第5章 焊接接头、结构的设计和制造工艺

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1、1第第5章章 焊接接头、结构的设计和焊接接头、结构的设计和制造工艺制造工艺2 本章本章重点和难点重点和难点： 5.1 焊接结构焊接结构、接头接头和和结构细节结构细节设计设计 5.1.1 焊接结构的焊接结构的设计特点设计特点和常用的和常用的设计方法设计方法 5.1.2 焊接接头焊接接头的设计的设计 5.1.3 焊接焊接结构细节结构细节的设计的设计和焊接结构和焊接结构图样表示法图样表示法5.2 焊接焊接生产工艺过程的设计生产工艺过程的设计 5.2.1 焊接生产及其工艺过程设计焊接生产及其工艺过程设计的内容、步骤与的内容、步骤与方法方法 5.2.2 焊接生产的焊接生产的材料加工工艺材料加工工艺及及装

2、配焊接工艺装配焊接工艺 5.2.3 焊接焊接工艺评定工艺评定35.1 焊接结构、接头和结构细节设计焊接结构、接头和结构细节设计 5.1.1 焊接结构焊接结构的的设计特点设计特点和常用的和常用的设计方法设计方法 焊接结构焊接结构是金属结构中一种是金属结构中一种最主要的结构形式最主要的结构形式，如钢结构、船舶壳体、，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。它们大多依据构都是焊接结构。它们大多依据有关的规程规范有关的规程规范进行设计，进行设计，焊接手册焊接手册第第3卷、卷、焊接

3、结构设计手册焊接结构设计手册及及其他大量著作其他大量著作中，对此进行中，对此进行详细的研讨详细的研讨，这些理论工作及实践应用促进了焊接结构的发展。这些理论工作及实践应用促进了焊接结构的发展。 1焊接结构焊接结构的的设计特点设计特点 (1) 焊接结构设计的焊接结构设计的内容内容 它包括的内容有：它包括的内容有： 1) 选择结构的选择结构的材料材料，包括制造结构的材料种类和规格。，包括制造结构的材料种类和规格。 2) 确定确定结构的形式结构的形式，进行，进行结构强度、刚度、稳定性等结构强度、刚度、稳定性等进行的进行的计算计算(这种这种计算是在力系分析基础上进行的计算是在力系分析基础上进行的)。 3

4、) 进行结构的进行结构的细节设计、焊接的设计细节设计、焊接的设计和和计算计算。 4) 绘制施工图绘制施工图，规定产品的技术条件、工艺要求等。，规定产品的技术条件、工艺要求等。 5) 最后还要最后还要编制设计计算说明书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，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。术经济先进性的论证。4 (2) 焊接结构设计的焊接结构设计的基本要求基本要求和和遵循原则遵循原则 设计焊接结构要设计焊接结构要基本要求基本要求：实用性、安全性、工艺性实用性、安全性、工艺性和和经济性经济性等。等。 设计焊接结构设计焊接结构遵循的原则遵循的原则： 1) 合理地选择

5、合理地选择材料的种类材料的种类。材料的种类不同，强度等级和性能就有差别,工艺性能也不同。所选材料强度与性能，包括塑性、韧性、耐磨性等应能满足结构使用性能的要求；加工性能，如材料的冷热加工，包括焊接性都能满足加工要求。 2) 设计焊接结构时应大量采用设计焊接结构时应大量采用标准件、通用件和型材标准件、通用件和型材，包括标准型材和，包括标准型材和异型材，并且规格越单一越好。异型材，并且规格越单一越好。 3) 合理地设计合理地设计结构形式结构形式。尽量采用简洁明快的结构构造形式，采用最简单和最合理的接头形式，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。 4) 合理地合理地布置

6、焊缝布置焊缝。例如对称布置焊缝、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。 5) 施工方便并考虑施工方便并考虑改善工人劳动条件改善工人劳动条件，便于，便于生产组织和管理生产组织和管理。设计结构时就要考虑到以后施工的很多问题，如可达性问题，保证各种施工必需的操作空间问题等。 总之，设计结构要有良好的总之，设计结构要有良好的工艺性工艺性，较高的，较高的技术技术经济指标经济指标，产品质量，产品质量好、价格低，才具有竞争力。好、价格低，才具有竞争力。 5 2焊接结构常用的焊接结构常用的设计方法设计方法 (1) 许用应

7、力法许用应力法（又称为常规设计方法、安全系数设计法）又称为常规设计方法、安全系数设计法） 它是目前它是目前最常用最常用的的结构设计方法结构设计方法，如压力容器、锅炉、起重机金属结构，如压力容器、锅炉、起重机金属结构和焊接机器零件等都采用这种设计方法。和焊接机器零件等都采用这种设计方法。 焊接容器结构设计的强度条件：焊接容器结构设计的强度条件： (2) 以以概率论概率论为基础的为基础的极限状态设计法极限状态设计法 如果已知应力和抗力的如果已知应力和抗力的随机变量分布函数随机变量分布函数，则利用，则利用概率论概率论的数学方法可的数学方法可以计算出以计算出结构可靠度结构可靠度。如果选择确定。如果选择

8、确定结构的最优可靠度结构的最优可靠度，达到设计结构在技，达到设计结构在技术上可靠、在经济上节省，这就是所谓的术上可靠、在经济上节省，这就是所谓的概率设计法概率设计法。 目前仍是目前仍是近似的概率设计法近似的概率设计法，采用分项系数表达式进行结构设计，即：，采用分项系数表达式进行结构设计，即： rRR krsSk 式中式中 R k和和Sk材料抗力材料抗力R和载荷效应和载荷效应S的的标准值标准值； rR和和rs 按概率设计法按概率设计法(包括可靠指标、变异系数、均值和标准差等包括可靠指标、变异系数、均值和标准差等)决定的决定的分项系数分项系数。 65.1.2 焊接接头的设计焊接接头的设计 1. 焊

9、接接头焊接接头 (1) 基本类型基本类型：熔焊接头熔焊接头、压焊接头压焊接头和和钎焊接头钎焊接头。应用最广泛应用最广泛的是的是熔焊熔焊。 1) 熔焊接头熔焊接头 熔焊接头由熔焊接头由焊缝金属焊缝金属、熔合线、熔合线、热影响区热影响区和母材和母材所组成。而所组成。而焊缝金属焊缝金属是是填充材料和部分母材熔化后凝固而成的填充材料和部分母材熔化后凝固而成的铸造组织铸造组织。熔焊接头各部分的。熔焊接头各部分的组织不组织不均匀均匀，性能上也存在差异。，性能上也存在差异。 焊缝金属焊缝金属往往形成往往形成柱状晶铸造组织柱状晶铸造组织，一般，一般较母材的强度高且硬，而韧性较母材的强度高且硬，而韧性下降下降。

10、对于。对于高强度钢高强度钢，采用适当的工艺措施，如预热、缓冷或采用合适的热，采用适当的工艺措施，如预热、缓冷或采用合适的热输入也可获得要求性能的焊缝金属。输入也可获得要求性能的焊缝金属。焊缝金属强度焊缝金属强度相对相对母材强度母材强度可能要高或可能要高或低，前者称为低，前者称为高匹配高匹配，后者称为，后者称为低匹配低匹配。 宽度不大的宽度不大的热影响区热影响区，由于，由于焊接温度场梯度大焊接温度场梯度大，各点的热循环大不相同，各点的热循环大不相同,造成造成组织和性能的不同组织和性能的不同。特别要指出的是，经过焊接热循环后发生的。特别要指出的是，经过焊接热循环后发生的“动应动应变时效变时效”(热

11、应变时效热应变时效)会使接头会使接头性能恶化性能恶化。将钢材、铝材等经预应变后，会。将钢材、铝材等经预应变后，会产生变脆的产生变脆的“时效时效”现象，这种预应变及时效都是在低温现象，这种预应变及时效都是在低温(室温室温)下发生的，下发生的，通常称为通常称为“静应变时效静应变时效”。而。而焊接热影响区焊接热影响区经焊接热循环后会产生经焊接热循环后会产生热应变热应变，焊接的高温加速时效脆化，所以焊接的高温加速时效脆化，所以“动应变时效动应变时效”大大降低接头的性能，要注大大降低接头的性能，要注意防止。意防止。781) 熔焊接头熔焊接头-续续 熔焊焊缝熔焊焊缝主要有主要有对接焊缝对接焊缝和和角焊缝角