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焊接結構設計與工藝

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更新時間：2019-03-05
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講述主要結構件焊接，機行車焊接，型材焊接現代意義的焊接技術起源于19世紀初的西方國家，尤其在1888年俄羅斯人Slavianoff發明了金屬極電弧焊后，焊接技術的應用得到了迅猛的發展，各種金屬焊接結構產品應運而生，大到數十萬噸的油輪，小到微電子產品，用途極其廣泛。
隨著現代工業制造業的高速發展和焊接技術的不斷進步，焊接作為一種金屬連接的工藝方法，在金屬結構制造和生產中已基本取代了鉚接連接工藝；焊接與鑄造、鍛壓、切削加工和熱處理等加工工藝方法的組合，也已成為機械制造業的主要加工方法。許多傳統的鑄造、鍛造結構，也由焊接結構或鑄－焊、鍛－焊組合結構所代替。
焊接結構是由金屬材料軋制的板材或型材作基本元件，采用焊接加工方法，按照一定結構組成的并能承受載荷的金屬結構。各種焊接結構產品被廣泛應用于重型礦山機械、冶煉設備、起重運輸設備、汽車和機車車輛、電站設備、建筑與廠房結構、航空與航天技術裝備、石油化工設備、容器與管道、船舶與海洋結構、橋梁、集裝箱、機器結構制造業和國防工業裝備制造等領域中。有些產品，例如大型厚壁超高壓容器，除了采用焊接加工技術外，是難以找到更好的制造方法的。
現代大型建筑結構均采用焊接金屬結構形式，與其他建筑結構比較，焊接金屬結構具有強度大、重量輕等優點，因此特別適用于工業廠房、高層建筑、大跨度結構、以及要求重量輕和可移動的承重結構等。
機器制造業是焊接結構可以推廣應用的另一個廣闊領域。礦山冶煉、石油化工、交通運輸、能源宇航及海洋工程等各個工業部門所用的大型機器設備、儀器和儀表的機體、骨架及主要元、器件等，都越來越廣泛的采用焊接結構。
一個國家焊接結構用鋼量的多少，能說明其工業化的先進程度。在先進的工業國中，焊接結構產品的用鋼量已達到總用鋼量的50%以上，我國現已達到40%~45%。我國2009年鋼產量達5.68億噸，接近世界的一半，成為世界第一鋼鐵大國，同時也成為焊接結構（主要是鋼結構）制造大國。為了制造如此龐大數量的焊接結構產品，需要建立大量專門制造焊接結構的工廠（例如集裝箱制造廠、壓力容器制造廠等），而在更多的工廠（例如鍋爐廠、起重機廠、造船廠）中，均設有焊接車間，并且是工廠的主要生產車間。焊接車間完成任務的好壞，直接關系到整個工廠的經濟效益和產品質量的優劣。
1.1焊接結構的特點及應用
焊接結構主要是指焊接的金屬結構，絕大多數是鋼結構，由于其具有優良的力學性能和其他方面的使用性能，較易于適應各方面的使用要求，較少受尺寸和形狀的限制，制造過程簡單，結構重量輕，便于運輸和安裝。所以，焊接結構在國民經濟中幾乎所有的工業部門和廣闊的生活領域中都有大量的應用。
焊接結構能夠得到如此廣泛的應用和高速發展，是因為其具有一系列優點：
① 焊接結構的接頭是一種金屬原子間的連接，接頭剛度大、整體性好，在外力作用下不會像機械連接那樣因間隙變化而產生較大的變形。同時，產品的密封性容易保證。
② 焊接結構可以由各種不同形狀與厚度的金屬材料連接組合而成，甚至由不同種類的金屬材料連接組合而成。還可以由鑄鋼件與鍛鋼件連接組合而成，從而使結構中不同性能的材料應用更恰當，充分發揮不同材料的性能特點，做到物盡其用。此外，焊接結構中各零部件間通常可直接用焊接連接，不需要采用附加的連接件，同時焊接接頭的強度一般可與母材相當。因此，比照其他連接方法，焊接既節約了材料，又減輕了產品的重量，還降低了生產成本，可謂一舉三得。
③ 與其他加工工藝方法相比，焊接結構的制造生產一般不需要大型、貴重的設備，因而建設焊接結構生產廠時設備投資少、見效快，而且生產廠容易適應不同批量焊接產品的生產，更換產品型號和品種也比較方便。
④ “以小拼大”是焊接的優勢之一。焊接加工特別適用于幾何尺寸大而材料比較分散的制品，例如船舶的殼體、桁架結構等。焊接可以將大型、復雜的結構分解為許多小零件或部件分別加工，然后通過焊接連接成整體結構，從而擴大了工作面，簡化了結構的加工工藝，縮短了加工周期。
⑤ 節約能源，利于環保。每噸焊接結構件比鑄件大約節能35%左右，與鍛件相比也有節能優勢，且焊接生產條件優于鑄造和鍛造生產條件，有害物排放量也比較少。...

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