第四節(jié) 焊接件的結(jié)構(gòu)工藝性

1、第四節(jié) 焊接件的結(jié)構(gòu)工藝性結(jié)構(gòu)工藝性：指在一定的生產(chǎn)規(guī)模條件下，如何選擇零件加工和裝配的最佳工藝方案，因而焊接件的結(jié)構(gòu)工藝性是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中一個(gè)比較重要的問(wèn)題，是經(jīng)濟(jì)原則在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中的具體體現(xiàn)。在焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)制造中，除考慮使用性能之外，還應(yīng)考慮制造時(shí)焊接工藝的特點(diǎn)及要求，才能保證在較高的生產(chǎn)率和較低的成本下，獲得符合設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品質(zhì)量。焊接件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)考慮到各條焊縫的可焊到性、焊縫質(zhì)量的保證，焊接工作量、焊接變形的控制、材料的合理應(yīng)用、焊后熱處理等因素，具體主要表現(xiàn)在焊縫的布置、焊接接頭和坡口形式等幾個(gè)方面。一、焊縫布置焊縫位置對(duì)焊接接頭的質(zhì)量、焊接應(yīng)力和變形以及焊接生產(chǎn)率均有

2、較大影響，因此在布置焊縫時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。1焊縫位置應(yīng)便于施焊，有利于保證焊縫質(zhì)量焊縫可分為平焊縫、橫焊縫、立焊縫和仰焊縫四種型式，如圖3-32所示。其中施焊操作最方便、焊接質(zhì)量最容易保證的是平焊縫，因此在布置焊縫時(shí)應(yīng)盡量使焊縫能在水平位置進(jìn)行焊接。圖3-32 焊縫的空間位置a)平焊 b)橫焊 c)立焊 d)仰焊除焊縫空間位置外，還應(yīng)考慮各種焊接方法所需要的施焊操作空間。圖3-33所示為考慮手工電弧焊施焊空間時(shí)，對(duì)焊縫的布置要求；圖3-34所示為考慮點(diǎn)焊或縫焊施焊空間（電極位置）時(shí)的焊縫布置要求。圖3-33 手工電弧焊對(duì)操作空間的要求a）合理 b）不合理圖3-34 電阻點(diǎn)焊和縫焊時(shí)的焊縫

3、布置a）合理 b）不合理另外，還應(yīng)注意焊接過(guò)程中對(duì)熔化金屬的保護(hù)情況。氣體保護(hù)焊時(shí)，要考慮氣體的保護(hù)作用，如圖3-35所示。埋弧焊時(shí)，要考慮接頭處有利于熔渣形成封閉空間，如圖3-36所示。圖3-35 氣體保護(hù)電弧焊時(shí)的焊縫布置a）合理 b）不合理圖3-36 埋弧焊時(shí)的焊縫布置a）合理 b）不合理2焊縫布置應(yīng)有利于減少焊接應(yīng)力和變形通過(guò)合理布置焊縫來(lái)減小焊接應(yīng)力和變形主要有以下途徑：（1）盡量減少焊縫數(shù)量 采用型材、管材、沖壓件、鍛件和鑄鋼件等作為被焊材料。這樣不僅能減小焊接應(yīng)力和變形，還能減少焊接材料消耗，提高生產(chǎn)率。如圖3-37所示箱體構(gòu)件，如采用型材或沖壓件（圖3-37b）焊接，可較板材（

4、圖3-37a）減少兩條焊縫。圖3-37 減少焊縫數(shù)量圖3-38 分散布置焊縫a）不合理 b）合理（2）盡可能分散布置焊縫 如圖3-38所示。焊縫集中分布容易使接頭過(guò)熱，材料的力學(xué)性能降低。兩條焊縫的間距一般要求大于三倍或五倍的板厚。（3）盡可能對(duì)稱分布焊縫 如圖3-39所示。焊縫的對(duì)稱布置可以使各條焊縫的焊接變形相抵銷，對(duì)減小梁柱結(jié)構(gòu)的焊接變形有明顯的效果。圖3-39 對(duì)稱分布焊縫a）不合理 b）合理3焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)最大應(yīng)力和應(yīng)力集中部位 如圖3-40所示。以防止焊接應(yīng)力與外加應(yīng)力相互疊加，造成過(guò)大的應(yīng)力而開(kāi)裂。不可避免時(shí)，應(yīng)附加剛性支承，以減小焊縫承受的應(yīng)力。圖3-40 焊縫避開(kāi)最大應(yīng)力集中

5、部位a）不合理 b）合理4焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)機(jī)械加工面 一般情況下，焊接工序應(yīng)在機(jī)械加工工序之前完成，以防止焊接損壞機(jī)械加工表面。此時(shí)焊縫的布置也應(yīng)盡量避開(kāi)需要加工的表面，因?yàn)楹缚p的機(jī)械加工性能不好，且焊接殘余應(yīng)力會(huì)影響加工精度。如果焊接結(jié)構(gòu)上某一部位的加工精度要求較高，又必須在機(jī)械加工完成之后進(jìn)行焊接工序時(shí)，應(yīng)將焊縫布置在遠(yuǎn)離加工面處，以避免焊接應(yīng)力和變形對(duì)已加工表面精度的影響，如圖3-41所示。圖3-41 焊縫遠(yuǎn)離機(jī)械加工表面a）不合理 b）合理二、焊接接頭型式和坡口型式的選擇1焊接接頭型式的選擇接頭型式：根據(jù)GB/T3375-94規(guī)定，手工電弧焊焊接碳鋼和低合金鋼的基本焊接接頭型式有對(duì)接接頭

6、、角接接頭、搭接接頭和T形接頭四種，如圖3-42所示。其中對(duì)接接頭是焊接結(jié)構(gòu)中使用最多的一種形式，接頭上應(yīng)力分布比較均勻，焊接質(zhì)量容易保證，但對(duì)焊前準(zhǔn)備和裝配質(zhì)量要求相對(duì)較高。角接接頭便于組裝，能獲得美觀的外形，但其承載能力較差，通常只起連接作用，不能用來(lái)傳遞工作載荷。搭接接頭便于組裝，常用于對(duì)焊前準(zhǔn)備和裝配要求簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，但焊縫受剪切力作用，應(yīng)力分布不均，承載能力較低，且結(jié)構(gòu)重量大，不經(jīng)濟(jì)。T形接頭也是一種應(yīng)用非常廣泛的接頭型式，在船體結(jié)構(gòu)中約有70%的焊縫采用T形接頭，在機(jī)床焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也十分廣泛。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)形狀、使用要求、焊件厚度、變形大小、焊接材料的消耗量、

7、坡口加工的難易程度等因素，以確定接頭型式和總體結(jié)構(gòu)型式。圖3-42 手弧焊接頭及坡口型式a) 對(duì)接接頭 不開(kāi)坡口 Y形坡口 雙Y形坡口 U形坡口 雙U形坡口b)角接接頭 單邊V形坡口 Y形坡口 K形坡口 不開(kāi)坡口c) 丁字接頭 不開(kāi)坡口 單邊Y形坡口 K形坡口 單邊雙U形坡口2焊接坡口型式的選擇 為保證厚度較大的焊件能夠焊透，常將焊件接頭邊緣加工成一定形狀的坡口。坡口除保證焊透外，還能起到調(diào)節(jié)母材金屬和填充金屬比例的作用，由此可以調(diào)整焊縫的性能。坡口型式的選擇主要根據(jù)板厚和采用的焊接方法確定，同時(shí)兼顧焊接工作量大小、焊接材料消耗、坡口加工成本和焊接施工條件等，以提高生產(chǎn)率和降低成本。根據(jù)GB9

8、85-88規(guī)定，焊條電弧焊常采用的坡口形式有不開(kāi)坡口（I形坡口）、Y形坡口、雙Y形坡口、U形坡口等，如圖3-43所示。圖343 不同厚度鋼板的對(duì)接手工電弧焊板厚6mm以上對(duì)接時(shí)，一般要開(kāi)設(shè)坡口，對(duì)于重要結(jié)構(gòu)，板厚超過(guò)3mm就要開(kāi)設(shè)坡口。厚度相同的工件常有幾種坡口型式可供選擇，Y型和U型坡口只需一面焊，可焊到性較好，但焊后角變形大，焊條消耗量也大些。雙Y型和雙面U型坡口兩面施焊，受熱均勻，變形較小，焊條消耗量較小，在板厚相同的情況下，雙Y形坡口比Y形坡口節(jié)省焊接材料1/2左右，但必須兩面都可焊到，所以有時(shí)受到結(jié)構(gòu)形狀限制。U型和雙面U型坡口根部較寬，容易焊透，且焊條消耗量也較小，但坡口制備成本較

9、高，一般只在重要的受動(dòng)載的厚板結(jié)構(gòu)中采用。表3-11例舉了氣焊、手工電弧焊和氣體保護(hù)焊焊縫坡口幾種形式和尺寸的規(guī)定。表3-11 氣焊、手工電弧焊和氣體保護(hù)焊焊縫坡口形式和尺寸舉例焊件厚度/mm名 稱焊縫符號(hào)坡口形式與坡口尺寸/mm焊縫形式焊縫標(biāo)注方法13不開(kāi)坡口（I形坡口）b=01.536b=02.5326Y形坡口=4060;b =03;P=142060U形坡口18;b=03;P=14; R =68;厚薄接頭：如果采用兩塊厚度相差較大的金屬材料進(jìn)行焊接，則街頭處會(huì)造成應(yīng)力集中，而且接頭兩邊受熱不勻醫(yī)產(chǎn)生焊不透等缺陷。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，對(duì)于不同厚度鋼板對(duì)接的承載接頭，當(dāng)兩板厚度差（-1）不超過(guò)表3

10、-12的規(guī)定時(shí)，焊接接頭的基本形式和尺寸按厚度較大的板確定，反之則應(yīng)在厚板上作出單面或雙面斜度，有斜度部分的長(zhǎng)度L3（-1），如圖3-43所示。表3-12 不同厚度鋼板對(duì)接時(shí)允許的厚度差較薄板的厚度1/mm255991212允許厚度差（-1）/mm1234三、焊接結(jié)構(gòu)工藝圖焊接結(jié)構(gòu)工藝圖：使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的有關(guān)焊縫的圖形符號(hào)、畫法、標(biāo)注等表達(dá)設(shè)計(jì)人員關(guān)于焊縫的設(shè)計(jì)思想，并能被他人正確理解的焊接結(jié)構(gòu)圖樣。它與一般機(jī)器零件工藝圖的主要區(qū)別在于，它必須要表達(dá)出對(duì)焊縫的工藝要求。（一）焊縫的圖示法和符號(hào)表示1焊縫的圖示法表示 如圖3-44所示。焊縫正面用細(xì)實(shí)線短劃表示（圖3-44a），或用比輪廓粗2

11、3倍的粗實(shí)線表示（圖3-44b），在同一圖樣中，上述兩種方法只能用一種。焊縫端面用粗實(shí)線劃出焊縫的輪廓，必要時(shí)用細(xì)實(shí)線畫出坡口形狀（圖3-44c）。剖面圖上焊縫區(qū)應(yīng)涂黑（圖3-44d）。用圖示法表示的焊縫還應(yīng)該有相應(yīng)的標(biāo)注，或另有說(shuō)明（圖3-44e）。圖3-44 用圖示法表示焊縫2焊縫的符號(hào)表示 為了使焊接結(jié)構(gòu)圖樣清晰，并減輕繪圖工作量，一般不按圖示法畫出焊縫，而是采用一些符號(hào)對(duì)焊縫進(jìn)行標(biāo)注，如表3-11中所示。GB32488、GB1221290、GB518585中分別對(duì)焊縫符號(hào)和標(biāo)注方法作了明確規(guī)定。焊縫符號(hào)：基本符號(hào)，用以表明焊縫橫截面的形狀,；輔助符號(hào)，用以表明焊縫表面形狀特征，如焊縫表面是否齊平等；補(bǔ)充符號(hào)，用以補(bǔ)充說(shuō)明焊縫的某些特征，如是否帶有墊板等。焊縫符號(hào)通過(guò)指引線標(biāo)注在圖樣的焊縫位置，如圖3-45所示。指引線一般由箭頭線和兩條基準(zhǔn)線（一條為實(shí)線、另一條為虛線）組成，箭頭指在焊縫處。標(biāo)注對(duì)稱焊縫或雙面焊縫時(shí)，可免去基準(zhǔn)線中的虛線。必要時(shí)，焊縫符號(hào)可附帶有尺寸符號(hào)和數(shù)據(jù)（如焊縫截面、長(zhǎng)度、數(shù)量、坡口等）。還可以畫焊縫的局部放大圖，并表明有關(guān)尺寸。圖3-45 焊縫標(biāo)注方法a)焊縫 b)焊縫正面標(biāo)注方法 c)焊縫剖面標(biāo)注方法（二）焊接結(jié)構(gòu)工藝圖焊接結(jié)構(gòu)工藝圖實(shí)際上是裝配圖，但對(duì)于簡(jiǎn)單的焊接構(gòu)件，一