第16章 焊接件的结构设计
16.1 焊件规范 16.2 焊接方法的选择 16.3 焊接结构件材料的选择 16.4 焊接接头的工艺设计 16.5 焊接件结构工艺设计
作业：P233 16.5
16.1 焊接规范
1．分析工作条件并提出性能要求 2．提出设计方案和优化设计 3．按照设计内容分步进行设计
焊接结构设计的主要内容和顺序如下： 1） 选择焊接结构材料（母材）； 2） 确定焊接方法及焊接材料； 3） 确定焊接接头及坡口形式； 4） 合理布置焊缝位置； 5） 制订简明的焊接工艺。
以防止破坏已加工面。
5．应便于焊接操作 焊缝位置应使焊条易到位，焊剂易保持，电 极易安放。
焊缝的布置
接头型式的选择与设计
接头型式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、 焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各 个方面因素综合考虑决定。
1．熔焊接头设计 2．压焊接头设计
（1）点焊接头设计 点焊接头设计包括焊点直径d0，焊点数n等 （2）摩擦焊的接头型式 摩擦焊接头的型式，不仅根据产品的设计要求 来确定，同时也要考虑到摩擦焊接工艺的特点。
16.2
生产单件钢结构件
焊接方法的选择
1．板厚在3～10 mm,强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。 2．板厚在10 mm以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。 3．板厚小于3 mm，焊缝较短应选用CO2焊。
生产大批量钢结构件
1．板厚小于3 mm,无密封要求应选用电阻点焊，有密封要求应选用缝焊。 2．板厚在3～10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用CO2自动焊。 3．板厚大于10 mm，焊缝为长直焊缝和环焊缝隙，应选用埋弧焊或电渣焊。
40~60
2．压焊接头设计
• 接头型式的设计原则
• a) 在旋转式摩擦焊的两个工件中，至少要有一个工件具有回转断面。
• b) 工件应有较大的刚度，夹紧方便、牢固，要尽量避免采用薄管和薄板接头。
• c) 尽量使接头的两个焊接断面尺寸相等，防止变形和应力，保证焊接质量。
16.5 焊接件结构工艺设计
16.5.1 结构工艺性
2
筒身环缝 4、5、6、7 管接头焊接 9 入孔圈纵缝 10 入孔圈环缝 8
3
管壁7mm，手弧焊双面焊， 焊条：结507 装配后角焊缝，不开坡口。 板厚20mm，焊缝短 （100mm），手弧焊，平 焊位置，V型坡口。
4
焊条：结507
5
处于立焊位置的圆角焊缝， 采用手弧焊，单面坡口，双 焊条：结507 面焊
焊件的结构工艺性就是要从结构形状、焊缝布置、接头形式等 方面综合考虑如何能保质保量，低耗高产地实现设计要求。
1）焊缝应具有良好的可焊 到性，即便于施焊，能否 保证焊接质量和节省工时 及便于机械化焊接和降、(b)、(c)不合理；(d)、(e)、(f)合理
焊缝便于自动焊的设计 (a)放焊剂困难 (b)放焊剂方便
0~1
2~30 <6
2~5 0~2
55°
L
1．熔焊接头设计
12~60
4~30
b) d) c)
60° 2
2
2 20~40
20°
R8
塞焊
12~30
55°
2
2
55°
55°
L>4t
2
20°
2
2
2
R5
2
2 2 4~30
a)
2
t
40~60
2
60°
2
2 2
R5
20°
6~25 10~40 2 2
12~60
2 2
60°
因容器质量要求高，又小批 生产，采用埋弧焊双面焊， 先内后外，不开坡口。材料 为16MnR应在室内焊接。 采用埋弧焊双面焊，顺序焊 4、5、6焊缝，先内后外， 不开坡口。7焊缝装配后先 在内部用手弧焊封底，再用 埋弧焊焊外环缝。
焊接材料
焊丝：H08MnA 焊剂：431 焊条：结507 焊丝：H08MnA 焊剂：431 焊条：结507
生产不锈钢、铝合金和铜合金结构件
1．板厚小于3mm, 应选用脉冲钨极和钨极氩弧焊。 2．板厚在3～10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用熔化极氩弧或 等离子弧自动焊。
16.3 焊接结构件材料的选择
焊接材料的选择原则：尽量选用可焊性好的材料
w(C)＜0.25%的低碳钢或w(CE)＜0.4%的低合金钢。因这类钢 淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。 尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含H2和O2量低， 可防止气孔和裂纹等缺陷。 异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，而工艺应按高 强度金属设计。 尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简化工艺过 程。
焊接过程模拟
16.4
焊缝的布置
焊接接头的工艺设计
1．焊缝应尽可能分散 以便减小焊接热影响区， 防止粗大组织的出现。
2．焊缝的位置应尽可能对 称分布 以抵消焊接变形。
3．焊缝应尽可能避开最大 应力和应力集中的位置 以防止焊接应力与外加 应力相互叠加，造成过大 的应力和开裂。
4．焊缝应尽量避开机械加 工表面
便于点焊及缝焊的设计 (a)、(b)电极难以伸入 (c)、(d)操作方便
2）当结构材料的塑性较好时，应着重预防焊接变形。若结构 材料的塑性较差或结构刚度较大则主要应预防应力和裂纹。
3）为便于采用自动焊提高生产率，焊缝应呈直线或环形的，断 续焊缝应改成连续的，操作空间应能容纳机械装置。
4）变角接为对接以增加接头强度 5）受压丁字接头应使接触面直 接接触传递压力，可减小焊缝面 积
16.5.2 改善结构工艺性的实例
压力容器
结构名称：中压容器
1 2 3 4
材料：16MnR（原材料尺寸为 1200×5000mm） 件厚：筒身12mm；封头14mm；入 孔圈20mm；管接头7mm
3000
9
4
5
6
7
8 10
中压容器焊接工艺图
1
2
3
9
序号 1
焊缝名称
筒身纵缝 1、2、3
焊接方法与焊接工艺
生产数量：小批生产 工艺设计要点：
筒身用钢板冷卷，按实
际尺寸，可分为三节，为避免 焊缝密集，筒身纵焊缝可相互 错开180°，封头应采用热压成 型，与筒身连接处应有30 mm～ 50mm的直段，使焊缝躲开转角 应力集中位置。 根据各条焊缝的不同情况， 可选用不同的焊接方法、接头 型式、焊接材料与工艺。
角接改为对接的设计 (a)、(b)不合理；(c)、(d)合理
受压丁字接头的设计 (a)不合理； (c)合理
6）筋板切角可避免焊缝交叉，减小应力
7）焊缝的尖角部分易产生应力集中， 诱发裂纹，应改为平缓过渡
筋板的设计 (a)不合理；(b)合理
焊缝应避免尖角的设计 (a)、(b)不合理；(c)、(d)合理