焊接結(jié)構(gòu)學(xué)-第八章

1、焊接結(jié)構(gòu)學(xué) 主講教師：安俊超第八章第八章 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是焊接產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心，是充分考慮焊接應(yīng)力與變形、焊接接頭強(qiáng)度、焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)特征、焊接結(jié)構(gòu)斷裂性能與疲勞性能的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。7.1 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則7.1.1 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般思路 1 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 （1）實(shí)用性； （2）可靠性； （3）工藝性； （4）經(jīng)濟(jì)性。 2 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法 （1）許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法 工作應(yīng)力許用應(yīng)力 工作變形許用變形 安全系數(shù)許用安全系數(shù) 1）母材的許用應(yīng)力和安全系數(shù) （8-4） 2）焊縫的許用應(yīng)力 母材許用應(yīng)力乘以系數(shù)。 （2）可靠性設(shè)計(jì)法

2、把與設(shè)計(jì)有關(guān)的強(qiáng)度、載荷、尺寸和壽命當(dāng)作隨機(jī)變量，采用概率理論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)結(jié)果更符合工程實(shí)際。 （3）有限元數(shù)值模擬輔助設(shè)計(jì)法8.1.2 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性分析 1 從實(shí)用性和可靠性分析焊接結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)性。 （2）合理設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)形式 1）良好的受力狀態(tài) 2）重視局部構(gòu)造 3）有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化焊接 （3）合理設(shè)計(jì)焊接接頭形式 （4）合理布置焊接接頭位置 對(duì)接接頭受力較均勻，重對(duì)接接頭受力較均勻，重 要的受力焊縫應(yīng)盡量選用要的受力焊縫應(yīng)盡量選用焊件不在同一平面，產(chǎn)生附加彎矩，金屬消耗量也大，焊件不在同一平面，

3、產(chǎn)生附加彎矩，金屬消耗量也大，一般應(yīng)避免采用。但不需開坡口，焊前準(zhǔn)備簡(jiǎn)便，裝一般應(yīng)避免采用。但不需開坡口，焊前準(zhǔn)備簡(jiǎn)便，裝配時(shí)尺寸要求不高，對(duì)于受力不大的平面聯(lián)配時(shí)尺寸要求不高，對(duì)于受力不大的平面聯(lián)結(jié)與空間架構(gòu)，采用搭接可以節(jié)省工時(shí)。結(jié)與空間架構(gòu)，采用搭接可以節(jié)省工時(shí)。 受力比對(duì)接接頭復(fù)雜，接受力比對(duì)接接頭復(fù)雜，接 頭成一定角度必須選用頭成一定角度必須選用密集、交叉的焊縫，會(huì)加密集、交叉的焊縫，會(huì)加大熱影響區(qū)及焊接應(yīng)力大熱影響區(qū)及焊接應(yīng)力不合理變形最變形最小小最好是能同時(shí)施焊最好是能同時(shí)施焊最大應(yīng)力處易產(chǎn)生應(yīng)力集中！ a)a)平焊平焊 b)b)橫焊橫焊 c)c)立焊立焊 d)d)仰焊仰焊 焊縫

4、的空間位置焊縫的空間位置 焊條電弧焊焊條電弧焊電阻點(diǎn)焊或縫焊電阻點(diǎn)焊或縫焊 便于施焊 2 從工藝性及經(jīng)濟(jì)性分析焊接結(jié)構(gòu)的合理性 焊接結(jié)構(gòu)的工藝性及經(jīng)濟(jì)性與備料工作量、結(jié)構(gòu)形狀尺寸、生產(chǎn)批量、焊接可達(dá)性、工藝裝備條件、工藝水平及人員水平等因素有關(guān)。 （1）備料工作量 焊縫金屬填充料盡量少、焊接可達(dá)性好、坡口加工容易、便于控制焊接變形。 （2）焊接結(jié)構(gòu)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(jù)生產(chǎn)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(cè)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(yīng)力與變形，減少焊接材料使用量。 （5）焊接變形的

5、控制 （6）勞動(dòng)環(huán)境條件 （7）材料的合理利用 合理解決節(jié)省原材料與增加工藝成本的關(guān)系，以降低總成本為目標(biāo)。 （8）方便生產(chǎn)組織與管理8.1.3 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題 1 改造結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) （1）鉚接結(jié)構(gòu)的改造 （2）鑄造結(jié)構(gòu)的改造 詳細(xì)分析鑄造結(jié)構(gòu)，只 可以改造鑄造工藝所決定的構(gòu)造形式，不可以改造功能性的構(gòu)造形式。 1）注意所用材料性質(zhì)上的差別； 2）注意鑄造結(jié)構(gòu)工藝與焊接工藝不同的要求； 3）要注意振動(dòng)和屈曲問題。 2 考慮自動(dòng)化焊接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在焊縫位置的設(shè)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(dòng)化問題。自動(dòng)化焊接不但提高生產(chǎn)效率，而且提高焊接質(zhì)量以及質(zhì)量穩(wěn)

6、定性。 3 考慮現(xiàn)代化生產(chǎn)管理的設(shè)計(jì) 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)主動(dòng)適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的要求，以有利于生產(chǎn)組織與管理。8.2 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例8.2.1 機(jī)床床身 1 焊接機(jī)身設(shè)計(jì)的要求 （1）強(qiáng)度； （2）剛度； （3）尺寸穩(wěn)定性； （4）減振性。 2 焊接機(jī)身的設(shè)計(jì) （1）材料的選用 （2）焊接接頭的設(shè)計(jì) 主要考慮減振性要求。 1）采用T形焊接接頭；2）采用斷續(xù)焊縫； 3）加強(qiáng)筋板的應(yīng)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(gòu)件的定位精度 （5）防止加強(qiáng)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

7、、B、C、D、E、F六類。2 壓力容器焊接接頭的設(shè)計(jì)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(duì)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(bǔ)強(qiáng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）焊接強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1）薄壁容器 按式8-5、8-6、8-7計(jì)算。 2）厚壁容器 按式8-8計(jì)算。 （2）壓力容器材料的選擇 4 圓筒形容器結(jié)構(gòu)與接頭的設(shè)計(jì) （1）圓筒形容器的組成 筒體、封頭、法蘭、接管、支

8、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(shè)計(jì) 1）縱向焊縫和環(huán)向焊縫 對(duì)接接頭，平滑過(guò) 渡，與母材等強(qiáng)度是縱向焊縫主要要求。環(huán)向焊縫強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng) 5 多層容器結(jié)構(gòu)與接頭的設(shè)計(jì) （1）層板包扎法； （2）繞板法 （3）熱套法； （4）繞帶法。 6 球形容器結(jié)構(gòu)與接頭的設(shè)計(jì) （1）典型的球形結(jié)構(gòu) 圖8-27。 （2） 球形容器的制造方法 1）分片預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)整體裝焊方案； 2）吊裝旋轉(zhuǎn)整體裝焊方案； 3）分帶預(yù)制、整體疊裝焊接方案。8.2.3 薄板結(jié)構(gòu) 1 薄板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性； 如果薄板構(gòu)件受軸向應(yīng)力小于臨界

9、應(yīng)力，則可以認(rèn)為薄板構(gòu)件將不會(huì)發(fā)生局部失穩(wěn)。如果壓應(yīng)力ycr，則薄板結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)。 2 基于穩(wěn)定性的薄板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）合理設(shè)計(jì)截面形狀 （2）設(shè)置加強(qiáng)筋 （3）薄板壓形 （4）焊接方法 點(diǎn)焊、高能束焊等焊接應(yīng)力與變形小的焊接方法。期末考察題1 用自己語(yǔ)言描述焊接應(yīng)力與變形的基本機(jī)理。2 簡(jiǎn)述焊接殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件靜載強(qiáng)度的影響。3 為什么焊接接頭比鉚接接頭容易產(chǎn)生脆性斷裂。4 簡(jiǎn)述影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能的主要因素。5 簡(jiǎn)述焊接結(jié)構(gòu)的力學(xué)合理性。6 進(jìn)行機(jī)床機(jī)身的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并把其與鑄造機(jī) 床機(jī)身進(jìn)行比較。焊接結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)題 一 緒論 1焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)； 2構(gòu)件焊接性； 3焊接結(jié)構(gòu)。二 焊接應(yīng)力與變形 1 應(yīng)力與變形過(guò)程；2焊接殘余變形形式；3焊接殘余應(yīng)力； 4 調(diào)整焊接殘余應(yīng)力與變形的焊前、焊中、焊后措施； 5 預(yù)變形法；三 焊接接頭 1 焊接接頭的基本屬性； 2 應(yīng)力集中的概念； 3 焊接接頭靜載強(qiáng)度計(jì)算；4 焊接接頭的基本形式；