第一单元 焊接结构基本知识
• 学习目标：
• 通过本单元的学习，了解机器零部件、压
力容器、梁柱及船舶等焊接结构基本构件
的有关知识；
• 掌握常用焊接接头的基本形式、表示方法、
焊缝代号的识别；
• 掌握焊接结构强度的基础知识。
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能力知识点1 机器零部件焊接结构
1．切削机床的焊接机身
切削加工精度较高，因此必须要求机床的机身具有
很高的刚度。
过去，由于铸铁价格低，铸件适于成批生产，铸件
减震性能好，所以铸铁机床机身一直占有优势。
随着现代工业和新型加工技术的发展，机床机身逐
步改用焊接结构。
在单件小批生产的大型、重型及专用机床，大量采
用焊接结构代替铸造结构，经济效果十分明显。
图1-1所示为卧式车床焊接机身。
图1-1 卧式车床焊接机身
焊接机身结构分析
• 如图1-1a所示，焊接机身主要由箱形床腿、
加强筋、导轨、纵梁及斜板等零部件组成。
• 如图1-1b所示，机身断面结构形式是通过
纵梁和斜板实现的；
• 它把整个方箱断面分割成两个三边形的断
面，下方三边形完全闭合；
• 这样的断面结构具有较大的抗弯扭刚度。
采用焊接机身需考虑的问题
• 1）经济效益问题
• 焊接机身经济效益与生产批量有关；
• 它特别适用于单件小批量生产的大型或专
用机床。
2）刚度问题
• 焊接机身一般采用轧制的钢板和型钢焊接而
成，形状特殊的部分也采用一些小型锻件或铸
件。
• 焊接机身应用最多的材料主要是可焊性好的低
碳钢和普通低合金钢；
• 由于钢材的弹性模量比铸铁高，在保证相同刚
度条件下焊接机身比铸铁机身的自重轻很多。
• 因此焊接机身可以满足切削加工时的刚度要求。
3）减震性问题
• 机身的减震性不仅取决于选用的材料，而且
还与结构本身有关；
• 可以分为材料减震性和结构减震性两个方
面；
• 焊接机身钢质材料的减震性低于铸铁；
• 因此，必须从结构上采取措施以保证焊接机
身结构的减震性。
4）尺寸稳定性问题
• 焊接机身中存在较严重的焊接残余应力，
这对焊接结构的尺寸稳定性有影响；
• 特别是切削机床的机身，要求尺寸的稳定
性更高；
• 所以，焊接机身在焊后必须进行消除应力
处理。
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5）机械加工问题
机床焊接结构焊后需要进行一定的机加工。
焊接机身采用的低碳钢可焊性好；
但机械加工性能不如铸铁和中碳钢；
所以在研究机身焊接结构工艺性时，还应
该考虑机械加工工艺性问题。
• 减速器箱体是安装各传动轴的基础部件；
• 由于减速器工作时各轴传递转矩时要产生
比较大的反作用力，并作用在箱体上；
• 因此要求箱体应具有足够的刚度，以确保
各传动轴的相对位置精度。
• 采用焊接结构箱体能获得较大的强度和刚
度，且结构紧凑，重量较轻。
2．减速器箱体焊接结构
减速器箱体结构
• 减速器箱体结构形式繁多，在小批量生产
时，采用焊接减速器箱体较为合理。
• 焊接减速器箱体一般制成剖分式结构；
• 即把一个箱体分成上下两个部分，分别加
工制造；
• 然后在剖分面处通过螺栓将两个半箱体连
成一个整体。
• 如图1-2所示，为一个单壁剖分式减速器箱
体的焊接结构。
图1-2 剖分式减速器箱体焊接结构
• 为了增加焊接箱体的刚度，通常在壁板的轴承
支座处用垂直筋板加强，并与箱体的壁板焊接
成一个整体。
• 小型焊接箱体的轴承支座用厚钢板弯制而成；
• 大型焊接箱体的轴承支座采用铸件或锻件；
• 轴承支座必须有足够的厚度，以保证机械加工
时有一定的加工余量；
• 焊接箱体的下半部分由于承受传动轴的作用力
较大并与地面接触，因此必须采用较厚的钢板
制作。
• 对于工作条件比较平稳的减速器，箱体焊
接时可以不必开坡口，焊脚尺寸也可以小
一些；
• 但对于承受反复冲击载荷的减速器箱体应
该开坡口以增加焊缝的工作断面。
• 焊接减速器箱体多用低碳钢制作，为保证
传动稳定性，焊后需要进行热处理以消除
残余应力。
• 承受大转矩的重型机器的减速器箱体，还
可以采用双层壁板的焊接结构；
• 并在双层壁板间设置加强筋以提高焊接箱
体的整体刚度。
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能力知识点2 压力容器焊接结构
压力容器定义：
是指最高工作压力P≥，
容积大于或等于25L，
工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于
等于标准沸点的液体的容器。
• 应用：它主要用于石油化工、能源工业、科研和
军事工业等方面；同时在民用工业领域也得到广
泛应用，如煤气或液化石油气罐、各种蓄能器、
换热器、分离器以及大型管道工程等。
1．压力容器的分类及应用
• （1）按工艺用途分类
• 1）反应压力容器：用于完成介质的物理、
化学反应。
• 2）换热压力容器：用于完成介质的热量交
换。
• 3）分离压力容器：用于完成介质的流体压
力平衡和气体净化分离等。
• 4）储存压力容器：用于盛装生产用的原料
气体、液体、液化气体等。
• （2）按设计压力分类
• 1）低压容器（代号L）≤P＜
• 2）中压容器（代号M）≤P＜10MPa
• 3）高压容器（代号H ）10MPa≤P＜100MPa
• 4）超高压容器（代号U）P≥100MPa
2．压力容器的焊接结构
• 压力容器的结构形式虽然很多，但其最基
本的结构是一个密闭的焊接壳体；
• 根据压力容器壳体的受力特点，最适合的
形状是球形；
• 但球形容器制造相对比较困难，成本高；
• 因此在工业生产中，中、低压容器多数采
用圆柱形结构。
• 圆柱形容器由筒体、封头、法兰、密封元
件、开孔接管以及支座等六大部件组成，
• 并通过焊接构成一个整体，
• 圆柱形容器的结构，如图1-3所示。
图1-3 圆柱形压力容器
1－接管 2－筒体3－人孔及法兰4－封头 5－支座
• 一般用途的压力容器工作压力低，焊接结
构比较简单。
• 如图1-4所示的载重汽车的刹车储气筒，采
用Q235钢材制成。
• 筒体由钢板弯制，纵向焊缝用埋弧焊一次
焊成；
• 两封头采用冲压成形工艺，封头与筒体之
间采用对接接头；
• 为了保证焊接质量，在焊缝底部设置残留
垫板。
图1-4 汽车储气筒
• 如图1-5所示，铁路运输石油产品用的油罐。
• 油罐承受的内压力不高，但在运输车辆启动和刹车
时有较大的惯性力；
• 要求罐体应有适当的厚度，以保证其刚度。
• 油罐罐体一般用低碳钢制造；
• 筒体上半部分占整个筒体的3/4，用8~12mm厚的
钢板成形后拼制而成；
• 筒体下部分占1/4，要求有较大的刚度，采用较厚
的钢板弯制。
• 筒体上下两部分用对接纵焊缝连接。
• 封头为椭圆封头，热压成形，与筒体之间采用对接
焊缝。
图1-5 储运容器
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能力知识点3 梁、柱焊接结构
1．焊接梁
梁是在一个或两个主平面内承受弯矩作用的构件。
这类结构的工作特点是结构件受横向弯曲；
当多根梁通过焊接组成梁系结构时，其各梁的受力
情况变得比较复杂。
焊接梁主要应用于载荷和跨度都比较大的场合；
焊接梁多由翼板及一块腹板组成工字型；
或由翼板和两块腹板组成箱形；
故又称为工字梁或箱形梁，如图1-6所示。
图1-6 焊接梁结构简图
a)工字形梁
b)箱形梁
1-腹板
2-翼板
3-竖加强板
4-水平加强
板
5-翼缘焊缝
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梁的组成形式
梁的组成形式很多，常见的组成形式有：
利用钢板焊成板焊结构梁；
利用型钢焊接成型钢结构梁；
利用钢板和型钢焊接成组合梁。
梁的组成形式，如图1-7所示。
图1-7 梁的组成形式
• a)板焊结构梁 b)型钢结构梁 c)组合梁
2．焊接柱
• 柱是主要承受压力并将受压载荷传递至基
础的构件；
• 广泛应用于建筑工程机械和机器结构中；
• 在梁和桁架传递载荷时起支承作用。
• 属于柱类结构的有，起重机的支承臂和龙
门起重机的支腿、自升式钻井船的柱腿等。
• 焊接柱是通过钢板拼焊、型材焊接以及采
用钢板和型材组合施焊而形成的受压构
件；
• 主要由柱头、柱身和柱脚三部分组成，如
图1-8所示。
• 柱头承受外部施加的载荷并传递给柱身；
• 柱身再将载荷传至柱脚和基础；
• 柱和梁组成厂房、高层房屋和工作平台的
钢骨架。
图1-8
焊接柱结构
焊接柱的分类
• 按照受力特点的不同，焊接柱一般分为轴
心受压柱和偏心受压柱（带有纵向弯曲
的）。
• 轴心受压柱主要承受压力载荷，如工作平
台的支承柱、网架结构中的压杆、塔架
等；
• 偏心受压柱在承受压力的同时也承受纵向
弯曲作用，如厂房和高层建筑的框架柱、
门式起重机的门架支柱等。
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焊接柱的截面形式
焊接柱常用的截面形式有两类：
一类为实腹式柱，如图1-9a、b所示，
这种柱的结构形式和制作都比较简单；
另一类为格构式柱，如图1-9c、d所示，
这种柱主要采用型钢和钢板组合焊接制
成，制作稍费工时，但可节省材料。
图1-9 焊接柱截面形式
能力知识点4 船舶焊接结构
• 船舶是一座水上浮动结构物，
• 作为其主体的船体是由一系列板架相互连接
而又相互支持构成的，
• 它是一个具有复杂外形和空间结构的焊接结
构。
• 按其结构特点，从上到下，以贯通首尾的上
甲板为界，分为主船体和上层建筑两部分。
• 船体外板及甲板形成主船体的水密性外
壳，
• 其中外板包括平板龙骨、船底板、舭列板、
舷侧板、舷顶列板等。
• 船底板承受垂直于板平面的水压力，
• 故在船体中采用纵向（沿船长方向）和横
向（沿船宽方向）骨架给予加固。
• 其焊接结构如图1-10所示。
图1-10 船体结构
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1-外板
2-中内龙骨
3-肋板
4-肋骨和加强
肋骨
5-舷侧纵桁
6-横梁
7-上甲板
8-下甲板
9-横隔壁
10-纵隔壁
• 现代船体结构的制造多采用分段制造法，
即将船体结构划分为部件、分段和总段，
它们是平面的和立体的结构。
• 这些部件、分段和总段都有足够的刚度，
• 它们的装配焊接工作可以在车间条件下，
利用装配焊接夹具及机械化装置完成。
• 这种生产方式易于实现专业化，便于组织
流水线作业，有利于提高船舶的生产率和
建造质量。
能力知识点5 焊接结构
生产工艺过程简介
• 焊接结构生产工艺过程，是根据生产任务
的性质、产品的图纸、技术要求和工厂条
件，运用现代焊接技术、相应的金属材料
加工和保护技术、无损检测技术，来完成
焊接结构生产的各个工艺过程。
• 焊接结构有着大致相同的生产步骤，即生
产准备、材料加工、装配焊接和质量检验。
1．生产准备
（1）技术准备
• 首先研究将要生产的产品清单。
• 在清单中按产品结构进行了分类，并注明
了该产品的年产量，即生产纲领。
• 生产纲领确定了生产的性质，同时也决定
了焊接生产工艺的技术水平。
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其次，研究和审查产品施工图纸和技术条件：
了解产品的结构特点，进行工艺分析，
制定整个焊接结构生产的工艺流程，
确定技术措施，选择合理的工艺方法，
并在此基础上进行必要的工艺试验和工艺评
定，
• 最后制定出工艺文件及质量保证文件。
• （2）物质准备
• 根据产品加工和生产工艺的要求，
• 订购原材料、焊接材料以及其他辅助材
料，
• 并对生产中的焊接工艺设备、其他生产设
备和工夹量具，进行购置、设计、制造或
维修。
2．材料加工工艺
• 焊接结构零件绝大多数是以金属轧制材料
为坯料，
• 所以在装配前必须按照工艺要求对制造焊
接结构的材料进行一系列的加工。
• 包括以下两项内容：
（1）金属材料的预处理
• 主要包括验收、储存、矫正、除锈、表面
保护处理和预落料等工序，
• 其目的是为基本元件的加工提供合格的原
材料，
• 以获得优良的焊接产品和稳定的焊接生产
过程。
（2）基本元件加工
• 主要包括划线（号料）、切割（下料）、边
缘加工、冷热成形加工、焊前坡口清理等工
序。
• 基本元件加工约占焊接结构生产全部工作量
的40%～60%，
• 因此，制定合理的材料加工工艺、应用先进
的加工方法、保证基本元件的加工质量，对
提高劳动生产率和保证整个产品质量有着重
要的作用。
3．装配与焊接
• 装配与焊接，在焊接结构生产中是两个相
互联系又有各自加工内容的生产工艺。
• 一般来讲，装配是将加工好的零件，采用
适当方法，按照产品图样的要求组装成产
品结构的工艺过程。
• 而焊接则是将已装配好的结构，用规定的
焊接方法和焊接工艺，使零件牢固连接成
一个整体的工艺过程。
• 对于一些比较复杂的焊接结构总是要通过
多次装配、焊接的交叉过程才能完成，
• 甚至某些产品还要在现场进行再次装配和
焊接。
• 装配与焊接在整个焊接结构制造过程中占
有很重要的地位。
4．质量检验与安全评定
• 焊接产品的质量包括整体结构质量和焊缝
质量。
• 整体结构质量是指结构产品的几何尺寸、
形状和性能；
• 而焊缝质量则与结构的强度和安全使用有
关。
• 在焊接结构生产过程中，产品质量十分重
要，因此生产中的加工工序中间要进行不
同内容的检验。
• 不论工序检查还是成品检查，都是对焊接
结构生产的有效监督，也是保证焊接结构
产品质量的重要手段。
综合知识模块二 焊接接头基本知识
• 能力知识点1 焊接接头的组成及其基本形式
• 1．焊接接头的组成
• 定义：在焊件需连接部位，用焊接方法制造
而成的接头称为焊接接头，一般简称接头。
• 组成：以熔化焊为例，焊接接头由焊缝金属、
熔合区和热影响区组成，
• 熔化焊焊接接头的组成，如图1－11所示。
图1-11 熔化焊接头的组成
• a) 对接接头断面图 b) 搭接接头断面图
• 1-焊缝金属 2-熔合区 3-热影响区 4-母材
焊缝金属的特点
• 焊缝金属是由焊接填充金属及部分母材金属
熔化结晶后形成的铸造组织，
• 其组织和化学成分与母材金属有较大差异。
• 近缝处的热影响区受焊接热循环的影响，组
织和性能都发生变化，
• 特别是熔合区的组织和成分更为复杂。
• 因此，焊接接头是一个成分、组织和性能都
不均匀的连接体。
2．焊接接头的基本形式
（1）对接接头
• 两板件端面通过焊接形成135°～180°夹角，
称为对接接头。
• 对接接头是各种接头中受力最好、最省材
料的接头形式，
• 常用的对接接头形式如图1-12所示。
图1-12 对接接头的基本形式
• a）不开坡口
• c）削薄
b）开坡口
d）带垫板
• 两板件部分重叠起来进行焊接所形成的接
头称为搭接接头。
• 搭接接头的应力分布极不均匀，疲劳强度
较低，不是理想的接头形式。
• 但是，搭接接头的焊前准备和装配工作比
较简单，
• 所以在受力较小的焊接结构中仍能得到广
泛的应用。
• 常见的搭接接头的形式如图1-13所示。
（2）搭接接头
图1-13 搭接接头的基本形式
• a)不开坡口 b)圆孔内塞焊 c)长孔内塞焊
（3）T形（十字）接头
• 将一个焊件的端面与另一焊件的表面构成
直角或近似直角，用角焊缝连接起来的接
头，称为T形（十字）接头。
• 这类接头能承受各种方向的外力和力矩的
作用。
• 常见的T形接头的形式如图1-14所示。
图1-14 T形（十字）接头的基本形式
• a）单面不开坡口
• C）开单边Ｖ形坡口
b）开Ｋ形坡口
d）双面不开坡口
（4）角接接头
• 两板件端面构成30°～135°夹角的焊接接
头称作角接接头。
• 角接接头多用于箱形构件，
• 常见的角接接头的形式如图1-15所示。
图1-15 角接接头的基本形式
a）简单角接接头 b）双面角接接头 c）开Ｖ形坡口
d）开Ｋ形坡口 e）、f）易装配角接接头
g）保证准确直角的角接接头 h）不合理的角接接头
能力知识点2 焊缝的基本形式
• 焊缝是构成焊接接头的主体部分，有对接
焊缝和角焊缝两种基本形式。
• 1．对接焊缝
（1）坡口形式的选择
• 对接焊缝的焊接接头可采用卷边、平对接
或加工成V形、U形、X形、K形等坡口，
• 对接焊缝的坡口形式，如图1-16所示。
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图1-16 对接焊缝
的典型坡口形式
a)δ=1～3mm
b) δ=3～8mm
c) δ=3～26mm
d) δ=20～60mm
e) δ=12～60mm
f) δ>12mm
开坡口需要考虑的问题
• 对接焊缝开坡口的根本目的，是为了确保
接头的质量，同时也从经济效益考虑。
• 坡口形式的选择取决于板材厚度、焊接方
法和工艺过程。
• 通常必须考虑以下几个方面：
1）可焊到性或便于施焊
• 可焊到性是选择坡口形式的重要依据之一，
• 一般而言，要根据构件能否翻转、翻转难易
或内外两侧的焊接条件而定。
• 对不能翻转和内径较小的容器、转子及轴类
的对接焊缝，
• 为了避免大量的仰焊或不便从内侧施焊，宜
采用V形或U形坡口。
2）节省焊接材料
• 对于同样厚度的焊接接头，
• 采用X形坡口比V形坡口能节省较多的焊接
材料、电能和工时；
• 构件越厚，节省得越多，成本越低。
3）坡口易加工
• V形和X形坡口可用氧气切割或等离子弧切
割，也可以用机械切削加工。
• 对于U形或双U形坡口，一般需用刨边机加
工。
• 在圆筒体上，应尽量少开U形坡口，因其加
工困难。
4）焊接变形小
• 采用不适当的坡口形状容易产生较大的焊
接变形。
• 如平板对接的V形坡口，其角变形就大于X
形坡口。
• 因此，选择合理坡口形式可以有效地减少
焊接变形。
（2）坡口尺寸的选择
• 1）坡口角度。
• 其作用是使电弧能深入根部使根部焊透，
• 坡口角度的大小与板厚和焊接方法有关，
• 坡口角度越大，焊缝金属量越多，焊接变
形也会增大，
• 一般焊缝的坡口角度选60°左右。
2）根部间隙
• 采用根部间隙是为了保证根部能焊透。
• 一般情况下，坡口角度小，需要同时增加
间隙；
• 而间隙较大时，又容易烧穿，
• 为此，需要采用钝边防止烧穿。
• 根部间隙过大时，还需要加垫板。
2．角焊缝
• 角焊缝按其截面形状可分为平角焊缝、凹
角焊缝、凸角焊缝和不等腰角焊缝四种，
• 如图1-17所示，应用最多的是截面为直角
等腰的角焊缝。
• 角焊缝的大小用焊脚尺寸K表示。
图1-17 角焊缝
截面形状及其计算断面
• a) 平角焊缝
• c) 凸角焊缝
b) 凹角焊缝
d) 不等腰角焊缝
• 各种截面形状角焊缝的承载能力与载荷性质有关：
• 静载时，如母材金属塑性好，角焊缝的截面形状对承
载能力没有显著影响；
• 动载时，凹角焊缝比平角焊缝的承载能力高，凸角焊
缝的最低；
• 不等腰角焊缝，长边平行于载荷方向时，承受动载效
果较好。
• 为了提高焊接效率、节约焊接材料、减小焊接变形，
当板厚大于13mm时，可以采用开坡口的角焊缝。
• 在等强度条件下，坡口角焊缝的焊接材料消耗量仅为
普通角焊缝的60%。
能力知识点3 焊缝代号
• 焊接图是焊接施工所用的工程图样。
• 要看懂施工图，就必须了解各焊接结构中
焊缝代号及其标注方法。
• 如图1-18所示是两个支座的焊接图，
• 图中多处标注有焊缝代号，用来说明焊接
结构在加工制作时的基本要求。
图1-18 支座焊接图
• 焊缝代号的定义：把在图样上用技术制图方
法表示的焊缝基本形式和尺寸采用一些符号
来表示的方法。
• 焊缝代号可以表示出：
• 1）所焊焊缝的位置；
• 2）焊缝横截面形状（坡口形状）及坡口尺
寸；
• 3）焊缝表面形状特征；
• 4）焊缝某些特征或其他要求。
1．焊缝符号的组成
• 焊缝符号一般由基本符号和指引线组成，必要时
可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸及数据。
• （1）基本符号 表示焊缝端面（坡口）形状的符
号，见表1－1。
表1-1 基本符号
（2）辅助符号
• 表示焊缝表面形状特征的符号，如表1－2
所示。
• 当不需要确切说明焊缝的表面形状时，可
以不用辅助符号。
表1-2 辅助符号
（3）补充符号
• 为了补充说明焊缝某些特征而采用的符
号，如表1-3所示。
（4）焊缝尺寸符号
• 用来代表焊缝的尺寸要求，表1-4所示为常用的
焊缝尺寸符号。
• 当需要注明尺寸要求时才标注。
图1-19 焊缝尺寸符号
及数据的标准位置
• 图1-19所示为焊缝尺寸符号及数据的标注
位置。
（5）指引线
• 由箭头线和基准线组成，
• 箭头指向焊缝处，
• 基准线由两条互相平等的细实线和虚线组
成，如图1-20所示。
• 当需要说明焊接方法时，可以在基准线末
端增加尾部符号。
图1-20 指引线的画法
表1-5 焊接方法表示代号
2．识别焊缝代号的基本方法
• 1）根据箭头的指引方向了解焊缝在焊件上
的位置。
• 2）看图样上焊件的结构形式（即组焊焊件
的相对位置）识别出接头形式。
• 3）通过基本符号可以识别焊缝形式（即坡
口形式），
• 基本符号上下标有坡口角度及对装间隙
• 4）通过基准线的尾部标注可以了解：
• 采用的焊接方法、
• 对焊接的质量要求、
• 以及无损检验要求。
3．焊缝代号应用实例
• 如图1-21所示的焊缝代号，请说出其含义：
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表达的含意为：
焊缝坡口采用带钝边的V形坡口，
坡口间隙为2mm，
钝边高为3mm，
坡口角度为60°，
采用焊条电弧焊焊接，
反面封底焊，
反面焊缝要求打磨平整。
