焊接件结构工艺

焊接件的结构工艺性

在焊接结构的生产制造中，除考虑使用性能之外，还应考虑制造时焊接工艺的特点及要求，才能保证在较高的生产率和较低的成本下，获得符合设计要求的产品质量。

焊接件的结构工艺性应考虑到各条焊缝的可焊到性、焊缝质量的保证，焊接工作量、焊接变形的控制、材料的合理应用、焊后热处理等因素，具体主要表现在焊缝的布置、焊接接头和坡口形式等几个方面。

一、焊缝布置

焊缝位置对焊接接头的质量、焊接应力和变形以及焊接生产率均有较大影响，因此在布置焊缝时，应考虑以下几个方面。

1．焊缝位置应便于施焊，有利于保证焊缝质量

焊缝可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝和仰焊缝四种型式，如图1所示。其中施焊操作最方便、焊接质量最容易保证的是平焊缝，因此在布置焊缝时应尽量使焊缝能在水平位置进行焊接。

图1 焊缝的空间位置

a)平焊 b)横焊 c)立焊 d)仰焊

除焊缝空间位置外，还应考虑各种焊接方法所需要的施焊操作空间。图2所示为考虑手工电弧焊施焊空间时，对焊缝的布置要求；图3所示为考虑点焊或缝焊施焊空间（电极位置）时的焊缝布置要求。

图2手工电弧焊对操作空间的要求

a）合理 b）不合理

图3 电阻点焊和缝焊时的焊缝布置

a）合理 b）不合理

另外，还应注意焊接过程中对熔化金属的保护情况。气体保护焊时，要考虑气体的保护作用，如图4所示。埋弧焊时，要考虑接头处有利于熔渣形成封闭空间，如图5所示。

图4 气体保护电弧焊时的焊缝布置

a）合理 b）不合理

图5 埋弧焊时的焊缝布置

a）合理 b）不合理

2．焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形

通过合理布置焊缝来减小焊接应力和变形主要有以下途径：

（1）尽量减少焊缝数量采用型材、管材、冲压件、锻件和铸钢件等作为被焊材料。这样不仅能减小焊接应力和变形，还能减少焊接材料消耗，提高生产率。如图6所示箱体构件，如采用型材或冲压件（图6b）焊接，可较板材（图6a）减少两条焊缝。

图6 减少焊缝数量

（2）尽可能分散布置焊缝如图7所示。焊缝集中分布容易使接头过热，材料的力学性能降低。两条焊缝的间距一般要求大于三倍或五倍的板厚。？

图7分散布置焊缝

a）不合理 b）合理

（3）尽可能对称分布焊缝如图8所示。焊缝的对称布置可以使各条焊缝的焊接变形相抵销，对减小梁柱结构的焊接变形有明显的效果。

图8 对称分布焊缝

a）不合理 b）合理

3．焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位

如图9所示。以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造成过大的应力而开裂。不可避免时，应附加刚性支承，以减小焊缝承受的应力。

图9 焊缝避开最大应力集中部位

a）不合理 b）合理

4．焊缝应尽量避开机械加工面

一般情况下，焊接工序应在机械加工工序之前完成，以防止焊接损坏机械加工表面。此时焊缝的布置也应尽量避开需要加工的表面，因为焊缝的机械加工性能不好，且焊接残余应力会影响加工精度。如果焊接结构上某一部位的加工精度要求较高，又必须在机械加工完成之后进行焊接工序时，应将焊缝布置在远离加工面处，以避免焊接应力和变形对已加工表面精度的影响，如图10所示。

图10 焊缝远离机械加工表面

a）不合理 b）合理

二、焊接接头型式和坡口型式的选择

1．焊接接头型式的选择

接头型式：根据GB/T3375-94规定，手工电弧焊焊接碳钢和低合金钢的基本焊接接头型式有对接接头、角接接头、搭接接头和T形接头四种，如图11所示。其中对接接头是焊接结构中使用最多的一种形式，接头上应力分布比较均匀，焊接质量容易保证，但对焊前准备和装配质量要求相对较高。角接接头便于组装，能获得美观的外形，但其承载能力较差，通常只起连接作用，不能用来传递工作载荷。搭接接头便于组装，常用于对焊前准备和装配要求简单的结构，但焊缝受剪切力作用，应力分布不均，承载能力较低，且结构重量大，不经济。T形接头也是一种应用非常广泛的接头型式，在船体结构中约有70%的焊缝采用T 形接头，在机床焊接结构中的应用也十分广泛。

在结构设计时，设计者应综合考虑结构形状、使用要求、焊件厚度、变形大小、焊接材料的消耗量、坡口加工的难易程度等因素，以确定接头型式和总体结构型式。

图11 手弧焊接头及坡口型式

a) 对接接头不开坡口Y形坡口双Y形坡口U形坡口双U形坡口

b)角接接头单边V形坡口Y形坡口K形坡口不开坡口

c) 丁字接头不开坡口单边形坡口 K形坡口单边双U形坡口

2．焊接坡口型式的选择

为保证厚度较大的焊件能够焊透，常将焊件接头边缘加工成一定形状的坡口。坡口除保证焊透外，还能起到调节母材金属和填充金属比例的作用，由此可以调整焊缝的性能。坡口型式的选择主要根据板厚和采用的焊接方法确定，同时兼顾焊接工作量大小、焊接材料消耗、坡口加工成本和焊接施工条件等，以提高生产率和降低成本。根据GB985-88规定，焊条电弧焊常采用的坡口形式有不开坡口（I形坡口）、Y形坡口、双Y形坡口、U形坡口等，如图12所示。

图12 不同厚度钢板的对接

手工电弧焊板厚6mm以上对接时，一般要开设坡口，对于重要结构，板厚超过3mm就要开设坡口。厚度相同的工件常有几种坡口型式可供选择，Y型和U型坡口只需一面焊，可焊到性较好，但焊后角变形大，焊条消耗量也大些。双Y型和双面U型坡口两面施焊，受热均匀，变形较小，焊条消耗量较小，在板厚相同的情况下，双Y形坡口比Y形坡口节省焊接材料1/2左右，但必须两面都可焊到，所以有时受到结构形状限制。U型和双面U型坡口根部较宽，容易焊透，且焊条消耗量也较小，但坡口制备成本较高，一般只在重要的受动载的厚板结构中采用。表1例举了气焊、手工电弧焊和气体保护焊焊缝坡口几种形式和尺寸的规定。

表1 气焊、手工电弧焊和气体保护焊焊缝坡口形式和尺寸举例

边受热不匀医产生焊不透等缺陷。国家标准中规定，对于不同厚度钢板对接的承载接头，当两板厚度差（δ-δ1）不超过表2的规定时，焊接接头的基本形式和尺寸按厚度较大的板确定，反之则应在厚板上作出单面或双面斜度，有斜度部分的长度L≥3（δ-δ1），如图12所示。

三、焊接结构工艺图

焊接结构工艺图：使用国家标准中规定的有关焊缝的图形符号、画法、标注等表达设计人员关于焊缝的设计思想，并能被他人正确理解的焊接结构图样。它与一般机器零件工艺图的主要区别在于，它必须要表达出对焊缝的工艺要求。