设计焊接件时,不仅要考虑到焊件的使用性能,还要考虑焊件结构的工艺性能,使焊件生产简便、质量优良、成本低廉。结构设计主要指焊件结构工艺性,包括结构材料的选择、接头形式、焊缝布置等方面。

1.合理选材、减少焊缝

在满足焊接件使用性能的前提下应尽量选用焊接性能良好的材料。低碳钢和普通低合金钢的焊接性能良好,价格低廉,焊接工艺简单,易于保证焊接质量,应优先选用,而W(C)大于0.5%的碳钢和碳当量大于0.6%的合金钢焊接性能不好,应尽量避免使用。在选择两种不同材料进行焊接时,应注意其焊接性的差异。在设计焊接结构时,应尽量采用工字钢、槽钢和钢管等成型材料,对形状比较复杂的部分可采用铸钢、锻钢和冲压件进行焊接。这样可以减少焊缝数量,简化焊接工艺及增加结构件的强度和刚度,如图所示。

减少焊缝数量实例

a)用四块钢板焊成  b)用两根槽钢焊成

2.尽量选用等厚度的材料进行焊接

尽量选用等厚度的材料进行焊接,这样可避免应力集中以及接头两边受热不均而产生焊不透等缺陷。如采用厚度不等的材料进行焊接时,应在较厚的板材上加工出过渡形式,如图所示。

不等厚板的过渡接头

a)丁字接 b)角接 c)对接

3.合理选择焊接接头形式

(1)常见接头形式

接头的基本形式有对接接头、搭接接头、角接头和T 形接头。接头形式的选择主要根据结构形状、使用要求和焊接工艺等确定。

(2)接头形式的选择

焊接的结构设计

对接接头应力分布均匀、接头质量容易保证,且节省材料,应用最广泛,但焊前准备和装配要求较高。

搭接接头不需开坡口,装配要求不高,一般用于受力不大的结构,受力时产生附加弯矩,金属消耗量较大,应尽量避免使用。

T形接头仅用于接头构成直角或一定角度连接时。

4.坡口结构形式

当焊接厚度较大时,为了保证焊透,接头处应根据工件厚度加工出各种坡口,常见坡口形式有I 形、V 形、X 形、U 形和K 形。对接接头坡口形式如图所示;角接接头坡口形式如图所示。

对接接头坡口形式

常见角接接头坡口形式

5.合理布置焊缝

1)焊缝的位置应便于操作, 如图所示。

焊缝的位置与操作空间的关系

2)焊缝应避开最大应力和应力集中的部位, 如图所示。

焊缝应避开最大应力和应力集中的部位

a)不合理  b)合理

3)焊缝布置应尽量分散,如图所示。因为焊缝交叉和密集会使接头部位严重过热,机械性能下降,产生变形和裂纹。焊缝应尽量对称布置。

焊缝布置

a)焊缝布置应尽量分散 b)焊缝布置应尽量对称