、Si含量不大于0.30%、S含量不大于0.050%、P含量不大于0.045%。S、P和非金属夹杂物较多在相同含碳量及热处理条件下，低碳钢焊接材料焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。 Q235含有少量的合金元素，碳含量比较低，一般情况下（除环
境温度很低或钢板厚度很大时）冷裂倾向不大。工件预热有防止裂纹、降低焊缝和热影响区冷却速度、减小内应力等重要作用。但是预热使劳动条件恶化，并使工艺复杂。低合金结构施焊前是否需要预热，一般应根据生产实践和焊接性试验来确定。当母材的碳当量Ceq≥0.35时应考虑预热。低合金钢淬硬倾向[1]主要取决于钢的化学成分，根据碳当量公式可知Q235的碳当量小于0.4%，在焊接过程中基本无淬硬倾向，焊前不需预热。且这类刚含碳量较低，具有较的抗热裂性能，焊接过程中热裂纹倾向较小，正常情况下不会出现热裂纹。从厚度考虑，当板厚超过25mm时应考虑100℃以上的焊前预热，试验中所用钢板的厚度为12mm，不需预热。 焊接热处理的目的是为了消除焊接内应力、提高构件尺寸的稳定性、增强抗应力腐蚀性能、提高结构长期使用的质量稳定性和工件安全性等。低合金钢焊接结构在大多数请况下不进行焊后热处理，只有在特殊要求的情况下才进行焊后热处理。此试验并无特殊要求，因此并未进行焊后热处理。 1.2 焊条 1.2.1对焊条的基本要求 （1）焊条的熔敷金属应具有良好的力学性能 （2）焊条的熔敷金属应具有规定的化学成分，以保证其使用性能的要求
1焊接接头特有的疲劳属性 金属疲劳的研究，要回答“裂纹从何处萌生？”，而对焊接接头而言，它没有裂纹萌生过程，焊缝上“大于零的”的微裂纹总是有的，问题是观察的放大镜的倍数是否足够大。金属疲劳研究的另一个要回答的问题是，“裂纹沿着哪个方向扩展？”，对焊接接头而言，它的扩展模式是明确的，裂纹要么从焊趾沿板的厚度方向扩展，要么从焊根向焊喉方向扩展。与金属疲劳不同，焊接接头中有残余应力，但是，不论其大与小，也不论其分布如何复杂，它是自平衡的，与外载荷无关。 2疲劳评估时如何确定应力 一般使用有限元方法与焊接分级的方法相配合进行疲劳评估。 2.1名义应力法 BS 7608以材料力学范畴中的名义应力来描述与定义焊接接头S-N 曲线。对于不同的接头类型（如喇叭口焊缝和对接焊缝）、载荷形式（如小的循环张力或者弯曲），就需要用不同的疲劳S-N 曲线。BS 7608编入的设计曲线，对于给定焊接接头，严格说，当分级接头上的名义应力可以用材料力学教科书的内容计算时才可用。在分析现实焊件时，名义应力的定义是很难确定的。如果简单的名义应力的定义不能用来表达易出现疲劳位置的应力状态，那么，可靠的疲劳寿命设计或寿命预测就无法实现。 2.2热点应力法 由于在焊趾处这样容易出现疲劳的位置的应力很难确定，以及应力的严重网格敏感性，有人就假设认为临近焊趾处的存在一些特定的位置，在这些位置处可以用表面外推法获得焊趾处的热点应力。 由于缺乏同表面应力和外推应力的焊趾应力状态相关联的合理可靠的力学基础，这些方法只能作为一些经验主义的应力确定过程来看待。此外，在确定焊趾热点应力时用其它给定外推程序，一般也会遇到网格尺寸和单元类型敏感性问题。 2.3结构应力法 在焊接件的疲劳评估时，如何以一致的方式确定应力？ 多少年来，工程中的S-N 曲线一直采用名义应力表示（不可将它与用热点应力表示的S-N 曲线混为一谈，比较而言，后者很难获得），其历史原因是，研究总是从简单问题开始，名义应力可以用材料力学的公式计算，或者用贴片的方法测试，对简单的焊接接头而言，名义应力是合适的，虽然人们知道疲劳破坏总是发生在在焊缝上，但是，如何在焊缝上获得那些应力，却是困难的。从名义应力到热点应力，人们一直没有停止对焊缝或焊根上的高度非线性应力的追求，但是，直到董平沙教授提出了结构应力的概念之后，以及2007 年美国ASME 标准中增加了董平沙教授发明的《网格不敏感的结构应力法及主S-N 曲线法》，这个问题才得以根本解决。 3 疲劳评估时如何选取S-N 曲线 使用有限元方法与焊接分级的方法相配合对焊接接头进行疲劳评估时，还必须面对怎样从众多的可能中选择S-N 曲线的这样一个课题。如果需要考虑到众所周之的重要参数，如接头几何，载荷形式，基座厚度，和连续体上的连续变量而不是一些不连续量时，在基于焊接分级方法的S-N 曲线中，理论上会存在一个内有无穷多数据的曲线族。在不能确定地给出这些参数对一个给定S-N 曲线的定量关系的影响时，设计出一条S-N 曲线的工作就只能依靠经验和主观判断了。S-N 曲线的选择过程就会因人而异，即使是接头类型类似，寿命预测也常会导致很大的差别。
前言１第1部分储罐设计分析2第1章储罐总体分析2 1.1 储罐基本设计要求2 1.2 储罐材料2 1.３储罐用钢板3 1.4 配用锻件5 1.5 配用螺栓、螺母5第2章储罐罐底设计6 2.1 储罐罐底板尺寸6 2.2 罐底结构7第3章罐壁结构设计10 3.1 罐壁的排板与连接10 3.2 罐壁厚度11 3.3 罐壁加强圈12第4章罐顶结构设计13第2部分储罐的焊接工艺分析14第5章压力容器的焊接接头14 5.1 压力容器焊接接头的分类14 5.2 圆筒形容器焊接接头的设计15第6章压力容器的焊接方法17 6.1 熔化极氩弧焊17
CO气体保护焊17 6.2 2 6.3埋弧焊19第7章压力容器的焊接工艺21第3部分储罐的组装与检验22第8章储罐的安装施工顺序22 8.1储罐底板的焊接顺序22 8.2储罐壁板的焊接顺序22 8.3储罐固定顶的焊接顺序23第9章储罐焊缝的检验与修补24 9.1焊缝检测24 9.2焊缝修补25设计体会26参考文献27
前言 大型油气储罐是油气产品储存运输最方便、廉价的方式之一。储罐的形式可跟据盖顶的样式不同分为浮顶式储罐（包括气柜）和固定顶式储罐（包括内浮顶式储罐），而固定顶式储罐又包括锥顶式储罐和拱顶式储罐两种。目前原油的储罐使用中浮顶式储罐在不断减少，液化气储运主要是球罐和立式筒形低压储罐。 常用的几种灌顶形式为双子午线网客机构拱顶、辐射网壳结构拱顶、短程线网壳结构拱顶和梁柱支撑结构拱顶，见图1。 本次课程设计主要讨论立式固定顶筒形钢制焊接储罐的施工工艺。其中包括储罐的材料选择、加工工艺路线选择、相关组件形式选择、机械加工装配、施焊成型、焊后检测调试等相关生产内容。
焊接结构疲劳强度相关知识 1.焊接结构疲劳失效的原因 焊接结构疲劳失效的原因主要有以下几个方面：①客观上讲，焊接接头的静载承受能力一般并不低于母材；而承受交变动载荷时，其承受能力却远低于母材，而且与焊接接头类型和焊接结构形式有密切的关系。这是引起一些结构因焊接接头的疲劳而过早失效的一个主要的因素；②早期的焊接结构设计以静载强度设计为主，没有考虑抗疲劳设计，或者是焊接结构疲劳设计规范并不完善，以至于出现了许多现在看来设计不合理的焊接接头；③工程设计技术人员对焊接结构抗疲劳性能的特点了解不够，所设计的焊接结构往往照搬其它金属结构的疲劳设计准则与结构形式；④焊接结构日益广泛，而在设计和制造过程中人为盲目追求结构的低成本、轻量化，导致焊接结构的设计载荷越来越大；⑤焊接结构有往高速重载方向发展的趋势，对焊接结构承受动载能力的要求越来越高，而对焊接结构疲劳强度方面的科研水平相对滞后。 2 影响焊接结构疲劳强度的主要因素 2.1 静载强度对焊接结构疲劳强度的影响 在钢铁材料的研究中，人们总是希望材料具有较高的比强度，即以较轻的自身重量去承担较大的负载重量，因为相同重量的结构可以具有极大的承载能力；或是同样的承载能力可以减轻自身的重量。所以高强钢应运而生，也具有较高的疲劳强度，基本金属的疲劳强度总是随着静载强度的增加而提高。 但是对于焊接结构来说，情况就不一样了，因为焊接接头的疲劳
强度与母材静强度、焊缝金属静强度、热影响区的组织性能以及焊缝金属强度匹配没有多大的关系，也就是说只要焊接接头的细节一样，高强钢和低碳钢的疲劳强度是一样的，具有同样的S-N曲线，这个规律适合对接接头、角接接头和焊接梁等各种接头型式。Maddox研究了屈服点在386—636MPa之间的碳锰钢和用6种焊条施焊的焊缝金属和热影响区的疲劳裂纹扩展情况，结果表明：材料的力学性能对裂纹扩展速率有一定影响，但影响并不大。在设计承受交变载荷的焊接结构时，试图通过选用较高强度的钢种来满足工程需要是没有意义的。只有在应力比大于+0.5的情况下，静强度条件起主要作用时，焊接接头母材才应采用高强钢。 造成上述结果的原因是由于在接头焊趾部位沿溶合线存在有类似咬边的熔渣楔块缺陷，其厚度在0.075mm-0.5mm，尖端半经小于0.015mm。该尖锐缺陷是疲劳裂纹开始的地方，相当于疲劳裂纹形成阶段，因而接头在一定应力幅值下的疲劳寿命，主要由疲劳裂纹的扩展阶段决定。这些缺陷的出现使得所有钢材的相同类型焊接接头具有同样的疲劳强度，而与母材及焊接材料的静强度关系不大。 2.2 应力集中对疲劳强度的影响 2.2.1 接头类型的影响 焊接接头的形式主要有：对接接头、十字接头、T形接头和搭接接头，在接头部位由于传力线受到干扰，因而发生应力集中现象。 对接接头的力线干扰较小，因而应力集中系数较小，其疲劳强度也将高于其他接头形式。但实验表明，对接接头的疲劳强度在很大范围内变化，这是因为有一系列因素影响对接接头的疲劳性能的缘故。如试样的尺寸、坡口形式、焊接方法、焊条类型、焊接位置、焊缝形状、焊后的焊缝加工、焊后的热处理等均会对其发生影响。具有永久
FATIGUE ASSESSMENT METHODS FOR ARC WELDINGS 对于电弧焊接的疲劳评估方法 Dannbauer Helmut, Hofwimmer Klaus, Zhang Wenxuan Magna Powertrain Engineering Center Steyr GmbH & Co KG, Austria 麦格纳动力总成 – 斯太尔工程中心 关键字 – 有限元，疲劳，焊缝，标准，S/N 曲线 摘要 – 基于有限元分析的疲劳评估在汽车工业中被广泛的应用。但是如何处理在车身和底盘等结构中的焊接问题任然是一个研究课题。这篇论文将给出一个总揽并且对焊缝疲劳评估的不同方法进行对比。 ?基于标准的焊缝疲劳评估 (EUROCODE 3, BS 7608, DS1612): 基于名义应力的细分类别将被用来与一条S/N曲线相关联；平均应力的影响将 以不同的方法进行处理 (MKJ-图, 减少负载循环中的压缩受力部分)。 ?基于德国FKM标准的焊缝疲劳评估: 针对S/N 曲线的细分类别；所有3个应力分量将被分别分析；不同的Haigh-图将应用在不同的残余应力等级上。 ?基于来自于有限元分析的结构应力的焊缝疲劳评估: 简单板壳单元提供的结构应力将被用于与凹槽参数数据库相结合，以获得凹槽 应力。 ?基于来自于有限元分析的凹槽应力的焊缝疲劳评估: 带有1mm或5mm凹槽半径的实体模型将被用来进行凹槽应力分析；凹槽应力 将应用主S/N曲线进行评估。 ?基于来自于有限元分析的节点受力的焊缝疲劳评估: 从沿着焊缝走向的节点受力可以获得线载荷，它们将结合分析理论方程对结构 应力进行计算。凹槽应力将通过凹槽系数的分析评估被确定下来，一个主S/N 曲线将用于损伤值分析。 各种不同方法的规范将在理论上进行介绍并且提供一个应用案例用以说明它们在实践中的不同之处。 1. 简介 车辆必须能够承受动态应力，它的部件包含不同的焊缝、焊点和凹槽。在加工过程中非常不同的工艺处理将被应用。这些对于使用中的疲劳寿命会产生正面的或是负面的影响。焊缝特性对于车辆板材部件的刚度和硬度也会产生不同的影响。焊接工艺、焊接类型和焊缝的位置以及焊点的数量和分布有着极大的在技术上的和经济上的影响。实践告诉我们在底盘的疲劳试验中超过90%的裂纹来自于连接部位(1) (2)，原因是，相对比基础材料焊缝和焊点具有相对较低的动态强度值。
焊接结构与生产工艺课程设计指导书通用桥式起重机金属结构和生产工艺设计 曹永胜李慕勤曹丽杰 佳木斯大学材料工程学院
通用桥式起重机金属结构和生产工艺课程设计指导书 一、设计目的 1.培养学生综合运用所学知识的技能.通过对典型焊接结构和生产工艺的设计,使学生能针对产品使用性能和使用条件，制定焊接结构的设计方案及生产工艺方案。在具体的设计过程中，应根据结构的特点和技术要求,提出问题,分析问题产生的原因,并找到解决问题的途径和具体措施,制定合理的结构设计方案和生产工艺方案,从而得到一次解决实际工程问题的锻炼. 2.培养学生自学能力.使学生熟悉工具书,参考书的查找与使用方法,在学习前人的设计经验的基础上,发挥主观能动性,有所创新. 3.了解焊接工程技术人员的主要任务,工作内容和方式方法. 二、设计内容与计划 （一）设计内容 1. 5～50T通用桥式起重机主梁箱型结构设计。 2. 5～50T通用桥式起重机主梁生产工艺指定。 3．5～50T通用桥式起重机主梁结构生产图纸绘制。 （二）设计计划 1．接受设计任务、查阅资料和制定设计方案。（2天） 2．主梁结构设计计算；（7天） 3．主梁结构生产图纸绘制；（1天） 4．主梁结构生产工艺分析；（2天） 5．主梁生产工艺规程制定。（2天） 6．总结和考核。（1天） （三）任务完成 课程设计完成后，学生应交付以下材料： 1 主梁结构设计计算说明书； 2 主梁结构生产工艺分析报告； 3 主梁结构生产用施工图纸; 4 主梁生产工艺规程.
通用桥式起重机主梁结构及生产工艺设计 §1 通用桥式起重机简介 通用桥式起重机是指用吊钩或抓斗（有的也有用电磁盘）吊取货物的一般用途的桥式起重机，它桥架（大车）和起重小车两大部分组成，桥架横跨于厂房或露天货物上空，沿吊车梁上的起重机轨道纵向运行。通用桥式起重机有大车运行机构（装在桥架上），起升机构和小车运行机构（装在小车上）等三种工作性机构，皆为电动。通用桥式起重机的起重量可达500吨，跨度50～60米。 1.1 通用桥式起重机的基本组成 1.2 通用桥式起重机的基本参数 1额定起重量Q（tf） 2 跨度L（m） 3大车运行速度（m/min） 4 小车运行速度（m/min） 5 起升高度（m） 6 起升速度（m/min） 7 接电持续率JC JC = 100t i /T % t i —在起重机的一个工作循环中该机的总运转时间。 T --起重机一个工作循环所需的时间。 T = 360/N h （s） 通用桥式起重机 大车 小车桥架 大车运行机构 主梁 端梁小车架 小车运行机构 起升机构 图 1 通用桥式起重机组成
焊接结构件设计时应注意的事项 概括起来讲就是要保证产品的制造合理性、经济合理性、使用安全性。 1.制造合理性方面 ●焊接件应具有好的定位基准——保证组装的可操作性。 ●考虑焊接时操作方便，结构特殊更应考虑焊缝的布置，在设计图1结构中应保 证焊接作业时的最小间距L；在图2中（a）结构设计不合理，（b）结构设计合理。 ●毛坯上与其他件连接的部分应离开焊缝至少3mm。 ●焊缝的位置应使焊接设备的调整次数和工件的翻转次数为最少。 2. 经济合理性方面 ●考虑最有效的焊接位置，以最小量焊接达到最大量效果。 ●在不影响产品性能的前提下，长焊缝尽量采用间断焊缝。 ●根据产品结构特点，尽量设计为平焊、横焊，避免立焊、仰焊。 ●正确选用角焊缝的计算厚度。角焊缝在较小的负载下，不必计算强度，可按经验确 定焊角高度尺寸k，即按连接钢板中较薄的板厚考虑。单面角焊缝k≥0.6δ；双面角焊缝k≥0.3δ。一般k不应超过12mm，根据强度计算k值需大于12mm时，应选择其他形式的焊缝。
●一般情况下尽量不要把焊缝布置在加工面上。 ●根据不同的焊接方法和板厚确定合理的坡口形式：如V形坡口焊缝制备简单，但焊 接工作量大，使焊接成本提高；X形坡口焊缝，但制备较复杂，焊接工作量小，在对接焊缝中可适当选用，在角焊缝中双面角焊缝填充金属小，并能承受较高负载，变形也小，应优先采用。 3.使用安全性方面 ●避免将焊缝设计在应力容易集中的地方，特别是重要部件或承受反复载荷的焊 接件，更应注意这一点。合理布置构件的相互位置，以保证焊接件的刚性。 ●焊缝的根部在避免处于受拉应力的状态。
●直接传递负载的焊接件，采用整体嵌接为好，将工作焊缝转为联系焊缝。 ●箱形焊接结构件应设计为折弯件的拼焊。 ●避免焊缝过分集中，以防止裂纹、减少变形；同时，焊缝间应保持足够的距离。 ●焊接端部产生锐角的地方，应尽量使角度变缓；薄板筋的锐角必须去掉，因为 尖角处易熔化。
哈尔滨理工大学焊接课程设计) 二号黑体( （题目：小初黑体） 级：（小二黑体）班 （小二黑体）号：学 ）名：（小二黑体姓 （小二黑体）指导教师：
题目：小二黑体）（设计任务书（小三黑体，将任务书内容完整放入）哈尔滨理工大学材料成型与控制专业课程设计任务书自行车车架 接头焊接设计设计题目10: 设计要求及有关数据：前叉接头材料由一个前叉接头和两个缩颈管接头组成，钢铝混装赛车用的自行车车架接头，35mm。壁厚1.5mm，搭接长度为，45为ZG65Mn，缩颈管接头材料为＃钢，直径分别为40mm 进行焊接性分析；1).）该结构材料间的连接特点、连接界面组织与性能简要分析；连接设备及介绍，设计具体2（氧钎剂及其力学性能）和焊接工艺参数焊接材料的选择焊接工艺(包括焊接方法、（钎料、的确定。化膜的去除、钎缝间隙的确定、加热温度、保温时间、设备）) 3）根据工作时受载状态，简要分析该结构的承载情况。
1. 结构介绍 2. 3.使用习惯其原因不仅有人体的工程学原因,,车架的结构之所以是由两个三角组成车架上的一个大三角和,最后就是受力状态的原因.的原因,制造加工工艺性的原因三角结构是平面几何结构 里比一个小三角的设计首先是出于结构稳定性的考虑(,车架上应力最集中的部位是五通,其次是 尾钩较稳定的一类);然后说说受力特点,倾斜的立管有助于分所以五通和尾钩一般来说都是车架 上材料最厚、最粗的部位;一些运动自行车架粗壮的,从而改善五通的应力状态;解人体自重带来的正向压力.头管有助于承受摇车加速和路面颠簸带来的压力和振动包括被焊材料的 性能分析、应用场合、焊接性分析、所焊零件（器件）结构和承载特点分析等内容（小三黑体） 材料的性能分析；（小四宋体）3.1 ZG65Mn前叉接头材料为耐磨钢铸件1.20 ～Mn：0.90～0.70硅Si：0.170.3锰0.62标准：GB 5680-85●化学成份：碳C ：～≤0.25 Ni：铬Cr：≤0.25镍P 硫S ：≤0.045磷：≤0.040241HB ：187～力学性能：硬度 ℃，650600℃，空冷;回火，～840热处理规范及金相组织：热处理规范：正火，～885 空冷。45＃钢缩颈管接头材料为：CrC:0.42～0.50； 铬化学成分元素比例45#是钢的牌号，是一种优质碳素结构.(%)：碳S：≤0.035；硅；硫Si：0.17～≤0.035；镍：≤0.25；锰Mn0.50～0.80Ni：≤0.25；磷P：0.37. 45号钢广泛应用于机械，未热处理时：HB≤229；热处理：正火；冲击功：Aku≥39J；；强度较高，塑性和韧性尚
学生实验报告书 实验课程名称 综合实验（二） 典型焊接结构的焊接工艺设计与制造 开课学院材料科学与工程 指导教师姓名 学生姓名 学生专业班级 2011--2012学年第1学期 实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。
1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况 参照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实 验报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占 一定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情 况，在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所 有实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：实验考核参考内容及标准
实验课程名称：综合实验（二）
XXXXXXXXXXXX企业标准 焊接结构件生产图纸的有关规定(草案) XX013—2012 焊接结构部件图是较为特殊的设计图样，结合本企业具体情况做以下规定。 1.焊接结构部件图中的每一零件或下一级部件原则上应有零件或下一级部件图。但从本部件图中可以完全地表达出形状与全部尺寸的零件，可以不再绘制该零件图。 2.凡是焊前需要加工的零件和复杂的弯曲成形的零件都应绘制零件图。弯曲成形的零件在设计图中尺寸标注完整时，可不必绘制展开图。 3.对于一些形状较简单的零件，能在焊接件部图中表示清楚尺寸(或在明细表内注明)和形状的零件,且不需机械加工的，可以不再绘制零件图。在焊接件图中不能表示清楚尺寸和形状的简单零件，允许在焊接件图中空白处绘制放大图，并在图形上方注明“序号××”即可，可以不再绘制零件图。 4.焊接结构件部件图中标题栏内无图零件尺寸规格表示方法如下： 4.1尺寸规格应填写在明细表的名称栏内。 4.2简单的或规则形状的方、圆、三角形钢板应一律标注其外形尺寸规格，方法如下： （1）矩形或方形件
（2）圆形或环形件 （3）三角形件
4.3复杂形状的零件可只标注其厚度。 4.4零件需加工的，在明细表中只标注净尺寸（加工后的尺寸）。 5.焊后加工处应在表面粗糙度符号规定部位注明“焊后”，亦可在技术要求中加以说明。 6.焊接结构件采用的焊接方法应在图样中注明，但一般手工电弧焊可省略。 7.焊缝形式及尺寸应在图样中注明，但一般角焊缝可省略。 8.图样中对焊条无要求时，对低碳钢即可认为一律采用T422焊条。 9.对焊接结构件部件有其他要求时，如探伤、耐压试验、热处理等，均应在图样中注明。 2011年月批准 2011年月实施
《焊接结构》课程设计说明 一、课程基本信息 课程名称：焊接结构学时：60 授课对象：焊接专业学分：2 课程性质：专业必修课 二、课程定位 《焊接结构》是焊接技术专业的一门主干专业课程，主要介绍焊接结构生产及现场管理方面的知识，要求具备一定的管理水平，又有较强的焊接结构现场生产实践性。本课程采用“项目导向、任务驱动”理论实践一体化的教学方法，不单独开设实验课程，强调围绕企业生产为主，积累经验，学会在生产现场进行独立分析、创新设计各种焊接辅助设备，主要内容包括：引导项目：焊接结构（梁、柱、桁架、支架）的生产与管理，主导项目：焊接接头的质量控制（包括变形与应力控制）；焊接接头的结构设计；焊接结构件的装配、定位、检测、焊接的全过程；焊接工艺的审定；典型案例的分析等。 通过对焊接结构件的生产管理，学会钢结构类、承压类设备的焊接设计、焊接工艺思路与程序，注重焊前准备、焊接过程控制、焊后检测等环节，生产中体现各种准备要素（包括相应文件资料），焊接结构生产的装配与焊接之间的关系，保证学生的实际动手能力 三、课程设计 1.能力目标 （1）熟悉焊接结构课程的主题框架
（2）能对焊缝、焊接接头的各种类型进行优势比较 （3）熟悉焊接梁、柱、桁架等结构件的生产流程 （4）熟悉焊接生产中注意的问题（焊接应力与变形）进行分析与控制 （5）熟悉焊接结构件生产的装配、定位、检测要求 （6）熟悉焊接工艺性审查的主要内容 2、知识目标 （1）熟悉各种焊接接头、基本符号、各种焊缝特点的基本知识 （2）掌握焊接结构生产的工作流程与步骤 （3）掌握控制焊接应力与变形的方法，了解形成的主要原因 （4）熟悉焊接结构件装配、定位器的使用 3、态度目标 （1）具有勤奋学习的态度，良好的职业道德和爱岗敬业精神 （2）具有认真、严谨、耐心、细致的工作作风 4、工作目标 能进行焊接生产项目的管理，利用各种知识形成体系，具备生产中设计简单夹具、定位机构、旋转机构的能力，对各种焊缝、焊接接头的布局能严格按照工艺要求进行合理的装配—焊接的顺序选择，熟悉承压类设备焊缝的代码编号，焊接工艺编码语言，能根据焊接装配图纸掌握焊缝、焊接位置的全局关系。
目录 绪论 (1) 第一章产品说明 (2) 第二章材料焊接性的分析 (3) 2.1低碳钢的焊接性 (3) 2.2低合金高强度钢（16M N R）的焊接性 (4) 第三章焊接材料与焊接方法的选择 (5) 3.1焊接方法的选择 (5) 3.2焊接材料的选择 (5) 3.2.1接管等手工电弧焊时焊接材料 (5) 3.2.2筒节等处埋弧焊时的焊接材料 (5) 3.2.3低合金高强钢手工电弧焊时的焊接材料 (6) 第四章焊接工艺评定及其它参数的选择 (7) 4.1接头与坡口的设计 (7) 4.2工艺方案的选择 (8) 第五章主要零部件的加工工艺 (9) 5.1筒节的制造工艺 (9) 5.1.1钢材的准备 (9) 5.1.2钢材的下料 (11) 5.1.3钢板的卷制 (11) 5.1.4点焊和纵缝装配 (13) 5.1.5矫圆与无损检测及制孔 (14) 5.2标准椭圆封头的制造工艺 (15) 5.3接管及法兰的制造工艺 (16) 5.3.1接管的制造 (16) 5.3.2法兰的制造 (17)
5.4支座的制造工艺 (18) 第六章各个零件的装焊工艺 (20) 6.1筒节的环缝装配焊接 (21) 6.1.1环缝装配 (21) 6.1.2环缝焊接 (22) 6.2接管与法兰的装焊 (23) 6.3接管与筒体的装焊 (24) 6.4支座与筒体的装焊 (24) 第七章焊接成品的质量检验 (25) 7.1外观检查 (25) 7.2无损检验 (25) 7.2.1射线探伤 (25) 7.2.2渗透探伤 (25) 7.3水压试验检验 (26) 7.4致密性检验 (26) 致谢................................................................................................................. 错误！未定义书签。参考文献 .. (28) 附录A (29) 附录B (43)
焊接结构生产课程设计液化气罐设计
《焊接结构生产课程设计》 设计项目：煤气罐焊接结构设计 院系：焊接工程系 专业：焊接技术及自动化 姓名：陈毅 学号： 指导老师：宋宝来 目录
第一部分、煤气罐结构组成及特点 (2) 第二部分、煤气罐图纸分析 (6) 第三部分、焊接工艺及装备 (7) 第四部分、焊前准备及焊接参数 (9) 第五部分、煤气罐的检验方法 (11) 第六部分、煤气罐的用途及注意事项 (14) 第七部分、小结与体会 (15) 第一部分煤气罐结构组成及特点 1、煤气罐结构组成： 煤气罐有五部分组成，即套环、阀栏、上壳体、下壳体和下
环（如图31—01）。套环材料为Q235，上、下壳体和筒体材料均为Q345，下环材料为Q235。 图31—01煤气罐外观 2、接头形式： 常见焊接的接头形式有对接、搭接、角接等。 接头形式根据焊件壁厚及形状等特点，可适当地采用对接、搭接或角接。焊接时可根据要求填丝或不填丝。对接接头可采用I
形或卷边接头形式，也可采用开坡口的接头形式，主要是根据板厚来选择适宜的接头形式。I形接头的板厚一般不超过4mm,可根据要求留不同的间隙或不留间隙。厚板可进行填丝焊接，如板较薄或要求无余高时，即可不填丝。不足1mm的薄板，一般采用卷边对接形式。当接头两边的板厚相差较大时，需将板厚的边缘削薄，使两者板边的厚度相当。当板厚大于3mm时，可采用V形坡口对接形式。 采用搭接接头时，两块板的焊接部位要接触良好。角接接头要采用适宜的工装卡具，保证焊后的焊件角度。 由于煤气罐的承压能力要求高，强度大，其各接头形式如图31—02所示的A-A搭接、B-B对接及C-C搭接。
第一章焊接接头静载力学行为 1、内应力按照其分布的尺度范围可分为、和。 2、焊接热过程特点主要表现在三个方面：、和高的。 3、纵向残余应力σx分布的一般规律是：焊缝及附近的区域为，远离焊缝拉应力迅速下降，随后出现。 4、焊接残余收缩变形主要表现在两个方面和。 5、焊接接头的基本形式有：、、和。 6、造成焊接结构脆断的原因是多方面的：主要是，和制造工艺及等。 7、为了防止结构发生脆性破坏相应地有两种设计原则：一为原则，二为原则。 8、在进行多层焊时，如果在先焊的焊道中产生了，则在后续的焊道焊接过程中，有可能在这些缺陷处产生，使焊接结构的。 9、对于大型焊接结构，在满足结构的使用条件下，应当尽量减小，以降低和的影响。 10、、或等，都会使构件中出现应力集中，降低了构件的疲劳强度。 11、大部分疲劳破坏的断口都有一些共同的特征。一般都有二个区域，分别为和。 1、和是形成各种焊接裂纹的重要因素，又是造成焊接接头热应变脆化的根源，并且影响结构的。 2、合理的接头构造不但使结构在服役时，不产生高的，而且在工艺上，便于焊接；不仅保证结构，同时在经济上也省时省料。 3、内应力按照其分布的尺度范围可分为、和。 4、横向残余应力的形成机理较纵向残余应力复杂，它由两个组成部分组成；一个是由焊缝及附近塑性区的，用σy’表示；另一个是由焊缝及附近塑性区的不同时引起，用σy”表示。 5、焊接接头的基本形式有：、、和。 6、按照断裂前塑性变形大小，将断裂分为和两种。 7、通过断裂力学的研究，我们知道加大板厚将使其，断裂将从塑性向，并由向平面应变状态转变。 8、为了防止结构发生脆性破坏相应地有两种设计原则：一为，二为。 9、结构发生脆断时，材料中的比材料的和都小很多，是一种的破坏。 10、对一定的钢种和一定的焊接方法而言，热影响区的金相组织主要取决于，即取决于焊接热输入。因此，合理的选择对防止结构极为重要。
目录 1绪论 (1) 1.1目的和任务 (1) 1.2压力容器简介、分类及储气罐作用 (2) 1.2.1压力容器简介 (2) 1.2.2压力容器分类 (2) 1.2.3 储气罐作用 (2) 2压力容器的设计 (5) 2.1筒体 (5) 2.2封头 (9) 2.2.1相关计算 (9) 2.2.2封头几何形状 (10) 3压力容器附件 (11) 3.1进料管、人孔、安全法接口、排气管、压力表接口、出料管 (11) 3.2法兰的选择 (11) 3.3人孔的选择： (12) 3.4垫片的选择 (12) 4补强圈设计 (14) 4.1补强设计方法判别 (14) 4.1.1补强的确定 (14) 4.1.2开孔所需补强面积： (15) 4.1.3有效补强范围 (15) 4.1.4有效高度的确定 (15) 4.1.5有效补强面积 (16) 4.1.6补强面积 (16) 5容器设计的计算校核 (17) 5.1压力试验 (17) 5.1.1水压试验 (17) 5.1.2三向应力校核 (17) 6焊接材料和方法的选择 (18) 6.1焊接方法的选择 (18) 6.1.1焊缝接头的布置 (18) 6.2焊接材料的选择 (19) 7总结 (21) 参考文献 (22)
摘要 储气罐安装空压机之后，不仅能储存压缩空气，减少由于压缩机排气不连续产生的压力脉动，实现供气和用气的平衡，而且能降低压缩空气的温度，减少过虑器和干燥剂的负荷。储气罐的选择要注意如下问题： 1、壳体材料：储气罐属于压力容器，壳体常用的材料有Q235-B、16MnR、16MnDR 2、储气罐总高：气源房房体的高度在2.9米左右，考虑到气源经常移动运输，3结构编辑 在城市供燃气工程中用于储存燃气的容器结构。容器的作用见储气罐，它也用于石油、化工和冶金等工业中。按储气压力不同分为低压和高压两类，前者按构造又有湿式和干式之分。湿式储气罐储气罐的主要荷载是内部气体压力、风荷载及地震作用。在风荷载中应考虑风振系数。高压球形罐的风荷载体型系数一般可取0.30～0.35。湿式罐的水平地震作用包括水槽和各塔节自重所产生的地震力，以及水槽内的水因振动所引起的动水压力。干式罐的水平地震作用包括筒身自重和活塞重量所产生的地震力。计算雪荷载时要考虑雪在罐顶的局部堆积所引起的偏心力矩。 在各种荷载和内压作用下，罐的外壳壁板及顶板按薄壳结构无矩理论分析其内力。低压储气罐的壁板和顶板厚度一般并不由强度决定，而是由构造和防腐要求决定。导柱式储气罐的导柱架承受由导轮传来的塔节上的风力和水平地震力，可按平面桁架分析方法将导轮压力分解到各个平面，求出其杆件内力。螺旋导轨式储气罐塔节上的内立柱、上下圈板和导轨构成空间框架，承受导轮传来的风荷载和地震力的水平分力。干式储气罐的筒体在风荷载、水平地震力和内压作用下要验算其局部和整体稳定。球形罐在内压作用下抗拉能力较强，但在负压下其稳定性很差，因此需要规定最低使用压力，以保证在气温下降而内压随之下降时不出现负压。 制作低压储气罐时，将罐体分为若干部件在加工厂内预制，然后进行现场总安装，这样可减少现场安装焊缝。