材料成形技术课件4.4 焊接结构设计与工艺设计简介

4.4 焊接结构设计与工艺设计简介
使用焊接方法制造的金属结构称为焊接结构。 使用焊接方法制造的金属结构称为焊接结构。 焊接结构 船体、球罐、起重机臂等都是焊接结构。 船体、球罐、起重机臂等都是焊接结构。 设计主要内容： 设计主要内容： 结构材料的选择； （1）结构材料的选择； 焊缝布置； （2）焊缝布置； 焊接方法的选择； （3）焊接方法的选择； 焊接接头设计； （4）焊接接头设计； 焊接材料、焊接参数的选择等。 （5）焊接材料、焊接参数的选择等。
（2）焊件结构特点和使用要求： 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； 承载较大的接头宜采用对接，以减少应力集中； 承载较小可采用搭接、角接、Ｔ形接。 、Ｔ形接 2）承载较小可采用搭接、角接、Ｔ形接。
２．坡口形式
坡口： 坡口： 是根据设计和工艺需要， 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。 并装配成的呈一定几何形状的沟槽。 常用的坡口形式 ，Ｖ形，Ｕ形，Ｘ形 和双Ｕ形等。 有Ⅰ形，Ｖ形，Ｕ形，Ｘ形，和双Ｕ形等。
4.4.3 焊接方法的选择
合理选择焊接方法，应考虑的因素： 合理选择焊接方法，应考虑的因素： 材料的焊接性，低碳钢可采用各种焊接方法。 １．材料的焊接性，低碳钢可采用各种焊接方法。 焊件的结构特点； ２．焊件的结构特点；
如焊缝的长短、形状，焊件厚度等。 来自焊缝的长短、形状，焊件厚度等。 批量小：用设备投资少的方法，如气焊、焊条电弧焊等； 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， 批量大：用高效焊接方法， 如电阻焊、摩擦焊、埋弧焊等。 如电阻焊、摩擦焊、埋弧焊等。
接头型式
焊接材料 焊条： 焊条： J507
4
人孔圈 纵缝
5
人孔圈 焊接
焊条： 焊条： J507
A
U
T
S
焊丝： 焊丝： H08MnA 焊剂： 焊剂：431 焊条： 焊条：J507
2
3
管接头 焊缝
插入式装配， 插入式装配，手工 电弧焊，双面焊。 电弧焊，双面焊。
焊条： 焊条：J507
（续表） 续表）
序 焊缝名称 号
焊接方法与工艺 手工电弧焊（ 手工电弧焊（焊 缝短），平焊位置， 缝短），平焊位置， ），平焊位置 型坡口。 V型坡口。 为立焊位置的 圆周角焊缝，采用 圆周角焊缝， 手工电弧焊， 手工电弧焊，单面 坡口双面焊，焊透。 坡口双面焊，焊透。
对接 搭接 角接 T形接头
★焊接接头形式的选择： 焊接接头形式的选择：
选用何种接头主要依据焊接方法、 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。 和使用要求等因素。
（1）焊接方法: 焊接方法:
1）熔焊适用于各类接头形式； 熔焊适用于各类接头形式； 电阻点焊和缝焊须采用搭接接头； 2）电阻点焊和缝焊须采用搭接接头； 对焊和摩擦焊须采用对接接头； 3）对焊和摩擦焊须采用对接接头； 钎焊多采用搭接接头。 4）钎焊多采用搭接接头。
1.焊缝布置应便于操作，以便于施焊和检验。 1.焊缝布置应便于操作，以便于施焊和检验。 焊缝布置应便于操作
不合理
A.手工电弧焊 A.手工电弧焊
合理
不合理
B.埋弧焊 B.埋弧焊
合理
>75° ° 不合理 C.点焊或缝焊 C.点焊或缝焊 合理
2.焊缝应避开加工表面，尤其是已加工表面。 2.焊缝应避开加工表面，尤其是已加工表面。 焊缝应避开加工表面
４.4.1结构材料的选择 .4.1结构材料的选择 结构材料指焊件材料。 结构材料指焊件材料。 选择原则： 选择原则： ⑴尽量选用焊接性较好的材料。 (在满足使用 尽量选用焊接性较好的材料。 性能要求的前提下) 性能要求的前提下) 0.25%的碳钢 的碳钢， 如WC＜0.25%的碳钢， 0.2%的低合金钢等 的低合金钢等。 WC＜0.2%的低合金钢等。 ⑵尽量采用廉价材料，以降低成本。 尽量采用廉价材料，以降低成本。 ⑶尽量选用轧制型材，以减少焊缝、焊接应力。 尽量选用轧制型材，以减少焊缝、焊接应力。
（1）各类坡口的特点： 各类坡口的特点： 1）Ⅰ形坡口： 形坡口： 易于制备； 板厚较大时难于焊透。 ①易于制备；②板厚较大时难于焊透。 ）Ｖ形坡口 形坡口： 2）Ｖ形坡口： 较易制备； 厚板焊接时费工费料； ①较易制备；②厚板焊接时费工费料； 焊接变形较大。 ③焊接变形较大。 ）Ｕ形、Ｘ形及双 形坡口： 形及双Ｕ 3）Ｕ形、Ｘ形及双Ｕ形坡口： 焊接时省工省料； 焊接变形小； ①焊接时省工省料；②焊接变形小； 制备较费工。 ③制备较费工。
（2）坡口形式选择： 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。 主要依据焊件板厚和焊件使用条件进行选择。 1）焊件板厚： ）焊件板厚： 薄板对接一般采用Ⅰ型坡口，其余可查表。 薄板对接一般采用Ⅰ型坡口，其余可查表。 2）焊件使用条件： ）焊件使用条件： 承载较小或精度要求不高时， ★承载较小或精度要求不高时， 采用Ⅰ 、Ｖ形等坡口； 采用Ⅰ形、Ｖ形等坡口； 承载较大或精度要求较高时， ★承载较大或精度要求较高时， 宜采用Ｕ 、Ｘ形 和双Ｕ形等坡口。 宜采用Ｕ形、Ｘ形、和双Ｕ形等坡口。
３．生产批量： 生产批量：
４．经济性，优先选用普通焊接方法。 经济性，优先选用普通焊接方法。
如气焊、电弧焊、电阻焊等。 如气焊、电弧焊、电阻焊等。
4.4.4 焊接接头设计
1.焊接接头形式及特点： 1.焊接接头形式及特点： 焊接接头形式及特点 对接接头：受力均匀， （1）对接接头：受力均匀， 接头质量易保证，应用最广； 接头质量易保证，应用最广； 搭接接头：受力不均匀，材料消耗大， （2）搭接接头：受力不均匀，材料消耗大， 一般用于薄板件； 一般用于薄板件； 角接接头：只连接，不能传递工作载荷； （3）角接接头：只连接，不能传递工作载荷； 形接头：可传递载荷。 （4）T形接头：可传递载荷。
4 1 5 2 6 3 7
A
U
T
S
（2）焊接方法、接头形式、焊接材料及工艺 焊接方法、接头形式、
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 质量高）， ），先 筒身纵缝 焊（质量高），先 内后外。16Mn应 内后外。16Mn应 1、2、3 在室内焊接。 在室内焊接。
4、5、6 埋弧焊双 面焊，先内后外； 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 封底， 环缝。 环缝。
４.4.1焊缝布置 .4.1焊缝布置
★焊缝在空间的位置： 焊缝在空间的位置： 平焊；横焊；立焊；仰焊。 平焊；横焊；立焊；仰焊。 平焊操作方便，易于保证焊缝质量， 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。 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， 为保证焊接件的质量，在布置焊缝位置和 确定焊接次序时， 确定焊接次序时，应尽量减少焊接应力和变 并充分考虑工人的操作方便及工件美观， 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： 一般应遵循以下原则：
不合理 合理
3.焊缝应避免焊缝密集或汇交， 3.焊缝应避免焊缝密集或汇交， 焊缝应避免焊缝密集或汇交 尽量少、 尽量少、短，对称、分散布置。 对称、分散布置。 4.焊缝应尽量避开构件最大受力处或孔洞、 4.焊缝应尽量避开构件最大受力处或孔洞、 焊缝应尽量避开构件最大受力处或孔洞 尖角等应力集中处。 尖角等应力集中处。 5.应避免母材厚度方向工作时受拉。 5.应避免母材厚度方向工作时受拉。 应避免母材厚度方向工作时受拉
封头 筒身 管接头
人孔 3000
焊缝布置、 解: （1）焊缝布置、焊接次序 根据板料尺寸，筒身应分为三节， 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， 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180 180° 封头应采用热压成型， 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 mm的直段 的直段， 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， 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。 一般加热卷制。
4.4.5焊接工艺设计示例 4.4.5焊接工艺设计示例 中压容器（见下图） 实例 结构名称 ：中压容器（见下图） 16MnR（钢板尺寸1200 5000） 材料 ：16MnR（钢板尺寸1200 × 5000） 筒身12mm 封头14mm 12mm， 14mm， 料厚 ：筒身12mm，封头14mm， 人孔圈20mm 管接头7mm 20mm， 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。 小批生产。试制定焊接工艺方案。