焊接结构设计
焊接结构设计的一般原则
必须考虑焊接装配焊接次序对可焊到性的影响，图8-9
（4）减少焊接工作量
减少焊缝数量和焊缝填充金属。 选用轧制型钢代替一部分焊件； 角焊缝多且密集的地方可用铸钢代替； 角焊缝保证强度的条件下，尽量减少焊脚尺寸。 对接焊缝，保证熔透的情况下选用填充金属最少的坡口形式。
（5）焊接变形控制
（4）合理布置焊接接头位置 1）避免应力集中 如图根部角接接头应力集中严重，承
载能力低。在封头加工一个槽，效果 近似于对接接头。
另外，最好的方法是将封底改换成球 面封头，以对接接头的依托。
图a，支耳背面无依托，容易在支耳两端的焊缝上产生裂纹。改进成图b结 构，支耳有依托，应力分布均匀。
焊接结构设计的一般原则
焊接设计包括： 焊接结构设计
焊接工装设计
焊接工艺设计 焊接设备设计
焊接材料设计
焊接车间设计。
1.焊接结构设计的一般思路
（1）实用性
必须达到产品所需要的使用功能和预期效果。
（2）可靠性
焊接结构在使用期内必须安全可靠，受力必须合理，能 满足强度、刚度、稳定性、抗震性、耐蚀性等方面的要 求。
3）工字钢垂直连接时，增加加强肋板，应力会均匀分布。
4）焊缝宜对称地布置并尽可能接近中心轴。
表8-2 焊接接头的合理性
2. 从工艺性及经济性分析焊接结构的合理性 （1）焊接结构的备料工作量
V坡口耗材料最大， U型坡口次之， X坡口较小，双U型坡口耗材最少，但 是加工量大，而X坡口易于加工。
其设计结构更符合生产实际。
（3）有限元数值模拟辅助设计法
利用有限元模拟法可以分析已设计的焊接结构静态和动态的物理系统，可 得出焊接结构局部区域的工作应力分布，从而改进焊缝形状及尺寸设计。
焊接结构设计..
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。
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。
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。
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
焊接结构工艺性
• 气割 • 切削加工（车或刨） • 碳弧气刨等
坡口基本形式 ：I、V、X、U
选择依据：
• 板材厚度 • 坡口加工方法
• 焊接工艺性 • 考虑焊接方法、焊接位置、接头类型、
变形大小、熔透要求、经济性等
焊接材料的选择
优先选择可焊性好的低碳、低合金 钢.
否则就要采取相应的工艺措施
– 焊接的难易与变形程度：焊接易于实现，变 形能够控制
– 焊接成本：经济性
பைடு நூலகம்– 施工条件：技术人员设备等条件
➢熔 焊 ： 对 接 、
搭接、角接、T接、 端接
➢压 焊 ： 对 焊 －
对接、点焊和缝 焊－搭接
➢钎焊：搭接
(2)坡口形式设计
Welding Groove Style Design
目的：
• 使接头根部焊透 • 使焊缝成型美观 • 使焊缝金属达到所需的化学成分。
三、焊件结构工艺性设计实例
低压贮气罐，壁厚8mm，压力1.0MPa，温度为常 温，介质为压缩空气，大批量生产。
选择母材材料：短管选用优质碳素结构钢10， 其它选用塑性和焊接性好的普通碳素结构钢 Q235-A。
设计焊缝位置及焊接接头、坡口形式：
–筒节的纵焊缝和筒节与封头相连处的两条环焊缝均 采用对接Ⅰ形坡口双面焊
2-5 焊接结构工艺设计
一、焊接结构生产工艺过程概述
备料→装配→焊接→焊接变形矫正→质量检验 →表面处理
二、焊接结构工艺设计
1. 焊缝布置Weld Arrangement
焊缝应尽量处于平焊位置
焊缝要布置在便 于施焊的位置
焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形
– 尽量减少焊缝数量及长度，缩小不必要的焊 缝截面尺寸
机械加工基础：第四章焊接结构设计
搭接接头因两工件不在同一平面，受力时将产生 附加弯矩，而且金属消耗量也大，一般应避免采用。 但搭接接头不需开坡口，装配时尺寸要求不高，对 某些受力不大的平面联接与空间构架，采用搭接接 头可节省工时。
2．坡口形式
焊条电弧焊对板厚为 1～6 mm对接接头施焊时，一 般可不开坡口 (即I形坡口)直接焊成。
(5) 焊缝位置应便于焊接操作布置焊缝时，要 考虑到有足够的操作空间。
埋弧焊结构要考虑接头处在施焊中存放焊剂和熔池 保持问题。
点焊与缝焊应考虑电极伸入方便。
焊缝应尽量放在平焊位置，应尽可能避免 仰焊焊缝，减少横焊焊缝。
良好的焊接结构设计，还应尽量使全部焊 接部件，至少是主要部件能在焊接前一次装配 点固，以简化装配焊接过程，节省场地面积， 减少焊接变形，提高生产效率。
设计焊接结构时，应多采用工字钢、槽钢、角钢 和钢管等型材，以降低结构重量，减少焊缝数量、简 化焊接工艺，增加结构件的强度和刚性。
第二节 焊接接头的工艺设计
一、焊缝的布置
工艺设计原则：
(1) 焊缝布置应尽量分散 两条焊缝的间距大于三倍板厚，且不小于100 mm
(2) 焊缝的位置应尽可能对称布置
二、接头形式的选择与设计
接头形式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、 焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度、 焊接方法等因素综合考虑决定。
1．接头形式
对接接头 T形接头 角接接头 搭接接头
对接接头受力比较均匀，是最常用的接头形式， 重要的受力焊缝应尽量选用。
角接接头与T形接头受力情况都较对接接头复杂，但接头 成直角或一定角度连接时，必须采用这种接头形式。
带钝边U形坡口根部较宽，允许焊条深入，容易焊透。而且 坡口角度小，焊条消耗量较小。但因坡口形状复杂，一般只在 重要的受动载的厚板结构中采用。
焊接结构课程设计_压力容器
前言１第1局部储罐设计阐发2第1章储罐总体阐发21.1 储罐底子设计要求21.2 储罐材料21.３储罐用钢板31.4 配用锻件51.5 配用螺栓、螺母5第2章储罐罐底设计62.1 储罐罐底板尺寸62.2 罐底布局7第3章罐壁布局设计103.1 罐壁的排板与连接103.2 罐壁厚度113.3 罐壁加强圈12第4章罐顶布局设计13第2局部储罐的焊接工艺阐发14第5章压力容器的焊接接头145.1 压力容器焊接接头的分类145.2 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176.1 熔化极氩弧焊17CO气体庇护焊186.22埋弧焊19第7章压力容器的焊接工艺21第3局部储罐的组装与查验22第8章储罐的安装施工挨次22储罐底板的焊接挨次22储罐壁板的焊接挨次22储罐固定顶的焊接挨次23第9章储罐焊缝的查验与修补24焊缝检测24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物储存运输最便利、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〔包罗气柜〕和固定顶式储罐〔包罗内浮顶式储罐〕，而固定顶式储罐又包罗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竭减少，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、辐射网壳布局拱顶、短程线网壳布局拱顶和梁柱支撑布局拱顶，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。
此中包罗储罐的材料选择、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出产内容。
第1局部储罐设计阐发第1章储罐总体阐发1.1 储罐底子设计要求由石油化工立式筒形钢制焊接储罐设计尺度SH 3046-1992，储罐的设计条件不得少于以下内容：（一）地动设防烈度、风载、雪载等气候条件及地质条件；（二）储罐的操作温度及操作压力〔正负压〕；（三）介质的种类及密度；（四）腐蚀裕量；（五）储罐的容积；（六）灌顶形式；（七）开口接管尺寸、形式、数量及法兰规格；（八）附件的安装位置。
焊接结构件设计原则
焊接结构件设计原则焊接件结构设计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1）焊接件应具有好的定位基准——保证组装的可操作性。
2）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。
3）毛坯上与其他件连接的部分应离开焊缝至少3mm4）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1）考虑最有效的焊接位置，以最小量焊接达到最大量效果。
2）在不影响产品性能的前提下，长焊缝尽量采用间断焊缝。
3）根据产品机构特点，尽量设计为平焊、横焊，避免立焊、仰焊。
4）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。
5）一般情况下尽量不要把焊缝布置在加工面上。
6）根据不同的焊接方法和板厚确定合理的坡口形式：如V型坡口焊缝制备简单，但焊接工作量大，使焊接成本提高；X型坡口焊缝，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1）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。
2）焊缝的根部在避免处于受拉应力的状态3）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。
4）箱形焊接结构件应设计为折弯件的拼焊。
5）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。
6）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，因为尖角处融化。
焊接结构设计实例。
焊接结构第7章焊接结构力学特征及结构设计
附图2 大兴西红门直径21m短程线网壳设计
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2. 桁架结构组成及杆件截面形状
桁架结构由上弦杆、下弦杆和腹杆三部分组 成。
桁架结构中常用的型材有工字钢、T型钢、管 材、角钢、槽钢、冷弯薄型材、热轧中薄板以及冷 轧板等。
图7-3给出了常用上弦杆的截面形式。上弦杆 承受以压应力为主的压弯力，尤其上部承受较大的 压应力，因此构件应具有一定的受压稳定性，结构 部件必须连续，必要时加肋板（如图7-3d,e）。
经过短时高温快速冷却的焊接热循环作用， 使得焊接结构具有自身独特的力学特点。
（1）较大的残余应力和变形 （2）应力集中系数较大 （3）焊接接头性能不均匀 （4）对材料敏感性强，易产生焊接缺陷
8/253
只有正确认识并掌握了这些特点，做 到合理的结构设计、正确的材料选择、优 质的焊接设备、合理的焊接工艺和严格的 质量控制，才能生产出综合性能优良的焊 接结构。
4/253
（2） 塑性和韧性好 轧制钢板具有良好的塑性，在一般情况下， 不会因为局部超载造成突然断裂破坏，而是事 先出现较大的变形预兆，以便采取补救措施。 轧制钢板还具有良好的韧性，对作用在结构上 的动载荷适应性强，为焊接结构的安全使用提 供了可靠保证。 （3） 整体性强、刚性大 焊接结构为一个整体，具有较大的抗变形
前言
由于焊接结构的使用目的不同，所用的材 料种类、结构形式、尺寸精度、焊接方法和焊 接工艺也不相同，这就使得焊接结构种类颇多。 但焊接结构的主要作用是一致的，那就是能够 长时间承受自身重量及外部载荷而保持其形状 和性能不变。
本章只从大型焊接结构的角度考虑，讨论 焊接结构的特点、类型、力学特征和设计思路， 进一步对典型焊接结构产品进行力学特征和焊 接接头设计分析。
焊接结构课程设计
焊接结构课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握焊接结构的基本理论、方法和相关技术，培养学生具备焊接结构的设计、制造和检验能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解焊接结构的定义、分类和应用领域；（2）掌握焊接原理、焊接工艺和焊接方法；（3）熟悉焊接结构的应力分析、变形控制和质量检验。
2.技能目标：（1）能够根据工程需求选择合适的焊接工艺和方法；（2）具备焊接结构设计和制造的基本能力；（3）掌握焊接质量检验的方法和技巧。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对焊接技术的兴趣和热情；（3）培养学生对工程安全和质量的重视。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.焊接结构的基本概念和分类；2.焊接原理和焊接工艺；3.焊接方法及其应用；4.焊接结构的应力分析与变形控制；5.焊接质量检验与评估。
具体安排如下：第1周：焊接结构的基本概念和分类；第2周：焊接原理和焊接工艺；第3周：焊接方法及其应用；第4周：焊接结构的应力分析与变形控制；第5周：焊接质量检验与评估。
三、教学方法为了实现课程目标，我们将采用以下教学方法：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握焊接结构的基本理论和方法；2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解焊接结构的实际应用和问题解决；3.实验法：通过实验操作，使学生掌握焊接工艺和质量检验方法；4.讨论法：通过小组讨论，培养学生的团队合作精神和创新意识。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的焊接结构教材；2.参考书：提供相关的焊接技术书籍，供学生拓展阅读；3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，丰富教学手段；4.实验设备：准备齐全的焊接设备和材料，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估本课程的评估方式包括以下几个方面：1.平时表现：通过课堂参与、提问和讨论等方式，评估学生的学习态度和积极性；2.作业：布置适量的作业，评估学生的理解和应用能力；3.考试：进行期中和期末考试，评估学生对课程知识的掌握程度。
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3000
人孔
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。
★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。
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 。
封头
筒身
管接头
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。
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。
①焊缝焊缝应避开最大应力和应力集中的部位。
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。 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。
（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。
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。
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：
2）Ｖ形坡口： 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；
（1）.焊缝布置应便于焊接操作，以便于施焊和检验。
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
B.埋弧焊
不合理
C.点焊或缝焊
?图8-1 焊缝位置与操作空间的关系
合理
>75°
（2）.焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形。
（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。
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。
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：
（ 接 接性性1）好不W尽好C＜量。0选.25用%。的碳WC钢>（0.5低%的碳碳钢素）钢，，WCW＜C0>.04.%4%的的低合合金金钢钢焊焊
（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。
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；
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。
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。