焊接结构设计

2019-07-0610:17:28焊接结构设计已关闭评论

设计焊接结构时,设计者既要很好了解产品使用性能的要求,如载荷大小、载荷性质(动载荷、静载荷、交变载荷)、使用环境(室内、室外、介质性质)以及有关产品结构的国家技术标准与规程,又要考虑到焊接结构的工艺性,如焊接结构件材料的选择、焊接方法的选择、焊接接头的工艺设计等,还要考虑到制造单位的质量管理水平、产品检验技术等有关问题,才能设计出一个比较容易生产、质量优良、成本低廉的焊接结构(产品)。

5.1 焊接结构件材料的选择

低碳钢、低合金结构钢的焊接性良好,能够简化焊接工艺,而且价格低廉,应优先选用。重要的焊接结构,应按照标准的要求选材,如焊接锅炉和压力容器,应选用专用的锅炉钢。

5.2 焊缝的布置

焊接工艺对焊接结构的要求,主要体现在对焊缝布置的要求。一般来说,焊缝布置应遵循下列原则:

①焊缝的布置应尽可能分散,如图4.5.1所示。

②焊缝的位置应尽可能对称布置,如图4.5.2所示。

③焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置,如图4.5.3所示。

④焊缝应尽量避开机械加工表面,如图4.5.4所示。

⑤焊缝位置应便于焊接操作,如图4.5.5所示。

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图4.5.1 焊缝分散布置的设计

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图4.5.2 焊缝对称布置的设计

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图4.5.3 焊缝避开最大应力与应力集中位置的设计

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图4.5.4 焊缝远离机械加工表面的设计

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图4.5.5 焊缝位置便于手弧焊的设计

5.3 焊接方法的选择

焊接方法的选择应根据材料的焊接性、工件厚度、各种焊接方法的使用范围、生产率和现场设备条件等综合考虑来定。低碳钢及普通低合金钢,用各种焊接方法焊接,焊接性都良好。若为薄板轻型结构,无密封要求,则用点焊方法。若为密封容器,则用缝焊。若工件为厚板重型结构,则采用电渣焊较合适。若工件为10~20 mm中等厚度,则采用手弧焊、埋弧焊为宜。若工件为长直缝,生产批量大,可用埋弧自动焊。若工件为单件生产或焊缝短又处于空间不同位置,则采用手弧焊为宜。若焊接合金钢、不锈钢、铝合金等工件,宜用氩弧焊来保证接头质量。若是棒料、管子、型钢等的对接,宜采用电阻焊或摩擦焊;如没有这些设备,则用手弧焊。若工件不大、强度要求不高,但尺寸要求精确而且焊缝致密,则可采用钎焊。

5.4 接头形式的选择与设计

接头形式应根据结构形状、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方面因素综合考虑决定。

根据《手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》(GB 985—80)规定,焊接碳钢和低合金钢的接头形式可分为对接接头、角接接头、丁字接头及搭接接头4种,常用接头形式基本尺寸如图4.5.6所示。

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图4.5.6 手工电弧焊接头形式

对接接头受力比较均匀,是用得最多的接头形式,重要受力焊缝应尽量选用。搭接接头因两工件不在同一平面,受力时将产生附加弯矩,而且金属切除量也大,一般应避免采用。但搭接接头不需开坡口,装配时尺寸要求不高,对某些受力不大的平面联结与空间架构,采用搭接接头可节省工时。

角接接头与丁字接头受力情况都较对接接头复杂些,但接头成直角或一定角度联结时,必须采用这类接头形式。

手工电弧焊板厚在6 mm以下对接时,一般可不开坡口直接焊成。板厚较大时,为了保证焊透,接头处应根据工件厚度预制各种坡口,坡口角度和装配尺寸可按标准选用。厚度相同的工件常有几种坡口形式可供选择,V形、U形坡口只需一面焊,可焊到性较好,但焊厚角变形较大,焊条的消耗量也大些。X形和双面U形坡口两面施焊,受热均匀,变形较小,焊条消耗量较少,但必须两面都可焊到,所以有时受到结构形状限制。U形和双面U形坡口根部较宽,允许焊条深入与运条,容易焊透,而且焊条消耗量也较小;但因坡口形状复杂,需用机械加工准备坡口,成本较高,一般只在重要的受动载的厚板结构中采用。

设计焊接结构件最好采用相等厚度的金属材料,以便获得优质的焊接接头。如果采用两块厚度相差较大的金属材料进行焊接,则接头处会造成应力集中,而且接头两边受热不匀易产生焊不透等缺陷。根据生产经验,不同厚度金属材料对接时,允许的厚度差见表4.5.1。如果δ1-δ超过表中规定值,或者超过2(δ1-δ)时,应在较厚板料上加工出单面或双面斜边的过渡形式,如图4.5.7所示。

表4.5.1 不同厚度金属材料对接时允许的厚度差

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图4.5.7 不同厚度金属材料对接的过渡形式

钢板厚度不同的角接与丁字接头受力焊缝,可考虑采取如图4.5.8所示的过渡形式。

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图4.5.8 不同厚度的角接与丁字接头的过渡形式

埋弧自动焊的接头形式与手工电弧焊基本相同,但由于埋弧自动焊选用的电流大、熔深大,所以板厚小于12 mm时可不开坡口单面焊接,板厚小于24 mm时,可不开坡口双面焊接。焊更厚的工件时须开坡口,坡口角度应比手工电弧焊小些,一般为45°~60°,钝边应比手工电弧焊大些,一般取为7~10 mm。可参考《埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》(GB 986—80)选用。

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