第四章焊接结构设计

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。
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
镇静钢
脱氧完全，组织致密，质量较高，可选作重要的焊接结构。
沸腾钢
含氧量较高，组织成分不均匀，焊接时易产生裂纹。厚板焊 接时还可能出现层状撕裂。
不宜用作承受动载荷或严寒下工作的重要焊接结构件以及盛装易燃、 有毒介质的压力容器。
异种金属的焊接
必须特别注意它们的焊接性及其差异。
一般要求接头强度不低于被焊钢材中的强度较低者，并应在设计中对 焊接工艺提出要求，按焊接性较差的钢种采取措施，如预热或焊后热处理 等。
2．坡口形式
根据GB 985--88，气焊、焊条电弧焊及气体保护焊常用的 几种焊缝坡口形式与尺寸如图4-45所示。
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。
当板厚增大时，为了保证焊透，接头处应根据工件厚度预 先加工出各种形式的坡口。坡口角度和装配尺寸按标准选用。
对不能用熔焊方法获得满意接头的异种金属应尽量不选用。
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。
对形状比较复杂的部分，还可以选用铸钢件、锻件或冲压 件来焊接。图4-37是合理选材、减少焊缝数量的几个示例。
第二节 焊接接头的工艺设计
其焊缝位置的设计应尽可能距离已加工表面远一些，如 图4-41中c、d。
(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。
如图4-42中 a、b、c所示的内侧焊缝，焊接时焊条无法 伸入。
(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。
若必须焊接，只能将焊条弯曲，但操作人的视线被遮挡 着，极易造成缺陷。因此应改为图4—42中d、e、f所示的设 计。
和应力集中位置不应该布置焊缝。
大跨度的焊接钢梁：板坯的拼料焊缝应避免放在梁的中间， 如图4—40中a应改为d的状态。
(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面
和应力集中位置不应该布置焊缝。
压力容器的封头应有一直壁段：如图4-40中b应改为e状态， 使焊缝避开应力集中的转角位置。直壁段不小于25 mm。
(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面
和应力集中位置不应该布置焊缝。
在构件截面有急剧变化的位置或尖锐棱角部位：则易产生 应力集中，应避免布置焊缝。例如图4-40中c应改为f的状态。
(4) 焊缝应尽量避开机械加工表面有些焊接结构是一些 零件，需要进行机械加工，如焊接轮毂、配管件、焊接支架 等。
一、焊缝的布置
合理的焊缝位置是焊接结构设计的关键，与产品质量、 生产率、成本及劳动条件密切相关。其一般工艺设计原则如 下： (1) 焊缝布置应尽量分散
焊缝密集或交叉，会 造成金属过热，加大热影 响区，使组织恶化。
因此两条焊缝的间距 一般要求大于三倍板厚， 且不小于100 mm，图4-38 所示 a、b、c的结构应改 为d、e、f的结构形式。
焊接碳钢和低合金钢常用的接头形式：
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。
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。
(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(图4—43)。
(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。
点焊与缝焊应考虑电极伸入方便(图4-44)。
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。
若必须选用，应在设计和生产工艺中采取必要措 施。
强度等级低的低合金结贵， • 强度能显著提高， 条件允许时应优先选用。
强度等级较高的低合金结构钢：
• 焊接性能虽然差些，但只要采取合 适的焊接材料与工艺，也能获得满意 的焊接接头。 设计强度要求高的重要结构可以选用。
(2) 焊缝的位置应尽可能对称布置
如图4-39a、b所示的焊件，焊缝位置偏离截面中心，并在 同一侧。由于焊缝的收缩，会造成较大的弯曲变形。图中 c、d、 e所示的焊缝位置对称，焊后不会发生明显的变形。
(3) 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面
第四章 焊接结构设计
设计焊接结构时，设计者应做到：
1.要很好了解产品使用性能的要求。 如载荷大小、载荷性质、使用温度、使用环境以及有关产 品结构的国家标准与规程。
2.要考虑焊接结构的工艺性。 如焊接工件材料的选择、焊接方法的选择、焊接接头的工 艺设计等。
3.要考虑到制造单位的质量管理水平、产品检验技术等有 关问题。
这样才能设计出比较容易生产、质量优良、 成本低廉的焊接结构。
第一节 焊接结构件材料的选择
焊接结构在满足工作性能要求的前提下，首先要 考虑选择焊接性较好的材料。
低碳钢和碳当量小于0.4％的低合金钢都具有良好 的焊接性，设计中应尽量选用；
含碳量大于0.4％的碳钢、碳当量大于0.4％的合 金钢，焊接性不好，设计时一般不宜选用。
两个焊接件的厚度相同时，常用的坡口形式及角度可按前 文所述接头形式选用。
2．坡口形式
Y形坡口和带钝边 U形坡口用于单面焊，其焊接性较好。 但焊后角变形较大，焊条消耗量也大些。
双 Y形坡口双面施焊，受热均匀，变形较小，焊条消耗量 较少。但有时受结构形状限制。