焊接结构与工艺设计
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。
乙炔瓶的焊接结构与工艺设计
乙炔瓶的焊接结构与工艺设计第1章乙炔气瓶设计的准备1.1 乙炔气瓶焊接结构设计的简介1.1.1 乙炔容器瓶的结构组成（1）组成：主要有筒体（瓶体）、封头（椭圆形）和接管组成，其中筒体、封头是乙炔压力容器制造的关键部分。
（2）制造关键1）封头2）筒体1.1.2 容器的设计要求1）工作温度：20 °C 对应许用应力：170MPa2）设计压力：10MP1.2 材料的焊接性分析在压力容器用钢的化学成分中，碳、硫和磷等元素对钢的焊接性十分有害，应将其含量控制在最低的限度以下。
锰、硅、镍和钼等合金元素，在一定的范围内对钢材的焊接性起有利的作用。
当其含量超过容许的范围时，则起相反的作用。
有关合金元素含量的适应范围如下：含量（C）0.03%~0.11%；（Si）0.05%~1.2%（Mn）0.2%~1.16%；（Ni）0.05%~1.40%（Mo）<1.2%；（S）0.006%~0.110%（P）0.004%~0.170%1.3 乙炔气瓶材料的选择乙炔压力容器是一种全焊结构，且运行条件苛刻，制造工艺复杂。
乙炔气瓶一旦开裂，后果极其严重，不但造成巨大的经济损失，而且可能遭受人身伤亡灾难。
因此乙炔压力容器的运行必须安全可靠。
毋庸置疑，乙炔压力容器工作的可靠性首先与选用钢材有着密切的关系。
我国和世界各工业国的压力容器设计制造法规，以及相应的材料标准都对压力容器用钢的性能做出了严格而明确的规定。
乙炔压力容器材料作为一种受压部件的结构材料，应具有足够的力学性能，包括抗拉强度、塑性和韧性。
其次，压力容器在制造过程中，必须经过各种成形加工。
因此，所用材料应具有良好的冷成形加工和热成形加工性能。
此外，乙炔压力容器用钢还应具有良好的焊接性、耐蚀性、抗氢能力以及适应各种热处理的特性。
由此可见，为确保乙炔压力容器长期安全可靠地运行，必须从材料着手，选用优质的符合法规和规程要求的钢材制造乙炔压力容器。
1.3.1 乙炔气瓶材料的性能要求（1）对强度性能的要求钢材的强度一般是采用拉伸试验测定的，故又称抗拉强度。
起重机焊接结构件制造工艺设计规范流程
一、材料预处理1、原材料装卸货和转移时必须采用专用吊具：配备吊梁的专用吊卡、夹鉗、板钩或者磁铁。
在任何情况下都禁止钢丝绳直接接触钢板进行吊运。
原材料水平或者垂直码(堆)放时必须垫实靠牢，使其处于不受力的自然状态。
暂缓不用的原材料须采取有效的防护措施，远离热源和潮湿处搁置，并用明显记号标明材质和规格型号。
2、所有钢板、重要部位的型材以及氧化锈蚀较重的型材须进行双面抛丸、喷沙或者喷丸处理，使其金属表面呈均匀的近白色。
表面处理完毕后即将喷刷薄层(干燥时间不得超过4min ) 的硅酸锌防锈底漆。
禁止使用在气割和焊接过程中会释放出对人体有害气体的防锈油漆。
3、小吨位起重机主梁用钢板优先选用卷板，卷板在开卷矫平机上矫平。
4、钢板厚度6≤14mm、1m 波浪度＞3mm 和厚度6＞14mm、1m 波浪度＞ 2mm 的板材必须进行矫正整形处理。
整形方法为：机床整形或者人工冷作整形。
人工整形时禁止直接锤击原材料，必须在其上垫6＞8mm 的击打垫板。
不允许火焰整形。
5、型材的初始弯曲程度为： 1m 直线度＞ 1mm 的必须进行矫直处理。
矫直方法为：型钢矫直机滚压或者油压机顶压。
较大规格型材在征得质量负责人允许后允许火焰矫直。
6、润滑和液压油路的钢管进行酸洗处理。
处理后即将在管外壁喷刷防锈底漆，漆后油封二口以防止内壁再次氧化。
有色金属管和橡胶管须经压风吹净其内壁，然后封堵二口待用。
二、原材料下料1、创造负责人须对采购部门提出钢板供应尺寸(主要针对主梁腹板)的要求，以达到科学合理的拼料。
在选择原材料下料时，起重机桥架用材处于最优先地位，以做到主梁、端梁上的钢板拼接焊缝离主梁中心越远越好、焊缝数量越少越好。
2、原材料下料必须有整体下料的概念，主梁、端梁、走台、小车架要统筹考虑，画好经讨论的排料图再行下料。
下料规则为：先下大料再下小料，先大再小先长后短相互套料，使整台行车的材料利用率达到 95％以上。
3、厚度6≤12mm 的钢板用剪床进行直线形下料。
焊接件结构工艺性
材料力学性能
考虑材料的强度、韧性、耐腐蚀 性等性能，以满足焊接件的使用
要求。
材料可加工性
考虑材料的可焊性、切割性、弯 曲和矫直等加工性能，以确保焊
接件制造的可行性。
焊接件结构设计优化
减少焊接变形
通过合理的焊缝布置和焊接顺序，降低焊接变形量，提高焊接件 的几何精度。
优化接头形式
根据材料特性和使用要求，选择合适的接头形式，如对接、角接、 搭接等，以提高焊接质量和效率。
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船舶焊接件的结构应便于焊接 操作，减少焊接难度和焊接变 形。
船舶焊接件的结构应有利于提 高焊接质量和效率，减少焊缝 数量和长度。
案例三：压力容器焊接件结构工艺性分析
压力容器焊接件的结构应满足压 力容器的强度、刚度和稳定性要 求，保证压力容器的安全性和可
靠性。
压力容器焊接件的结构应便于焊 接操作，减少焊接难度和焊接变
提高焊接人员技能水平
培训教育
定期开展焊接技能培训 和教育活动，提高焊接 人员的技能水平。
技能认证
实行焊接人员技能认证 制度，确保焊接人员具 备相应的技能水平。
激励机制
建立有效的激励机制， 鼓励焊接人员不断提高 技能水平和工作效率。
05 焊接件结构工艺性案例分 析
案例一：汽车底盘焊接件结构工艺性分析
04 焊接件结构工艺性改进措 施
优化焊接工艺流程
减少焊接工序
通过优化工艺流程，减少不必要的焊接工序，降低生产成本和提高 生产效率。
标准化焊接工艺
制定标准化的焊接工艺流程，确保焊接质量稳定，提高焊接件的可 靠性。
引入先进的焊接工艺
不断探索和采用先进的焊接工艺，如激光焊接、电子束焊接等，提高 焊接质量和效率。
工字梁焊接结构的焊接工艺设计与制造
学生学号实验课成绩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观测点考核目标成绩组成实验预习1．预习报告2．提问3．对于设计型实验，着重考查设计方案的科学性、可行性和创新性对实验目的和基本原理的认识程度，对实验方案的设计能力20%实验过程1．是否按时参加实验2．对实验过程的熟悉程度3．对基本操作的规范程度4．对突发事件的应急处理能力5．实验原始记录的完整程度6．同学之间的团结协作精神着重考查学生的实验态度、基本操作技能；严谨的治学态度、团结协作精神30%结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据2．计算结果是否正确3．实验结果分析是否合理4．对于综合实验，各项内容之间是否有分析、比较与判断等考查学生对实验数据处理和现象分析的能力；对专业知识的综合应用能力；事实求实的精神50%实验课程名称：综合实验（二）实验项目名称典型焊接结构的焊接工艺设计与制造实验成绩实验者专业班级组别第三组同组者实验日期2011年12月22日一、实验目的熟悉低碳钢焊接工艺文件内容，学习和掌握焊接工艺文件的制定；熟悉低碳钢焊接焊前准备和工艺过程，加深理解电弧焊方法的特点、焊接工艺参数对焊缝成形及焊接质量的影响，了解焊接质量的评定方法和过程。
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4-4 焊接结构设计
焊接结构工艺性
焊接结构工艺性——所设计的焊接结构， 在满足其使用要求的前提下，还必须充 分考虑焊接过程的工艺性要求，使焊缝 布置合理、结构强度高、应力变形小， 使之能优质、高产、低成本地将焊接结 构生产出来。
2020/9/9
4-4 焊接结构设计
焊接结构工艺性
焊缝的布置应便于操作和检验； 焊缝应尽量分散布置； 焊缝应尽量对称布置； 焊缝应避开最大应力和应力集中处； 焊缝应尽量避免锐角； 尽量减少焊缝数量； 焊缝应避开加工表面； 不同厚度工件焊接时，接头处应平滑过渡。
2020/9/9
4-4 焊接结构设计
焊接结构工艺性
焊接结构工艺性
焊接结构构工艺性
焊接结构工艺性
Break
焊接结构件材料的选择
设计时，一方面要考虑结构强度，另一方面要考虑 可焊性；
由于低碳钢和强度级别的低合金钢，可焊性好、价 格低廉，应优先考虑；
但是，当对结构体积和重量有一定要求或在重载情 况下，就应该选择强度级别高的低合金钢。这类 钢种虽然可焊性较差，但只要采取相应的措施， 也能获得满意的焊接结构。
2020/9/9