第五章 焊接结构设计..
GB50661贯标
服
强
Ⅲ
度
分
Ⅳ
类
标称 屈服强度
≤295MPa
＞295Mpa且 ≤370MPa
＞370MPa且 ≤420MPa ＞420MPa
钢材牌号举例
Q195、Q215、Q235、Q275 20、25、15Mn、20Mn、25Mn
Q235q Q235GJ Q235NH、Q265GNH、95NH、Q295GNH
ZG 200-400H、ZG 230-450H、ZG 275-485H
100～200 300～1000
三、规范内容重点介绍
GB50661-2011章节
第一章 总则 第二章 术语和符号 第三章 基本规定 第四章 材料 第五章 焊接连接构造设计 第六章 焊接工艺评定 第七章 焊接工艺 第八章 焊接检验 第九章 焊接补强与加固
10
三、规范内容重点介绍
第三章 基本规定
3.0.1 钢结构工程焊接难度
1.0.2 适用范围
结构类型
钢材厚度
各种工业与民用 钢结构工程中承 受静荷载或动荷 载的工程结构
钢材厚度大于 或等于3mm的 结构钢的焊接
8
焊接方法
手工焊条电弧焊、 气体保护电弧焊、 自保护电弧焊、埋 弧焊、电渣焊、气 电立焊、栓钉焊等 及其相应焊接方法 的组合
三、规范内容重点介绍
第一章 总则
1.0.2 适用范围
② 作用力平行于焊缝长度方向 的纵向对接焊缝不应低于二 级；
③ 铁路、公路桥的横梁接头板与 弦杆角焊缝应为一级，桥面板 与弦杆角焊缝、桥面板与U形 肋角焊缝（桥面板侧）不应低 于二级；
④ 重级工作制（A6～A8）和起 重量Q≥50t的中级工作制（A4、 A5）吊车梁的腹板与上翼缘之 间以及吊车桁架上弦杆与节点 板之间的T形接头焊缝应焊透， 焊缝形式宜为对接与角接的组 合焊缝，其质量等级不应低于 二级。
fd焊接结构的装配与焊接工艺
第五章焊接结构的装配与焊接工艺装配与焊接是焊接结构生产过程中的核心，直接关系到焊接结构的质量和生产效率。
同一种焊接结构，由于其生产批量、生产条件不同，或由于结构形式不同，可有不同的装配方式、不同的焊接工艺、不同的装配—焊接顺序，也就会有不同的工艺过程。
本章重点介绍装配与焊接工艺方法。
第一节焊接结构的装配装配是将焊前加工好的零、部件，采用适当的工艺方法，按生产图样和技术要求连接成部件或整个产品的工艺过程。
装配工序的工作量大，约占整体产品制造工作量的30％~40％，且装配的质量和顺序将直接影响焊接工艺、产品质量和劳动生产率。
所以，提高装配工作的效率和质量，对缩短产品制造周期、降低生产成本、保证产品质量等方面，都具有重要的意义。
一、装配方式的分类装配方式可按结构类型及生产批量、工艺过程、工艺方法及工作地点来分类。
1．按结构类型及生产批量的大小分类（1）单件小批量生产单件小批量生产的结构经常采用划线定位的装配方法。
该方法所用的工具、设备比较简单，一般是在装配台上进行。
划线法装配工作比较繁重，要获得较高的装配精度，要求装配工人必须具有熟练的操作技术。
（2）成批生产成批生产的结构通常在专用的胎架上进行装配。
胎架是一种专用的工艺装备，上面有定位器、夹紧器等，具体结构是根据焊接结构的形状特点设计的。
2．按工艺过程分类（1）由单独的零件逐步组装成结构对结构简单的产品，可以是一次装配完毕后进行焊接；当装配复杂构件时，大多数是装配与焊接交替进行。
（2）由部件组装成结构装配工作是将零件组装成部件后，再由部件组装成整个结构并进行焊接。
3．按装配工作地点分类（1）工件固定式装配装配工作在固定的工作位置上进行，这种装配方法一般用在重2）同一构件上与其它构件有连接或配合关系的各个零件，应尽量采用同一定位基准，这样能保证构件安装时与其它构件的正确连接和配合。
3）应选择精度较高，又不易变形的零件表面或边棱作定位基准，这样能够避免由于基准面、线的变形造成的定位误差。
1_第五章工程机械焊接结构图
第一节 挖掘机焊接结构
(3)铲斗 安装于斗杆前端，斗杆、动臂的相关部位和两个 连杆组成铰链四杆机构，由安装于斗杆上部偏前部位的铲 斗液压缸的伸缩调节其相对于斗杆的夹角。 2.回转机构 3.行走机构 三、工程挖掘机的焊接结构 1.履带架焊接结构 2.回转平台焊接结构 1)底板、立板、盖板等主要构件板厚较大、焊角尺寸大。
5)直推杆：工作中主要承受压应力，通过安装在上面的油缸， 调节铲刀角度。 6)平衡梁：此件虽然简单，但起着平衡推土机两侧重心的作 用，承担整机重量并传递给行走部分，因此焊接要求高， 焊缝形式如图5-15所示。 7)松土器横梁：分为三齿和单齿松土器，是推土机根据用户 要求配备的工作装置，如图5-16所示。 3.典型焊接件及局部结构设计
第一节 挖掘机焊接结构
5)采取预变形，防止长焊缝产生的纵向收缩和横向收缩(动 臂)。 4.铲斗焊接结构
5z2.eps
第一节 挖掘机焊接结构
5z3.eps
第一节 挖掘机焊接结构
5Z4.eps
第一节 挖掘机焊接结构
5Z5A.eps
第一节 挖掘机焊接结构
图5-5 动臂(续) b)动臂部件装配结构图
(2)梁和杆 推土机中主要受力件是梁和杆，如台车架长、 短梁、主机架、平衡梁、推杆等，
第二节 推土机焊接结构
梁和杆大都采用箱形焊接结构，这些箱形结构与普通箱形
结构不同。
表5-1 箱形结构应用示例一(单位：mm)
表5-2 箱形结构应用示例二(单位：mm)
第二节 推土机焊接结构
(3)台车架 台车架亦称行走架或履带架，左右各一件，如 图5-12所示，通过链轮驱动链轨节总成使推土机前进及后退 完成工作中的行走动作，而链轮(驱动轮)、引导轮、托轮、 支重轮、履带一起被称为推土机中的“四轮一带”，均是 安装在台车架上，同时安装的还有履带胀紧机构、上下护 板等件。
5焊接连接构造设计规范
5 焊接连接构造设计5.1一般规定5.1.1 钢结构焊接连接构造设计，应符合下列规定：1 宜减少焊缝数量和尺寸；2 焊缝的布置对称于构件截面的中性轴；3 节点区的空间应便于焊接操作和焊后检测；4 宜采用刚度较小的节点形式，宜避免焊缝密度和双向、三向相交；5 焊缝位置应避开高应力区；6 应根据不同焊接工艺方法选用坡口形式和尺寸。
5.1.2 设计施工图、制作详图中标识的焊缝号应符合现行国家标准《焊缝符号表示法》GB/T324和《建筑结构制作标准》GB/T50105的有关规定。
5.1.3 钢结构设计施工图中应明确规定下列焊接技术要求：1 构件采用钢材的牌号和焊接材料的型号、性能要求及相应的国家现行标准；2 钢结构构件相交节点的焊接部位、有效焊缝长度、焊脚尺寸、部分焊透焊缝的焊透深度；3 焊缝质量等级，有无损检测要求时应标明无损检测的方法和检测比例；4 工厂制作单元及构件拼装节点的允许范围，并根据工程需要提出结构设计应力图。
5.1.4 钢结构制作详图中应标明下列焊接技术要求：1 对设计施工图中所有焊接技术要求进行详细标注，明确钢结构构件相交节点的焊接部位、焊接方法、有效焊缝长度、焊缝坡口形式、焊脚尺寸、部分焊接焊缝的焊透深度、焊后热处理要求；2 明确标注焊缝坡口详细尺寸，如有钢衬垫标注钢衬垫尺寸；3 对于重型、大型钢结构，明确工厂制作单元地拼装焊接的位置，标注工厂制作或工地安装焊缝；4 根据运输条件、安装能力、焊接可操作性和设计允许范围确定构件分段位置和拼接节点，按设计规范有关规定进行焊缝设计并提交原设计单位进行结构安全审核。
5.1.5 焊缝质量等级应根据钢结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工资环境以及应力状态等情况，按下列原则选用：1 在承受动荷载且需要进行疲劳验算的构件中，凡要求与母材等强连接的焊缝应焊透，其质量等级应符合下列规定：1）作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时不应低于二级；2）作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝不应低于二级；3）铁路、公路桥的横梁接头板与弦杆角焊缝应为一级，桥面板与弦杆角焊缝、桥面板与U形助角焊缝（桥面板侧）不应低于二级；4）重级工作制（A6~A8）和起重量Q≥50t的中级工作制（A4、A5）吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头焊缝应焊透，焊缝形式宜为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级。
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。
焊接件的结构设计
d)
L>4t
塞焊
L
c)
0~1
2~5 55°
2
t 4~30
60° 2
12~30 55°
2 20~40
2
2
b) 2
R8
2
2~30
<6 12~60 0~2
55°
2
4~30 2
2
a)
2
R5 2
2
40~60
2
20°
55°
10~40 2
40~60
2
R5 6~25
2
2
12~60
60° 2
60°
2 20°
1．熔焊接头设计
尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含H2和O2量低， 可防止气孔和裂纹等缺陷。 异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，而工艺应按高 强度金属设计。 尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简化工艺过 程。
4 焊接接头的工艺设计
焊缝的布置
1．焊缝应尽可能分散 以便减小焊接热影响区，
4
3000
9
4
5
67
8
10
中压容器焊号 1
2 3 4 5
焊缝名称
筒身纵缝 1、2、3
筒身环缝 4、5、6、7
管接头焊接 9
入孔圈纵缝 10
入孔圈环缝 8
焊接方法与焊接工艺
焊接材料
因容器质量要求高，又小批 生产，采用埋弧焊双面焊， 先内后外，不开坡口。材料 为16MnR应在室内焊接。
2 焊接方法的选择
生产单件钢结构件
1．板厚在3～10 mm,强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。 2．板厚在10 mm以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。 3．板厚小于3 mm，焊缝较短应选用CO2焊。
焊接结构设计
焊接结构设计
图16-16
瓶体装配焊接Βιβλιοθήκη 图焊接结构设计 2、焊接工字梁
结构名称：焊接梁（图16-10）；
主要组成：上、下翼板，腹板，肋板；
材
料：20钢；
尺 寸：钢板最大长度2500mm，板厚分别选用6，8和 10mm； 生产类型：大批生产
设计要点：该结构用低碳钢板（20钢）下料拼焊，材 料可焊性好。焊接工艺设计中需要集中考虑的是梁柱 的受力状况和防止应力与变形，切实保证焊接质量。
焊接结构设计
设计焊接件时, 不仅要考虑到焊件的使用性能， 还要考虑焊件结构的工艺性能，使焊件生产简便、质 量优良、成本低廉。焊件结构工艺性应包括结构材料 的选择、接头形式、焊缝布置等方面。 一. 合理选择焊接材料 1. 在满足焊接件使用性能的前提下，应尽量选用 焊接性能良好的材料。低碳钢和普通低合金钢的焊接 性良好，价廉，焊接工艺简单，易于保证焊接质量， 应优先选用。而＞0.5%C的碳钢和碳当量＞0.6%的 合金钢焊接性能不好，应尽量避免采用。 在选用两种不同材料进行焊接时，应注意它们焊 接性的差异。
焊接结构设计
三. 合理布置焊缝
1. 焊缝的位置应便于操作
视频
焊接结构设计
2. 焊缝应避开应力最大和应力集中的部位 视频
焊接结构设计
3. 焊缝布置应尽可能分散 视频 焊缝的交叉和密集使接头部位严重过热，组织 恶化，性能下降，而且会产生变形和裂纹(图4-27)。
焊接结构设计
4. 焊缝位置应尽可能对称，以便减少变形
焊接结构设计
3.坡口形式、选用及加工要求 当焊件厚度较大时，为保证焊透，接头处应根据 工件厚度加工出各种坡口，如图4-24(a) 、(b) 、(c) 。
焊接结构设计
第五章工程机械焊接结构图[1]
![第五章工程机械焊接结构图[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/80ab1c0ca1c7aa00b42acb9d.png)
第二节 推土机焊接结构
1.推土机的分类 2.推土机的机构组成
图5-10 推土机的机架 1—左、右架 2—平衡梁架 3—后桥箱
第五章工程机械焊接结构图[1]
第二节 推土机焊接结构
二、常用材料及主要焊接结构 1.常用材料 2.主要焊接结构
图5-11 后桥箱的三视图 1—半梁 2—凸缘 3—左、右隔板 4—右内壳体
第三节 起重机械简介
图5-23 桥式吊车运动与结构示意图
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
二、吊车梁结构及分解 1.主梁结构 1)梁式起重机桥架：结构简单，节省材料，多用于小型起重 机用。
图5-24 吊车轨道梁与立柱的焊接、连接关系
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
第三节 起重机械简介
图5-32 空腹梁桁架结构图
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
3.端梁结构
图5-33 梁的组焊工艺示意图
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
图5-34 端梁的两种结构形式 a)受垂直载荷 b)无垂直载荷 1—连接板 2—端梁 3—主梁
第五章工程机械焊接结构图[1]
第五章工程机械焊接结构图[1]
第二节 推土机焊接结构
5)直推杆：工作中主要承受压应力，通过安装在上面的油缸， 调节铲刀角度。 6)平衡梁：此件虽然简单，但起着平衡推土机两侧重心的作 用，承担整机重量并传递给行走部分，因此焊接要求高， 焊缝形式如图5-15所示。 7)松土器横梁：分为三齿和单齿松土器，是推土机根据用户 要求配备的工作装置，如图5-16所示。 3.典型焊接件及局部结构设计
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特殊型，如卷边的、 带垫板的、锁边的和塞焊、 开槽焊等
•
•
组合型Βιβλιοθήκη 30 压焊接头电阻焊中的点焊和缝焊多是采用搭接接头。摩 擦焊接头通常采用对接接头。
钎焊接头
钎焊接头也有多种类型，但基本类型只有对接接 头和搭接接头两种。
31
坡口形式选择时还要考虑： 1) 工厂的加工条件
采用V形、双V形、Y形、单边V形、I形等坡口可用气 割、等离子弧切割或金属切削方法加工。但双U形、带钝 边U形、带钝边J形、U形、Y形坡口一般需用刨边机加工， 效率较热切割低。
连接时两管的横切面完 全抵拢，使钢管之间的焊接 面减到了最低限度 ，只在 表层焊接，而且没有加强块
12
13
焊缝布置应避免密集和交叉
14
15
（5） 焊缝应避开应力最大和应力集中的部位
16
（6） 施工方便并考虑改善工人劳动条件。设计结构时考虑到 日后施工的很多问题，如可达性问题，保证各种施工必需的空间
不合理
不合理
合理
合理 点焊、缝焊焊缝位置
17
焊条电弧焊焊缝位置
18
（7）焊缝位置应远离加工表面
19
三、焊接接头的设计
对接接头butt joint
1、焊接接头的形式
角接接头及 T字形接头 corner joint and T joint 搭接接头lap joint
（a）对接接头； （b）角接接头； （c）搭接接头 20 焊接接头的三种形式
板材对接焊缝试件 管材对接焊缝试件
板材角焊缝试件 管与 板角焊缝试件
对接焊缝试件
角焊缝试件
24
对接接头 对接焊缝
T形接头 对接焊缝
角接接头 对接焊缝
锁底接头 对接焊缝
角接接头 角焊缝
T形接头 角焊缝
搭接接头 角焊缝
对接接头 角焊缝
25
2、坡口形式
（1）焊接坡口
为保证全熔透和焊接质量，减少焊接变形，施焊 前，一般将焊件连接处预先加工成各种形状。 焊接坡口，取决于焊接方法和焊件厚度等因素。
9
（4） 合理地布置焊缝。例如：焊缝应尽量处于 平焊位置，采用对称布置焊缝、避免焊缝交叉、密 集，重要的工作焊缝要连续，次要的联系焊缝可用 断续焊缝，这有利于焊接施工和减少焊接工作量， 便于控制焊接应力和变形。
10
管子对接水平固定全位置焊接 11
1999年1月4日，重庆 市綦江县城跨越綦河两 岸的人行彩虹桥（长虹 卧波，綦城一景 ）整体 垮塌 ，４０人遇难。
22
（3）搭接接头
结构： 两个相互连接零件在接头处有部分重合在一起，
中面相互平行，进行焊接的接头。 特点： 属于角焊缝，与角接接头一样，在接头处结构明 显不连续，承载后接头部位受力情况较差。 应用： 主要用于加强圈与壳体、支座垫板与器壁以及凸
缘与容器的焊接。
23
焊接接头（焊缝、熔合区、热影响区）
5
2. 焊接结构设计的基本要求和遵循原则
基本要求：实用性、安全性、工艺性和经济性等。
遵循原则：
（1） 合理选择材料的种类，尽量采用标准件、通 用件和型材。在满足焊接件使用性能的前提下，尽量 选用焊接性好的材料。
6
多用工字钢、槽 钢和钢管等成型材料， 对形状比较复杂的部 分可以采用铸钢、锻 钢和冲压件来焊接， 减少焊缝数量、简化 工艺，增加结构件的 强度和钢度。
2) 可达性的好坏 采用Y形、带垫板Y形、带垫板V形、VY形(上图g)、带 钝边的U形(上图h)等坡口的接头，施焊时，一般可不翻转。 内径较小的容器或管道，不便翻转的结构，为避免仰 焊及不能从内侧施焊，可采用这种坡口和焊缝形式。
1．焊接结构设计的内容
(1) 选择结构的材料，包括制造结构的材料种类和规格。
(2) 确定结构的形式，进行结构强度、刚度、稳定性等 进行的计算(这种计算是在力系分析基础上进行的)。
(3) 进行结构的细节设计、焊接的设计和计算。
(4) 绘制施工图，规定产品的技术条件、工艺要求等。 (5) 最后还要编制设计计算说明书，其中包括设计结构 的构造合理性和技术经济先进性的论证。
3
影 响 构 件 焊 接 性 的 因 素
与材料有关的因素
母材和填充材料 的类型(化学)成 分和显微组织 结构的形状、尺寸、支撑 条件和负载，焊缝类型， 坡口形状，厚度和配置 焊接方法、焊速，焊接操作， 焊接顺序，多层焊，定位焊。 夹紧、预热和焊后热处理。 4
与设计有关的因素
与制造有关的因素
二、焊接结构设计
7
（2）简洁明快的结构构 造形式，简单合理的接头形 式，并且种类越少越好，减 少短而不规则的焊缝和避免 不易加工的空间曲面结构。 采用合理的焊接顺序，避免 应力。
工字梁的焊接顺序 a)合理 b)不合理
8
（3）焊接结构件应尽量采用同等厚度的材料焊接，或 者在较厚的板材上加工出过渡形式，避免应力集中、接头 两边受热不均而产生焊不透等缺陷。
（1）对接接头
结构： 两个相互连接零件在接头处的中面处于同一平面或 同一弧面内进行焊接的接头。
特点：
受热均匀，受力对称，便于无损检测，焊接质量容 易得到保证。 最常用的焊接结构形式。
应用：
21
（2）角接接头和T型接头
结构： 两个相互连接零件在接头处的中面相互垂直或相 交成某一角度进行焊接的接头。 T型接头指两构件成T字形焊接在一起的接头。 特点： 结构不连续，承载后受力状态不如对接接头，应力 集中比较严重，且焊接质量也不易得到保证。 应用： 某些特殊部位：接管、法兰、夹套、管板和凸缘的 焊接等。
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Ⅰ形 V形 基本坡口形状 单边V形 U形 坡口形状 特殊形状 J形
组合形状
27
I型
V型
单边V型
U型
J型
坡口的基本形式
一般接头应开设坡口，而搭接接头无需开坡口即可焊接。
28
双V形坡口
双V形坡口由两个V形坡口和一个I形坡口组合而成
29
（2） 坡口形式的选择
•
熔焊坡口形式：
基本型，I形、V形和 单V形、U形和单U形等
第一篇 连接成形理论基础
Chapter 5 焊接结构设计
本章重点和难点：
焊接结构的设计要求和原则 焊接接头的设计（接头、坡口等） 焊接结构的设计案例
2
一、焊接结构概述
焊接结构是金属结构中一种最主要的结构形式，如钢 结构、船舶壳体、锅炉及压力容器，以及工程机械、动力 机械、汽车拖拉机、铁路车辆等结构都是焊接结构，大多 依据有关的规程规范进行设计，《焊接手册》第3卷、 《焊接结构设计手册》及其他大量著作。