焊接結(jié)構(gòu)學(xué)-第八章

焊接結(jié)構(gòu)學(xué)

主講教師：安俊超第八章焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是焊接產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心，是充分考慮焊接應(yīng)力與變形、焊接接頭強(qiáng)度、焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)特征、焊接結(jié)構(gòu)斷裂性能與疲勞性能的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。7.1焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則7.1.1焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般思路1焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求（1）實(shí)用性；（2）可靠性；（3）工藝性；（4）經(jīng)濟(jì)性。2焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法（1）許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法工作應(yīng)力≤許用應(yīng)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(yīng)力和安全系數(shù)

（8-4）2）焊縫的許用應(yīng)力母材許用應(yīng)力乘以系數(shù)。（2）可靠性設(shè)計(jì)法把與設(shè)計(jì)有關(guān)的強(qiáng)度、載荷、尺寸和壽命當(dāng)作隨機(jī)變量，采用概率理論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)結(jié)果更符合工程實(shí)際。（3）有限元數(shù)值模擬輔助設(shè)計(jì)法8.1.2焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性分析1從實(shí)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(jì)性。（2）合理設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化焊接（3）合理設(shè)計(jì)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(yīng)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(yīng)避免采用。但不需開坡口，焊前準(zhǔn)備簡便，裝配時(shí)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(shí)。受力比對接接頭復(fù)雜，接頭成一定角度必須選用密集、交叉的焊縫，會(huì)加大熱影響區(qū)及焊接應(yīng)力不合理變形最小最好是能同時(shí)施焊最大應(yīng)力處易產(chǎn)生應(yīng)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(diǎn)焊或縫焊便于施焊2從工藝性及經(jīng)濟(jì)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(jì)性與備料工作量、結(jié)構(gòu)形狀尺寸、生產(chǎn)批量、焊接可達(dá)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(dá)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(yīng)力與變形，減少焊接材料使用量。（5）焊接變形的控制（6）勞動(dòng)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(biāo)。（8）方便生產(chǎn)組織與管理8.1.3焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題1改造結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（1）鉚接結(jié)構(gòu)的改造（2）鑄造結(jié)構(gòu)的改造詳細(xì)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(dòng)和屈曲問題。2考慮自動(dòng)化焊接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)化問題。自動(dòng)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(jì)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)主動(dòng)適應(yīng)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(jì)實(shí)例8.2.1機(jī)床床身1焊接機(jī)身設(shè)計(jì)的要求（1）強(qiáng)度；（2）剛度；（3）尺寸穩(wěn)定性；（4）減振性。2焊接機(jī)身的設(shè)計(jì)（1）材料的選用（2）焊接接頭的設(shè)計(jì)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(qiáng)筋板的應(yīng)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(qiáng)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(jì)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(bǔ)強(qiáng)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(jì)（1）焊接強(qiáng)度設(shè)計(jì)1）薄壁容器按式8-5、8-6、8-7計(jì)算。

2）厚壁容器按式8-8計(jì)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(jì)（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(jì)1）縱向焊縫和環(huán)向焊縫對接接頭，平滑過渡，與母材等強(qiáng)度是縱向焊縫主要要求。環(huán)向焊縫強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)5多層容器結(jié)構(gòu)與接頭的設(shè)計(jì)（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(jì)（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(yù)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(yù)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(yīng)力小于臨界應(yīng)力，則可以認(rèn)為薄板構(gòu)件將不會(huì)發(fā)生局部失穩(wěn)。如果壓應(yīng)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(jì)（1）合理設(shè)計(jì)截面形狀

（2）設(shè)置加強(qiáng)筋（3）薄板壓形

（4）焊接方法點(diǎn)焊、高能束焊等焊接應(yīng)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(yīng)力與變形的基本機(jī)理。2簡述焊接殘余應(yīng)力對構(gòu)件靜載強(qiáng)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(xué)合理性。6進(jìn)行機(jī)床機(jī)身的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并把其與鑄造機(jī)床機(jī)身進(jìn)行比較。焊接結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)題

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