焊接结构设计..

4
人孔圈 纵缝
5
人孔圈 焊接
焊条： J507
不合理
合理 图8-4 焊缝位置与应力和变形的关系
（3）焊缝应避开加工表面，尤其是已加工表面， 以免影响加工表面的精度。
不合理 合理
不合理
合理 图8-5 焊缝位置与加工表面的关系
（4）焊缝端部应无锐角，接头应平滑过渡，尽量减 少厚度差。
此外，焊缝应尽可能设置在能实现平焊位置施焊的部位， 以利于保证焊接质量和提高生产率。
3．坡口形式
坡口： 是根据设计和工艺需要，在焊件的待焊部位加工 并装配成的呈一定几何形状的沟槽。 常用的坡口形式 有Ⅰ形，Ｖ形，Ｕ形，Ｘ形，和双Ｕ形等。
生产中常用接头形式和尺寸：
如：电弧焊接头形式
a）对接接头
b）角接接头
c）T接接头
d）搭接接头
（1）各类坡口的特点：
1）Ⅰ形坡口： ①易于制备；②板厚较大时难于焊透。 2）Ｖ形坡口：
不合理
合理 图8-6 焊缝接头区的过渡
2、焊接接头形式设计
焊接接头是焊接结构最基本的组成部分， 是影响结构性能与安全的关键因素。接头形式 设计应根据焊接方法、结构形状与尺寸、强度
要求、填充金属的量和坡口形式、加工难易等
因素综合考虑。
常用焊接接头形式及特点：
（1）对接接头：受力均匀， 接头质量易保证，应用最广； （2）搭接接头：受力不均匀，材料消耗大， 一般用于薄板件； （3）角接接头：只连接，不能传递工作载荷； （4） T形接头：可传递载荷。
4 1 5 2 6 3 7
（2）焊接方法、接头形式、焊接材料及工艺
序 号
焊缝名称
焊接方法与工艺
接头型式
焊接材料
1
埋弧自动焊双面 筒身纵缝 焊（质量高），先 内后外。16Mn应 1、2、3 在室内焊接。
4、5、6 埋弧焊双 筒身环缝 面焊，先内后外；7 装 配后先在内部用手弧焊 4、5、6、7 封底，再用埋弧焊焊外 环缝。
焊丝： H08MnA 焊剂：431 焊条：J507
2
3
管接头 焊缝
插入式装配，手工 电弧焊，双面焊。
焊条：J507
（续表）
序 焊缝名称 号
焊接方法与工艺 手工电弧焊（焊 缝短），平焊位置， V型坡口。 为立焊位置的 圆周角焊缝，采用 手工电弧焊，单面 坡口双面焊，焊透。
接头型式
焊接材料 焊条： J507
三、焊接接头工艺设计
1、焊缝布置
★焊缝在空间的位置：
平焊；横焊；立焊；仰焊。
平焊操作方便，易于保证焊缝质量，
故焊接时，使焊缝尽可能量处于平焊位置。
为保证焊接件的质量，在布置焊缝位置和确定焊接次序时， 应尽量减少焊接应力和变形，并充分考虑工人的操作方便及 工件美观，一般应遵循以下原则：
（1）.焊缝布置应便于焊接操作，以便于施焊和检验。
①较易制备；②厚板焊接时费工费料；
③焊接变形较大。
3）Ｕ形、Ｘ形及双Ｕ形坡口：
①焊接时省工省料；②焊接变形小； ③制备较费工。
（2）坡口形式选择： 主要依据焊件板厚和焊件使用条件进行选择。
1）焊件板厚：
薄板对接一般采用Ⅰ型坡口，其余可查表。
2）焊件使用条件： ★承载较小或精度要求不高时， 采用Ⅰ形、Ｖ形等坡口； ★承载较大或精度要求较高时， 宜采用Ｕ形、Ｘ形、和双Ｕ形等坡口。
一、焊接结构材料的选择
结构材料指焊件材料，在满足使用性能要求的前提下，尽 量选用焊接性较好的材料。
选材的一般原则：
（1）WC＜0.25%的碳钢（低碳钢），WC＜0.4%的低合金钢焊 接性好尽量选用。 WC>0.5%的碳素钢，WC>0.4%的合金钢焊 接性不好。 （2）强度等级低的低合金钢的可焊性与低碳钢相似，但强度 比低碳钢高，适当选用低合金钢代替低碳钢可以节省钢材，减 轻结构重量。 （3）尽量减少异种金属的熔焊。减少出现的问题复杂性，避 免无法用熔焊的方法获得满意接头。 （4）尽量选用尺寸较大的原材料或型材，以减少焊缝数量。 （5）尽量采用廉价材料，以降低成本。
二、焊接方法的选择
合理选择焊接方法，应考虑的因素： １．根据材料的焊接性，通过查表选择焊接方法。 表8-1 ２．根据材料的特点选择；如低碳钢可采用各种焊接方法都可 获得优质焊接接头，铝合金采用氩弧焊才能获得优质焊接接 头。 3. 根据结构板厚度选择；如：工件为厚板(35mm以上)，条件 允许时可采用电渣焊。中等厚板(1 0--- 20mm)，采用手弧焊、 埋弧焊、气体保护焊都可以，氩弧焊成本较高，尽量不要采 用。工件为薄板，无密封要求，可采用点焊;有密封要求， 可采用缝焊。若工件为长直焊缝或大直径环形焊缝，生产批 量较大，可用埋弧自动焊。 ４．根据生产率和现场设备条件选择。 批量小：用设备投资少的方法，如气焊、焊条电弧焊等； 批量大：用高效焊接方法，如电阻焊、摩擦焊、埋弧焊等。 5．经济性，优先选用普通焊接方法。
不合理
合理 图8- 2 焊缝应避开应力集中部位
②焊缝设置应尽可能对称Hale Waihona Puke Baidu 焊缝位置偏离中性轴，焊后会产生较大的弯曲变形; 焊缝对称于中性轴，有可能使弯曲变形互相抵消; 两条焊缝在中轴上，焊后无明显弯曲。
图8-3 焊缝对称布置的设计
③焊缝应避免过分集中和交叉。多次焊接会使接头部位 过热严重，同时增大焊接残余应力。
第八章 焊接结构设计
焊接结构设计基本要求：
1、实用性 2、可靠性 3、工艺性 4、经济性
焊接结构设计考虑的内容
使用焊接方法制造的金属结构称为焊接结构。船 体、球罐、起重机臂等都是焊接结构。 设计主要内容： （1）焊接结构材料的选择； （2）焊接方法的选择； （3）焊接接头工艺设计； 包括焊缝布置的设计，焊接接头形式和坡口形 式设计。 （4）焊接材料、焊接参数的选择等。
A.手工电弧焊时，要考虑焊条有足够的操作空间。 B.埋弧自动焊要有利于存放焊剂。 C.点悍、缝焊时，要求电极能方便地伸入待焊位置。
不合理 A.手工电弧焊
合理
不合理
B.埋弧焊
合理
>75°
不合理
C.点焊或缝焊
合理
图8-1 焊缝位置与操作空间的关系
（2）.焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形。
①焊缝焊缝应避开最大应力和应力集中的部位。
焊接工艺设计示例 实例 结构名称 ：中压容器（见下图） 材料 ：16MnR（钢板尺寸1200 5000） 料厚 ：筒身12mm，封头14mm， 人孔圈20mm，管接头7mm 。 生产数量 ：小批生产。试制定焊接工艺方案。
筒身 封头 管接头
人孔 3000
解: （1）焊缝布置、焊接次序 根据板料尺寸，筒身应分为三节，分别 冷卷成形，为避免焊缝密集，三段筒身上的纵 焊缝可相互错开180°；封头应采用热压成型， 与筒身连接处应有30 ~ 50 mm的直段，使焊 缝躲开转角应力集中处。人孔圈因其板厚较大， 一般加热卷制。
对接
搭接
角接
T形接头
★焊接接头形式的选择：
选用何种接头主要依据焊接方法、焊件结构特点和使用 要求等因素。 （1）焊接方法: 1）熔焊适用于各类接头形式； 2）电阻点焊和缝焊须采用搭接接头； 3）对焊和摩擦焊须采用对接接头； 4）钎焊多采用搭接接头。 （2）焊件结构特点和使用要求： 1）承载较大的接头宜采用对接，以减少应力集中； 2）承载较小可采用搭接、角接、Ｔ形接。