第5章 焊接接頭、結構的設計和制造工藝

1、1第第5章章 焊接接頭、結構的設計和焊接接頭、結構的設計和制造工藝制造工藝2 本章本章重點和難點重點和難點： 5.1 焊接結構焊接結構、接頭接頭和和結構細節(jié)結構細節(jié)設計設計 5.1.1 焊接結構的焊接結構的設計特點設計特點和常用的和常用的設計方法設計方法 5.1.2 焊接接頭焊接接頭的設計的設計 5.1.3 焊接焊接結構細節(jié)結構細節(jié)的設計的設計和焊接結構和焊接結構圖樣表示法圖樣表示法5.2 焊接焊接生產(chǎn)工藝過程的設計生產(chǎn)工藝過程的設計 5.2.1 焊接生產(chǎn)及其工藝過程設計焊接生產(chǎn)及其工藝過程設計的內容、步驟與的內容、步驟與方法方法 5.2.2 焊接生產(chǎn)的焊接生產(chǎn)的材料加工工藝材料加工工藝及及裝

2、配焊接工藝裝配焊接工藝 5.2.3 焊接焊接工藝評定工藝評定35.1 焊接結構、接頭和結構細節(jié)設計焊接結構、接頭和結構細節(jié)設計 5.1.1 焊接結構焊接結構的的設計特點設計特點和常用的和常用的設計方法設計方法 焊接結構焊接結構是金屬結構中一種是金屬結構中一種最主要的結構形式最主要的結構形式，如鋼結構、船舶殼體、，如鋼結構、船舶殼體、鍋爐及壓力容器，以及工程機械、動力機械、汽車拖拉機、鐵路車輛等結鍋爐及壓力容器，以及工程機械、動力機械、汽車拖拉機、鐵路車輛等結構都是焊接結構。它們大多依據(jù)構都是焊接結構。它們大多依據(jù)有關的規(guī)程規(guī)范有關的規(guī)程規(guī)范進行設計，進行設計，焊接手冊焊接手冊第第3卷、卷、焊接

3、結構設計手冊焊接結構設計手冊及及其他大量著作其他大量著作中，對此進行中，對此進行詳細的研討詳細的研討，這些理論工作及實踐應用促進了焊接結構的發(fā)展。這些理論工作及實踐應用促進了焊接結構的發(fā)展。 1焊接結構焊接結構的的設計特點設計特點 (1) 焊接結構設計的焊接結構設計的內容內容 它包括的內容有：它包括的內容有： 1) 選擇結構的選擇結構的材料材料，包括制造結構的材料種類和規(guī)格。，包括制造結構的材料種類和規(guī)格。 2) 確定確定結構的形式結構的形式，進行，進行結構強度、剛度、穩(wěn)定性等結構強度、剛度、穩(wěn)定性等進行的進行的計算計算(這種這種計算是在力系分析基礎上進行的計算是在力系分析基礎上進行的)。 3

4、) 進行結構的進行結構的細節(jié)設計、焊接的設計細節(jié)設計、焊接的設計和和計算計算。 4) 繪制施工圖繪制施工圖，規(guī)定產(chǎn)品的技術條件、工藝要求等。，規(guī)定產(chǎn)品的技術條件、工藝要求等。 5) 最后還要最后還要編制設計計算說明書編制設計計算說明書，其中包括設計結構的構造合理性和技，其中包括設計結構的構造合理性和技術經(jīng)濟先進性的論證。術經(jīng)濟先進性的論證。4 (2) 焊接結構設計的焊接結構設計的基本要求基本要求和和遵循原則遵循原則 設計焊接結構要設計焊接結構要基本要求基本要求：實用性、安全性、工藝性實用性、安全性、工藝性和和經(jīng)濟性經(jīng)濟性等。等。 設計焊接結構設計焊接結構遵循的原則遵循的原則： 1) 合理地選擇

5、合理地選擇材料的種類材料的種類。材料的種類不同，強度等級和性能就有差別,工藝性能也不同。所選材料強度與性能，包括塑性、韌性、耐磨性等應能滿足結構使用性能的要求；加工性能，如材料的冷熱加工，包括焊接性都能滿足加工要求。 2) 設計焊接結構時應大量采用設計焊接結構時應大量采用標準件、通用件和型材標準件、通用件和型材，包括標準型材和，包括標準型材和異型材，并且規(guī)格越單一越好。異型材，并且規(guī)格越單一越好。 3) 合理地設計合理地設計結構形式結構形式。盡量采用簡潔明快的結構構造形式，采用最簡單和最合理的接頭形式，并且種類越少越好，減少短而不規(guī)則的焊縫和避免不易加工的空間曲面結構。 4) 合理地合理地布置

6、焊縫布置焊縫。例如對稱布置焊縫、避免焊縫交叉、密集，重要的工作焊縫要連續(xù)，次要的聯(lián)系焊縫可用斷續(xù)焊縫，這有利于焊接施工和減少焊接工作量，便于控制焊接應力和變形。 5) 施工方便并考慮施工方便并考慮改善工人勞動條件改善工人勞動條件，便于，便于生產(chǎn)組織和管理生產(chǎn)組織和管理。設計結構時就要考慮到以后施工的很多問題，如可達性問題，保證各種施工必需的操作空間問題等。 總之，設計結構要有良好的總之，設計結構要有良好的工藝性工藝性，較高的，較高的技術技術經(jīng)濟指標經(jīng)濟指標，產(chǎn)品質量，產(chǎn)品質量好、價格低，才具有競爭力。好、價格低，才具有競爭力。 5 2焊接結構常用的焊接結構常用的設計方法設計方法 (1) 許用應

7、力法許用應力法（又稱為常規(guī)設計方法、安全系數(shù)設計法）又稱為常規(guī)設計方法、安全系數(shù)設計法） 它是目前它是目前最常用最常用的的結構設計方法結構設計方法，如壓力容器、鍋爐、起重機金屬結構，如壓力容器、鍋爐、起重機金屬結構和焊接機器零件等都采用這種設計方法。和焊接機器零件等都采用這種設計方法。 焊接容器結構設計的強度條件：焊接容器結構設計的強度條件： (2) 以以概率論概率論為基礎的為基礎的極限狀態(tài)設計法極限狀態(tài)設計法 如果已知應力和抗力的如果已知應力和抗力的隨機變量分布函數(shù)隨機變量分布函數(shù)，則利用，則利用概率論概率論的數(shù)學方法可的數(shù)學方法可以計算出以計算出結構可靠度結構可靠度。如果選擇確定。如果選擇

8、確定結構的最優(yōu)可靠度結構的最優(yōu)可靠度，達到設計結構在技，達到設計結構在技術上可靠、在經(jīng)濟上節(jié)省，這就是所謂的術上可靠、在經(jīng)濟上節(jié)省，這就是所謂的概率設計法概率設計法。 目前仍是目前仍是近似的概率設計法近似的概率設計法，采用分項系數(shù)表達式進行結構設計，即：，采用分項系數(shù)表達式進行結構設計，即： rRR krsSk 式中式中 R k和和Sk材料抗力材料抗力R和載荷效應和載荷效應S的的標準值標準值； rR和和rs 按概率設計法按概率設計法(包括可靠指標、變異系數(shù)、均值和標準差等包括可靠指標、變異系數(shù)、均值和標準差等)決定的決定的分項系數(shù)分項系數(shù)。 65.1.2 焊接接頭的設計焊接接頭的設計 1. 焊

9、接接頭焊接接頭 (1) 基本類型基本類型：熔焊接頭熔焊接頭、壓焊接頭壓焊接頭和和釬焊接頭釬焊接頭。應用最廣泛應用最廣泛的是的是熔焊熔焊。 1) 熔焊接頭熔焊接頭 熔焊接頭由熔焊接頭由焊縫金屬焊縫金屬、熔合線、熔合線、熱影響區(qū)熱影響區(qū)和母材和母材所組成。而所組成。而焊縫金屬焊縫金屬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鑄造組織鑄造組織。熔焊接頭各部分的。熔焊接頭各部分的組織不組織不均勻均勻，性能上也存在差異。，性能上也存在差異。 焊縫金屬焊縫金屬往往形成往往形成柱狀晶鑄造組織柱狀晶鑄造組織，一般，一般較母材的強度高且硬，而韌性較母材的強度高且硬，而韌性下降下降。

10、對于。對于高強度鋼高強度鋼，采用適當?shù)墓に嚧胧?，如預熱、緩冷或采用合適的熱，采用適當?shù)墓に嚧胧珙A熱、緩冷或采用合適的熱輸入也可獲得要求性能的焊縫金屬。輸入也可獲得要求性能的焊縫金屬。焊縫金屬強度焊縫金屬強度相對相對母材強度母材強度可能要高或可能要高或低，前者稱為低，前者稱為高匹配高匹配，后者稱為，后者稱為低匹配低匹配。 寬度不大的寬度不大的熱影響區(qū)熱影響區(qū)，由于，由于焊接溫度場梯度大焊接溫度場梯度大，各點的熱循環(huán)大不相同，各點的熱循環(huán)大不相同,造成造成組織和性能的不同組織和性能的不同。特別要指出的是，經(jīng)過焊接熱循環(huán)后發(fā)生的。特別要指出的是，經(jīng)過焊接熱循環(huán)后發(fā)生的“動應動應變時效變時效”(熱

11、應變時效熱應變時效)會使接頭會使接頭性能惡化性能惡化。將鋼材、鋁材等經(jīng)預應變后，會。將鋼材、鋁材等經(jīng)預應變后，會產(chǎn)生變脆的產(chǎn)生變脆的“時效時效”現(xiàn)象，這種預應變及時效都是在低溫現(xiàn)象，這種預應變及時效都是在低溫(室溫室溫)下發(fā)生的，下發(fā)生的，通常稱為通常稱為“靜應變時效靜應變時效”。而。而焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū)經(jīng)焊接熱循環(huán)后會產(chǎn)生經(jīng)焊接熱循環(huán)后會產(chǎn)生熱應變熱應變，焊接的高溫加速時效脆化，所以焊接的高溫加速時效脆化，所以“動應變時效動應變時效”大大降低接頭的性能，要注大大降低接頭的性能，要注意防止。意防止。781) 熔焊接頭熔焊接頭-續(xù)續(xù) 熔焊焊縫熔焊焊縫主要有主要有對接焊縫對接焊縫和和角焊縫角

12、焊縫，以這兩種焊縫為主體構成的焊接，以這兩種焊縫為主體構成的焊接接頭有：接頭有：對接接頭、角接接頭、對接接頭、角接接頭、T形形(十字十字)接頭、搭接接頭接頭、搭接接頭和和塞焊接頭塞焊接頭等等。 常用焊縫常用焊縫坡口基本形式坡口基本形式與所構成的與所構成的接頭形式接頭形式見見圖圖5-1 。其坡口形式、尺。其坡口形式、尺寸、熔化形成的寸、熔化形成的焊縫金屬焊縫金屬(圖中用圖中用細實線表示細實線表示)。由。由符號字母代表的有關尺符號字母代表的有關尺寸寸見見表表5-6。表。表5-6是參照是參照GBT 9851988、GBT 9861988標準標準規(guī)定列規(guī)定列出的。選擇哪一種坡口形式除按照出的。選擇哪一

13、種坡口形式除按照上述兩標準上述兩標準外，也可按外，也可按行業(yè)和企業(yè)標準行業(yè)和企業(yè)標準由由焊件厚度焊件厚度確定，并且有一個確定，并且有一個合適的區(qū)間合適的區(qū)間。 例如：例如：厚度為厚度為30mm的板的板對接，既可以選擇對接，既可以選擇圖圖5-1i所示的所示的雙雙Y形坡口形坡口(由表由表5-6查得：用查得：用焊條電弧焊焊條電弧焊時，該坡口適于時，該坡口適于1260mm厚的厚的板；用板；用埋弧焊埋弧焊時，適于時，適于24-60mm厚的板厚的板)，也可以選擇圖也可以選擇圖5-lm所示帶鈍邊的所示帶鈍邊的雙雙U形坡口形坡口。無論選擇哪一種無論選擇哪一種坡口形式坡口形式，都首先要保證，都首先要保證接頭質量

14、接頭質量，同時還要考慮，同時還要考慮經(jīng)濟性經(jīng)濟性。9常用常用熔焊接頭熔焊接頭坡口形式坡口形式圖圖5-1 常用熔焊接頭的常用熔焊接頭的坡口形坡口形式式 a) n) 對接接頭對接接頭 o) 角接頭角接頭10圖圖5-1 常用常用熔焊接頭熔焊接頭的的坡口形式坡口形式 p)u) 角接頭角接頭 v)b) T形（十字）接頭形（十字）接頭 c)d) 搭接接頭搭接接頭11電渣焊接頭電渣焊接頭 它是它是熔焊接頭熔焊接頭中一種中一種重要的接頭重要的接頭。當焊件厚度當焊件厚度大于大于30mm時即可以考慮采時即可以考慮采用電渣焊接頭，特別是用電渣焊接頭，特別是大斷面的焊縫大斷面的焊縫，如焊件厚度如焊件厚度大于大于60m

15、m，電渣焊比電弧，電渣焊比電弧焊接頭效率要高。常用接頭的基本形式焊接頭效率要高。常用接頭的基本形式（圖（圖5-2）。）。 電渣焊焊件焊后通常要經(jīng)電渣焊焊件焊后通常要經(jīng)正火回正火回火或高溫退火熱處理火或高溫退火熱處理，以消除大，以消除大焊接熱焊接熱輸入造成的寬熱影響區(qū)、粗晶粒、高殘輸入造成的寬熱影響區(qū)、粗晶粒、高殘余應力的不良影響。余應力的不良影響。 12電子束焊接接頭電子束焊接接頭-熔焊的一種熔焊的一種特殊接頭特殊接頭 它是利用它是利用聚焦的高速電子流聚焦的高速電子流轟擊焊件，使轟擊焊件，使電子電子動能動能轉化為轉化為熱能熱能而熔化焊接接頭的焊縫區(qū)而進行的而熔化焊接接頭的焊縫區(qū)而進行的熔焊。熔

16、焊。 特點特點：可焊接：可焊接各種特殊的金屬各種特殊的金屬，大厚度，焊縫的，大厚度，焊縫的深寬比大深寬比大(可達可達25:1)。 應用應用：核反應堆元件核反應堆元件，航空、航天設備中的某些，航空、航天設備中的某些特殊金屬特殊金屬、超高強度鋼超高強度鋼及及耐熱合金耐熱合金零件的焊接。零件的焊接。13 2) 壓焊接頭壓焊接頭 電阻焊、摩擦焊、擴散焊、超聲波焊、冷壓焊和電阻焊、摩擦焊、擴散焊、超聲波焊、冷壓焊和爆炸焊統(tǒng)稱為爆炸焊統(tǒng)稱為壓焊壓焊，其中，其中電阻焊和摩擦焊電阻焊和摩擦焊應用最廣。應用最廣。 電阻焊電阻焊和和摩擦焊摩擦焊在汽車工業(yè)中應用很普遍，在汽車工業(yè)中應用很普遍，電阻電阻焊焊中的中的點

17、焊點焊和和縫焊縫焊多是采用多是采用搭接接頭搭接接頭。摩擦焊接頭摩擦焊接頭通通常也是采用常也是采用對接接頭對接接頭。 3) 釬焊接頭釬焊接頭 有多種類型。但有多種類型。但基本類型基本類型只有只有對接接頭和搭接接對接接頭和搭接接頭頭兩種。兩種。14(2) 熔焊熔焊坡口形式坡口形式的選擇的選擇 熔焊坡口形式熔焊坡口形式根據(jù)其形狀可分為根據(jù)其形狀可分為三類：基本型三類：基本型，I形、形、V形和單形和單V形、形、U形和單形和單U形形等（圖等（圖5-1）；）；特殊型特殊型，如卷邊、帶墊板、鎖邊的和塞焊、開槽，如卷邊、帶墊板、鎖邊的和塞焊、開槽焊等；焊等；組合型組合型，就是上述各型的組合，圖，就是上述各型的

18、組合，圖5-1絕大多數(shù)都是組合型的坡口。絕大多數(shù)都是組合型的坡口。 決定坡口形式的因素：決定坡口形式的因素： 1) 工廠的加工條件工廠的加工條件。采用雙。采用雙V形、形、Y形、單邊形、單邊V形、雙單邊形、雙單邊V形、形、V形、形、I形等坡口可用形等坡口可用氣割、等離子弧切割氣割、等離子弧切割，也可用，也可用金屬切削方法金屬切削方法加工。但雙加工。但雙U形、形、帶鈍邊帶鈍邊U形、帶鈍邊形、帶鈍邊J形、形、U形、形、Y形坡口一般需用形坡口一般需用刨邊機加工刨邊機加工，效率較熱切，效率較熱切割低。割低。 2) 可達性的好壞可達性的好壞。采用。采用Y形、帶墊板形、帶墊板Y形形(圖圖5-1 e、f)、帶

19、墊板、帶墊板V形、形、VY形形(圖圖g)、帶鈍邊的、帶鈍邊的U形形(圖圖h)等坡口的接頭，施焊時，一般等坡口的接頭，施焊時，一般可不需翻轉可不需翻轉。 內徑較小內徑較小的容器或管道，的容器或管道，不便翻轉不便翻轉的結構，為的結構，為避免仰焊避免仰焊及及不能從內側不能從內側施焊施焊，可采用這種坡口和焊縫形式。，可采用這種坡口和焊縫形式。 3) 減小焊接材料的消耗量減小焊接材料的消耗量。一般熔敷金屬量小，焊接材料消耗也小，。一般熔敷金屬量小，焊接材料消耗也小，也節(jié)省加工時間。同樣板厚：也節(jié)省加工時間。同樣板厚：Y形形比比雙雙Y形坡口形坡口的熔敷金屬的熔敷金屬增加量增加量最大可達最大可達50，雙雙U

20、形或形或UY形形則更加節(jié)省熔敷金屬。因此，對于則更加節(jié)省熔敷金屬。因此，對于大厚度的焊接接頭大厚度的焊接接頭,多采用這種較多采用這種較經(jīng)濟的坡口經(jīng)濟的坡口。 對于不適于電渣焊、電子束焊的對于不適于電渣焊、電子束焊的特厚件特厚件焊縫還采用焊縫還采用窄間隙焊窄間隙焊。 4) 考慮焊接變形與應力考慮焊接變形與應力。例如：。例如：單面焊單面焊可能引起可能引起角變形角變形和焊縫根部的和焊縫根部的嚴重嚴重焊接殘余應力焊接殘余應力，此時要考慮材料，此時要考慮材料(母材母材)特點，采用特點，采用適當?shù)墓に囘m當?shù)墓に嚭秃推驴谛纹驴谛问绞?，以便獲得合格的接頭。，以便獲得合格的接頭。15直角焊縫直角焊縫的的截面形狀

21、截面形狀 無論是無論是對接焊縫對接焊縫還是還是角焊縫角焊縫，其，其焊縫表面焊縫表面都可以是都可以是凹陷、凹陷、凸起凸起或或平齊平齊。 直角焊縫直角焊縫的四種形式，除三種的四種形式，除三種等邊等邊平的、凹的和凸的平的、凹的和凸的直角直角焊縫外焊縫外(圖圖5-3ac)，還有，還有平的平的不等邊不等邊直角焊縫直角焊縫(圖圖d)。 焊腳尺寸焊腳尺寸K為角焊縫的特征尺寸，為角焊縫的特征尺寸，角焊縫的焊腳尺寸角焊縫的焊腳尺寸為焊縫為焊縫內接等腰直角三角形的直角邊內接等腰直角三角形的直角邊，圖，圖5-3。 圖5-3 直角焊縫的截面形狀 a) 平齊等邊角焊縫 b)凹陷等邊角焊縫 c)凸起等邊角焊縫 d)平齊不

22、等邊角焊縫16(3) 工作接頭、聯(lián)系接頭和密封接頭工作接頭、聯(lián)系接頭和密封接頭 工作焊縫：工作焊縫： 它是將結構中的作用它是將結構中的作用力由一個零件傳至另一個力由一個零件傳至另一個零件，焊縫和零零件，焊縫和零(構構)件件串串聯(lián)聯(lián)在一起，這種焊縫必須在一起，這種焊縫必須進行進行強度計算強度計算。 聯(lián)系焊縫聯(lián)系焊縫： 它是焊縫和零它是焊縫和零(構構)件件并聯(lián)并聯(lián)在一起，與零在一起，與零(構構)件件一起同時受力和變形，焊一起同時受力和變形，焊縫即使破壞，一般也不會縫即使破壞，一般也不會影響整個結構的安全工作，影響整個結構的安全工作，傳遞作用力不是焊縫的主傳遞作用力不是焊縫的主要任務，通常要任務，通

23、?？刹贿M行可不進行強強度計算度計算。 圖5-4承載焊縫和非承載焊縫a）承載焊縫b) 非承載焊縫 焊接結構焊接結構焊縫焊縫又可按又可按直接承受載荷直接承受載荷與否分為與否分為承載焊縫承載焊縫和和非承載焊縫非承載焊縫，習慣上，習慣上又稱為又稱為工作焊縫工作焊縫和和聯(lián)系焊縫聯(lián)系焊縫，如圖，如圖5-4。密封接頭密封接頭主要任務是防止泄漏，故多主要任務是防止泄漏，故多屬于屬于工作接頭工作接頭。17(4) 焊接接頭焊接接頭工作應力工作應力的分布的分布 圖圖5-1熔焊接頭熔焊接頭主要有：對接接頭、角接接頭、主要有：對接接頭、角接接頭、T形（十字）接頭和搭接接頭形（十字）接頭和搭接接頭(包括塞焊接頭包括塞焊接

24、頭) 。焊接接頭中。焊接接頭中工作應力的分布工作應力的分布不是均勻的，存在不是均勻的，存在應力集中應力集中，而各種接頭應力集中的而各種接頭應力集中的情形也不相同情形也不相同。 對接接頭：對接接頭：應力集中應力集中最小最小，形式最簡單，力的傳遞也較少轉折，故是，形式最簡單，力的傳遞也較少轉折，故是最合最合理的理的、典型的焊接接頭形式（圖、典型的焊接接頭形式（圖5-5 ）。但是如果出現(xiàn)）。但是如果出現(xiàn)較大的余高較大的余高和和過渡處過渡處圓弧半徑較小圓弧半徑較小，則，則應力集中將增大應力集中將增大（圖（圖5-6）。）。圖5-6 對接焊縫余高h、過渡半徑r與應力集中系數(shù)K的關系圖5-5 對接接頭中工作

25、應力的分布mmaxTK應力集系數(shù)：應力集系數(shù)：1819T形形(十字十字)接頭接頭-力的傳遞力的傳遞(添加添加) 以以角焊縫角焊縫構成的構成的各種接頭，各種接頭，其其幾何形狀都有幾何形狀都有急劇的變化急劇的變化，力力線的傳遞復雜線的傳遞復雜，焊縫的，焊縫的根部和根部和趾部趾部的的應力集中應力集中，一般都比對，一般都比對接焊縫大。接焊縫大。 圖中圖中十字接頭十字接頭的力線傳遞的力線傳遞是是撓曲不直撓曲不直的，在的，在A點和點和B點點都有較大的都有較大的應力集中應力集中。20 T形形(十字十字)接頭接頭： 由母材向焊縫由母材向焊縫過渡急劇過渡急劇，力的傳遞轉，力的傳遞轉折大，力線扭曲，應力分布不均，

26、易折大，力線扭曲，應力分布不均，易出現(xiàn)出現(xiàn)較大的應力集中較大的應力集中（圖（圖5-7）。）。 圖圖a由由不開坡口角焊縫不開坡口角焊縫構成的構成的T形形(十字十字)接頭，其接頭，其最大應力最大應力在在角焊縫的根角焊縫的根部部，如，如I-I、-截面的截面的A點點和和-截截面的面的B點點。 圖圖b開坡口焊透開坡口焊透，則應力分布，則應力分布大為大為改善改善。T形形(十字十字)接頭接頭應用也很廣應用也很廣，在，在造船業(yè)中占造船業(yè)中占70，所以改善其應力分，所以改善其應力分布十分重要。布十分重要。 I形坡口形坡口的角焊縫構成的的角焊縫構成的T形接頭，形接頭，隨著隨著焊腳尺寸的增大焊腳尺寸的增大和和角的減

27、小角的減小(圖圖a)，應力集中下降應力集中下降。當。當角小于或大于角小于或大于45，即屬圖即屬圖5-3d不等邊角焊縫不等邊角焊縫時，只有時，只有長長邊順著力線方向邊順著力線方向(即即3(-1)，也可兩面削出斜，也可兩面削出斜面。面。1) 以以許用應力法許用應力法為基礎的計算為基礎的計算26 搭接接頭搭接接頭強度的計算：強度的計算： 圖圖5-10為為搭接接頭搭接接頭及及受力情況受力情況。 搭接接頭搭接接頭都是都是角焊縫角焊縫組組成的，其成的，其強度計算強度計算主要主要是計算是計算角焊縫的強度角焊縫的強度。（對接接頭強度對接接頭強度計算主要是計算主要是驗算驗算對接焊縫的強度對接焊縫的強度）圖5-1

28、0 角(塞)焊縫構成的搭接接頭及其受力 a)、b)、c) 分別為正面、側面、聯(lián)合搭接，均承受拉(壓)力 d)、e)、f) 分別為正面、側面、聯(lián)臺搭接，均承受面內彎矩 g)、h) 分別為塞焊和電鉚焊搭接接頭，均承受拉(壓)力27 搭接角焊縫搭接角焊縫計算中的計算中的4個個假定假定： (1) 對于角焊縫的形狀（圖對于角焊縫的形狀（圖5-3），都將），都將內接等腰直角三角形的高內接等腰直角三角形的高K0作為作為計算厚度計算厚度。不計及焊縫的凸凹度，不計及焊縫的凸凹度，也也不考慮熔深的差別不考慮熔深的差別，K00.7K，K為焊為焊腳尺寸。當熔深較大，如腳尺寸。當熔深較大，如埋弧焊埋弧焊時，可考慮時，可

29、考慮K00.8K，甚至等于，甚至等于K 。 (2) 角焊縫一律按角焊縫一律按計算截面計算截面，即，即計算厚度截面處計算厚度截面處受受切應力切應力破壞來計算，破壞來計算，即使接頭承受即使接頭承受彎矩彎矩，抵抗彎矩，抵抗彎矩產(chǎn)生的應力亦假定為產(chǎn)生的應力亦假定為切應力切應力，見，見表表5-8中，式中，式(5-12)、式、式(5-15)、式、式(5-17)等等。等等。 (3) 不考慮不考慮正、側面角焊縫正、側面角焊縫上上應力的差別應力的差別和焊縫和焊縫應力分布的不均應力分布的不均，這給，這給計算帶來方便。由于計算帶來方便。由于側面搭接焊縫側面搭接焊縫隨焊縫長度的增加，應力不均勻程度增大，隨焊縫長度的增

30、加，應力不均勻程度增大，上述計算規(guī)定上述計算規(guī)定限制計算焊縫的長度限制計算焊縫的長度。 (4) 限制角焊縫限制角焊縫最小焊腳尺寸最小焊腳尺寸。一般。一般不小于不小于4mm；當板厚當板厚小于小于4mm，則焊腳尺寸可與則焊腳尺寸可與板厚相同板厚相同。圖圖5-10各種各種搭接接頭搭接接頭強度的計算見強度的計算見表表5-8。 圖5-3 直角焊縫的截面形狀 28 T形接頭形接頭強度的計算：強度的計算： T形（十字）接頭可由形（十字）接頭可由角焊縫角焊縫構成構成(圖圖a)，這種接頭會產(chǎn)生這種接頭會產(chǎn)生應力集中應力集中；也可由；也可由對接焊對接焊縫縫如開如開K形坡口形坡口(圖圖b)焊縫構成，后者焊縫構成，后

31、者應力應力集中要小得多集中要小得多。 表表5-8所列包括兩種焊縫的所列包括兩種焊縫的強度計算強度計算?？梢钥闯?，可以看出，角焊縫角焊縫的強度計算與的強度計算與搭接角焊搭接角焊縫縫的強度計算一樣，而的強度計算一樣，而后者后者又和又和對接焊縫對接焊縫強度的計算相同。（強度的計算相同。（P182） 圖圖5-7 T形形(十字十字)接頭的應力分布接頭的應力分布a)由由I形坡口角焊縫形坡口角焊縫構成的接頭構成的接頭 b) 開開K形坡口角焊縫形坡口角焊縫構成的接頭構成的接頭29 T形接頭形接頭承受壓力承受壓力時，由于立板可與蓋板時，由于立板可與蓋板抵緊抵緊，承受壓力能力大為提高承受壓力能力大為提高(圖圖5-

32、11a) ，可用表，可用表5-8中式中式(5-20)進行強度計算。進行強度計算。 集中力既集中力既不平行、又不垂直不平行、又不垂直于焊縫（圖于焊縫（圖5-11d） ，可以將，可以將作用力分解作用力分解成成兩部分兩部分，分別進行強度計算，如表，分別進行強度計算，如表5-8中式中式(5-26)。（和。（和式式5-22對比）對比）30（1）對接接頭對接接頭靜載強度計算公式靜載強度計算公式31（2）搭接接頭搭接接頭靜載強度計算公式靜載強度計算公式32（3）T型接頭型接頭靜載強度計算公式靜載強度計算公式332maxlIyIWmaxMWz抗彎抗彎 又因為截面模量又因為截面模量2200326MMFlk hk

33、 hdylFhKFQ02I：慣性矩慣性矩3220212llIydy2max62IIlWly公式推導公式推導：2062Mk h34例題例題1 如圖所示如圖所示T型接頭焊件，受到工作載荷型接頭焊件，受到工作載荷F為為5.6KN，h為為80mm，l為為200mm，試校驗焊，試校驗焊縫是否安全縫是否安全? （K=10mm，=150Mpa =0.6）。）。 解：解：1Pa=1N/m2，1MPa=1N/mm205600522 0.7 10 80QFMPaK h22066 5600 2007522 0.7 10 80MFlMPak hMPaMQ16.7522合 90MPa合合所以安全。所以安全。35例題例題

34、210030P1PP2如圖所示吊耳，若在如圖所示吊耳，若在30斜上方有斜上方有10KN的載荷，試校驗焊縫是否安全的載荷，試校驗焊縫是否安全?（K=10mm，=160Mpa，=0.6）36（3）T型接頭型接頭靜載強度計算公式靜載強度計算公式-續(xù)續(xù)37 根據(jù)根據(jù)GB 500172003鋼結構設鋼結構設計規(guī)范計規(guī)范，對于，對于對接焊縫、直角對接焊縫、直角角焊縫、角焊縫、斜角角焊縫斜角角焊縫(圖圖5-13)和和對對接與角接的組合焊縫接與角接的組合焊縫(圖圖5-12)等形等形式。焊縫應根據(jù)式。焊縫應根據(jù)結構的重要性、結構的重要性、載荷特性、焊縫形式、工作環(huán)境載荷特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應力狀態(tài)等情況

35、以及應力狀態(tài)等情況選用選用是否熔是否熔透透和和不同質量等級不同質量等級。 如承受如承受疲勞構件疲勞構件的的對接焊縫對接焊縫均均應應焊透焊透且且焊縫質量為焊縫質量為I、級級；雖；雖不計疲勞，但要求不計疲勞，但要求與母材等強，與母材等強，也要求焊透也要求焊透，并應，并應不低于不低于級級的的焊縫質量；焊縫質量； 重級工作制重級工作制的的吊車梁吊車梁、起重量、起重量50t的的中級工作制中級工作制的吊車梁，腹的吊車梁，腹板與蓋板間的板與蓋板間的角焊縫角焊縫，要求，要求開坡開坡口焊透口焊透等。等。 焊縫強度焊縫強度計算公式計算公式（表表5-9）. 2) 極限狀態(tài)設計法極限狀態(tài)設計法焊縫連接的焊縫連接的計算

36、計算385.1.3 焊接結構焊接結構細節(jié)的設計細節(jié)的設計和和圖樣表示法圖樣表示法 1焊接結構焊接結構細節(jié)的設計細節(jié)的設計 焊接接頭的焊接接頭的結構細節(jié)、細部設計結構細節(jié)、細部設計對結構的強度對結構的強度(疲勞強度疲勞強度)、工作性能也有重要影響。例如：梁和柱的工作性能也有重要影響。例如：梁和柱的肋板布置肋板布置，焊接容器，焊接容器的的支承形式支承形式，接管和開孔接管和開孔等。等。 結構細節(jié)設計時應結構細節(jié)設計時應注意的問題注意的問題： 1) 結構細節(jié)應結構細節(jié)應簡潔，簡潔，過渡圓滑過渡圓滑，使力線分布均勻，使力線分布均勻。 2) 結構細節(jié)應盡量結構細節(jié)應盡量不增加結構的不增加結構的拘束度拘束度

37、，不出現(xiàn)不出現(xiàn)截面突然截面突然變化變化和和三軸應力三軸應力。 3) 焊縫布置焊縫布置應應盡量分散盡量分散，相鄰間隔大相鄰間隔大，避開應力集中最大避開應力集中最大部位、高應力應變區(qū)部位、高應力應變區(qū)等。等。392焊接結構的焊接結構的圖樣表示法圖樣表示法 焊接結構設計中大多采用縮小比例繪制的焊接結構圖，機械制圖的各項規(guī)定在焊接結構設計中大多采用縮小比例繪制的焊接結構圖，機械制圖的各項規(guī)定在這里都適用。焊縫及接頭的形式通常用這里都適用。焊縫及接頭的形式通常用焊縫符號焊縫符號來表示。焊縫符號也是工程語言的來表示。焊縫符號也是工程語言的一種，它可以統(tǒng)一焊接接頭圖樣上的符號。我國焊縫符號是由國標一種，它可

38、以統(tǒng)一焊接接頭圖樣上的符號。我國焊縫符號是由國標GB/T324-1988規(guī)定。規(guī)定。 焊縫符號組成內容焊縫符號組成內容主要為：主要為：基本符號基本符號；輔助符號和補充符號輔助符號和補充符號 ；指引線、尺寸符號指引線、尺寸符號及數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)。 40(1) 基本符號：基本符號： 表示焊縫表示焊縫橫截面形狀橫截面形狀(剖面形狀剖面形狀)的符號。主要接頭的的符號。主要接頭的焊縫焊縫坡口形式坡口形式和和基本符號基本符號見見圖圖5-1。 較少用到的較少用到的塞焊及槽焊縫塞焊及槽焊縫的基本符號如圖的基本符號如圖5-10g；電阻焊電阻焊的點焊或縫焊的點焊或縫焊，其基本符號如，其基本符號如圖圖5-14。圖5-14

39、點焊、縫焊焊縫的基本符號及示意圖 a) 點焊符號d焊點直徑，n焊點數(shù)b) 縫焊符號c焊縫寬度，n焊縫數(shù)，c每段長度圖5-10 角(塞)焊縫構成的搭接接頭及其受力g) 為塞焊搭接接頭，均承受拉(壓)力4142(2) 輔助符號輔助符號和補充符號和補充符號 輔助符號輔助符號： 表示表面形狀特征的符號表示表面形狀特征的符號。即表示。即表示焊縫表面焊縫表面是是平齊、凹陷或平齊、凹陷或凸起凸起的情形，如圖的情形，如圖5-15。不需確切地說明不需確切地說明焊縫的表面形狀時，焊縫的表面形狀時，可不用輔助符號可不用輔助符號。圖5-15 輔助符號應用示意圖a) 平面封底V形焊縫 b) 凸面X形對接焊縫 c) 凹面

40、角焊縫43補充符號補充符號： 補充說明焊縫某些特征時采用補充說明焊縫某些特征時采用，包括，包括帶墊板符號帶墊板符號（如圖（如圖5-1 c、e、f、t等），等），三面焊縫符號、周圍焊縫符號、現(xiàn)場符號三面焊縫符號、周圍焊縫符號、現(xiàn)場符號及及尾部符號尾部符號。應用示例圖。應用示例圖5-16。圖5-16 補充符號應用示意圖a) 帶墊板的V形焊縫 b) 工件三面帶焊縫，焊接方法為焊條電弧焊 c) 現(xiàn)場施焊周圍焊縫1三面焊縫符號 2尾部符號 3現(xiàn)場符號 4周圍焊縫符號(2) 輔助符號和輔助符號和補充符號補充符號4445(3) 指引線指引線、尺寸符號尺寸符號和和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 完整的焊縫符號表示方法完整的焊縫符號

41、表示方法最少需要由最少需要由基本符號基本符號和和指引線指引線組成，組成，必要時必要時才才加上加上輔助符號、補充符號、焊縫尺寸符號和數(shù)據(jù)輔助符號、補充符號、焊縫尺寸符號和數(shù)據(jù)。 指引線指引線由由箭頭線箭頭線和和實線、虛線實線、虛線兩條兩條基準線基準線兩部分組成（圖兩部分組成（圖5-14和和5-16）。）。箭頭線箭頭線相對焊縫位置相對焊縫位置一般沒有特殊要求一般沒有特殊要求，但在，但在標注標注V形形(單單V形形) 、Y形形(單單Y形形) 、J形焊縫形焊縫時，時，箭頭線箭頭線應應指向帶坡口一側的工件指向帶坡口一側的工件（圖（圖5-16a）。必要時允）。必要時允許箭頭線許箭頭線彎折一次彎折一次?；鶞示€

42、基準線一般一般要與工件底邊平行要與工件底邊平行，特殊條件也特殊條件也可與工件可與工件底底邊垂直邊垂直。 圖5-14點焊、縫焊焊縫的基本符號及示意圖 a) 點焊符號 b) 縫焊符號圖5-16 補充符號應用示意圖a ) 帶墊板的V形焊縫 b) 工件三面帶焊縫 c) 現(xiàn)場施焊周圍焊縫 46標準標準規(guī)定規(guī)定基本符號基本符號相對相對基準線基準線的位置，以確切表示的位置，以確切表示焊縫的位置焊縫的位置：焊縫焊縫在在接頭的接頭的箭頭側箭頭側，圖，圖a，則將，則將基本符號基本符號標在標在基準線的基準線的實線側實線側，圖，圖b；焊縫焊縫在接頭在接頭非箭頭側非箭頭側，圖，圖c，則將基本符號標在基準線的，則將基本符

43、號標在基準線的虛線側虛線側，圖，圖d；標注標注對稱焊縫或雙面焊縫對稱焊縫或雙面焊縫，則，則可不加虛線可不加虛線，圖，圖e。 圖圖5-17 箭頭線用法舉例箭頭線用法舉例a）、b）焊縫在接頭的箭頭側及其基本符號位置示例c）、d）焊縫在接頭的非箭頭側及其基本符號位置示例 e） 對稱或雙面焊縫標注示例474849焊縫尺寸焊縫尺寸的的標注原則標注原則 焊縫的焊縫的尺寸符號尺寸符號如如圖圖5-1，在圖，在圖5-1中中未出現(xiàn)的符號未出現(xiàn)的符號有：有： c焊縫寬度；焊縫寬度；l斷續(xù)焊或縫焊的焊縫長度；斷續(xù)焊或縫焊的焊縫長度；n焊縫段數(shù)或點焊焊點數(shù)焊縫段數(shù)或點焊焊點數(shù)(圖圖5-14)；e焊縫間距；焊縫間距；K焊

44、腳尺寸；焊腳尺寸；d點焊熔核直徑；點焊熔核直徑；S焊縫的有效厚度；焊縫的有效厚度；N 相同焊相同焊縫的數(shù)量；縫的數(shù)量；h焊縫余高。焊縫余高。 這些這些尺寸符號尺寸符號及及數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)標注原則標注原則按圖按圖5-18的次序標注，一般的次序標注，一般只注數(shù)據(jù)只注數(shù)據(jù)，當，當數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)較多不易分辨較多不易分辨時，可在數(shù)據(jù)前時，可在數(shù)據(jù)前加相應的尺寸符號加相應的尺寸符號。 焊縫的焊縫的尺寸標注尺寸標注示例示例見見表表5-10，焊縫焊縫符號符號的的應用示例應用示例見見圖圖5-19和和20。5051焊縫的焊縫的尺寸標注尺寸標注示例示例（表（表5-10） 52焊縫符號焊縫符號的的應用示例應用示例-尿素塔內、外套筒

45、尿素塔內、外套筒結構圖結構圖53焊縫符號焊縫符號的的應用示例應用示例-橋式起重機主梁橋式起重機主梁焊接結構圖焊接結構圖545.2 焊接生產(chǎn)焊接生產(chǎn)工藝過程工藝過程的設計的設計 5.2.1 焊接生產(chǎn)及其工藝過程設計的內容、步驟與方法焊接生產(chǎn)及其工藝過程設計的內容、步驟與方法 1焊接生產(chǎn)及其焊接生產(chǎn)及其組成部分組成部分 焊接生產(chǎn)過程焊接生產(chǎn)過程由由材料入庫材料入庫開始，在此階段要先進行材料的開始，在此階段要先進行材料的復驗復驗，包括，包括力學性能復驗力學性能復驗和和化學成分分析化學成分分析，有些產(chǎn)品還要求對鋼板進行，有些產(chǎn)品還要求對鋼板進行探傷檢查探傷檢查。接。接著進行著進行裝焊前裝焊前的的零件加

46、工零件加工，包括矯正、劃線、號料、下料，包括矯正、劃線、號料、下料( (機械加工和熱機械加工和熱切割切割) )、成形、成形( (沖壓成形和卷板彎曲成形沖壓成形和卷板彎曲成形) )等。該工序完成后，則可將加工等。該工序完成后，則可將加工好的零件存入中間倉庫。然后進行零件或部件的好的零件存入中間倉庫。然后進行零件或部件的裝配和焊接裝配和焊接。最后制成的。最后制成的焊接結構經(jīng)過焊接結構經(jīng)過修整修整后，進行后，進行涂飾涂飾( (包括清除焊渣及氯化皮的噴丸處理、鈍包括清除焊渣及氯化皮的噴丸處理、鈍化處理和噴漆等化處理和噴漆等) )。 焊接生產(chǎn)過程焊接生產(chǎn)過程可以歸結為由制造焊接結構的可以歸結為由制造焊接

47、結構的材料材料( (包括基本金屬材料包括基本金屬材料和各種輔助、填充材料，外購毛坯和零件等和各種輔助、填充材料，外購毛坯和零件等) )，經(jīng)設備經(jīng)設備( (材料準備設備、裝材料準備設備、裝配焊接設備等配焊接設備等) )加工加工制成產(chǎn)品制成產(chǎn)品的過程。的過程。 552焊接生產(chǎn)設計焊接生產(chǎn)設計的內容的內容 焊接生產(chǎn)的設計焊接生產(chǎn)的設計(包括焊接車間的設計包括焊接車間的設計)包括如下包括如下內容內容： 1) 擬定擬定生產(chǎn)工藝過程生產(chǎn)工藝過程(工藝設計工藝設計)，擬定，擬定技術上和經(jīng)濟上技術上和經(jīng)濟上都都合理的焊接結構制造合理的焊接結構制造工藝方法工藝方法，包括零件、毛坯、半成品及產(chǎn)，包括零件、毛坯、半

48、成品及產(chǎn)品的運輸方法、技術檢驗方法。品的運輸方法、技術檢驗方法。 2) 按此工藝制造產(chǎn)品必需的按此工藝制造產(chǎn)品必需的全部生產(chǎn)組成部分全部生產(chǎn)組成部分的的質量和數(shù)量質量和數(shù)量。 3) 擬定全部生產(chǎn)組成在擬定全部生產(chǎn)組成在車間里的布置車間里的布置，擬定生產(chǎn)的，擬定生產(chǎn)的組織管理系統(tǒng)組織管理系統(tǒng)，最終要提出最終要提出平面布置圖平面布置圖。 4) 進行包括進行包括裝焊工藝裝備裝焊工藝裝備在內的在內的非標準設備和裝備的設計非標準設備和裝備的設計。 5) 進行進行投資的計算投資的計算，決定，決定產(chǎn)品的成本產(chǎn)品的成本，進行，進行財務和經(jīng)濟的評估財務和經(jīng)濟的評估。 總之，總之，焊接生產(chǎn)的設計焊接生產(chǎn)的設計(包

49、括焊接車間的設計包括焊接車間的設計)從從研究圖樣研究圖樣進行進行工藝過程工藝過程設計設計直到進行整個生產(chǎn)設計的直到進行整個生產(chǎn)設計的技術經(jīng)濟評估技術經(jīng)濟評估，包括多項內容，而，包括多項內容，而工藝過工藝過程設計程設計是整個生產(chǎn)設計的是整個生產(chǎn)設計的核心核心。因為。因為工藝過程設計工藝過程設計的的優(yōu)劣優(yōu)劣直接影響直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)品的質量質量，決定工廠的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)設計的，決定工廠的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)設計的綜合技術經(jīng)濟指標綜合技術經(jīng)濟指標。565.2.2 焊接生產(chǎn)的焊接生產(chǎn)的材料材料加工工藝加工工藝及及裝配裝配、焊接工藝焊接工藝 1材料加工工藝材料加工工藝 （1）鋼材的預處理鋼材的預處理 1） 矯正

50、矯正：由于運輸、軋制等環(huán)節(jié)使軋制鋼材發(fā)生波浪、：由于運輸、軋制等環(huán)節(jié)使軋制鋼材發(fā)生波浪、整體彎曲等變形，在焊接生產(chǎn)前必須整體彎曲等變形，在焊接生產(chǎn)前必須展平矯正展平矯正，否則將影響，否則將影響劃線、號料、切割等工序的劃線、號料、切割等工序的精確度精確度。 2）表面清理和表面防護處理表面清理和表面防護處理：清除表面的銹、油污和氧：清除表面的銹、油污和氧化物等?；锏取?（2）放樣、劃線和號料放樣、劃線和號料 將設計結構按將設計結構按1：1比例繪制出來（放大樣）即為比例繪制出來（放大樣）即為放樣放樣；現(xiàn)代焊接生產(chǎn)中采用現(xiàn)代焊接生產(chǎn)中采用光學放樣和計算機放樣光學放樣和計算機放樣。將。將待加工零件待加

51、工零件或毛坯或毛坯劃在金屬材料上，劃在金屬材料上， 以便切割或裝配，此工序成為以便切割或裝配，此工序成為劃線劃線；而用樣板劃線則成為而用樣板劃線則成為號料號料。 （3）切割切割 （4）彎曲及成形彎曲及成形 572焊接生產(chǎn)裝配工藝焊接生產(chǎn)裝配工藝 (1) 裝配工藝方法裝配工藝方法 1) 按定位方式分為按定位方式分為劃線裝配法劃線裝配法和和胎卡具裝配法胎卡具裝配法。 2) 按裝配按裝配焊接順序焊接順序分為：整體裝配焊接；邊裝邊焊；按分為：整體裝配焊接；邊裝邊焊；按部件裝配焊接，最后總裝配焊接三種。部件裝配焊接，最后總裝配焊接三種。 3) 按裝配工作地點分為按裝配工作地點分為固定地點裝配法固定地點裝配法和和流動裝配法流動裝配法。 (2) 裝配工藝過程的制定裝配工藝過程的制定 內容包括：零件、組件、部件的內容包括：零件、組件、部件的裝配順序裝配順序，各裝配順序、，各裝配順序、各工步上采用的各工步上采用的裝配方法裝配方法，以及裝配時采用的，以及裝