4.4 焊接结构设计与工艺设计简介
使用焊接方法制造的金属结构称为 焊接结构 。
船体、球罐、起重机臂等都是焊接结构。
设计主要内容,
（ 1）结构材料的选择；
（ 2）焊缝布置；
（ 3）焊接方法的选择；
（ 4）焊接接头设计；
（ 5）焊接材料、焊接参数的选择等。
４,4.1结构材料的选择
结构材料指焊件材料。
选择原则,
⑴尽量选用焊接性较好的材料。 (在满足使用
性能要求的前提下 )
如 WC＜ 0.25%的碳钢,
WC＜ 0.2%的低合金钢等。
⑵尽量采用廉价材料,以降低成本。
⑶尽量选用轧制型材,以减少焊缝、焊接应力。
４,4.1焊缝布置
★ 焊缝在空间的位置,
平焊；横焊；立焊；仰焊 。
平焊操作方便，易于保证焊缝质量,
故焊接时，使焊缝尽可能量处于平焊位置。
为保证焊接件的质量，在布置焊缝位置和
确定焊接次序时，应尽量减少焊接应力和变
形，并充分考虑工人的操作方便及工件美观，
一般应遵循以下原则,
1.焊缝布置应便于操作,以便于施焊和检验 。
不合理 合理
A.手工电弧焊 不合理 合理 B.埋弧焊
C.点焊或缝焊
不合理 合理
>75°
2.焊缝应避开加工表面，尤其是已加工表面。
不合理 合理
3.焊缝 应避免焊缝密集或汇交,
尽量少、短，对称、分散布置。
4.焊缝应尽量避开构件最大受力处或孔洞,
尖角等应力集中处。
5.应避免母材厚度方向工作时受拉。
4.4.3 焊接方法的选择
合理选择焊接方法,应考虑的因素,
１．材料的焊接性, 低碳钢可采用各种焊接方法。
２．焊件的结构特点 ；
如焊缝的长短、形状，焊件厚度等。
３．生产批量,
批量小：用设备投资少的方法，如气焊、焊条电弧焊等；
批量大：用高效焊接方法,
如电阻焊, 摩擦焊, 埋弧焊等 。
４, 经济性, 优先选用普通焊接方法 。
如气焊, 电弧焊, 电阻焊等 。
对接 搭接 角接 T形接头
1.焊接接头形式及特点,
（ 1）对接接头：受力均匀,
接头质量易保证，应用最广；
（ 2）搭接接头：受力不均匀，材料消耗大,
一般用于薄板件；
（ 3）角接接头：只连接，不能传递工作载荷；
（ 4） T形接头：可传递载荷。
4.4.4 焊接接头设计
★ 焊接接头形式的选择,
选用何种接头主要依据焊接方法、焊件结构特点
和使用要求等因素。
（ 1） 焊接方法,
1）熔焊适用于各类接头形式；
2）电阻点焊和缝焊须采用搭接接头；
3）对焊和摩擦焊须采用对接接头；
4）钎焊多采用搭接接头。
（ 2）焊件结构特点和使用要求,
1）承载较大的接头宜采用对接，以减少应力集中；
2）承载较小可采用搭接、角接、Ｔ形接。
２．坡口形式
坡口,
是根据设计和工艺需要,
在焊件的待焊部位加工
并装配成的呈一定几何形状的沟槽。
常用的坡口形式
有 Ⅰ 形，Ｖ形，Ｕ形，Ｘ形，和双Ｕ形等。
（ 1）各类坡口的特点,
1） Ⅰ 形坡口,
①易于制备；②板厚较大时难于焊透。
2）Ｖ形坡口,
①较易制备；②厚板焊接时费工费料；
③焊接变形较大。
3）Ｕ形、Ｘ形及双Ｕ形坡口,
①焊接时省工省料；②焊接变形小；
③制备较费工。
（ 2）坡口形式选择,
主要依据焊件板厚和焊件使用条件进行选择。
1）焊件板厚,
薄板对接一般采用 Ⅰ 型坡口，其余可查表。
2）焊件使用条件,
★承载较小或精度要求不高时,
采用 Ⅰ 形、Ｖ形 等坡口；
★承载较大或精度要求较高时,
宜采用Ｕ形、Ｘ形、和双Ｕ形等坡口。
4.4.5焊接工艺设计示例
实例 结构名称, 中压容器（见下图）
材料, 16MnR（钢板尺寸 1200 ? 5000）
料厚,筒身 12mm，封头 14mm,
人孔圈 20mm，管接头 7mm 。
生产数量, 小批生产。试制定焊接工艺方案。
3000
管接头
人孔
筒身
封头
A U T S
解, （ 1）焊缝布置、焊接次序
根据板料尺寸，筒身应分为三节，分别
冷卷成形，为避免焊缝密集，三段筒身上的纵
焊缝可相互错开 180° ；封头应采用热压成型，
与筒身连接处应有 30 ~ 50 mm的直段，使焊
缝躲开转角应力集中处。人孔圈因其板厚较大，
一般加热卷制。
1 2 3
4 5 6 7
（ 2）焊接方法、接头形式、焊接材料及工艺
序
号 焊缝名称 焊接方法与工艺 接头型式 焊接材料
1 筒身纵缝 1,2,3
埋弧自动焊双面
焊（质量高），先
内后外。 16Mn应
在室内焊接。
焊丝,
H08MnA
焊剂,431
焊条,J507 2
筒身环缝
4,5,6,7
4,5,6 埋弧焊双
面焊，先内后外； 7 装
配后先在内部用手弧焊
封底，再用埋弧焊焊外
环缝。
3 管接头 焊缝 插入式装配，手工电弧焊，双面焊。 焊条,J507
A U T S
序
号 焊缝名称 焊接方法与工艺 接头型式 焊接材料
4 人孔圈 纵缝
手工电弧焊（焊
缝短），平焊位置，
V型坡口。
焊条：
J507
5
人孔圈
焊接
为立焊位置的
圆周角焊缝，采用
手工电弧焊，单面
坡口双面焊，焊透。
焊条：
J507
（续表）
使用焊接方法制造的金属结构称为 焊接结构 。
船体、球罐、起重机臂等都是焊接结构。
设计主要内容,
（ 1）结构材料的选择；
（ 2）焊缝布置；
（ 3）焊接方法的选择；
（ 4）焊接接头设计；
（ 5）焊接材料、焊接参数的选择等。
４,4.1结构材料的选择
结构材料指焊件材料。
选择原则,
⑴尽量选用焊接性较好的材料。 (在满足使用
性能要求的前提下 )
如 WC＜ 0.25%的碳钢,
WC＜ 0.2%的低合金钢等。
⑵尽量采用廉价材料,以降低成本。
⑶尽量选用轧制型材,以减少焊缝、焊接应力。
４,4.1焊缝布置
★ 焊缝在空间的位置,
平焊；横焊；立焊；仰焊 。
平焊操作方便，易于保证焊缝质量,
故焊接时，使焊缝尽可能量处于平焊位置。
为保证焊接件的质量，在布置焊缝位置和
确定焊接次序时，应尽量减少焊接应力和变
形，并充分考虑工人的操作方便及工件美观，
一般应遵循以下原则,
1.焊缝布置应便于操作,以便于施焊和检验 。
不合理 合理
A.手工电弧焊 不合理 合理 B.埋弧焊
C.点焊或缝焊
不合理 合理
>75°
2.焊缝应避开加工表面，尤其是已加工表面。
不合理 合理
3.焊缝 应避免焊缝密集或汇交,
尽量少、短，对称、分散布置。
4.焊缝应尽量避开构件最大受力处或孔洞,
尖角等应力集中处。
5.应避免母材厚度方向工作时受拉。
4.4.3 焊接方法的选择
合理选择焊接方法,应考虑的因素,
１．材料的焊接性, 低碳钢可采用各种焊接方法。
２．焊件的结构特点 ；
如焊缝的长短、形状，焊件厚度等。
３．生产批量,
批量小：用设备投资少的方法，如气焊、焊条电弧焊等；
批量大：用高效焊接方法,
如电阻焊, 摩擦焊, 埋弧焊等 。
４, 经济性, 优先选用普通焊接方法 。
如气焊, 电弧焊, 电阻焊等 。
对接 搭接 角接 T形接头
1.焊接接头形式及特点,
（ 1）对接接头：受力均匀,
接头质量易保证，应用最广；
（ 2）搭接接头：受力不均匀，材料消耗大,
一般用于薄板件；
（ 3）角接接头：只连接，不能传递工作载荷；
（ 4） T形接头：可传递载荷。
4.4.4 焊接接头设计
★ 焊接接头形式的选择,
选用何种接头主要依据焊接方法、焊件结构特点
和使用要求等因素。
（ 1） 焊接方法,
1）熔焊适用于各类接头形式；
2）电阻点焊和缝焊须采用搭接接头；
3）对焊和摩擦焊须采用对接接头；
4）钎焊多采用搭接接头。
（ 2）焊件结构特点和使用要求,
1）承载较大的接头宜采用对接，以减少应力集中；
2）承载较小可采用搭接、角接、Ｔ形接。
２．坡口形式
坡口,
是根据设计和工艺需要,
在焊件的待焊部位加工
并装配成的呈一定几何形状的沟槽。
常用的坡口形式
有 Ⅰ 形，Ｖ形，Ｕ形，Ｘ形，和双Ｕ形等。
（ 1）各类坡口的特点,
1） Ⅰ 形坡口,
①易于制备；②板厚较大时难于焊透。
2）Ｖ形坡口,
①较易制备；②厚板焊接时费工费料；
③焊接变形较大。
3）Ｕ形、Ｘ形及双Ｕ形坡口,
①焊接时省工省料；②焊接变形小；
③制备较费工。
（ 2）坡口形式选择,
主要依据焊件板厚和焊件使用条件进行选择。
1）焊件板厚,
薄板对接一般采用 Ⅰ 型坡口，其余可查表。
2）焊件使用条件,
★承载较小或精度要求不高时,
采用 Ⅰ 形、Ｖ形 等坡口；
★承载较大或精度要求较高时,
宜采用Ｕ形、Ｘ形、和双Ｕ形等坡口。
4.4.5焊接工艺设计示例
实例 结构名称, 中压容器（见下图）
材料, 16MnR（钢板尺寸 1200 ? 5000）
料厚,筒身 12mm，封头 14mm,
人孔圈 20mm，管接头 7mm 。
生产数量, 小批生产。试制定焊接工艺方案。
3000
管接头
人孔
筒身
封头
A U T S
解, （ 1）焊缝布置、焊接次序
根据板料尺寸，筒身应分为三节，分别
冷卷成形，为避免焊缝密集，三段筒身上的纵
焊缝可相互错开 180° ；封头应采用热压成型，
与筒身连接处应有 30 ~ 50 mm的直段，使焊
缝躲开转角应力集中处。人孔圈因其板厚较大，
一般加热卷制。
1 2 3
4 5 6 7
（ 2）焊接方法、接头形式、焊接材料及工艺
序
号 焊缝名称 焊接方法与工艺 接头型式 焊接材料
1 筒身纵缝 1,2,3
埋弧自动焊双面
焊（质量高），先
内后外。 16Mn应
在室内焊接。
焊丝,
H08MnA
焊剂,431
焊条,J507 2
筒身环缝
4,5,6,7
4,5,6 埋弧焊双
面焊，先内后外； 7 装
配后先在内部用手弧焊
封底，再用埋弧焊焊外
环缝。
3 管接头 焊缝 插入式装配，手工电弧焊，双面焊。 焊条,J507
A U T S
序
号 焊缝名称 焊接方法与工艺 接头型式 焊接材料
4 人孔圈 纵缝
手工电弧焊（焊
缝短），平焊位置，
V型坡口。
焊条：
J507
5
人孔圈
焊接
为立焊位置的
圆周角焊缝，采用
手工电弧焊，单面
坡口双面焊，焊透。
焊条：
J507
（续表）
