1、國際焊接學會授權的培訓機構國際焊接學會授權的培訓機構 哈爾濱焊接技術培訓中心哈爾濱焊接技術培訓中心 Harbin Welding Training Institute 國際焊接工程師培訓課程國際焊接工程師培訓課程Training Course for International Welding EngineerIIW Authorised Training Body焊接結構及設計焊接結構及設計總復習總復習 IIW Authorised Training Body 前言前言 結構設計基礎部分結構設計基礎部分 焊接結構設計焊接結構設計IIW Authorised Training Body 結構設

2、計基礎部分結構設計基礎部分安全校核（安全校核（強度校核、穩定性校核、剛度校核強度校核、穩定性校核、剛度校核）Sd 作用力（結構設計基礎、強度理論基礎）作用力（結構設計基礎、強度理論基礎）Rd 抵抗力（強度理論基礎）抵抗力（強度理論基礎）-極限應力極限應力1RSdd IIW Authorised Training Body1、例、例材料：材料：S235IIW Authorised Training Body問題問題1：簡支梁的結構構成？：簡支梁的結構構成？由桿件（承受彎矩）、和支座（將載荷傳遞到地基）由桿件（承受彎矩）、和支座（將載荷傳遞到地基）組成。組成。支座包括：固定支座（能對垂直方向上的力

3、支座包括：固定支座（能對垂直方向上的力V和水平和水平方向上的力方向上的力H產生反作用力，對力矩不起作用，有一產生反作用力，對力矩不起作用，有一個運動自由度，二個未知的支座反作用力個運動自由度，二個未知的支座反作用力 ）應應用在此結構用在此結構活動支座（只能對垂直方向上的力活動支座（只能對垂直方向上的力V產生反作用力，產生反作用力，對水平方向上的力和力矩不起作用，有二個運動自由對水平方向上的力和力矩不起作用，有二個運動自由度，一個未知的支座反力度，一個未知的支座反力 ）應用在此結構應用在此結構緊固支座（能對垂直方向上的力緊固支座（能對垂直方向上的力V，水平方向上的力，水平方向上的力H和力矩和力矩

4、M產生反作用力或力矩，無運動自由度，有產生反作用力或力矩，無運動自由度，有三個未知的支座反作用力三個未知的支座反作用力 ）未應用未應用IIW Authorised Training Body問題問題2：此結構體系是否屬于靜定系統？：此結構體系是否屬于靜定系統？n=a+z-3s3+0-310 靜定系統靜定系統a-支座反作用力的數量支座反作用力的數量 z-構件之間反作用力的數量構件之間反作用力的數量 s-桿件的數量桿件的數量 IIW Authorised Training Body n0 n倍靜不定系統倍靜不定系統 n=0 靜定系統靜定系統 n100）IIW Authorised Training

5、 Body3、主靜載焊接結構、主靜載焊接結構鋼結構特點鋼結構特點 鋼材強度高，塑性、韌性較好；重量輕；材質鋼材強度高，塑性、韌性較好；重量輕；材質均勻和力學計算的假定比較符合；制作簡便，施工工均勻和力學計算的假定比較符合；制作簡便，施工工 期短；密閉性好；耐蝕性差；耐熱不耐火；低溫和其期短；密閉性好；耐蝕性差；耐熱不耐火；低溫和其它條件下，可能發生脆斷。它條件下，可能發生脆斷。IIW Authorised Training Body構件結構設計要求（受壓條件下的失穩、桁架梁和構件結構設計要求（受壓條件下的失穩、桁架梁和實壁梁）實壁梁） 受壓構件的彎曲失穩受壓構件的彎曲失穩 軸心受力構件（軸心受

6、力構件的常用截面形式軸心受力構件（軸心受力構件的常用截面形式可分為實腹式和格構式兩大類）可分為實腹式和格構式兩大類） 受彎構件（實腹式受彎構件梁、格構式受彎構受彎構件（實腹式受彎構件梁、格構式受彎構件桁架梁、梁的局部穩定和腹板加勁肋設計）件桁架梁、梁的局部穩定和腹板加勁肋設計）IIW Authorised Training Body構件結構設計要求（受壓條件下的失穩、桁架梁和構件結構設計要求（受壓條件下的失穩、桁架梁和實壁梁）實壁梁） 受壓構件的彎曲失穩受壓構件的彎曲失穩 軸心受力構件（軸心受力構件的常用截面形軸心受力構件（軸心受力構件的常用截面形式可分為實腹式和格構式兩大類）式可分為實腹式和

7、格構式兩大類） 受彎構件（實腹式受彎構件梁、格構式受彎受彎構件（實腹式受彎構件梁、格構式受彎構件桁架梁、梁的局部穩定和腹板加勁肋設計）構件桁架梁、梁的局部穩定和腹板加勁肋設計）IIW Authorised Training Body按按DIN18800-1鋼制構件的限定和結構基礎鋼制構件的限定和結構基礎 鋼材種類鋼材種類 鋼材選擇和證書鋼材選擇和證書 冷變形區域的焊接冷變形區域的焊接 焊接填充材料及輔助材料焊接填充材料及輔助材料IIW Authorised Training Body焊接的實壁梁焊接的實壁梁 使用軋制型材可以很方便地改變實壁梁的高度，使用軋制型材可以很方便地改變實壁梁的高度，只

8、需改變腹板的高度，可增大該處的慣性矩，并減小只需改變腹板的高度，可增大該處的慣性矩，并減小支座，但應注意在支承處驗證其抗剪能力。支座，但應注意在支承處驗證其抗剪能力。 在彎矩和剪力的作用下，需對受彎梁進行局部加在彎矩和剪力的作用下，需對受彎梁進行局部加強。在強。在L0長度區域內進行加強后，增大在該區域內的長度區域內進行加強后，增大在該區域內的慣性矩，提高承載能力。慣性矩，提高承載能力。IIW Authorised Training Body實壁梁加強板的配置及翼板加強時端部的焊接接頭實壁梁加強板的配置及翼板加強時端部的焊接接頭 由腹板及加強板組成的區域稱作翹曲區，為提由腹板及加強板組成的區域稱

9、作翹曲區，為提高梁的穩定性及承受彎曲和剪應力的能力，需對梁高梁的穩定性及承受彎曲和剪應力的能力，需對梁進行剛度加強，即：橫向加強和縱向加強。進行剛度加強，即：橫向加強和縱向加強。IIW Authorised Training Body桁架梁桁架梁 桁架梁的優點是，每個桿件的材料性能均可得桁架梁的優點是，每個桿件的材料性能均可得到充分利用。從焊接觀點來說，每個桿件的截面形狀到充分利用。從焊接觀點來說，每個桿件的截面形狀選擇以及節點的結構形式設計非常重要。選擇以及節點的結構形式設計非常重要。 桿件的截面形狀可根據不同的條件進行選擇，桿件的截面形狀可根據不同的條件進行選擇，并有不同的方案（合理的焊接

10、方案、合理的制作方案、并有不同的方案（合理的焊接方案、合理的制作方案、防腐技術方案）防腐技術方案） 焊接節點焊接節點IIW Authorised Training Body型材的選擇型材的選擇 閉式型材：封閉式結構的優點是可充分利用其閉式型材：封閉式結構的優點是可充分利用其截面面積，并可將頂部承受的壓應力傳遞到基礎截面面積，并可將頂部承受的壓應力傳遞到基礎上，但卻增加了受彎梁的連接困難，并將導致局部上，但卻增加了受彎梁的連接困難，并將導致局部過載。過載。 開式型材：開式結構不能充分利用其截面面開式型材：開式結構不能充分利用其截面面積，但卻不存在受彎梁的連接困難，因此在工程結積，但卻不存在受彎梁

11、的連接困難，因此在工程結構上經常采用。構上經常采用。IIW Authorised Training Body鋼質量組別的選擇鋼質量組別的選擇 應力狀態應力狀態 構件的重要性構件的重要性 溫度溫度 構件厚度構件厚度IIW Authorised Training Body框架轉角結構框架轉角結構 角平分線上受載時的應力分布（應力分布不是角平分線上受載時的應力分布（應力分布不是直線而是雙曲線；在直角截面上，平面交界處的拉直線而是雙曲線；在直角截面上，平面交界處的拉應力，在轉角凸出處上的分布一直為零；尖銳的轉應力，在轉角凸出處上的分布一直為零；尖銳的轉角凹進處，壓應力在理論上上升到無窮大）。角凹進處，

12、壓應力在理論上上升到無窮大）。IIW Authorised Training Body框架轉角結構設計準則框架轉角結構設計準則 選選R/h1 內翼板的強度要高于外翼板內翼板的強度要高于外翼板 框架轉角區域的腹板加強框架轉角區域的腹板加強 對于徑向力，采取通過徑向的調整加強，同時對于徑向力，采取通過徑向的調整加強，同時增加板厚等措施，提高穩定性增加板厚等措施，提高穩定性 腹板和翼板之間的頸部焊縫測定為雙軸應力狀腹板和翼板之間的頸部焊縫測定為雙軸應力狀態態IIW Authorised Training Body4、動載焊接結構（斷裂力學）、動載焊接結構（斷裂力學）脆性斷裂的產生原因及特點脆性斷裂的

13、產生原因及特點 名義工作應力低；斷裂之前無明顯塑性變形，突名義工作應力低；斷裂之前無明顯塑性變形，突發斷裂；低應力脆性破壞多發生在低溫陰冷的時刻。發斷裂；低應力脆性破壞多發生在低溫陰冷的時刻。 發生低應力脆性斷裂的結構內，多半存在著較大發生低應力脆性斷裂的結構內，多半存在著較大的內應力，有較高的內能；發生低應力脆性斷裂的結的內應力，有較高的內能；發生低應力脆性斷裂的結構上，必有裂源或應力集中點存在；脆性斷裂對缺陷構上，必有裂源或應力集中點存在；脆性斷裂對缺陷和應力集中很敏感。和應力集中很敏感。 拉應力拉應力是裂紋產生和擴展的動力，拉應力及缺陷是裂紋產生和擴展的動力，拉應力及缺陷的大小直接影響裂

14、紋萌生和擴展的速度；阻止裂紋擴的大小直接影響裂紋萌生和擴展的速度；阻止裂紋擴展的主要因素是壓應力和材料的塑性變形。展的主要因素是壓應力和材料的塑性變形。IIW Authorised Training Body 內因，即結構抗力是預防脆性斷裂的根基；外內因，即結構抗力是預防脆性斷裂的根基；外因，即載荷性質、加載速率、環境因素等，是發生因，即載荷性質、加載速率、環境因素等，是發生脆性斷裂的條件，須同時兼顧，方能避免脆斷災害脆性斷裂的條件，須同時兼顧，方能避免脆斷災害的發生！的發生！ 預防脆性斷裂的措施（正確選擇材料、正確設預防脆性斷裂的措施（正確選擇材料、正確設計合理、安排結構制造工藝、正確使用，

15、精心維護）計合理、安排結構制造工藝、正確使用，精心維護）IIW Authorised Training Body斷裂力學的應用斷裂力學的應用 斷裂力學的在于研究宏觀裂紋在什么條件下，才斷裂力學的在于研究宏觀裂紋在什么條件下，才會導致失穩擴展，引發脆性斷裂；建立裂紋尺寸與破會導致失穩擴展，引發脆性斷裂；建立裂紋尺寸與破壞應力之間的關系。這對結構安全設計、合理選材、壞應力之間的關系。這對結構安全設計、合理選材、改進材質和施工工藝，以及制定裂紋體力學的概念標改進材質和施工工藝，以及制定裂紋體力學的概念標準等都有重要意義。準等都有重要意義。IIW Authorised Training Body線彈性

16、斷裂力學線彈性斷裂力學 應力強度因子它反映材料抵抗脆性斷裂，或裂紋應力強度因子它反映材料抵抗脆性斷裂，或裂紋失穩擴展的能力。失穩擴展的能力。 平面應變條件下，材料抵抗脆性斷裂的判據是：平面應變條件下，材料抵抗脆性斷裂的判據是：CKK 非線性（彈塑性）斷裂力學非線性（彈塑性）斷裂力學 用裂紋尖端張開位移（用裂紋尖端張開位移（COD）和形變功率）和形變功率(J積積分分)等來描述大范圍屈服裂紋尖端的力學狀態。等來描述大范圍屈服裂紋尖端的力學狀態。IIW Authorised Training Body疲勞斷裂的產生原因及特點疲勞斷裂的產生原因及特點 脆性破壞與疲勞破壞的相同點（都屬于低應力脆性破壞與

17、疲勞破壞的相同點（都屬于低應力破壞；破壞之前，結構都沒有明顯的征兆或外觀變形，破壞；破壞之前，結構都沒有明顯的征兆或外觀變形，突發性強，令人促不及防；都對應力集中很敏感突發性強，令人促不及防；都對應力集中很敏感 起起裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于應力集中點）裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于應力集中點） 脆性破壞與疲勞破壞的相同點與不同點（載荷脆性破壞與疲勞破壞的相同點與不同點（載荷性質不同、對溫度敏感性性質不同、對溫度敏感性 、受載次數多少、斷裂經、受載次數多少、斷裂經歷時間、斷裂經歷過程、斷裂機理機制、宏觀斷口形歷時間、斷裂經歷過程、斷裂機理機制、宏觀斷口形貌、微觀斷口形貌）貌、微觀斷

18、口形貌）IIW Authorised Training Body疲勞強度的基本概念疲勞強度的基本概念IIW Authorised Training Body影響焊接接頭疲勞強度的因素影響焊接接頭疲勞強度的因素 疲勞載荷的性質和大小；腐蝕介質會加速疲勞疲勞載荷的性質和大小；腐蝕介質會加速疲勞裂紋的萌生和擴展速率，降低疲勞壽命裂紋的萌生和擴展速率，降低疲勞壽命結構構造剛柔相濟的程度；結構上，特別是接頭結構構造剛柔相濟的程度；結構上，特別是接頭上的各種應力集中現象；材質的純度與材料的塑性和上的各種應力集中現象；材質的純度與材料的塑性和韌度；結構殘余拉應力韌度；結構殘余拉應力IIW Authorise

19、d Training Body提高焊接結構疲勞強度的工藝提高焊接結構疲勞強度的工藝 結構中的應力集中是降低焊接結構疲勞強度的結構中的應力集中是降低焊接結構疲勞強度的最主要因素。預防、減小應力集中的工作，應該貫穿最主要因素。預防、減小應力集中的工作，應該貫穿于產品設計、制造和使用的整個過程當中。于產品設計、制造和使用的整個過程當中。 設計措施設計措施 工藝措施工藝措施 使用中的維護措施使用中的維護措施IIW Authorised Training Body焊接結構疲勞強度設計的一般原則焊接結構疲勞強度設計的一般原則 考慮實用性，進行功能設計；進行方案設計；考慮實用性，進行功能設計；進行方案設計；

20、進行具體的施工圖設計進行具體的施工圖設計 設計動載焊接結構必須特別強調兩點：動載對設計動載焊接結構必須特別強調兩點：動載對應力集中非常敏感；焊接接頭屬于剛性連接形式，對應力集中非常敏感；焊接接頭屬于剛性連接形式，對應力集中也比較敏感。而且應力集中也比較敏感。而且“焊接結構焊接結構”難免有焊接難免有焊接殘殘余應力、變形、焊接缺陷等，有應力集中現象。余應力、變形、焊接缺陷等，有應力集中現象。IIW Authorised Training Body5、焊接壓力裝置的制作、焊接壓力裝置的制作技術規程技術規程 歐洲壓力裝置技術規程歐洲壓力裝置技術規程DGRL 壓力容器條例壓力容器條例 （TRB 壓力容器

21、、壓力容器、TRG壓縮氣壓縮氣體、體、TRR壓力管道）壓力管道） 壓力容器工作組規范壓力容器工作組規范 AD規范規范歐洲壓力裝置技術規程歐洲壓力裝置技術規程DGRL DGRL所敘述的只是基本的安全要求！所敘述的只是基本的安全要求！ 概念解釋概念解釋IIW Authorised Training Body壓力容器條例壓力容器條例 壓力容器分類壓力容器分類 檢驗范圍（初檢、定期檢驗、特殊檢驗）檢驗范圍（初檢、定期檢驗、特殊檢驗） 檢驗機構檢驗機構 檢驗專家檢驗專家IIW Authorised Training BodyAD2000版壓力裝置的設計和制造版壓力裝置的設計和制造 AD規范的章節分配規范

22、的章節分配 設計參數設計參數 壓力容器組件的計算壓力容器組件的計算 21/20ccpvSKpDsaIIW Authorised Training Body6、鋁合金焊接結構、鋁合金焊接結構設計原則設計原則 鋁結構的設計，雖然在計算方法上與鋼結構基鋁結構的設計，雖然在計算方法上與鋼結構基本相同，但由于其焊接接頭性能的特殊性，在接頭設本相同，但由于其焊接接頭性能的特殊性，在接頭設計、許用應力等方面又不同于鋼結構。計、許用應力等方面又不同于鋼結構。 鋁與鋼相比重要的區別（比較低的強度；低彈鋁與鋼相比重要的區別（比較低的強度；低彈性模量；焊接熱影響區；擠壓型材的成型不可預測性；性模量；焊接熱影響區；擠

23、壓型材的成型不可預測性；有減少輕型結構質量可能性）有減少輕型結構質量可能性）IIW Authorised Training Body材料特點材料特點 非熱處理強化的鋁合金在焊接狀態下的斷裂強非熱處理強化的鋁合金在焊接狀態下的斷裂強度和度和0.2%屈服強度與供貨狀態幾乎沒有區別，而對屈服強度與供貨狀態幾乎沒有區別，而對一可熱處理化鋁合金則有明顯的差別。非熱處理強化一可熱處理化鋁合金則有明顯的差別。非熱處理強化鋁合金的比值大約鋁合金的比值大約0.5至至0.6之間，在焊接狀態要稍低之間，在焊接狀態要稍低一些，對于熱處理強化鋁合金鋼在一些，對于熱處理強化鋁合金鋼在0.7至至0.8之間。之間。 鋁合金的

24、斷裂延伸率還沒有達到鋁合金的斷裂延伸率還沒有達到EN10025中普中普通結構鋼的一半（通結構鋼的一半（S235）。）。 焊后接頭強度下降。焊后接頭強度下降。 鋁合金基本沒有低溫脆性問題鋁合金基本沒有低溫脆性問題IIW Authorised Training Body結構設計及焊接結構設計及焊接 鋼和鋁的坡口有區別：鋼和鋁的坡口有區別： 靜載時的計算準則焊接鋁結構的計算原理上可以靜載時的計算準則焊接鋁結構的計算原理上可以與按與按DIN18800T1進行的鋼結構的計算相比較。但進行的鋼結構的計算相比較。但 、母材和焊縫的許用應力卻不一樣，必須按不同的標準母材和焊縫的許用應力卻不一樣，必須按不同的標準規程選取。規程選取。 應該考慮到，焊接時在熱影響區的橫截面內要產應該考慮到，焊接時在熱影響區的橫截面內要產生強度的降低。焊接結構的熱影響區是從焊縫中點及生強度的降低。焊接結構的熱影響區是從焊縫中點及根部算起向各個方向延伸根部算起向各個方向延伸30mm的區域。的區域