焊接件結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則

焊接是不可拆的連接。把需要連接的兩個金屬零件在連接的地方局部加熱并填充熔化金屬，或用加壓等方法使之熔合在一起，其焊接熔合處即焊縫。

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焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點（質(zhì)量輕，連接可靠，工藝過程和設(shè)備簡單等優(yōu)點）

1）和鑄造結(jié)構(gòu)相比，焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)設(shè)計自由度大，因不需制模，故制造周期短、成本低，小批量時這一優(yōu)點更突出；

2）和鉚接、螺栓結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)無間隙，便于防腐，另外，因不需附件，故也有結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕的優(yōu)點。

焊接結(jié)構(gòu)對焊接質(zhì)量要求很高，保證焊接質(zhì)量是采用焊接結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。

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保證或提高焊接質(zhì)量的三種途徑

1）材料：材料選擇最重要的一條是可焊性，碳鋼中的碳的質(zhì)量分數(shù)少于0.22%，其可焊性能良好；

2）工藝：工藝包括前處理、后處理和焊接工藝，其中焊接技能是決定因素。

3）結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)影響因素主要是焊縫受載形式、大小、是否有利于焊接工藝的施行等。

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焊接件結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則

1）幾何連續(xù)性準(zhǔn)則：

焊縫及其影響區(qū)的強度特別是其動載荷強度一般比周圍材料的強度要低，往往還有內(nèi)應(yīng)力，因此應(yīng)盡量將焊縫設(shè)置于應(yīng)力水平較低的區(qū)域。

例如：避免在幾何形狀突變處設(shè)置焊縫（因為這里應(yīng)力集中）；

焊縫欲連接的兩側(cè)有時不能保證幾何形狀的連續(xù)性，常見的是板厚不同。對此要在結(jié)構(gòu)設(shè)計時留有過渡結(jié)構(gòu)，從而減輕幾何形狀的突變性。

工程應(yīng)用實例：

（1）不同板厚焊接時，留有過渡結(jié)構(gòu)，減輕幾何形狀的突變性；

（2）壓力容器焊接時（曲率突變點，應(yīng)力集中嚴(yán)重，也是高應(yīng)力區(qū)，不宜設(shè)置焊縫），將封頭在離焊接處一定距離的區(qū)域彎曲，從而使焊縫處不再有曲率突變；

（3）焊接不同厚度管時，盡量將焊縫錯開，避免圓周焊縫。

2)避免焊縫重疊準(zhǔn)則：

復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接常會遇到多條焊縫交叉重疊的問題，焊縫交匯處剛性大，結(jié)構(gòu)翹曲嚴(yán)重，從而加大焊縫內(nèi)應(yīng)力。結(jié)構(gòu)多次過熱，材料性能下降，易發(fā)生裂紋。這些都會引起焊接結(jié)構(gòu)承載性能的下降，因此焊縫的交叉重疊應(yīng)予避免。

防止焊縫的交叉重疊的結(jié)構(gòu)措施有三種：

（1）加輔助結(jié)構(gòu)；

（2）切除部分；

（3）焊縫錯開。

3）焊縫根部優(yōu)先受壓準(zhǔn)則：

在焊接構(gòu)件遭受彎曲作用，即構(gòu)件一面受拉，另一面受壓時，應(yīng)將焊縫根部置于受壓一面。因為焊縫根部易產(chǎn)生缺口作用，承拉載荷能力比之承壓載荷能力差，對于載荷方向變化的焊接構(gòu)件可采用雙面焊。

4）避免鉚接式結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則：

工程實際中不少焊接結(jié)構(gòu)是模仿鉚接結(jié)構(gòu)得來的，這種結(jié)構(gòu)通常采用襯板、搭接等形式，貌似加強了承載能力，實則不然。

5）避免尖角準(zhǔn)則：

尖角處焊接定位苦難，焊接質(zhì)量不易保證，而且熱熔體太小，尖角易被熔化，這種焊接結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用。

6）便利焊接工藝準(zhǔn)則：

焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要滿足結(jié)構(gòu)本身功能的要求，還必須滿足焊接工藝的要求，焊接工藝不僅指焊接本身，還包括前、后處理和檢測。

（1）要有足夠大的操作空間；

（2）焊接要方便定位；

（3）焊接件要方便檢測；

（4）點焊需要有足夠大的平臺，避免電極與旁邊的板材粘結(jié)。

7）對接焊優(yōu)先準(zhǔn)則：

焊縫形式多樣，其中對接焊縫強度最高，在載荷較大的情況下，特別在動載荷作用下優(yōu)先采用，但不是在任何情況下下對接焊都優(yōu)先，比如角焊縫雖然強度不及對接焊縫高，但它不需前處理，節(jié)省成本，在載荷不大時可優(yōu)先采用。

8）焊接區(qū)柔性準(zhǔn)則：

焊接過程中，焊接區(qū)受高溫作用，構(gòu)件產(chǎn)生熱變形，兩構(gòu)件在這種狀態(tài)下被連為一體，當(dāng)焊接熱量消逝時，由于引起的熱變形因自由變形受到新的限制而不能完全消除，從而產(chǎn)生殘余變形，引起內(nèi)應(yīng)力。消除這種內(nèi)應(yīng)力的常用方法是將焊接好的構(gòu)件進行熱處理。采用熱處理工藝固然可有效地減低或消除內(nèi)應(yīng)力，提高焊接質(zhì)量，但同時也提高了構(gòu)件的制造成本，構(gòu)件較大時，熱處理還較困難。通過有目的的結(jié)構(gòu)設(shè)計也可以減少內(nèi)應(yīng)力。

焊接區(qū)內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的根本原因是結(jié)構(gòu)自由變形受到一定的限制，焊接區(qū)周圍的剛性越大，這種限制越大，因此在可能的情況下，應(yīng)盡量減少焊接區(qū)周圍構(gòu)件的剛性，這樣從根本上減少了內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。

9）焊接量最少準(zhǔn)則：

最好的焊接結(jié)構(gòu)是焊接量最少的結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能減少焊縫個數(shù)和焊接量。焊縫的機械性能原則上比之母材差，焊接量大，意味著過熱影響區(qū)大，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和熱變形大，從而提高了熱處理和結(jié)構(gòu)校正的要求。