焊接結構學

主講教師：安俊超第八章焊接結構設計

焊接結構設計是焊接產品設計的核心，是充分考慮焊接應力與變形、焊接接頭強度、焊接結構力學特征、焊接結構斷裂性能與疲勞性能的基礎上進行設計的。7.1焊接結構設計的一般原則7.1.1焊接結構設計的一般思路1焊接結構設計的基本要求（1）實用性；（2）可靠性；（3）工藝性；（4）經濟性。2焊接結構設計的基本方法（1）許用應力設計法工作應力≤許用應力工作變形≤許用變形安全系數≥許用安全系數1）母材的許用應力和安全系數

（8-4）2）焊縫的許用應力母材許用應力乘以系數。（2）可靠性設計法把與設計有關的強度、載荷、尺寸和壽命當作隨機變量，采用概率理論和數理統計的方法進行處理，設計結果更符合工程實際。（3）有限元數值模擬輔助設計法8.1.2焊接結構設計的合理性分析1從實用性和可靠性分析焊接結構的合理性（1）合理選擇基體材料和焊接材料使用性能和工藝性能、經濟性。（2）合理設計焊接結構形式1）良好的受力狀態2）重視局部構造3）有利于實現機械化和自動化焊接（3）合理設計焊接接頭形式

（4）合理布置焊接接頭位置

對接接頭受力較均勻，重要的受力焊縫應盡量選用焊件不在同一平面，產生附加彎矩，金屬消耗量也大，一般應避免采用。但不需開坡口，焊前準備簡便，裝配時尺寸要求不高，對于受力不大的平面聯結與空間架構，采用搭接可以節省工時。受力比對接接頭復雜，接頭成一定角度必須選用密集、交叉的焊縫，會加大熱影響區及焊接應力不合理變形最小最好是能同時施焊最大應力處易產生應力集中！

a)平焊

b)橫焊c)立焊d)仰焊

焊縫的空間位置

焊條電弧焊電阻點焊或縫焊便于施焊2從工藝性及經濟性分析焊接結構的合理性焊接結構的工藝性及經濟性與備料工作量、結構形狀尺寸、生產批量、焊接可達性、工藝裝備條件、工藝水平及人員水平等因素有關。（1）備料工作量焊縫金屬填充料盡量少、焊接可達性好、坡口加工容易、便于控制焊接變形。（2）焊接結構形式與焊接工藝選擇鑄焊、鍛焊組合工藝是常用的工藝形式，可以根據生產條件及批量綜合考慮。也可以考慮其它工藝方式。

（3）焊縫的可焊到性和可檢測性（4）減少焊接工作量減少焊接工作量也就意味著減少焊接應力與變形，減少焊接材料使用量。（5）焊接變形的控制（6）勞動環境條件（7）材料的合理利用合理解決節省原材料與增加工藝成本的關系，以降低總成本為目標。（8）方便生產組織與管理8.1.3焊接結構設計中應注意的問題1改造結構的設計（1）鉚接結構的改造（2）鑄造結構的改造詳細分析鑄造結構，只可以改造鑄造工藝所決定的構造形式，不可以改造功能性的構造形式。1）注意所用材料性質上的差別；2）注意鑄造結構工藝與焊接工藝不同的要求；3）要注意振動和屈曲問題。2考慮自動化焊接的結構設計在焊縫位置的設置、接頭形式的選擇、焊接順序的安排、操作空間等方面都要考慮焊接自動化問題。自動化焊接不但提高生產效率，而且提高焊接質量以及質量穩定性。

3考慮現代化生產管理的設計焊接結構設計應當主動適應現代化生產管理系統的要求，以有利于生產組織與管理。8.2焊接結構設計實例8.2.1機床床身1焊接機身設計的要求（1）強度；（2）剛度；（3）尺寸穩定性；（4）減振性。2焊接機身的設計（1）材料的選用（2）焊接接頭的設計主要考慮減振性要求。1）采用T形焊接接頭；2）采用斷續焊縫；3）加強筋板的應用。（3）焊接接頭的位置1）避免在加工表面上布置焊縫；2）避免在配合面上布置焊縫。（4）保證焊接構件的定位精度（5）防止加強筋板被鉆穿

8.2.2壓力容器1壓力容器焊接接頭的分類A、B、C、D、E、F六類。2壓力容器焊接接頭的設計要求（1）壓力容器中的A類和B類焊接接頭這兩類接頭必須都為全焊透對接接頭形式。（2）壓力容器中的C類焊接接頭不要求全焊透，采用局部焊透的丁字接頭。（3）壓力容器中的D類焊接接頭插入式接管全焊透丁字接頭、局部、帶補強的丁字接頭等。（4）壓力容器中的E類焊接接頭采用雙面開坡口的全焊透角焊縫接頭形式。3壓力容器焊接結構設計（1）焊接強度設計1）薄壁容器按式8-5、8-6、8-7計算。

2）厚壁容器按式8-8計算。（2）壓力容器材料的選擇4圓筒形容器結構與接頭的設計（1）圓筒形容器的組成筒體、封頭、法蘭、接管、支座是圓筒形容器的主要組成零件。（2）圓筒形容器焊接接頭的設計1）縱向焊縫和環向焊縫對接接頭，平滑過渡，與母材等強度是縱向焊縫主要要求。環向焊縫強度要求較低。2）容器上的支管連接圖8-22、8-23。

3）管板連接4）開孔與補強5多層容器結構與接頭的設計（1）層板包扎法；（2）繞板法（3）熱套法；（4）繞帶法。6球形容器結構與接頭的設計（1）典型的球形結構圖8-27。

（2）球形容器的制造方法1）分片預制、現場整體裝焊方案；2）吊裝旋轉整體裝焊方案；3）分帶預制、整體疊裝焊接方案。8.2.3薄板結構1薄板結構的穩定性；

如果薄板構件受軸向應力小于臨界應力，則可以認為薄板構件將不會發生局部失穩。如果壓應力σy＞σcr，則薄板結構發生失穩。

2基于穩定性的薄板結構設計（1）合理設計截面形狀

（2）設置加強筋（3）薄板壓形

（4）焊接方法點焊、高能束焊等焊接應力與變形小的焊接方法。期末考察題1用自己語言描述焊接應力與變形的基本機理。2簡述焊接殘余應力對構件靜載強度的影響。3為什么焊接接頭比鉚接接頭容易產生脆性斷裂。4簡述影響焊接結構疲勞性能的主要因素。5簡述焊接結構的力學合理性。6進行機床機身的焊接結構設計，并把其與鑄造機床機身進行比較。焊接結構復習題

一緒論1焊接結構的特點；2構件焊接性；3焊接結構。二焊接應力與變形1應力與變形過程；2焊接殘余變形形式；3焊接殘余應力；4調整焊接殘余應力與變形的焊前、焊中、焊后措施；5預變形法；三焊接接頭1焊接接頭的基本屬性；2應力集中的概念；3焊接接頭靜載強度計算；4焊接接頭的基本形式；5力學方面影