焊接结构与工艺优化

1.焊接结构的特点

焊接结构与铆钉、螺栓连接，或与铸造、锻造的结构相比较具有下列特点：

1）焊接接头的强度高。

2）焊接结构设计的灵活性大。

3）焊接接头密封性好。

4）焊前准备工作简单。

5）结构变更与改型快。

6）适于制作大型或重型的，结构简单而且是单件小批量生产的产品结构。

7）成品率高。

8）但会产生焊接变形和应力。

9）对应力集中敏感。

10）焊接接头性能不够均匀。

2.焊接结构的基本要求

焊接结构应满足下列的基本要求：

1）功能性。焊接结构必须达到产品所要求的使用功能和预期效果。

2）可靠性。焊接结构在使用期内必须安全可靠。因此，结构受力必须合理，能满足强度、刚度、稳定、抗振及耐蚀等方面要求。

3）工艺性。通常指能够焊接施工的结构，其中包括焊前预加工、焊后处理，所选材料应具有良好的焊接性，结构的焊接与检验的可达性等。此外，该结构应易于实现机械化和自动化焊接。(www.xing528.com)

4）经济性。制造该结构时，所消耗的原材料、能源和工时应最少，其综合成本低。

3.焊接结构设计的基本原则

（1）合理选择和利用材料

1）所选用的金属材料必须同时能满足使用性能和加工性能的要求。使用性能包括强度、塑性、韧性、耐磨、抗腐蚀、抗蠕变等。加工性能主要是指保证材料的焊接性，其次是考虑其冷、热加工的性能，如热切割、热弯、冷弯、金属切削和热处理等性能。

2）有特殊性能要求的部位可采用特种金属，其余采用能满足一般要求的普通金属。如有防腐要求的结构，可以采用以普通碳钢为基体、以不锈钢为工作面的复合钢板，或者在基体表面上堆焊抗蚀层；有耐磨要求的结构，可在工作面上堆焊耐磨合金或热喷涂耐磨层等。

3）尽可能选用轧制的标准型材和异型材。轧制型材表面光洁平整、质量均匀可靠，不仅减少了备料的工作量，还减少了焊缝数量。且由于焊接量减少，焊接变形易控制。

4）力求提高材料的利用率。对有划分结构要求的零部件，要考虑到备料过程中合理排料的可能性以减少余料。

（2）合理设计结构形式

1）对于不受铆接结构、铸造或锻造结构形式影响的结构，可以独立设计具有焊接结构特点的构造形式。并根据强度或刚度要求，以最理想的受力状态去确定结构的几何形状和尺寸。

2）既重视结构的整体设计，又重视结构的细部处理。焊接结构属刚性连接的结构，结构的整体性意味着任何部位的构造都同等重要。由于许多焊接结构的破坏事故都源于局部构造不合理的薄弱环节处，因此对于应力复杂或有应力集中的部位要慎重处理，如结构的结点、断面变化部位、焊接接头的形状变化处等。

3）尽量采用简单、平直明快的构造形式。要减少短而不规则的焊缝，要有利于实现机械化和自动化焊接，要避免采用难以弯制或冲压的具有复杂空间曲面的结构。

（3）减少焊接量 除了尽量选用轧制型材以减少焊接外，还可以利用冲压件代替一部分焊接件；结构形状复杂、角焊缝多且密集的部位，可用铸钢代替；必要时可适当增加壁厚，以减少或取消加强筋板等；对于角焊缝，在保证强度要求的前提下，尽可能用最小的焊脚尺寸，因为焊缝面积与焊脚高的二次方成正比；对于对接焊缝，在保证焊透的前提下选用填充金属量最小的坡口形式。

（4）合理布置焊缝 对于有对称轴的焊接结构，焊缝宜对称或接近对称布置，这有利于控制焊接变形；尽量避免焊缝汇交和密集；在结构上应使重要焊缝连续、次要焊缝中断，这有利于重要焊缝实现自动焊；尽可能使焊缝避开高工作应力处、应力集中部位及机械加工面等。

（5）施工方便 结构上每条焊缝应能方便施焊和方便质量检查。

（6）有利于生产组织与管理 大型焊接结构宜采用部件组装的生产方式，以利于工厂的组织与管理。