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1、材料成型技术基础,焊接成形技术(三),童幸生2004年8月,焊接结构设计,结构材料的选择焊接方法的选择焊接接头形式焊缝的合理布置,结构材料的选择,焊接结构材料的选择 选材是结构设计中重要的一环。根据所采用的焊接方法和施工条件的不同，焊接结构材料的选择应遵循下列设计原则：1.在满足使用性能的前提下，应优先选用焊接性较好的材料。(1)选用低合金钢：含碳量小于0.25%的低碳钢和碳当量小于0.4%的 低合金钢，都具有良好的焊接性。(2)选用镇静钢：因脱氧完全、组织致密，质量较好，重要的焊接 结构应选用这种钢材。(3)不宜选用沸腾钢：因含氧量较高，组织成分不均匀，有较显著 的区域偏析、疏松和夹杂，焊接
2、时易产生裂纹。2.采用异种材料焊接时，要特别注意材料的焊接性。（1）化学成分和物理性能相近的材料，焊接一般困难不大。（2）成分和性能差别很大的材料，一般焊接困难较大。通常应以焊 接性差的材料确定焊接工艺。,3.尽可能选用轧制的标准型材和异型材。通常轧制型材表面光洁平整、质量均匀可靠；不仅节省备料工时，还减少了焊缝数量。由于焊接量减少，焊接变形易控制。对于形状比较复杂的结构，则可以考虑采用铸钢件、锻件或冲压件来焊接。如下图：,4.不等厚度的材料，易造成接头处的应力集中，且接头两侧受热不匀易产生未焊透等缺陷。应在较厚的板料上加工出单面或双面斜边的过渡型式。如图:,焊接方法的选择,焊接方法的选择 焊
3、接方法必须根据被焊材料的焊接性，接头的形式，焊接厚度，焊缝空间位置，焊接结构特点以及工作等多方面因素综合考虑后予以选择确定。焊接方法选择的总原则是在保证产品质量条件下，优先选择常用的焊接方法，若生产批量大，还必须考虑尽量提高生产效率和降低成本。1、低碳钢和低合金结构钢焊接性能好，各种焊接方法均适用。2、若焊件板厚为中等厚度（1020mm），可选用手弧焊、埋弧焊和气体保护焊。氩弧焊成本较高，一般不宜选用。,3、若焊件为长直焊缝或大直径环形焊缝、生产批量也较大，可选用埋弧焊。4、焊件为单件生产，或焊缝短且处于不同空间位置，则选用手弧焊为好。5、焊件是薄板轻型结构，且无密封要求，则采用点焊可提高生产
4、效率，如果有密封要求，则可选用缝焊。6、对于低碳钢焊件一般不应选用氩弧焊等高成本的焊接方法。但当焊接合金钢、不锈钢等重要工件时，则应采用氩弧焊等保护条件较好的焊接方法。7、对于稀有金属或高熔点合金的特殊构件，焊接时可考虑采用等离子弧焊接、真空电子束焊接、脉冲氩弧焊焊接，以确保焊接件的质量。8、对于微型箔件，则应选用微束等离子弧焊或脉冲激光点焊。,焊接接头形式,焊接接头形式一、焊接接头的形式：有对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头等。二、焊接接头的选择：主要根据焊接结构形式。焊件厚度、焊缝强度要求及施工条件等情况来选择。三、焊接接头的功能：（1）对接接头：受力均匀，在静载和动载作用下都具有很高
5、的强度，且外形平整美观，是应用最多的接头形式。但对焊前准备和装配要求较高。（2）搭接接头：焊前准备简便，但受力时产生附加弯曲应力，降低了接头强度。,（3）角接接头：通常只起连接作用，只能用来传递工 作载荷。（4）T形接头：广泛采用在空间类焊件上，具有较高 的强度，如船体结构中约70的焊缝采用了T形接头。四、焊接坡口形式：（1）坡口的作用：使厚度较大的焊件能够焊透，常将金属材料边缘加工成一定形状的坡口，并且坡口能起到调节母材金属和填充金属比例即调整焊缝成分的作用。（2）手工电弧焊接接头坡口形式与尺寸如下 如图所示,焊缝的合理布置,焊缝的布置焊接结构中焊缝布置是否合理，对焊接接头质量和生产率都有很
6、大的影响。焊缝布置一般原则如下：1焊缝布置应便于焊接操作 焊缝布置必须保证焊缝周围有供焊工自由操作和焊接装置正常运行的条件。如图4-6a)b)c)所示的内侧焊缝，焊条无法伸入。改为图d)、e)、f)所示的设计比较合理。,2、埋弧焊时，要考虑存放焊剂。点焊与缝焊时，应考虑电极方便入。,3.应尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中和变形 1)在保证结构的承载能力的条件下，应尽量减少焊缝数量和焊缝尺寸。焊缝布置尽可能接近中性轴或对称于截面中性轴，以减小弯曲变形或互相抵消。,2)焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置。如大跨度的焊接钢梁，应避免放在梁的中间,而宁愿增加一条焊缝，压力容器的凸形封头应有一直
7、段，使焊缝避开应力集中的转角位置，直段应不小于25mm。在构件截面有急剧变化的位置或尖锐棱角部位，易产生应力集中，应避免布置焊缝，,3)避免过分密集焊缝和交叉焊缝，以免造成金属过热，加大热影响区，使组织恶化。一般两条焊缝的间距要大于三倍的板厚且不小于100mm。,4焊缝布置应不影响机械切削加工表面,有些焊接构件的某些部位需先机械加工再焊接，如焊接轮毂、管配件、传动支架等，则焊缝位置应尽量远离已加工表面，以避免或减少焊接应力与变形对已加工表面精度的影响。如果焊接结构要求整体焊后再进行切削加工，则焊后一般要先消除应力处理,然后再进行切削加工,在机加工要求较高的表面上,尽量不要设置焊缝。5、为了减少和避免大型构件的翻转使焊接操作方便和保证焊接质量，焊缝应尽量放在平焊位置，应尽可能避免仰焊焊缝，减少横焊焊缝。,
