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焊缝标注与焊缝设计,华侨大学机电及自动化学院,机械设计,1,课程大纲,2,1、掌握焊缝符号标注法并熟练运用； 2、学习焊缝设计的基本原则和方法； 3、学习焊接结构设计的原则和方法，提高设计的合理性。,一、学习目的,3,图样上焊缝有两种表示方法，即符号法和图示法。,二、焊缝符号标注,1、焊缝标注方法,焊缝标注以符号标注法为主，在必要时允许辅以图示法。比如用连续或断续的粗线表示连续或断续焊缝；在需要时绘制焊缝局部剖视图或放大图表示焊缝剖面形状；用细实线绘制焊前坡口形状等等。 符号标注法：通过焊缝符号和指引线表明焊缝形式的标注方法。,符号法,图示法,4,二、焊缝符号标注,2、符号标注法的要素,焊缝符号标注中有许多要素，其中焊缝基本符号和指引线构成了焊缝的基本要素，属于必须标注的内容。 除焊缝基本要素外，在必要时还应加注其他辅助要素，如辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号及焊接工艺等内容。,5,二、焊缝符号标注,（1）焊缝基本符号是表示焊缝横断面形状的符号，共有13个(详见GB/324-88)，例如：,3、焊缝符号及其标注,6,二、焊缝符号标注,（2）辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号。不需要确切地说明焊缝的表面形状时可以不加注辅助符号。辅助符号配置在基本符号固定位置。辅助符号有3个。,7,二、焊缝符号标注,（3）补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，一共有5个。,a)、带垫板符号：,b) 、三面焊缝符号：,c)、周围焊缝符号：,e)、现场符号 ：表示在现场或工地上进行焊接；,f)、尾部符号 ：标注焊接工艺方法或者焊缝数量。,8,二、焊缝符号标注,（4）特殊符号是为了满足某些特殊情况而规定的焊缝符号，共有4个。,a)、喇叭形焊缝：,b) 、单边喇叭形焊缝：,c)、堆焊缝：,d)、锁边焊缝：,9,二、焊缝符号标注,指引线由箭头线和基准线组成。,4、指引线及其标注,箭头可指向接头侧和非接头侧； 箭头线相对焊缝的位置一般没有特 殊要求； 允许箭头线弯折一次。,（1）箭头线：,10,二、焊缝符号标注,（2）基准线,基准线含有实线基准线和虚线基准线。虚线基准线可画在实线基准线的上方或下方; 焊缝符号标注在实线基准线上说明焊缝在箭头侧，标注在虚线基准线上说明焊缝在非箭头侧; 标注双面或对称焊缝时可不加虚线。,11,二、焊缝符号标注,（1）焊缝标注有必要时可附带有焊缝尺寸符号及数据。焊缝尺寸符号共 有16个（详见GB/324-88），例如：,5、焊缝尺寸符号及其标注,12,二、焊缝符号标注,（2）焊缝尺寸符号及数据的标注原则(如图)： 焊缝横截面上的尺寸标注在基本符号的左侧；长度方向的尺寸标在右侧； 坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸标在基本符号的上侧或下侧。 相同焊缝数量的符号标在尾部。,在基本符号的右侧无任何标注且又无其他说明时，意味着焊缝在工件的整个长度上是连续的； 在基本符号的左侧无任何标注且又无其他说明时，表示对接焊缝要完全焊透。,13,二、焊缝符号标注,焊接方法代号参照GB/5185-1985,6、焊接方法代号,例：如图表示对接接头周围焊缝。焊条电弧焊(111)在非箭头侧打底，表面齐平；埋弧焊(12)焊成的V形焊缝在箭头侧，表面也要求齐平。,注：焊缝采用多种焊接方法或者对焊接方法有特殊要求时标注，一般不标注。,14,二、焊缝符号标注,（1）坡口尺寸的标注 对一般焊缝，只标注基本符号，不标注坡口尺寸，坡口尺寸由工艺决定；对有强度、气密性等要求的焊缝或受结构限定的特殊坡口，应标注坡口尺寸，必要时用图示法绘制坡口结构图。,7、焊接标注说明,15,二、焊缝符号标注,（2）对接焊缝有效厚度S由工艺保证，焊后无法测量，一般不标注。,16,二、焊缝符号标注,（3）焊脚尺寸K的大小一般为：3、5、8、10、12、14、20,3/5,3/5/8/10,8/10,12,14,20,12/14,17,二、焊缝符号标注,（4）断续焊缝的标注,如下图：n表示焊缝段数； l表示焊缝长度(不计弧坑)； e表示焊缝间距。,18,二、焊缝符号标注,（5）常见的焊缝标注错误,19,二、焊缝符号标注,（5）常见的焊缝标注错误,20,在设计焊缝尺寸大小及其接头形式时，首先要确定是工作焊缝还是联系焊缝。,1、考虑焊缝性质,工作焊缝：与被连接的元件是串联的，它承担着传递全部载荷的作用，一旦断裂，结构就会失效，其应力称为工作应力。,三、焊缝设计原则,21,工作焊缝必须进行焊缝强度计算； 联系焊缝则需考虑经济性而减小、减短焊缝； 具有双重性的焊缝，既有工作应力又有联系应力，则只计算工作应力，而不考虑联系应力；,联系焊缝：焊缝与被连接件是并联的，它传递很小的载荷，主要起元件之间的相互联系的作用，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效，其应力称为联系应力。,三、焊缝设计原则,22,2、焊接接头形式选择,焊接接头形式可以分为：对接接头； 搭接接头； T形接头； 角接接头。,三、焊缝设计原则,不同的接头形式承载能力和应力分布情况不同。,23,(1)对接接头：两焊件同在一个平面上焊接而成的接头。,特点：应力集中相对较小，能承受较大的静载荷和较高的疲劳交变载荷。注意：板厚不同,应将厚板削薄后对接。L3 （2-1）,L,2,1,2,1,L/2,×,三、焊缝设计原则,24,(2)搭接接头：两焊件相互错叠，在焊件端头进行焊接的接头。,特点：应力分布不均匀，疲劳强度较低； 焊前准备和装配工作比对接接头简单； 横向收缩量比对接接头小； 适用于被焊结构的狭小处以及密闭的焊接结构。,三、焊缝设计原则,25,(3)T形接头：两焊件相互垂直，在交角处进行焊接的接头。,特点：应力分布不均匀，虽然承载能力低，但能承受各种方向的力和力 矩，是比较理想的焊接接头形式。,注意：T形接头应避免采用单面角焊缝。,三、焊缝设计原则,26,(4)角接接头：两焊件边缘相互垂直，在顶端边缘上进行焊接的接头。角接接头常用于箱形结构，常用的角接头如下图：,特点：承载能力低，但能承受各种方向的力和力矩。,三、焊缝设计原则,27,(1)坡口作用：主要是增大熔深，提高焊缝截面的有效厚度。,3、坡口的设计,以对接Y形坡口为例： 坡口角度：3560°，太大增加加工余量、焊接成本和变形； 钝边高度p：需要熔透时一般为13mm； 根部间隙b：保证钝边熔透，一般24mm，过大容易形成虚焊； 坡口深度H：根据需要的焊缝厚度来设定。,三、焊缝设计原则,28,(2)坡口形式： 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。 方形对接：无间隙适合于板厚小于3mm；有间隙或带垫板的对接适合于厚小于16 mm。加工的经济性最好。,单面V型：适合于板厚在16mm左右； 双面V型：适合于板厚在在32mm以下； 单面U型：加工难度增加，但比单V型坡口节省焊接材料； 双面U型：加工难度增加，但比双V型坡口节省焊接材料；,卷边焊缝,I形坡口,三、焊缝设计原则,29,角焊缝的坡口形式主要有以下3种：,根据受力情况决定是否需要焊透： 图a为不开坡口的焊缝，加工的经济性最好； 对于较厚的板，可采用图b所示K形坡口，这样做比不开坡口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，采用半V形坡口从一面焊，焊后清根焊满，如图c，比采用K形坡口施焊可靠。,a,b,c,三、焊缝设计原则,30,经济性原则：在满足强度要求的前提下，选择合理的接头和坡口，减少焊材的填充量，提高焊接效率。 考虑坡口加工：优先选择便于加工的坡口，如V形、X形。U形和双U形坡口，加工相对困难。 避免焊接缺陷：采用不适当的坡口形式容易产生焊接缺陷。比如：坡口角度过大，致使焊接热输入大，工件变形；钝边过高，不能完全熔透，残留的钝边即成了缺陷源。,三、焊缝设计原则,(3)坡口设计原则：,31,(1)对接焊缝的有效厚度S如下图：,4、焊缝大小的的设计,S根据焊缝强度要求设计，同时考虑经济性； 重要焊缝应当采取等强原则，S=(较薄板厚) 。,三、焊缝设计原则,32,(2)角焊缝的焊脚尺寸K的设计,说明：随着h/k比率的增加，焊缝承受横向应力的能力相应增加，直到比 率为2.75为止。,等边角焊缝：a=0.707K,非等边角焊缝：,根据有效截面大小选择焊脚尺寸。焊脚尺寸K与焊缝有效截面大小a的关系如下图：,三、焊缝设计原则,33,焊脚尺寸K与板厚：,如图双面等边角焊缝： 若12，则a1+a21 即0.707(K1+K2)1,美国钢结构学会AISC-1.17.6规定： 厚度小于1/4寸（6.35mm）的材料，沿端边起最大K可以与材料厚度相等； 厚度等于或大于1/4寸的材料，沿端边起最大垂直K比材料厚度要小1/16 寸（1.6mm），在图纸上特别规定要求焊缝获得全厚度焊缝高的除外。,三、焊缝设计原则,34,三、焊缝设计原则,最小焊脚尺寸,美国焊接学会结构的焊接规程(D1.1-72)如下：,35,×,×,×,接头位置设计不当，造成焊工无法操作或施焊困难，势必导致焊 接缺陷，为此设计时要考虑操作空间。,三、焊缝设计原则,5、考虑可操作性,完,36,尽量采用轧材 采用合理的截面形状：组合截面具有较高的强度，在满足梁、柱稳定的条件下，应增大截面的外形尺寸，使材料配备在离中性轴较远的地方，增加截面的惯性矩，提高构件的抗弯、抗扭和抗压强度。便于制造： 尽量使焊缝布置在平焊、船形焊的位置，避免仰焊，尽量减少立焊，考虑留有足够的操作空间。 尽量减少焊缝数量。,四、结构件设计,1、一般原则,37,等截面梁 变截面梁 不等厚翼板设计时板厚应有：L4(t1-t2)； 变截面处尽量不布置焊缝； 不等高的变截面梁，在高度变化处应有较大的圆弧过渡,四、结构件设计,2、梁的设计,38,较高的大跨度梁在腹板上开孔，以减轻重量，孔的边缘应光滑。 工字梁主要承受垂直弯矩。 箱形梁主要可以同时承受垂直和水平弯矩和扭矩。,四、结构件设计,39,梁的腹板受力较小，可用小的板厚，以节省材料，减轻重量，但易于 失稳，因此，用肋板加强，以提高其稳定性。 肋板有横向和纵向两种： 当梁的高度 通常不需要布置肋板 当梁的高度 通常需要布置肋板 当梁的高度 通常除需要布置横向肋板外还需布置纵向肋板,四、结构件设计,3、肋板的布置,40,横向肋板之间的距离，一般要求大于0.5h0,小于2h0，且小于3m,肋板的宽度b=1/30*h0+40, 但不得大于翼板的宽度。应距边缘1015mm,其厚度t=1/15b,但不得超过腹板的厚度。 纵向肋板应布置在h在（1/41/5）处；纵向肋板应连续，长度不足时，应预先拼接，并要求焊透；,四、结构件设计,41,四、结构件设计,肋板尺寸设计：,42,2019/7/6,四、结构件设计,4、交叉焊缝位置布局,43,交叉焊缝减少应力集中的方法,四、结构件设计,44,谢 谢！,45,