浅谈焊接结构的基本设计.ppt

目录 一、摘要 二、焊接结构出现脆性破坏的原因 三、焊接结构设计的一般原则 四、焊接设计对焊接变形的影响 五、存在的问题和建议 一、摘要 海洋平台、导管架以及其它海洋工程的建造中很大一部分工作都是钢结构的焊接，而且这些海洋钢结构的服役环境相对比较恶劣，一旦焊缝开裂造成的后果将是灾难性的。因此作为加工设计人员对焊接相关知识进行一定的了解和研究,以保证焊接接头的质量，是非常必要的。本文针对焊接的特点及常见的问题进行简要的介绍，对焊接结构的设计提出一些建议。 二、焊接结构出现脆性破坏的原因 焊接结构是用各种规格的板材、型材、管材、铸件、锻件经加工后再焊接而成为能承受载荷的结构。焊缝是钢结构中比较脆弱的部分，容易发生脆性断裂，其主要原因如下： （1） 焊缝经常或多或少存在一些缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、裂纹和气孔等，这些缺陷能够成为断裂的起源； （2） 由于高温作用在焊缝附近形成焊接热影响区，钢材的金相组织和机械性能发生变化，材质变脆； 二、焊接结构出现脆性破坏的原因 （3） 焊接结构内部存在残余应力。残余应力未必是破坏的主要因素，但是和其它因素结合在一起，可能导致开裂； （4） 焊接结构的连接往往有较大的刚性，当出现三条相互垂直的焊缝时，材料的塑性变形就很难发展； （5） 焊接使结构形成连续的整体，一旦裂缝开裂，就有可能扩展到整体。 三、焊接结构的一般设计原则 针对以上问题，为防止结构发生脆性破坏，有两种设计原则：一为防止断裂引发原则，一为止裂原则。因此在进行焊接接头设计时应注意以下几点： 1） 在一些构件截面改变的地方，必须设计成平缓过渡，不要形成尖角，加强筋板端部的锐角应该削去，板的端部应包角，如图1、图2所示： 三、焊接结构的一般设计原则 2） 在满足结构的使用情况下，应尽量减少结构的刚度，以其降低应力集中和附加力的影响。 3） 不采用过厚的截面，增加厚度会提高钢材的转变温度，降低其断裂韧性值，容易引起脆断。 4） 避免和减少焊缝缺陷，应将焊缝设计布置在便于焊接和检验的地方。见图3。 对于海洋平台来说，一般我们要求是梁的两端支撑点至梁的八分之一处和梁的中间四分之一段以及靠近任何节点、支撑点的1200mm内不能够有接缝，如图6所示。另外悬臂梁的中点至支撑点内不能有焊缝。这都是为了避免焊缝受力过大而引起开裂。 6） 焊缝不宜密集，使相邻焊缝相隔一定的距离且要避免焊缝交叉。在平台甲板片预制的时候，梁与梁相接或是在安装加强筋板时通常会在焊道交叉的地方开过焊孔,以避免焊道交叉而引起应力集中，如图7所示: 7） 角焊缝的尺寸要合适。许多施工人员认为角焊缝只要足够大，就能保证构件或是结构的可靠性，因此在有角焊缝的焊接构件中容易出现焊脚尺寸超标现象。而焊脚尺寸超标会导致焊缝的粗晶区增大，从而使焊接接头的塑性和韧性变差。 四、焊接设计对焊接变形的影响 4.1 焊接变形机理及影响因素 因为焊接是一个局部冶金的过程,在这个过程中,形成焊接接头的材料在热源的作用下迅速熔化,当热源移动之后,熔化的金属材料重新凝固形成焊接接头。焊接冶金过程使接头部位金属材料温度变化范围很大，构件在焊接过程中受到不均匀的加热和冷却，焊件各部分相互连接而又相互制约，不能自由伸长和缩短，使焊件本身产生应力不均匀，在结构间的内部形成了热应力，此时，若结构件刚性不足，在热应力作用下就会产生变形。在生产中焊接变形主要有以下的原因： 1）焊缝分布的影响。 2）焊缝过分集中的影响。 3）结构刚度的影响。 4）焊接装配的影响。 5）焊接顺序的影响。 6）坡口形式的影响。 7）焊接工艺的影响。 四、焊接设计对焊接变形的影响 4.2 焊接顺序对焊接变形的影响 以开口箱梁为例：开口箱梁的结构形式如图8所示，它由盖板、隔板、和腹板组成。腹板与盖板间用角焊缝1来连接，隔板与盖板之间用角焊缝2来连接，隔板与腹板之间用角焊缝3来连接，这样一个构件可以用三种不同的装配焊顺序来组对 。 四、焊接设计对焊接变形的影响 1） 先把隔板与腹板装配在一起，然后焊接角焊缝3，由于焊缝3的大部分在腹板中性轴以下焊缝的横向收缩产生上挠度f3，再将盖板与腹板装配起来，焊接焊缝1，由于焊缝1位于构件断面中性轴以下，焊缝1的纵向收缩引起上挠度f1，。最后将盖板与隔板装配起来，焊接焊缝2，由于焊缝2也位于断面中性轴之下，焊缝2的横行收缩引起上挠度f2，最终产生上挠变形，其变形值为：f1 + f2 + f3 。 四、焊接设计对焊接变形的影响 2） 先将盖板与腹板装配在一起，焊接焊缝1，由于焊缝1在构件断面中性轴