焊接結(jié)構(gòu)學-第八章

焊接結(jié)構(gòu)學

主講教師：安俊超第八章焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計

焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計是焊接產(chǎn)品設(shè)計的核心，是充分考慮焊接應力與變形、焊接接頭強度、焊接結(jié)構(gòu)力學特征、焊接結(jié)構(gòu)斷裂性能與疲勞性能的基礎(chǔ)上進行設(shè)計的。7.1焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則7.1.1焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般思路1焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求（1）實用性；（2）可靠性；（3）工藝性；（4）經(jīng)濟性。2焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法（1）許用應力設(shè)計法工作應力≤許用應力工作變形≤許用變形安全系數(shù)≥許用安全系數(shù)1）母材的許用應力和安全系數(shù)

（8-4）2）焊縫的許用應力母材許用應力乘以系數(shù)。（2）可靠性設(shè)計法把與設(shè)計有關(guān)的強度、載荷、尺寸和壽命當作隨機變量，采用概率理論和數(shù)理統(tǒng)計的方法進行處理，設(shè)計結(jié)果更符合工程實際。（3）有限元數(shù)值模擬輔助設(shè)計法8.1.2焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性分析1從實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)濟性。（2）合理設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)形式1）良好的受力狀態(tài)2）重視局部構(gòu)造3）有利于實現(xiàn)機械化和自動化焊接（3）合理設(shè)計焊接接頭形式

（4）合理布置焊接接頭位置

對接接頭受力較均勻，重要的受力焊縫應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，一般應避免采用。但不需開坡口，焊前準備簡便，裝配時尺寸要求不高，對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。受力比對接接頭復雜，接頭成一定角度必須選用密集、交叉的焊縫，會加大熱影響區(qū)及焊接應力不合理變形最小最好是能同時施焊最大應力處易產(chǎn)生應力集中！

a)平焊

b)橫焊c)立焊d)仰焊

焊縫的空間位置

焊條電弧焊電阻點焊或縫焊便于施焊2從工藝性及經(jīng)濟性分析焊接結(jié)構(gòu)的合理性焊接結(jié)構(gòu)的工藝性及經(jīng)濟性與備料工作量、結(jié)構(gòu)形狀尺寸、生產(chǎn)批量、焊接可達性、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力與變形，減少焊接材料使用量。（5）焊接變形的控制（6）勞動環(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。（8）方便生產(chǎn)組織與管理8.1.3焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計中應注意的問題1改造結(jié)構(gòu)的設(shè)計（1）鉚接結(jié)構(gòu)的改造（2）鑄造結(jié)構(gòu)的改造詳細分析鑄造結(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）要注意振動和屈曲問題。2考慮自動化焊接的結(jié)構(gòu)設(shè)計在焊縫位置的設(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化問題。自動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)定性。

3考慮現(xiàn)代化生產(chǎn)管理的設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計應當主動適應現(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)計實例8.2.1機床床身1焊接機身設(shè)計的要求（1）強度；（2）剛度；（3）尺寸穩(wěn)定性；（4）減振性。2焊接機身的設(shè)計（1）材料的選用（2）焊接接頭的設(shè)計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）加強筋板的應用。（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、B、C、D、E、F六類。2壓力容器焊接接頭的設(shè)計要求（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、帶補強的丁字接頭等。（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（1）焊接強度設(shè)計1）薄壁容器按式8-5、8-6、8-7計算。

2）厚壁容器按式8-8計算。（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（1）圓筒形容器的組成筒體、封頭、法蘭、接管、支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1）縱向焊縫和環(huán)向焊縫對接接頭，平滑過渡，與母材等強度是縱向焊縫主要要求。環(huán)向焊縫強度要求較低。2）容器上的支管連接圖8-22、8-23。

3）管板連接4）開孔與補強5多層容器結(jié)構(gòu)與接頭的設(shè)計（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（1）典型的球形結(jié)構(gòu)圖8-27。

（2）球形容器的制造方法1）分片預制、現(xiàn)場整體裝焊方案；2）吊裝旋轉(zhuǎn)整體裝焊方案；3）分帶預制、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)件受軸向應力小于臨界應力，則可以認為薄板構(gòu)件將不會發(fā)生局部失穩(wěn)。如果壓應力σy＞σcr，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（1）合理設(shè)計截面形狀

（2）設(shè)置加強筋（3）薄板壓形

（4）焊接方法點焊、高能束焊等焊接應力與變形小的焊接方法。期末考察題1用自己語言描述焊接應力與變形的基本機理。2簡述焊接殘余應力對構(gòu)件靜載強度的影響。3為什么焊接接頭比鉚接接頭容易產(chǎn)生脆性斷裂。4簡述影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能的主要因素。5簡述焊接結(jié)構(gòu)的力學合理性。6進行機床機身的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計，并把其與鑄造機床機身進行比較。焊接結(jié)構(gòu)復習題

一緒論1焊接結(jié)構(gòu)的特點；2構(gòu)件焊接性；3焊接結(jié)構(gòu)。二焊接應力與變形1應力與變形過程；2焊接殘余變形形式；3焊接殘余應力；4調(diào)整焊接殘余應力與變形的焊前、焊中、焊后措施；5預變形法；三焊接接頭1焊接接頭的基本屬性；2應力集中的概念；3焊接接頭靜載強度計算；4焊接接頭的基本形式；5力學方面影