第二节 焊接结构及其特点

焊接结构，是指常见的最适宜于用焊接技术制造的金属结构。由于焊接结构的种类繁多，其分类方法也不尽相同。例如，按半成品的制造方法可分为板焊结构、冲焊结构等；按照结构的用途则可分为车辆结构、船体结构、飞机结构等；根据焊件的材料厚度则可分为薄壁结构和厚壁结构；根据焊件的材料种类则可分为钢制结构、铝制结构、钛制结构、非金属结构等。

目前国内外通用的分类方法是按焊接结构的工作特性分类：

（1）梁及梁系结构。这类焊接结构的特点是组成梁系结构的元件受横向弯曲，当由多根梁通过刚性连接组成梁系结构（或称框架结构）时，各梁的受力情况将变得较为复杂。

（2）柱类结构。这类焊接结构的特点是承受压应力或在受压的同时又承受纵向弯曲应力，结构的断面形状多为“工字形”“箱形”或“管式圆形”断面。柱类焊接结构也常用各种型钢组合成形式多样的组合截面，以增大惯性矩，提高结构的稳定性。

（3）格架结构。这类焊接结构的特点是由一系列受拉或受压杆件组合而成，各杆件以节点形式互相连接组成各种形状结构，如桁架、网络刚架和骨架等。

（4）壳体结构。这类焊接结构的特点是能够承受较大的内部压力，因而要求焊接接头具有良好的致密性，如压力容器和压力管道等。

（5）骨架结构。这类焊接结构的特点是结构外形如同人体骨架，多用于起重运输机械，通常承受动载荷，要求它具有最小的重量和较大的刚度，如船体骨架、客车棚架及汽车车厢和驾驶室等。

由于骨架结构和格架结构多采用型钢焊接，有时又将两类结构统称为格架或桁架结构。

（6）机器和仪器的焊接零件。这类焊接结构的特点是用于在交变载荷或多次重复性载荷下工作的机器部件，如机座、机身，机床横梁及齿轮、飞轮和仪表枢轴等。这类结构采用钢板焊接或铸焊、锻焊联合工艺，可以解决铸锻设备能力不足的问题，同时大大缩短了制造周期。

在焊接结构制造过程中需要考虑的基本问题如图1-1所示。在确保焊接接头质量的同时，为了满足加工条件，提高生产效率，改善作业环境以增加安全性，对于焊接技术人员来说，选择合适的焊接材料、充实焊接加工设备和不断提高技术工人的技能是其重要的职责。

图1-1 焊接结构生产中涉及的主要方面

焊接结构设计的要求，是焊接结构的整体或各部分在其使用过程中不应产生致命性的破坏，如弹性失效、失稳及断裂等。从焊接结构破坏事故的调查分析表明，焊接裂纹的发生，大多与制造过程中焊接接头产生的缺陷有关。图1-2左侧表示对结构所要求的使用性能，取决于以下因素：载荷的大小和种类、使用温度、使用环境，并由这些因素相应确定的设计原则所制约。影响焊接接头性能的因素如图1-2右侧所示，除材料性质外，还受到焊接工艺因素、质量管理技术的影响。为了解决焊接接头性能问题，提高焊接结构的可靠性，需要从设计、材料和加工方面综合考虑。

图1-2 焊接结构设计与材料和加工的关系

焊接结构的特点表述如下：

（1）刚性连接。焊接的实质是原子间的连接，因此焊接结构刚度大、整体性强，在外力作用下容易产生应力集中，在动载荷的作用下，疲劳强度降低。

（2）异质异形连接。焊接可以将金属材料连接起来，可以将铸钢件与锻钢件连接起来，也可以将不同种类的材料连接起来。焊接特别适用于几何尺寸大而较分散的制品，例如船壳、桁架等，可以将大型、复杂的结构分解为许多小零件或部件分别加工，然后通过焊接连成整个结构，从而扩大了工作面，简化了结构的加工工艺，缩短了加工周期。

（3）焊接残余变形和应力。在大型焊接结构制造中，对焊接残余变形预先控制的效果还不十分显著，大多是在焊后通过矫形措施来保证结构尺寸的，这样不仅费工费时，而且会导致复杂的焊接残余应力，从而影响焊接结构的承载能力和使用性能。焊接应力的控制也存在与焊接变形相同的问题。