1、第第1 1章章 焊接结构的基础知识焊接结构的基础知识 1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 1.21.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 1.31.3 焊接结构生产工艺过程简介焊接结构生产工艺过程简介 复习思考题复习思考题下一页返回第第1 1章章 焊接结构的基础知识焊接结构的基础知识 本章内容包括焊接接头的组成、基本形式及焊缝的基本形式。焊接结构的应用和有关技术特点等。通过机械零部件焊接、容器焊接、船舶焊接以及梁柱焊接等典型实例，对焊接结构基本构件的概念、结构特点、工作条件进行简要地分析和讨论，同时介绍焊接接头和焊接生产工艺过程的基本知识。上一页返回1.11.1 焊接接头的
2、基本知识焊接接头的基本知识 1.1.1 1.1.1 焊接接头的基本概念焊接接头的基本概念 焊接结构通过焊接方法将各零件连接起来，焊接连接处称为焊接接头。焊接接头的作用大致可分为以下3种。(1)工作接头。它可将焊接接头中的作用力从一个零件传至另一个零件，对工作接头必须进行强度计算，并保证是安全可靠的。(2)联系接头。它将两个或更多的零件连接成一个整体，以保持其相对位置。连接这种接头的焊缝不传递零件中的作用力，焊缝即使被破坏，一般不会影响整个结构的安全工作。实际上，联系接头中的焊缝作为整个结构中的一部分，往往也参与力的传递或承受一部分作用力，但传递作用力不是焊缝的主要任务，因而通常不作强度计算。(
3、3)密封接头。通过焊接，保证结构的气密性或水密性，防止泄漏是这种接头的主要任务。但是，密封接头可以同时是工作接头或联系接头。下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 现代焊接技术发展迅速，新的焊接方法不断出现，接头类型更是繁多，但应用最广的焊接方法是熔化焊。本节以熔化焊接头为重点进行分析。焊接接头是由焊缝金属、熔合线、热影响区和母材组成，如图1一1所示。1.1.21.1.2焊缝的基本形式焊缝的基本形式 焊接接头的形式主要是依据焊接结构形式、结构及零件的几何尺寸、结构装配、焊接方法、焊接位置、焊接条件及技术条件等。焊接接头主要依据焊接方法划分，常用的焊接接头有对接接头、丁字接
4、头、搭接接头、角接接头、十字接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头、锁底对接接头等。本节主要介绍熔化焊的接头形式，适当兼顾介绍其他焊接方法的焊接接头形式。熔化焊焊接接头的基本形式有对接接头、搭接接头、丁字接头和角接接头等生种，如图1-2所示。选用接头形式时，应该熟悉各种接头的优缺点。上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 1.对接接头 对接接头用于连接在同一平面中的金属板，从力学角度看是比较理想的接头形式，是传力效率最高的一种接头形式，它不需要连接板等，材料消耗量最少。但是，由于对接连接，被连接板边缘的加工及装配要求较高，在焊接结构上和焊接生产中，常见的对
5、接焊缝方向是与载荷方向垂直的，也有与载荷方向成斜角的斜缝对接接头，如图1-3所示，这种接头的焊缝承受较低的正应力。过去由于焊接技术水平低，为了安全可靠往往采用这种斜缝对接。现在常用的对接接头有开坡口和不开坡口的对接接头、带垫板V形坡口的对接接头、厚板削薄带钝边的单边V形坡口的对接接头等。将两焊件的表面构成1350-1800。夹角的接头均属于对接接头。2.搭接接头 两件部分重叠构成的接头称搭接接头。焊接结构中，特别是在那些工作条件良好、不太重要的构件中，广泛使用搭接接头。搭接接头的应力分布不均匀，疲劳强度较低，不是焊接结构的理想接头。但是，它的焊前准备和装配工作比对接接头简单得多，其横向收缩量也
6、比对接接头小，所以在结构中仍得到广泛的应用。例如大型储罐的上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 底板拼接都是采用搭接接头，如图1一4所示。搭接接头有多种形式，如开槽焊和塞焊(或称电铆焊)以及锯齿缝搭接等。开槽焊搭接接头的构造如图1一5所示，先将被连接件冲切成槽，然后用焊缝金属填满该槽，槽焊焊缝断面为矩形，其宽为被连接件厚度的两倍，开槽长度应比搭接长度稍短一些。当被连接件厚度不大时，采用大功率的埋弧焊或CO2保护焊，不开槽也有可能熔透，使两个焊件连接起来。塞焊是在被连接的钢板上钻孔来代替槽焊的开槽，用焊缝金属将孔填满使两板连接起来，如图1一6所示。被连接板厚小于5
7、mm时，可以采用大功率的埋弧焊或CO2保护焊直接熔透而不必钻孔。随着焊接技术的发展，在工艺和设备改进之后，将可熔透更厚的钢板，这种接头施焊简便，特别是一薄一厚的两工件连接最为方便，生产效率较高。上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 锯齿缝搭接接头如图1一7所示，这是单面搭接接头的一种形式。直缝单面搭接接头的强度和刚度比双面搭接低得多，所以只能用在受力很小的次要部位。对背面不能施焊的接头采用锯齿形焊缝搭接，有提高强度和刚度的作用。在背面施焊很困难时，这种接头是比较合理的。3.T形(十字)接头 T形(十字)接头是将一件端面与另一件端面构成直角或近似直角的接头(图1-
8、8)。这种接头是典型的电弧焊接头，能承受各种方向的力和力矩。它的种类也较多，常见的如图1-8所示。对这类接头应避免采用单面角焊缝，因为这种接头的根部有很深的缺日(图1-9)，其承载能力非常低。对较厚的板，可采用K形坡口【图1-8（b）】,根据受力情况决定是否需要焊透。这样做比不开坡口【图1-8（a）】用大尺寸的角焊缝经济，而且疲劳强度高。对要求完全焊透的丁字接头，实践证明采用半V形坡口【图1-8（c）】从一面焊，焊后再清根焊满，比采用K形坡口施焊可靠。上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 4.角接接头 两焊件端部间夹角在3001350范围内的接头称为角接接头。角
9、接接头多用于箱形构件上，常见的如图1-10所示。其中图1一10(a)所示是最简单的角接接头，但承载能力差;图110(b)所T采用双面焊缝从内部加强的角接头，其承载能力较大;图1一10（c)所不和图1-10(d)所示开坡口易焊透，有较高的强度，而且在外观上具有良好的棱角，但要注意层状撕裂问题;图1一10(e)所示和图1-10(f)所示易装配，省工时，是最经济的角接头;图1一10(所示是保证接头具有准确直角的角接头，并且刚性大，但角钢厚度应大于板厚;图1一10(h)所示是不合理的角接接头，焊缝多而且不易施焊。另外，熔化焊的特种接头有管接头、球型接头、铸造接头;电阻焊接头有对接焊接头、点焊接头、缝焊
10、接头;特种焊接头有电渣焊接头、摩擦焊接头、冷压焊接头、电子束焊接头、钎焊接头等。上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 1.1.31.1.3焊缝的基本形式焊缝的基本形式 焊缝是构成焊接接头的主体部分，对接焊缝和角焊缝是焊缝的基本形式。1.对接焊缝 对接焊缝的焊接边缘可分为卷边、平对或加工成V形、X形、K形和U形等坡口(图111。各种坡口尺寸可根据国家统一标准(GB985-1980和GB9867 980或根据具体情况而定。对接焊缝开坡口的根本目的是为了确保接头的质量及其经济性。坡口形式的选择主要取决于板材厚度、焊接方法和工艺过程。一般来说，必须考虑以下几个问题。焊接
11、材料的消耗量。对于同样厚度的焊接接头，采用X形坡口比V形坡口能省较多的焊接材料、电能和工时，构件越厚节省得越多。上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 可焊到性。它是选择坡口形式的重要条件之一。一般来说，要根据构件能否翻转，翻转难易，或内外两侧的焊接条件而定。对不能翻转的和内径较小的容器、转子及轴类的对接焊缝，为了避免大量的仰焊和不能或不便从内侧施焊，都官采用V形或U形坡口。坡口加工。V形和X形坡口可用气割或等离子切割，亦可用机械切削加工。但是，U形和双U形坡口，一般需用刨边机加工。焊接变形。采用不适当的坡口形式容易产生较大的焊接变形。如果坡口形式适宜，工艺合理，
12、则可有效地减小焊接变形。2.角焊缝 角焊缝一般为三角形的，是指沿两直交或近直交零件的交线所焊接的焊缝，焊后从截面的形状观察，实际形状有生种，如图1一12所示。按其承载方向可分为3种:焊缝与载荷相垂直的正面角焊缝，焊缝与载荷相平行的侧面角焊缝，焊缝与载荷相倾斜的斜向角焊缝，如图1-13所示。角焊缝的具体应用如图1-12中(a),(b),(c),(d)所不，应用最多上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 的角焊缝是截面为直角等腰的，一般可用腰长K来表不其大小，通常称K为焊脚尺寸。角焊缝是一种应用最广泛的焊缝，与对接焊缝相比较，在力学性能方面具有许多特点。以角焊缝构成的
13、各种接头，其几何形状都有急剧的变化，力线的传递比对接焊缝复杂，焊缝的根部与趾部的应力集中，一般都比对接焊缝大。例如图1-13所示的十字接头，其力线的传递就是挠曲不直的，在八点和月点都有较大的应力集中。正面角焊缝的破断面往往与受力方向成200300，但进行强度计算时，仍以与受力方向成25。的最小截面为计算断面，按切应力计算强度。试验证明，正面角焊缝的强度比侧面角焊缝高20003000;侧面角焊缝沿焊缝长度上的应力分布是不均匀的，正面角焊缝的单位长度承载能力并不是随焊脚尺寸K的增加而成正比增加的。单位面积的强度当K=20 mm时比KX10 mm时约降低2000，但其屈服强度并不降低，如图1一14所
14、示。正面角焊缝的强度与其断面形状有关，如图1一15所示。其强度随0角上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 增大而增加。不等边角焊缝，当长边平行于载荷时比长边垂直于载荷时强度大;=600时与=250。时比，其强度约增加20000各种截面形状角焊缝的承载能力与载荷性质有关。静载时，如母材塑性良好，角焊缝的截面形状对承载能力没有显著影响。动载时，图1-12中凹形比平形的承载能力高，凸形的最低。不等腰的长边平行于载荷方向时，承受动载效果较好。从以上特点可以看出，角焊缝的实际受力情况在具体结构上是比较复杂的，但工程上为了安全可靠和计算简便，常假定角焊缝是在平均切应力作用下
15、断裂的，并假定其断裂面是在角焊缝截面的最小高度处(图1一12)，图1一12中(c),(d)两种角焊缝有时断裂在1-2截面处，但计算强度时仍以a处计算。上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 1.1.41.1.4焊缝符号及其表示方法焊缝符号及其表示方法 焊接图是焊接施工所用的工程图样。要看懂施工图，就必须了解各焊接结构中焊缝符号及其标注方法。如图1一16所示是两个支座的焊接图，其中多处标注有焊缝符号，说明焊接结构在加工制作时的基本要求。1.焊缝符号的组成与表示 为了简化图样，统一焊接施工图上的标注代号，国家标准GH 322-1988规定了焊缝符号的表不方法。焊缝符号
16、一般由基本符号和指引线组成，必要时可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸及数据。(1)基本符号:表不焊缝端面形状的符号。表1一1所示为常用焊缝的基本符号。上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 (2)辅助符号:表不焊缝表面形状特征的符号，如表1-2所示。当不需要确切说明焊缝的表面形状时，可以不采用辅助符号。(3)补充符号:为了补充说明焊缝某些特征而采用的符号，表1-3所示为常用焊缝的补充符号。(4)焊缝尺寸符号:用来代表焊缝的尺寸要求，当需要注明尺寸要求时才标注。表1-4所示为常用的焊缝尺寸符号。(5)指引线:由箭头线和基准线组成，箭头指向焊缝处，基准线由两条互相平
17、行的细实线和虚线组成。当需要说明焊接方法时，可以在基准线末端增加尾部符号，如图1-17 (a)所示。图1-17 (b）所示为焊缝尺寸符号及数据的标注位置。2.焊缝符号应用实例 (1)对接接头。对接接头的焊缝形式如图1一18(a)所示。焊缝符号标注如图1-18(b）所示。表明此焊接结构采用带钝边的V形对接焊缝坡口角度为a,根部间隙为b，钝边高度为p，环绕工件周围施焊。上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 (2)T形接头。T形接头的焊缝形式如图1-19(a)所示。焊缝符号标注如图1一19(b)所示。表明T形接头采用对称断续角焊缝。其中n表不焊缝段数，l表不每段焊缝长
18、度，e为焊缝段的间距，K表不焊脚尺寸。(3)角接接头。角接接头的焊缝形式如图1-20 (a)所示。角接焊缝符号标注如图1-20(b）所示。表明角接接头采用双面焊缝。接头上侧为带钝边单边V形焊缝，坡口角度为a，根部间隙为b，钝边高度为p，接头下侧为角焊缝，焊缝表面凹陷，焊脚尺寸为K。1.1.5 1.1.5 焊接接头设计和选用原则焊接接头设计和选用原则 焊接接头是构成焊接结构的关键部分，同时又是焊接结构的薄弱环节，其性能的好坏会直接影响整个焊接结构的质量。实践已表明，上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 焊接结构的破坏多起源于焊接接头区，这除了与材料的选用、结构的合
19、理性以及结构的制造工艺有关外，还与接头设计的好坏有直接关系，因此选择合理的接头形式就显得十分重要，在保证焊接质量的前提下，焊接接头的设计与选用应遵循以下原则。1.简单原则 接头形式应尽量简单，焊缝填充金属要尽可能少，接头不应设在最大应力可能作用的截面上。否则由于接头处几何形状的改变、形状不连续和焊接缺陷等原因，会在焊缝局部区域引起严重的应力集中。2.连续过渡原则 焊接结构外形应连续、圆滑，以减小应力集中。3.方便检验原则 接头设计要使焊接工作量尽量少，且便于制造与检验。4.工艺合理原则 合理选择和设计接头的坡口尺寸，如坡口角度、钝边高度、根部间隙等，使之有利于坡口加工和焊透，以减小各种焊接缺陷
20、产生的可能性。上一页 下一页返回1.11.1 焊接接头的基本知识焊接接头的基本知识 5.设计合理原则 若有角焊缝接头，要特别重视焊脚尺寸的设计和选用，这是因为大尺寸角焊缝的单位面积承载能力较低，而填充金属的消耗却与焊脚尺寸的平方成正比。6.等强度原则 按等强度要求，焊接接头的强度应不低于母材标准规定的抗拉强度的下限值。7.残余应力影响原则 焊接残余应力对接头强度的影响通常可以不考虑，但是对于焊缝和母材在正常工作时缺乏塑性变形能力的接头以及承受重载荷的接头，仍需考虑残余应力对焊接接头强度的影响。表1一5是部分合理焊接接头设计与选用。上一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件
21、1.2.11.2.1机器零部件焊接结构机器零部件焊接结构 焊接作为一种金属连接的工艺方法，已经在机械制造业中得到大量使用。许多传统的铸、锻制品，由于毛坯加工量大，零部件受力不理想等原因逐步由焊接结构产品或铸一焊、锻一焊结构产品所代替。如机器零部件中的圆盘形零件、机床机身、减速器箱体、轴承座等。1.圆盘形焊接零件 圆盘形焊接零件主要用于机器的传动机构中，应用最广的是制动轮、飞轮、带轮和齿轮等，如图1-21所示。圆盘形焊接零件可分为工作和基体两部分，工作部分直接与外界接触并实现圆盘形零件相应的功能，如齿轮中的轮齿、叶轮中的叶片以及带轮中的轮缘等;基本部分对工作部分起支撑和传递动力作用。这类结构通常
22、是在交变载荷或重复载荷状态下工作，因此对于这类焊接结构要求具有良好的刚度和强度。圆盘形焊接零件一般由轮缘、轮辐和轮毅等结构要索组成，如图1-21所示。下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 (1)轮毅。对于承受载荷不大，精度要求不高的圆盘形零件，轮毅可以用圆钢焊在轮辐上，然后再加工出轴孔和键槽。对于一些直径稍大的圆盘形零件，其轮毅除了采用圆钢车削而成外，更官采用厚壁管制作。一般常用的焊接轮毅形式如图1-22所示。为保证轮毅与轮辐的精度，可以在轮毅上加工出定位台阶，如图1-22 (c)所示。有时为了防止轮子的偏摆、振动以及提高圆盘形焊接零件的承载能力，常常在轮毅与轮辐之间
23、焊接加强筋，如图1-22（b）所示。图1-23所示为钢板焊制的制动轮结构，由于轮辐宽度较大，为了提高制动轮的强度和刚度，在辐板与轮毅之间采用焊接矩形加强筋和三角筋进行加固。(2)轮辐。根据圆盘形焊接零件尺寸和承载大小不同，其轮辐结构也有所不同，可分为辐板式和辐条式两种。辐板式结构简单，能够传递较大的扭转力矩。焊接齿轮多采用辐板结构，最常用和较简单的办法是切割圆形钢板来制作轮辐，如图1-21 (a)和图1-24所示为齿轮和飞轮的辐板式焊接结构。由于齿轮和飞轮要求较高的强度、刚度以及较大的惯性矩来储存动能，因此，轮辐都是由厚钢板焊接制作而成的。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊
24、接结构的基本构件 如果轮辐已经采用加强筋加固，其厚度可以适当减小。当轮缘宽度较小时可采用单辐板，加放射状筋板以增强刚度，如图1-24（b）所示。当轮缘较宽或存在轴向力，则采用双辐板或多辐板式轮辐结构，如图1-21 (a)所示。为了减轻重量和节约金属材料，在直径较大而传递力矩较小的圆盘形零件中常采用棒材、型材或管材焊接制作辐条式轮辐结构。辐条是承受弯矩的杆件，要按受弯杆件计算和校核强度，其断面形状应按受力性质和刚度要求确定。为尽量减小焊接工作量，应优先选用型钢(如扁钢、工字钢等)制作辐条，大型的旋转体才采用钢板焊制成工字形或箱形的结构，如图1一25所示分别为管材和扁钢焊制的轮辐形式，其主要特点是
25、重量轻，惯性小，通常作为皮带轮或手轮使用。辐板和辐条一般可用低碳钢制造。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 (3)轮缘。轮缘是圆盘形零件的执行构件，也多是零件的工作面。根据圆盘形零件工作用途和尺寸大小的不同，轮缘可分别采用圆钢车制、钢板弯曲成型、铸钢或锻钢件。对较大尺寸的零件，还可以分段制造，然后拼焊成环形轮缘。图1-26 (a)所示圆盘形零件为齿轮毛坯，图1一26(b)所示为平皮带轮毛坯，图1一26(c)所为链轮毛坯，图1-26 (d)所示为轻型三角皮带轮毛坯。当断面形状较为复杂时，轮缘还可用专门设备把钢坯轧制成所要求的断面形状，然后卷圆再对焊制造，制造出
26、单个轮缘，如图1-26 (e)所示。对于一些重型焊接齿轮，可以用如图1-26 (d)所示的宽缘多辐焊接结构，以提高重载齿轮的刚性和抗震性能。轮缘、轮辐和轮毅之间可以用T形接头或对接接头焊接，它们均为受力焊缝，其中轮辐和轮毅之间的焊接接头所受的载荷较大，需要进行强度计算。另外，对于重要的圆盘形零件，T形接头应按辐板厚度开坡口，以便焊透焊缝根部。对于转速较高的或经常受冲击载荷的圆盘形零件，最好采用对接接头。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 2.焊接机身 机身是各种动力机器、传动机构和各类机床的主体部分，是实现某些机械加工的基础。如切削机床的机身、锻压设备的机身
27、、柴油机机身、减速器箱体和轴承座等。通常机身上安装有机器的各种运动部件，并承受各部件的重力、运动部件之间的作用力和运动时产生的惯性力，因此在多数情况下要求机身应具有足够的强度和刚度，对于切削机床的机身还要求应具有更高的刚度和减震性能，以确保切削加工的精度。过去的机身大多采用铸钢或铸铁件，现在由于焊接技术水平的提高以及焊接结构所具有的一些优良特性，使得焊接结构机身在机器领域中得到了更为广泛的应用。(1)切削机床焊接机身。切削加工是一种精度较高的工艺过程，因此必须要求机床的机身应具有很高的刚度。过去，由于铸铁价格低，铸件适官成批生产，加上铸铁具有良好的减震性能，所以铸铁机床机身一直占有明显的优势。
28、随着现代工业和新型加工技术的发展，为提高机床的整体工作性能，减轻结构重量，缩短机身的生产周期和降低制造成本，机床机身逐步改用焊接结构。尤其是单件小批生产的上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 大型和重型机床，以及专用机床，大量采用焊接结构后其经济效果十分明显。如图1-27所示是门式刨铣床机身断面，断面为箱形结构，由钢板拼焊而成，导轨采用低合金钢，其余部分一般用普通碳索钢制造。机身焊后进行热处理消除焊接残余应力，并经自然时效后进行机械加工。目前许多机床厂生产的卧式车床机身也采用焊接结构，图1一28所示是普通卧式车床的焊接机身，主要由箱形床腿、加强筋、导轨、纵梁及
29、斜板等零部件组成，图1一28（b）所示的机身断面结构形式是通过纵梁和斜板实现的，它把整个方箱断面分割成两个三边形的断面，下方三边形完全闭合，断面结构具有较大的抗弯扭刚度。在切削机床中采用焊接机身时，需要考虑以下几个方面的问题。经济效益问题。焊接机身经济效益与生产批量有关，它特!l适用于单件小批量生产的大型或专用机床。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 刚度问题。焊接机身一般采用轧制的钢板和型钢焊制而成，形状特殊的部分也采用一些小型锻件或铸件。焊接机身应用最多的材料主要是可焊性好的低碳钢和普通低合金钢，由于钢材的弹性模量比铸铁高，在保证相同刚度条件下焊接机身比
30、铸铁机身轻很多。因此焊接机身可以满足切削加工时的刚度要求。减震性问题。机身的减震性不仅取决于选用的材料，而且还与结构本身有关。故可以分为材料减震性和结构减震性两个方面。焊接机身钢质材料的减震性低于铸铁，因此，必须从结构上采取措施以保证焊接机身结构的减震性。尺寸稳定性问题。由于焊接机身中存在较严重的焊接残余应力，这对焊接结构的尺寸稳定性有影响，特别是切削机床的机身，要求尺寸的稳定性更高，故焊接机身在焊后必须进行消除残余应力处理。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 机械加工问题。机床焊接结构与建筑、石油化工和船舶工业所采用的焊接结构不同，机床焊接结构焊后需要进行
31、一定的机加工。机身采用的低碳钢尽管可焊性好，但机械加工性能则不如铸铁和中碳钢。所以在研究机身焊接结构工艺性时，还应该考虑机械加工工艺性问题。(2)锻压设备焊接机身。锻压设备种类较多，如各种锻锤、压力机和冲压机等。锻压设备机身多是铸钢件或是焊接构件，但是制造大型锻压设备采用铸钢机身工艺十分复杂，并需要重型炼钢设备，而且大型铸件易出现工艺缺陷，直接影响结构强度，因此锻压设备机身采用焊接结构比切削机床要多。中国旱在20世纪60年代初就已经成功制造出机身为焊接结构的12 000 t水压机，现在各种吨位锻压设备采用焊接机身已愈来愈普通。锻压设备焊接机身的结构形式有开式和闭式两种，按各主要部件的连接方式则
32、可以分为整体式和组合式两类，如图1-29所示。开式上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 机身多用于小型压力机，这种机身在工作时易产生角变形，如果角变形过大会直接影响上下模具的对中性，降低冲压件的精度和模具的使用寿命。闭式机身可以采用整体焊接结构，其结构具有重量轻和刚度大的优点，考虑到加工和运输问题，多适用于小型锻压设备。锻压设备不同于切削机床，其加工零件的精度要求比切削加工低，并在操作过程中要产生很大的作用力由机身承受，因此锻压设备的机身除保证必要的刚度外，还应该具有较高的强度。同时考虑到锻压设备机身承受的是动载荷，还应尽可能地降低机身关键部位的应力集中，以免
33、产生疲劳破坏。机身焊接完后需要进行热处理以消除残余应力。(3)减速器箱体焊接结构。减速器箱体是安装各传动轴的基础部件，由于减速器工作时各轴传递转矩时要产生比较大的反作用力，并作用在箱体上，因此要求箱体应具有足够的刚度，以确保各传动轴相对位置精度，如果箱体刚度不足，不仅使减速器的传动效率降低，而且还会缩短齿轮的使用寿命。采用焊接结构箱体能获得较大的强度和刚度，且结构紧凑，重量较轻。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 减速器箱体结构形式繁多，在小批量生产时，采用焊接减速器箱体较为合理，焊接减速器箱体一般制成剖分式结构，即把一个箱体分成上下两个部分，分别加工制造，
34、然后在剖分面处通过螺栓将两个半箱连成一个整体，如图1-30所示为一个单壁剖分式减速器箱体焊接结构。为了增加焊接箱体的刚度，通常在壁板的轴承支座处用垂直筋板加强，并与箱体的壁板焊接成一个整体。小型焊接箱体的轴承支座用厚钢板弯制，大型焊接箱体的轴承支座可以采用铸件或锻件。轴承支座必须有足够的厚度，以保证机械加工时有一定的加工余量。焊接箱体的下半部分由于承受传动轴的作用力较大并与地面接触，因此必须采用较厚的钢板制作。对于工作条件比较平稳的减速器，箱体焊接时可以不必开坡口，焊脚尺寸也可以小一些。但对于承受反复冲击载荷的减速器箱体应该开坡口以增加焊缝的工作断面。焊接减速器箱体多用低碳钢制作，为保证传动稳
35、定性，焊后需要进行热处理以消除残余应力。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 承受大转矩的重型机器的减速器箱体，还可以采用双层壁板的焊接结构。并在双层壁板间设置加强筋以提高焊接箱体的整体刚度。(2)轴承座和支架焊接结构。在机械工业中，除了前面介绍的减速器箱体、机身等焊接结构外，轴承座及其支架的焊接结构由于重量轻、生产周期短，设计制作十分方便等特点，也得到了普遍应用。最简单的径向轴承座焊接结构如图1-31所示，其中图1-31 (a)所示表是对称式结构，图1-31 (b)所示表不非对称结构，当承受载荷较大时，为保证轴承有足够的刚度和强度，可采用加强筋加强，如图1-
36、31(b)所示。图1-32所示为自形断面的轴承座支架，这类结构通常采用钢板、型材和厚壁管焊接制成。除此之外，根据轴承座支架断面形状的不同，还有I形或H形、十字形、T形和箱形等多种焊接结构形式，如图1-33所示。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 1.2.21.2.2压力容器焊接结构压力容器焊接结构 1.压力容器的基本概念 压力容器不仅普遍应用于化工、石油和石油化工生产，而且在轻工、医药、食品、冶金、能源、交通和科学研究等许多领域中也有着广泛的应用。由此可见，压力容器是工业部门和人民生活必不可少的生产装备，对国民经济的发展起着十分重要的作用。“压力容器”是指压
37、力和容积达到一定数值，容器所处的工作温度使其内部介质呈气体状态的密闭容器，如图1-34所示。这类容器一旦发生事故，其后果非常严重，世界各国都把这类容器作为一种特殊设备，对容器的设计、制造、安装、检验和使用等方面制定了一系列专门的法规和标准子以管理。按照中国压力容器安全技术监察规程中的有关规定，同时具备下列条件的容器即称为压力容器:(1)最高工作压力大于0.1 MPa(不含液体静压力);(2)内直径(非圆形截面指断面最大尺寸)大于或等于0.15 m，且上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 容积大于或等于0.025 m3;(3)介质为气体、液化气体或最高工作温度高
38、于或等于标准沸点的液体。2.压力容器分类和构造 压力容器一般是由板材经成型加工，并焊接成能承受内外压力的密闭性结构。由于应用极为广泛，形式也多种多样，通常从以下几个方面进行分类。(1)按工艺用途分类。反应压力容器:用于完成介质的物理、化学反应，如反应器、反应釜、分解塔、合成塔和煤气发生炉等。换热压力容器:用于完成介质的热量交换，如换热器、冷却塔、冷凝器、蒸发器、加热器等。分离压力容器:用于完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等，如分离器、过滤器、缓冲器、洗涤器、吸收塔和干燥塔等。储存压力容器:用于盛装生产用的原料气、液体、液化气体等，如储罐、球罐等。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的
39、基本构件焊接结构的基本构件 (2)按壳体的承压方式分类。内压容器:作用于压力容器器壁内部的压力高于外表面所承受的压力。外压容器:作用于压力容器器壁内部的压力低于外表面所承受的压力。(3)按设计压力分类。分为低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器。除上述分类方法外，还可以按容器的壳体结构、容器壁厚、结构材料、结构形式和工作介质进行分类。压力容器的分类方式和结构形式虽然很多，但压力容器最基本的结构是一个密闭的焊接壳体。根据压力容器壳体的受力分析，最适宜的形状是球形，球形容器制造相对比较困难，成本较高，因此在工业生产中，大多数中、低压容器多采用圆筒形结构。圆筒形容器由筒体、封头、法铸、密封元件、开
40、孔接管以及支座六大部件组成，并通过焊接构成一个整体，如图1-35所示。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 压力容器的焊接结构 (1)一般用途的压力容器压力低，焊接结构比较简单，如图1-36所示为载重汽车的刹车储气筒，由于低碳钢可焊性好，对应力集中敏感性低，故储气筒多采用Q235钢材制成。筒体由钢板弯制，纵向焊缝用CO2气体保护自动焊一次焊成，两封头冲压成型，封头与筒体之间采用对接接头，为了保证焊缝质量在焊缝底部设置残留垫板。封头上的螺母结合座用凸焊焊接。(2)储存气体或液体的容器广泛应用于各生产部门和运输行业。固定小型储存容器的技术要求较低，一般用薄钢板制造
41、即可。而对于大型储运容器则在结构和设计上有许多特别的地方。如铁路运输石油产品用的油罐，如图1-37所示。油罐承受的内压力不高。但在运输车辆启动和刹车时有较大的惯性力，因此要求罐体应有适当的厚度，以保证足够的刚度。油罐罐体一般用低碳钢制造，筒体由上下两部分上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 组成，上半部分占整个筒体的3/4，用8-12 mm厚的钢板成型拼制而成。筒体下半部分占1/4，要求有较大的刚度，采用较厚的钢板弯制。筒体上下两部分用对接纵焊缝连接。封头为椭圆封头，热压成型，与筒体之间采用对接焊接。(3)焊接容器承受的压力越高，其壁厚也越大，因此厚壁容器也称
42、为高压容器。完整的厚壁容器作为工业生产中的高压装置，一般由外壳和内件构成。内件因工艺过程的不同而多种多样，外壳由于加工条件，钢板资源的限制，以及充分利用材料和避免深厚焊缝等方面考虑，则采用大体相近，较为复杂的结构形式，如图1-38所示为一个多层包扎式厚壁容器。这种结构是先用厚度为12-32 mm的不锈钢卷焊成内筒，纵焊缝经无损检测、热处理消除应力和机械加工磨平后，把厚度为4-8 mm的薄板卷成瓦片形，作为层板包到内筒的外表面，用钢r索滚动包扎，把层板点焊固定后，用自动焊焊接纵焊缝，并用砂轮磨平纵焊缝。用同样方法依次包扎焊接第二层，这样逐层包扎至总的厚度达到设计要求为止，构成一个筒节。最后筒节两
43、端经机械加工，车出环焊缝坡口，通过环焊缝焊接，把筒节连接成一个完整的筒体，如图1-39所示。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 (4)裙式支座是高大容器设备最常用的一种支座，它由钢板卷制的座体、基础环和螺栓座焊接而成。裙式支座有圆筒形和圆锥形两种结构，如图1-40所示。裙座体与塔壳的连接有对接接头和搭接接头两种形式。当座体的外径与下封头外径相等时，可采用对接接头，其连接焊缝须采用全焊透连续焊，如图1一41(a)所示。这种连接结构，焊缝主要承受压缩载荷，封头局部受载。当采用搭接接头形式时，搭接的焊缝部位可在下封头直边上，也可在筒体上，裙座体内径稍大于塔体外径，
44、其结构如图1一41(b)所示。这种焊接结构，焊缝主要承受剪切载荷，所以焊缝受力条件恶劣，一般用于直径小于1 000 mm的塔设备。1.2.31.2.3梁、柱焊接结构梁、柱焊接结构 1.焊接梁 焊接梁一般是由钢板或型钢焊接成型的腹板受弯构件，它主要承受横向弯曲载荷的作用。在钢结构中梁是最主要的一种构件形式，是组成各种建筑钢结构的基础。例如，可用组合梁来制造桥梁;用梁与梁组合成格栅制作工厂工作平台的基础;也可作为高层建筑钢结构的楼层盖等。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 同时，焊接梁又是某些机器结构中的重要组成部分，例如常见的桥式起重机最主要的金属结构是桥架和
45、小车架，它们都是用焊接梁通过连接而制成的。焊接梁用途很广，主要应用于载荷和跨度都比较大的场合，大多由两块翼板及一块腹板组成工字形或H形(当翼板较宽时)或由两块翼板和两块腹板组成箱形，故又称为工字梁与箱形梁，如图142所示。由于焊接梁腹板厚度相对于高度较薄，为防止失稳，通常在梁上加有竖向和水平方向的加强板。腹板与翼板的连接采用翼缘角焊缝，少数情况下用开单边或双边坡口的环缝;加强板用角焊缝与腹板、翼板相连。工字梁焊接结构主要用于只在一个主平面内承受弯矩载荷作用的场合，而箱形梁截面结构简单，设计和制造省工时，具有通用性，制成的起重机桥梁机构安装及检修较为方便。同时，由于箱形梁断面是封闭的，水平刚度及
46、抗扭刚度都较工字形梁高，特别适用于在两个主平面内承受弯矩及附加轴向力的场合。因此如重型的、大跨度的桥式起重机多采用箱形梁。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 梁的组成形式较多，除利用钢板焊成板焊结构梁和利用型材焊接成型钢结构梁外，还可以利用钢板和型材焊接成组合梁，如图1-43所示。为了节约材料和减轻梁的自身重量，随着焊接梁承受载荷的变化，其截面沿梁的长度方向进行了相应的改变而成为变截面梁。变截面梁主要是通过改变翼板的宽度、厚度或腹板的高度以及截面积来实现，如图1-44所示。2.焊接柱 柱是主要承受压力并将压载荷传递至基础的构件，广泛应用于建筑工程机械和机器结
47、构。柱是作为支撑梁和析架传递载荷的构件，如起重机的支撑臂和龙门起重机的支腿、自升式钻井船的柱腿等。焊接柱则是通过钢板的拼焊、型材的焊接以及采用钢板和型材上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 组合施焊而成型的受压构件，焊接柱主要由柱头、柱身和柱脚3部分组成，如图1-45(a)所示。按照受力特点的不同焊接柱一般分为轴心受压柱和偏心受压柱。轴心受压柱主要承受压力载荷，如工作平台的支撑柱、网架结构中的压杆、塔架等，偏心受压柱承受压力的同时又承受纵向弯曲作用力，如厂房和高层建筑的框架柱、门式起重机的门架支柱等。柱头承受施加的载荷并传递给柱身，柱身再将载荷传至柱脚和基础。
48、柱头按传力性质分为铰接和半刚接。梁的载荷通过柱顶板传给柱子，顶板厚度一般取16-30 mm,通常用角焊缝与柱身连接，而梁与柱顶板则采用螺栓连接，如图1-45 (b)所示。有时梁支撑于柱侧，因此柱侧焊有牛腿，如图1-45 (c)所示，然后通过焊接和高强度螺栓将梁与柱身连接起来。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 柱脚也分为铰接和刚接两种，但大多数是铰接的。由于水泥基础强度较钢材低得多，所以必须把柱脚底部放大，以降低接触应力。底板与基础相连，当受力较小时，柱端可以用角焊缝直接焊在底板上，如图1-45 (d)所示。为了增加底板抗弯刚度，可以在柱脚上加焊一些加强筋肋
49、，如图1-45(e)所示。焊接柱常用的截面形式主要有两类，一类为实腹式焊接柱，如图1-46 (a),(b)所示，这种结构形式和制作都比较简单;另一类为格构式焊接柱，如图1-46 (c),(d)所示，这种柱主要采用型钢和钢板组合焊接制成，制作稍费工时，但可节省材料。上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构的基本构件焊接结构的基本构件 1.2.41.2.4船舶焊接结构船舶焊接结构 1.船体结构 现代船舶的船体已采用全焊接结构，这对减轻船体自重、缩短船舶的建造周期和改善航运性能具有重要的作用。由于船体是由各种板架相互连接又相互支持构成的水上浮动结构物，因此船体结构又是一个具有复杂外形和空间结构的焊
50、接结构。按其结构特点，从上到下可以分为主船体和上层建筑两部分，两者以船体最上层贯通首尾的上甲板为界。船体外板及甲板形成主船体的水密性外壳。其中外板包括平板龙骨、船底板、毗列板、舷侧板、舷顶列板等。船底板承受垂直于板平面的水压力，故在船体中采用纵向(沿船长方向)和横向(沿船宽方向)骨架给子加固，其焊接结构如图1一47所示。船体焊接结构具有结构复杂、零件多(一艘万吨级货船的船体有大小零部件约26 000多个)、刚性大，易因应力集中而产生裂纹，以及应用的钢种多，焊接工作量大等特点。为提高船体结构生产效率和质量，现代船体结构的制造多采用分段制造法，即将船体结构上一页 下一页返回1.2 1.2 焊接结构
