焊接結(jié)構(gòu)主要是指焊接的金屬結(jié)構(gòu)，由于其具有優(yōu)良的力學(xué)性能和其他方面的使用性能，較易于適合各方面的使用要求，較少受尺寸和形狀的限制，制造過程簡單，結(jié)構(gòu)重量輕，便于運(yùn)輸和安裝。所以，焊接結(jié)構(gòu)在幾乎所有的工藝部門和廣泛的生活領(lǐng)域中都有大量的應(yīng)用。

  機(jī)器結(jié)構(gòu)是一種很重要的結(jié)構(gòu)類型，隨著現(xiàn)代焊接技術(shù)的成熟和發(fā)展，使焊接結(jié)構(gòu)在機(jī)器制造業(yè)也得到普遍的應(yīng)用。以焊代鑄、以焊代鍛以及采用鑄-焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)。鍛-焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)，已顯示出極大的優(yōu)越性。近年來在各種機(jī)床和大型機(jī)械設(shè)備的床身、機(jī)座、橫梁、箱體等都逐漸采用焊接結(jié)構(gòu)。

一．焊接工藝基礎(chǔ)知識：

  焊接時通過加熱、加壓，或兩者并用，使兩工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工工藝和聯(lián)接方式。焊接應(yīng)用廣泛，既可用于金屬，也可用于非金屬。

1.焊接方法

金屬焊接方法有40種以上，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。

（1）.熔焊

熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至融化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱融化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。

在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氨、水蒸氣等進(jìn)入熔池，還會在隨后冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質(zhì)量和性能。

  為了提高焊接質(zhì)量，人們研究出了各種保護(hù)方法。例如，氣體保護(hù)電弧焊就是用氨、二氧化碳等氣體隔絕大氣，以保護(hù)焊接時的電弧和熔池率；又如鋼材焊接時，在焊條藥皮中加入氧親和力大的鈦鐵粉進(jìn)行脫氧，就可以保護(hù)焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進(jìn)入熔池，冷去后獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。

（2）.壓焊

  壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊，當(dāng)電流通過兩工件的連接端時，該處因電阻很大而溫度上升，當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時，在軸向壓力作用下連接成為一體。

  各種壓焊方法的共同特點(diǎn)是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴(kuò)散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有融化過程，因而沒有像熔焊那樣的有益合金元素?zé)龘p，和有害元素入侵焊縫的問題，從而簡化了焊接過程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間段，因而熱影響區(qū)小。許多難以用融化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)接頭。

（3）.釬焊

  釬焊是使用比工件熔點(diǎn)低的金屬材料做釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于工件熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實(shí)現(xiàn)原子間的相互擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。

焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側(cè)在焊接時會受到焊接熱作用，而發(fā)生組織和性能變化，這一區(qū)域被稱為熱影響區(qū)。焊接時因工件材料焊接材料、焊接電流等不同，焊后在焊縫和熱影響區(qū)可能產(chǎn)生過熱、脆化、淬硬或軟化現(xiàn)象，也使焊件性能下降，惡化焊接性。這就需要調(diào)整焊接條件，焊前對焊件接口處預(yù)熱、焊時保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量。

（4）.注意事項(xiàng)

  另外，焊接是一個局部的迅速加熱和冷卻=過程，焊接區(qū)由于受到四周工件本體的約束而不能自由膨脹和收縮，冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力，矯正焊接變形。

現(xiàn)代焊接技術(shù)已能焊出無內(nèi)外缺陷的、機(jī)械性能等于甚至高于被連接件的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱為焊接接頭，接頭處的強(qiáng)度除受焊縫質(zhì)量影響外，還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關(guān)。接頭的基本形式有對接、搭接、丁字接（正交接）和角接等。

對接接頭焊縫的橫截面形狀，決定于被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式。焊接較厚的鋼板時，為了焊透而在接邊處開出各種形狀的坡口，以便較容易地送入焊條或焊絲。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口。選擇坡口形式時，除保證焊透外還應(yīng)考慮施焊方便，填充金屬量少，焊接變形小和坡口加工費(fèi)用低等因素。

  厚度不同的兩塊鋼板對焊時，為避免截面急劇變化引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，常把較厚的板邊逐漸削薄，達(dá)到兩接邊處等厚，。對接接頭的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度比其他接頭高。在交變、沖擊載荷下或低溫高壓容器中工作的聯(lián)接，常優(yōu)先采用對接接頭的焊接。

  搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡單，裝配方便，焊接變形和殘余應(yīng)力較小，因而在工地安裝接頭和不重要的結(jié)構(gòu)上時常采用。一般來說，搭接接頭不適于交變載荷、腐蝕介質(zhì)、高溫或低溫等條件工作。

采用丁字接頭和角接頭通常是由于結(jié)構(gòu)上的需要。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點(diǎn)與搭接接頭的角焊縫相似。當(dāng)焊縫與外力方向垂直時便成為正面角焊縫，這時焊縫表面形狀會引起不同程度的應(yīng)力集中；焊透的角焊縫受力情況與對接接頭相似。

  角接頭承載能力低，一般不單獨(dú)使用，只有在焊透時，或在內(nèi)外均有角焊縫時才有所改善，多用于封閉形結(jié)構(gòu)的拐角處。

焊接產(chǎn)品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕，對于交通運(yùn)輸工具來說可以減輕自重，節(jié)約能量。焊接的密封性好，適于制造各類容器。發(fā)展聯(lián)合加工工藝,使焊接與鍛造、鑄造相結(jié)合，可以制成大型、經(jīng)濟(jì)合理的鑄焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益很高。采用焊接工藝能有效利用 材料，焊接結(jié)構(gòu)可以在不同部位采用不同性能的材料，充分發(fā)揮各種材料的特長，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)。焊接已成為現(xiàn)代化工業(yè)中一種不可缺少，而且日益重要的加工工藝方法。

  在近代金屬焊接比鑄造、鍛壓工藝發(fā)展較晚，但發(fā)展速度很快。焊接結(jié)構(gòu)的重量約占剛才產(chǎn)量的45%，鋁和鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的比重也不斷增加。

  未來的焊接工藝，一方面要研制新的焊接方法、焊接設(shè)備和焊接材料，以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性，如改進(jìn)現(xiàn)有電弧、等離子、電子束、激光等焊接能源；運(yùn)用電子技術(shù)和控制技術(shù)，改善電弧的工藝性能，研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。

  另一方面要提高焊接機(jī)械化和自動化水平，如韓吉實(shí)現(xiàn)程序控制、數(shù)字控制；研制從準(zhǔn)備工序、焊接到質(zhì)量監(jiān)控全部過程自動化專用焊機(jī)；在自動焊接生產(chǎn)線上，推廣、擴(kuò)大數(shù)控的焊接機(jī)械手和焊接機(jī)器人，可以提高焊接生產(chǎn)水平，改善焊接衛(wèi)生安全條件。

二.常用焊接結(jié)構(gòu)的材料

（一）.金屬的焊接

  是指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，主要指在一定焊接工藝條件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接規(guī)范及接頭形式等），獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難以程度。金屬焊接性包括兩方面的概念：一是在焊接加工時金屬形成完美焊接接頭的能力，即結(jié)合性能；二是已焊成的焊接接頭在使用條件下安全運(yùn)行的能力，即使用性能。改善金屬的焊接方法、焊接材料、工藝措施，能使金屬材料獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。

（二）.工藝焊接性

  焊接接頭的 工藝焊接性是金屬或合金在一定的工藝條件下，經(jīng)過物理、化學(xué)反應(yīng)而形成具有一定使用性能的焊接接頭的能力。工藝焊接性與很多因素密切相關(guān)，影響工藝焊接性的主要因素如下：

（1）.材料因素  影響焊接接頭的材料因素包括母材本身和使用的焊接材料。例如，焊條電弧焊時的焊條；氣體保護(hù)焊時的焊絲和氣體等。它們在焊接時都直接參與熔池和半融化區(qū)的冶金過程。所以，母材或焊接材料選用不當(dāng)，會造成焊縫金屬化學(xué)成分不合格，力學(xué)性能和其他性能降低，甚至造成裂紋、氣孔等嚴(yán)重缺陷，即工藝焊接性變差。由此可見，材料因素對焊接質(zhì)量的影響非常重要。正確選用母材和焊接材料是保證工藝焊接性良好的重要保證。例如，45鋼的工藝焊接性較差，不能跟Q235A進(jìn)行焊接。

（2）工藝因素   對于同一種被焊接材料，當(dāng)采用不同的焊接方法和工藝措施時，所表現(xiàn)的工藝焊接性也不同。

工藝措施對防治焊接接頭缺陷，提高使用性能也有重要作用。最常見的工藝措施就是焊前預(yù)熱和焊后緩冷，這些 措施對防止熱影響去淬硬變脆。降低焊接應(yīng)力、避免氫致冷裂紋都是比較有效的。

合理安排焊接順序能減小應(yīng)力與變形。

此外，焊前的冷作變形（如彎曲）、裝配、氣割等工序也應(yīng)符合材料特點(diǎn)，以免造成硬化、脆化或不利的應(yīng)力狀態(tài)，一起裂紋等缺陷。

（3）.結(jié)構(gòu)因素   焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會影響應(yīng)力狀態(tài)，從而對焊接性也產(chǎn)生影響。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時應(yīng)使焊接接頭處于剛度較小的狀態(tài)，使接頭能夠自由收縮，有利于防止焊接裂紋。

（4）.使用條件   焊接結(jié)構(gòu)的使用條件多種多樣，如工作穩(wěn)固的高低、工作介質(zhì)的種類、載荷性質(zhì)等。使用條件越不利，對焊接性的要求就越高。

  可見，工藝焊接性與材料、工藝、結(jié)構(gòu)和使用條件等因素都有密切關(guān)系。所以，面對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)材料，為了解決焊接性問題，必須根據(jù)結(jié)構(gòu)、使用條件的要求，正確選擇母材、焊接方法和焊接材料，采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧�，避免不合理的結(jié)構(gòu)形式。不但可以提高焊接接頭的可靠性，還可以降低生產(chǎn)成本。

（三）.焊件幾何形狀的復(fù)雜程度、剛性大小及焊縫位置

  對與形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)剛性大以及大厚度的焊件，由于焊接過程中易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。必須采用抗裂性好的低氫型或超低氫型焊接材料。焊接部位為空間任一位置時，必須選用能更盡心全位置焊接電焊條或藥芯焊絲。接頭坡口難以清理干凈時，應(yīng)采用氧化性強(qiáng)，對鐵銹、油垢等不敏感的酸性焊條或焊絲。

三.焊接接頭及其設(shè)計(jì)

（一）。焊接接頭的特點(diǎn)與類型

1.焊接接頭的概念及特點(diǎn)

（1）.焊接接頭的基本概念

  焊接連接是一種不可拆卸的連接，焊接接頭就是用焊接方法連接的不可拆卸接頭。

在焊接結(jié)構(gòu)中，焊接接頭主要起兩方面的作用：一是連接作用，即把被焊工件連接成一個整體；二是傳力作用，即傳遞被焊工件所承受的載荷。根據(jù)其作用焊接接頭可以分為一下三類：

①工作接頭  它是焊縫與被焊接工件串聯(lián)的接頭，焊縫傳遞全部載荷，它把焊接結(jié)構(gòu)中的作用力從一個零件傳至另一個零件，焊縫一旦斷裂，結(jié)構(gòu)就會立即失效。

②.聯(lián)接接頭  它是焊縫與被焊工件并聯(lián)的接頭，焊縫傳遞很小載荷，它將兩個或多個的零件連接成整體，以保持其相對位置，焊縫一旦斷裂，結(jié)構(gòu)也不會失效。

③.雙重性接頭  焊縫即起連接作用，又起傳力作用，這種焊縫就稱雙重性焊縫，它既有聯(lián)系應(yīng)力，又有工作應(yīng)力。

2.焊接接頭的特點(diǎn)

（1）.焊接接頭的突出特點(diǎn)

①.能很好的適應(yīng)不同形狀、不同材料結(jié)構(gòu)的要求。材料=利用率高，接頭占用空間小。

②.現(xiàn)代焊接和檢驗(yàn)技術(shù)水平可以獲得高質(zhì)量、高可靠性的焊接接頭。特別是焊透的熔焊接頭，能很好的承受各項(xiàng)載荷。

③.施工難度低，可實(shí)現(xiàn)自動化，制造成本相對較低，不易產(chǎn)生廢品。

（2）.焊接接頭的突出問題

①.外形尺寸突變，可能存在各種焊接缺陷，從而引起應(yīng)力集中，減小承載面積，形成斷裂源。

②焊接接頭是一個不均勻體，可能存在脆化區(qū)、軟化區(qū)、各種劣質(zhì)區(qū)。

③.焊接區(qū)存在角變形、錯邊等焊接變形和接近材料屈服應(yīng)力水平的殘余應(yīng)力。此外，還可能造成整個結(jié)構(gòu)的變形。

（二）.焊接接頭的基本類型

  焊接接頭的種類和形式很多，可以從不同的角度加以分析。例如，可按所采用的焊接方法、接頭構(gòu)造形式以及坡口形狀、焊縫類型等來分類。

1.按焊接方法的不同進(jìn)行分類  焊接接頭可以分為熔焊接頭、壓焊接頭和釬焊接頭三大類。又因出采用的具體焊接方法不同細(xì)分。例如，屬于熔焊接頭的有焊條電弧焊接頭、埋弧焊接頭、氣體保護(hù)焊接頭、電渣焊接頭等；屬于壓焊接頭的有點(diǎn)焊接頭、縫焊接頭、對焊接頭等；屬于釬焊接頭的有軟、硬釬焊接頭等。

2.按接頭的構(gòu)造形式不同進(jìn)行分類   焊接接頭可以分為對接接頭、搭接接頭、T形接頭、十字接頭、角接接頭、套筒接頭、塞焊（槽焊）接頭等十種方式。歸納起來，共有五種即對接接頭、T形（十字）接頭、搭接接頭、角接接頭和端接接頭。

（三）.熔焊接頭的基本類型

  熔焊時應(yīng)用最廣泛、最普遍的焊接方法，上述五大類接頭基本類型都適用于熔焊。

1.對接接頭  是把同一平面上的兩件被焊工件相對焊接起來而形成的接頭。是比較理想的接頭形式。在焊接不同厚度的對接接頭時，需要把被焊工件的接頭邊緣加工成各種形式的坡口進(jìn)行焊接。最常用的有V形、單邊V形、雙邊V形、Y形等。

2.T形接頭  是把相互垂直的或成一定角度的被焊工件用角焊縫的接頭。是一種典型的電弧焊接頭。能承受各種方向的力和力矩。特別適用于承受動載荷的結(jié)構(gòu)。

3.搭接接頭  是把兩件被焊工件部分的重疊在一起或加上專門的搭接件用角焊縫或塞焊縫、槽焊縫連接起來的接頭。搭接接頭的應(yīng)力分布不均勻，疲勞強(qiáng)度低，不是理想的接頭類型。對于承受動載的接頭不宜采用。

4.角接接頭  是兩件被焊工件斷面間構(gòu)成大于30o、小于135o夾角的接頭。角接接頭多用于箱體構(gòu)件上。采用雙面角焊縫連接其承載能力可大大提高。

5.端接接頭  是兩被焊工件重疊放置或兩工件間的夾角不大于30o，在端部進(jìn)行連接的接頭。通常用于密封。

（四）.焊接方法

  不同的焊接方法有不同的焊接工藝。焊接工藝主要依據(jù)被焊工件的材質(zhì)、牌號、化學(xué)成分、焊接接頭類型、焊接性能要求來確定。首先要確定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊等等，焊接方法的種類非常多，只能根據(jù)具體情況選擇。確定焊接方法后，再制定焊接工藝參數(shù)，焊接工藝參數(shù)的種類各不相同，如手弧焊主要包括：焊條型號（或牌號）、=直徑、電流、電壓、焊接電源種類、極性接法、焊接層次、道數(shù)、檢驗(yàn)方法等。Co2氣體保護(hù)焊主要包括：焊絲型號、直徑、電流、電壓、氣體流量等。

（1）.預(yù)熱：

  預(yù)熱有利于減低中碳鋼熱影響區(qū)的最高硬度，防止產(chǎn)生冷裂紋，這是焊接中碳鋼的主要工藝措施，預(yù)熱還能改善接頭塑性，減小焊后殘余應(yīng)力。通常，35和45鋼的預(yù)熱溫度為150~250℃含碳量再高或者因厚度和剛度很大，裂紋傾向大時，可將預(yù)熱溫度提高至250~400℃.

  若焊件很太大,整體預(yù)熱有困難時,可進(jìn)行局部預(yù)熱,局部預(yù)熱的加熱范圍為焊口兩側(cè)各150-200mm。

（2）.焊條條件

許可時優(yōu)先選用堿性焊條和藥芯焊絲。

（3）.工藝參數(shù)

  由于母材融化到第一層焊縫金屬中的比例高達(dá)30%左右，所以第一層焊縫焊接時，應(yīng)盡量采用小電流、慢焊接速度，以減小母材的熔深。