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焊接结构

用焊接方法制造的金属结构

焊接结构，是指常见的最适宜于用焊接方法制造的金属结构。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、钛制结构等等。并有相关书籍介绍。

简介
金属焊接是指通过适当的手段，使两个分离的金属物体产生原子或分子间结合而连接成一体的连接方法。
在产品制造中，焊接与热切割是一种十分重要的加工工艺。据工业发达国家统计，每年仅需要进行焊接加工后使用的钢材就占钢总产量的45%左右。焊接不仅可以解决各种钢材的连接．而且还可以解决铝、铜等有色金属材料的连接．因而已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、百油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。
焊接结构的优点
焊接结构具有一系列其他结构无法比拟的优点，主要体现在以下几个方面：
1、焊接结构的整体性强。由于焊接是一种金属原子间的连接，刚度大、整体性好，在外力作用下不会像其他机械连接那样因间隙变化而产生过大的变形，因此焊接接头的强度、刚度一般可达到与母材相等或相近，能够随基本金属承受各种载荷的作用。
2、焊接结构的强度高、质量轻。焊接结构多采用轧材制造，承受冲击载荷能力强，且钢材比砖石、混凝土等建筑材料的强度要高出很多倍，应用现代焊接技术制造出的焊接接头，其强度高于母材。
焊接结构的零件或部件可以直接通过焊接方法进行连接，不需要附加任何连接件。与铆接结构相比，具有相同结构的质量可减轻10%～20%。
3、焊接结构的安全性能高。由于钢材具有良好的塑性，在一般情况下，不会因偶然超载或局部超载造成突然断裂破坏，而是事先出现较大的变形预兆，以便采取补救措施。钢材还具有良好的韧性，对作用在结构上的动载荷适应性强，为焊接结构的安全使用提供了可靠保证。
在一定的应力范围内，钢材处于理想弹性状态，与工程力学所采用的基本假定较符合，故计算结果准确可靠，以确保焊接结构的安全使用。
4、焊接结构的致密性好。由于焊缝的致密性，焊接结构能保证产品的气密性和水密性要求，这是锅炉、储气罐、储油罐等压力容器在正常工作时不可缺少的重要条件。
5、焊接结构的经济效益好。焊接结构在使用一些型材时比轧制更经济。例如用宽扁钢与钢板焊成的大型工字钢（高度大于700mm）往往比轧制的型钢成本更低。
焊接结构生产一般不需要大型、特殊和昂贵的设备，投资少、见效快，容易适应不同批量产品的生产，产品更新换代快速方便，经济效益好。
焊接结构应用
焊接结构应用广泛，主要表现在以下几个方面：
①焊接结构适应制作的外形尺寸范围特别大。不仅可以制造微型机器零件（采用微焊接技术），而且可以制造大型钢结构，特别适用于几何尺寸大而形状复杂的产品，如船体、桁架、球形容器等。对大型或超大型的复杂工程，可以将结构分解，对分解后的零件或部件分别进行焊接加工，再通过总体装配焊接成一个整体结构。
②可以制造任意外形的结构，并能实现现场安装。
③可以实现异种材料的连接，如异种金属的连接、金属与非金属的连接等，从而使焊接结构的材料运用更加合理。
焊接结构分类
1、梁及梁系结构
这类焊接结构的工作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所谓虚腹虚壁式组合截面。采用这些形式都可增大惯性矩，提高结构的稳定性，同时也节约材料。
3、格架结构
它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
这类结构承受较大的内部压力，因而要求焊接接头具有良好的气密性，如容器、贮器、和管道等，多用钢板焊制而成。
5、骨架结构
这类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，故而要求它具有最小的重量和较大的刚度，船体骨架、客车棚架及汽车车厢和驾驶室等均属此类结构。骨架和格架结构的原材料多为各种型钢，有时将两类结构统称为格架桁架结构。
6、机器和仪器的焊接零件
这类结构最适宜于在交变载荷或多次重复性载荷下工作。因此对这类结构要求具有精确的尺寸才能保证加工出的主要部件或仪表零件的质量。属于该类结构的有机座、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。在确保结构部件上焊接接头质量的同时，为了满足加工条件，既要提高生产率，又要通过改善制造时的作业环境来增加安全性。对于焊接结构制造技术人员来说，选择适当的材料、充实加工设备和技术工人的加工技术能力时重要的职责。
焊接结构的发展
焊接结构的发展关键在于制造技术和钢铁的产量。
1、焊接已成为关键的制造技术
焊接作为组装工艺之一，通常被安排在制造流程的后期或最终阶段，因而对产品质量具有决定性的作用。正因为如此，在许多行业中，焊接被视为一种关键的制造技术。
2、焊接显现了极高的技术含量和附加值
如今，焊接已经进人了一个崭新的发展阶段。当今世界许多最新的科研成果、前沿技术和高新技术，如计算机、微电子、数字控制、信息处理、工业机器人、激光技术等，已经被广泛地应用于焊接领域，这使得焊接的技术含量得到了空前的提高，并在制造过程中创造了极高的附加值。
3、焊接已成为现代工业不可分离的组成部分
在工业发达的美国，焊接被视为“美国制造业的命脉，而且是美国未来竞争力的关键所在”。其主要根源就是基于这样一个事实：许多工业产品的制造已经无法离开焊接技术的使用。
在人类发展史上留下辉煌篇章的国家体育场“鸟巢”钢结构焊接工程、三峡水利工程、西气东输工程等均采用了焊接结构。以西气东输工程项目为例，全长约4300km的输气管道，焊接接头的数量竟达35万个以上，整个管道上焊缝的长度至少1.5万km。离开焊接，简直无法想象如何完成这样的工程。
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