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1、ICS25.020CCSJ31中华人民共和国国家标准GB/T434832023重型机械焊接件设计规范HeavymechanicalDesignspecificationforweldments2023-12-28发布2023-12-28实施国家市场监督管理总局峪国家标准化管理委员会发本文件按照GBT1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国冶金设备标准化技术委员会(SAaTC409)提出并归口。本文件起草单位：中国重型机械研究院股份公司、一重集团大连工程技术有限公司、太原重
2、工股份有限公司、二重(德阳)重型装备有限公司、中煤北京煤矿机械有限责任公司、西安海威信诚检验检测咨询有限公司。本文件主要起草人：吴量、王顺、任玉成、丘铭军、樊志勤、夏娟、刘勇、王霞、权晓惠、荆东青、邓廷宇、高璐、郑永红、张立刚、林凯、阮东辉、贾丽颖、刘军毅、阎颖、沈扬。Ill重型机械焊接件设计规范1范围本文件规定了焊接件材料、焊接接头选用规定、焊缝强度计算及焊接件设计的合理性和经济性等一般规范。本文件适用于重型机械及零部件中的钢制焊接件的焊接制造。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引
3、用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T324焊缝符号表示法GB/T985.1气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口GB/T985.2埋弧焊的推荐坡口GB/T5313厚度方向性能钢板GB/T37400.3重型机械通用技术条件第3部分：焊接件JB/T6967电渣焊通用技术条件3术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。4焊接件设计的基本要求焊接件设计时以可靠性为前提，以实用性为核心，以工艺性和经济性为制约条件，宜注意设计结构的造型美观，并应符合下列要求：实用性：焊接件达到所要求的使用功能和预期效果；可靠性：焊接件在使用期内安全可靠，能满足强度、刚度、稳定、抗震、耐蚀
4、等方面的要求；工艺性：焊接件所选材料既具有良好的焊接性能，又具有良好的焊前预加工性能和焊后热处理性能，焊接件设计的结构具有焊接和检验检测的可达性，并易于实现机械化和自动化焊接；经济性：制造焊接件消耗的原材料、能源和工时最少，其综合成本低。1.2 件用钢材的选择5.1 一般要求焊接结构材料使用最多的是钢，常用的钢材有碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、控轧钢、不锈钢、耐热钢和低温钢等。设计时应按照使用条件（工作教荷、工作温度、工作介质、使用寿命）、环境条件（环境温度、环境介质）、体积、刚性与重量要求、工艺性能（金属的焊接性，切割性能，冷、热加工工艺性能，热处理性能，可锻性，组织均匀稳定性、
5、大截面淬透性)、合理性、经济性等方面，进行全面分析对比及精确计算。5.2 金属的焊接性5.2.1金属的焊接性是指被焊金属材料在采用一定的焊接工艺方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。同一金属材料，采用不同焊接方法或焊接材料，其焊接性有很大差别。5.2.2焊接性分为工艺焊接性和使用焊接性两方面：a)工艺焊接性主要指金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力，涉及焊接制造工艺过程中的焊接缺陷，即金属对形成裂纹、气孔、夹渣、断裂等缺陷的敏感性。b)使用焊接性主要指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的机械性能(强度、
6、塑性、韧性、硬度以及抗裂纹扩展的能力等)和其他特殊性能(如耐热、耐蚀、耐低温、抗疲劳、抗时效等)。5.2.3可通过碳当量法或焊接工艺评定试验对金属材料焊接性进行评价，具体分类如下。a)中高强度的非调质低合金高强钢(500MPaRm900MPa),we0.18%,其碳当量C;(%)的计算公式见式(1)。r,WW,+W*+WvWmW1.Ce()-wc-+is(1b)普通碳钢和低合金钢，weO.6%、wmnl.6%wy3.3%、wc,WmO0.6%、O.5%wcu1.0%s0.05%wp0.15%的合金钢，其碳当量Cr(%)的计算公式见式(2)。c)低碳调质低合金高强钢(500MPaRm1000MP
7、a),weO.2%.wsO.55%、WMmW1.5%、wc0.5%wv2.5%wc1.25%wm0.7%wy0.1%w0.006%,其碳当量C:(%)的计算公式见式(3)。C.W.,WwIWmi,Wrr1W山.Wv，、Ce(X)-Wr+-+-+3)公式(1)、公式(2)、公式中，WC表示C的质量分数，其他类同。5.2.4根据经验：一当C0.4%时，钢材的淬硬倾向不明显，可焊性优良，当被焊工件厚度小于40mm、环境温度大于5时焊接时可不用预热；当0.4%C0.6%时，钢材的淬硬倾向逐渐明显，焊接性变差，应采取适当预热，控制线能量等工艺措施；一当CgX).6%时，钢材的淬硬倾向强，属于较难焊的钢材
8、，应采取较高的预热温度和严格的工艺措施。6焊接接头的型式6.1 一般要求在设计焊接接头及焊缝型式时，宜充分考虑焊接材料消耗量、可达性、坡口加工、焊接变形等因素。根据焊接接头的作用可将其分为三类(见图D:一联系焊接接头的焊缝称为联系焊缝，在结构中的主要作用是保证金属的有效连接，承受较小的载荷，在焊接结构件工作时，作用在焊缝上的工作应力较小；-工作焊接接头的焊缝称为工作焊缝，在结构中主要作用是传递结构承受的载荷，在焊接结构件工作时，作用在焊缝上的工作应力较大；双重性焊接接头焊缝既要起到连接作用又要传递一定的工作载荷。a）联系焊缝b）工作焊缝C）双重性焊缝6.2 选用原则6.2.1厚钢板宜采用组合焊
9、缝、双向对称或不对称焊缝，以减少焊缝截面积，增大接头抗层状撕裂能力。焊接件中不必全部采用全熔透焊缝，对主要的应力集中部位的焊缝应打磨或加工成圆滑过渡，此时在图样中按GB/T324中规定的焊缝代号标注。6.2.2气体保护焊、焊条电弧焊、埋弧焊、窄间隙埋弧焊以及电渣焊等特殊焊缝的坡口形式和尺寸按GBT985.KGB/T985.2、GB/T37400.3、JB/T6967和特殊的要求进行设计。7焊接件焊Si强度计算7.1 不同焊缝的强度计算不同焊缝的强度计算见表1。表1强度计算公式*1强度计算公式（续）0,707PhlPP0.354P(J-7小八卜中3P1.(3l时则取r=l)7.2.2 金属结构7
10、.2.2.1受静载荷时的许用应力SJ按式(6)计算。=mo1(6)式中：m工作条件系数(见表5);o1焊缝的基本许用应力。5工作条件系数m工作条件m受拉元件1.0受压元件0.9单面焊接的角钢元件0.75表6焊缱的基本许用应力单位为兆帕焊缝分类应力种类6对接压力210对接拉力180对接典力130熔透型T形接头压力、拉力、剪力140注,E4303、E4316、E4315焊条或埋孤自动焊接，用在Q215、Q235、Q275钢号的元件上。GB.T4348320237.2.2.2受变向载荷时的许用应力RJ按式计算，系数丫按式(8)计算。11=y（7）式中：a、b一一钢号系数(见表7);Pmin、Pmax
11、绝对数值的最小和最大的作用力，代入时应带有本身的正负号。当计算的丫大于1时，则应取Y=1。表7钢号Q235的a、b值焊缝分类db焊缝分类ab应力集中未涉及的母体金属1.000.50直角边之比为-S1.5的端焊缝1.501.00表面加工的什内WklN对接焊缝1.100.60有背焊的Z3对接焊缝.1.300.80侧焊缝I2.001.507.3不同载荷条件下焊接件设计要素不同产品领域其焊接结构承受不同的载荷及环境条件。静载及主静载、动载和热动载等载荷条件下，以及在高低温、特殊介质、辐射等环境条件宜从材料特性、接头及结构特点等方面考虑进行焊接件设计。不同的载荷及环境条件焊接构件有可能发生不同形式的破坏
12、：如在静载及主静载的状态下，发生形变断裂、脆性断裂、层状撕裂、失稳破坏：一一环境温度过高或过低时发生蠕变失效及脆性断裂；一一动我状态下发生疲劳断裂。8焊接件设计的经济性和合理性8.1 焊接件设计的基本原则8.1.1 合理设计结构形式8.1.1.1焊接件设计结构宜根据强度、刚度、稳定的要求，以最理想的受力状态去确定结构的几何形状和尺寸。8.1.1.2宜重视结构的整体设计、细节处理，慎重处理对于应力复杂或应力集中部位。8 .1.1.3焊接件设计宜利于实现机械化和自动化焊接，尽量采用简单、平直的结构形式，减少短且不规则的焊缝。9 .1.1.4宜避免采用难以弯制或冲压、具有复杂空间曲面的结构。8.1.
13、2减少焊接量8.1. 2.1可以选用冲压件代替部分焊件，结构形状复杂、角焊缝多且密集的部位可用铸钢件代替。8.1.2 .2筋板数量多的结构可以适当增加基体壁厚以减少焊缝。8.1.2.3角焊缝在保证强度要求的前提下，尽可能用最小的焊脚尺寸。坡口焊缝在保证焊透的前提下，宜选用填充金属量最小的坡口形式。8.1.3 合理布置焊Sl8.1.3.1对称轴的焊接件结构焊缝，宜尽量对称布置或接近对称轴处，以利于控制焊接变形。8.1.3.2设计时宜避免焊缝汇交和密集。有焊缝汇交时，宜使重要焊缝连续，宜使焊缝避开高工作应力部位、应力集中处、机械加工面和需变质处理的表面等。8.1.4施工方便8.1.4.1宜使结构上
14、每条焊缝都能方便施焊和进行质量检验。8.1.4.2 焊接结构件宜在工厂中焊接，宜减少现场焊接量，减少手工操作，增加自动焊接。8.1.4.3 对于双面焊缝，操作空间好的用大坡口，差的小坡口。必要时，改用单面焊双面成形的接头坡口形式和焊接工艺。8.1.4.4 宜减少仰焊或立焊的焊缝。8.1.5有利于生产组织与管理设计大型焊接结构时，宜按照部件的起重运输条件、焊接变形控制、焊后热处理、机械加工、质量检验和总装配等因素进行合理分段。8.2 T形接头焊缱及角焊Si设计原则8.2.1 2.1原则上不宜采用单面角焊缝。在选用双面焊缝确实有困难如其中有一面难以施焊或者处于强迫位置，单面角焊缝不但变形大而且焊缝
15、截面积比双面角焊缝大一倍（见图2、图3）时，宜选用单面角焊缝。8.2.2 若角焊缝在较小负荷下工作或其强度不必计算时，宜按经验公式确定全部或部分焊缝的高度：对于双面角焊缝按式（9）;一一对于单面角焊缝按式（10）。a0.3S或K0.5Sa12mm时，宜采取开坡口的形式，采用半焊透或全焊透焊缝。标引符号说明：1.角焊缝厚度尺寸，单位为亳米。图2标引符号说明：S连接钢板中较薄的钢板厚度。标引符号说明：a角焊缝厚度尺寸；K角焊缝焊脚尺寸;S连接钢板中较薄的钢板厚度。8.2.4 不同厚度的板材或管材对接接头受拉时，其允许厚度差宜符合表8的规定。当超过表8的规定时宜将焊缝焊成斜坡状，其坡度最大允许值宜为
16、1:2.5：或将较厚板的一面或两面及管材的内壁或外壁在焊前加工成斜坡，其坡度最大允许值宜为1:2.5（见图5）。8对接接头允许厚度差单位为亳米较薄板厚度651910112112允许厚度差(6-6)234一)IFH*I标引符号说明：较厚板厚度；较薄板厚度；1.斜坡状长度。图58.3 选择合理的坡口形式在设计焊接件坡口时，宜根据焊接件的厚度、焊接方法、焊接位置和具体焊接工艺过程进行考虑，应选用合理、便于施焊、易于加工、填充量少、减小变形的坡口形式。在对接焊缝中，可适当选择焊接坡口形式。在保证设计焊接坡口深度的情况下，制造工艺可根据采用的焊接方法，改变坡口形式。示例见表9。衰9焊接件坡口形式选择焊缝
17、坡口型式板厚20mm焊缝坡口型式板厚20mm气体保护焊F(Inn2)手工电弧焊F(mm2)气体保护焊F(mm2)手工电弧焊F(mm2)舟53757/Z105人71621051501702078.4 选择钢材和焊材的合理性与经济性应按照焊接产品承受载荷的特征、使用条件、寿命要求及制造工艺过程繁简程度等进行合理选材。强度等级较低的钢材价格较低焊接性能好，但在重载荷情况下，会导致产品尺寸和重量的增大；强度等级较高的钢材价格较高，但可以节省用料、减小产品尺寸和重量。此外，选材时还应考虑材料强度级别不同时，会由于材料加工、焊接难易程度的不同对制造费用产生影响。选择结构材料时，应按照焊接结构材料满足的使用
18、性能要求和加工性能要求，经过对其工况条件及各种材料在不同使用条件下的性能数据进行全面分析对比和精确计算，最终选用最适用的、经济性最好的结构材料。在同一焊接结构件或产品中应减少选用板材或型材的材质种类和规格，宜选用轧制的型材和异型材。在材料划分零部件下料时，考虑材料合理套料的可能性，提高材料利用率。焊接材料的选用宜考虑的主要因素如下：材料的特性数据；结构的运行条件；加工工艺；焊接工艺过程对材料性能的影响；一一结构工作环境所产生的作用。8.5 焊缝位置的合理性与经济性在设计焊缝位置时，应选择水平焊或平角焊，以保证焊接质量、提高生产率。同时在设计时宜考虑各处焊缝的布置具备可操作性，避免由于空间受限造
19、成个别焊缝无法焊接。各种焊接位置的施焊时间对照示例见图6、图7及表10,宜避免强迫位置焊缝（见图8）O人由I仰焊立焊桢墀图810焊接位与施焊时间对照表焊接位置种类平角焊（水平角焊）平焊仰焊立焊横焊（对接焊缝）施焊时间比1.31.02.52.21.88.6 减少结构件焊接后的辅助工序8.6.1 焊接后的辅助工序包括矫直、清理和打磨、焊后热处理。8.6.2 优先选用双面焊缝，减少因单面焊缝变形较大而进行的矫直。8.6.3 6.3尽可能按负偏差焊接，减少因焊缝过高而进行的清理和打磨。8.6.4减少因如下情况而进行的焊后热处理。a）当要求焊后消除应力和焊后进行多孔、多平面的机械加工时，应进行必要的热处
20、理。b）当材料的碳当量超过0.3%、要求减少由于合金元素而产生的焊后硬脆时，应进行焊后热处理。c）针对焊缝较少、壁件薄、不进行机械加工且精度要求较低的焊接件，可采用振动时效来消除应力处理，而不采用焊后热处理。8.7减少焊Sl内应力和收缩变形时的焊缰布8.7.1 收缩类型随着板厚的增加，焊缝在很大程度上会出现收缩，可分为如下三种收缩横向收缩（见图9）;纵向收缩（见图10）;一角变形收缩（见图11）。标引符号说明:ft三lo8.7.2 双少收缩应力的措施8.7.2.1 采用断续焊缝、减小焊缝体积、降低热量输入，能减少收缩应力。但为避免应力集中，断续焊缝不宜用在动载荷的结构件中。8.7.2.2减少收
21、缩力矩，焊缝应相对截面的重心轴S对称布置。如不可能，则较厚的焊缝应布置在靠近对称轴心，较薄的焊缝布置在另一面（见图12）。8.7.2.3避免焊缝聚积（例如十字交叉焊缝），特别是在厚截面时要避免，以免产生三向应力。若结构上需要交叉焊缝时，相交焊缝应交错布置（见图13）。8.7.2.4 筋板能导致应力集中，可对筋板倒角，避免焊缝相交。8.7.2.5 用收缩切口来减少收缩应力（见图14、图15、图16）。BQ12图13图14图15ffi168.8减少由于内应力在厚度方向而形成的层状撕裂8.8.1 层状撕裂对于厚度不小于30mm的钢板，如果在焊接时厚度方向承受较大的拉伸拘束应力则易发生层状撕裂（见图1
22、7）。层状撕裂多发生在T型和十字接头的结构上，裂纹一般不露出表面，有危险性。图178.8.2 防止层状撕裂的措施8.8.2.1对于船舶、海上采油平台、锅炉和压力容器等重要焊接件应采用符合GB/T5313中对厚度方向性能规定的钢板。钢板的抗层状撕裂能力采用厚度方向（Z向）拉伸试验的断面收缩率来评定。8.8.2.2选用合适的结构，以减少向拘束度，其具体办法如下。a）改进焊接接头形式：对塑性、韧性较低的焊缝区，避开与外力垂直作用如图18a所示,开坡口（如图18b）所示,将全插式接管改为半插式（如图18c）所示。a)图18b）改进结构型式。如：将平板封头改为椭圆封头（如图19所示）；通过增大连接面减少
23、层状撕裂（见图20）;用减少不必要的焊缝截面积来减少层状撕裂倾向（见图21）,因为较小焊缝面积收缩途径小，收缩变形也小，层状撕裂也下降；采用合适的连接或坡口形式，以消除层状撕裂（见图22、图23）。图19图20标引符号说明：S钢板的厚度。图239焊接件图样要求9.1 技术要求焊接件的设计应符合GB/T37400.3的规定。9.2 图样标注要求焊接件图样中的焊缝标注应符合GB/T324的规定，焊接件的图样规范参见附录Ao10设计举例设计举例参见附录B。附录A（资料性）焊接件图样规范焊接件的图样规范见表AJo*A.l焊接件图样规范通用技术条件GB/T37400.3焊缝质量评定等级尺寸公差精度等级形
24、位公差精度等级密封性试验是/否耐压试验是/否焊后消除应力处理是/否表面处理是/否附录B（资料性）设计举例8.1 适用于手工焊接或小批量生产，情况如下：法兰焊接，由于角焊缝成本低，使用角焊缝是经济的（见图B.1）;一定心，工件在焊接前，一般情况下，不需过高的定心要求（见图B,2）;光滑表面和配合面不通过焊缝（见图B.3）,如切削加工的法兰。不系济的图B.1不经济的经济的不经济的经济的图B38.2 箱形焊接结构件，由带边缘钢板或型材拼焊，见图B.4。不好好好图B.48.3 盖板同侧板拼焊时，根据板厚确定搭接焊接。一般盖板厚度小于或等于IOmm且与侧板的厚度差较小时，盖板就不易弯曲（见图B.5）o标
25、引符号说明：s1盖板钢板的厚度：Sg一一侧板钢板的厚度。图B.58.4 焊缝根部不处于受拉力区域（见图B.6）。图B.68.5 在承受最大弯曲负载处，避免横焊缝（见图B.7）.图B.78.6 在角接头连接中，避免向外开口的焊缝（防止生锈）；在要求密封和承受动载荷时，增设内部焊缝。如图B.8所示。此处易牛储图B.88.7 在焊缝封闭时，将焊缝中的一段断开或者增加一个通气孔，以便在加热或冷却时空气能够流通，否则要导致变形（见图B.9）。通气孔/H+H+H+HHH卅IW+H+HHHHH卜件I”+IHHHMH图B.98.8 剖分面不要被焊缝断开（见图B.l（）,图B.1O8.9 如果封闭箱体要进行退火
26、，则钻4）5mnfl0mm的通气孔。如果孔有影响，退火后可再堵塞（见图B.ll）o图B.11B.10焊接件要求水、油密封，不使液体从螺纹孔和其他类似地方泄出时，在强度允许的情况下，设有内部焊缝或采取适当的结构（见图B.12）o图B12B.11薄钢板焊接时，有发生拱起的倾向。考虑开孔焊接或采用图B.9的方式，如图B.13所示。不好好图B.13B.12由于负荷直接传递，对于连杆与轴套的焊接，整体镶焊较侧焊好（见图B.14）。在较小负荷情况下，宜采用角焊缝（轴套尽可能用圆钢）。在动负荷情况下，采用斜切环缝。在较高负荷情况下采用锻件环缝（见图B.15）o小负荷时，弯曲叉头焊在杆端平面上是适宜的，用管子
27、连接最好。高负荷时采用锻焊或铸焊结构（见图B.16）o图B.14较小负荷动负荷较高负荷图B.15标引符号说明：S-钢板的厚度。图B16B.13对于需喷丸处理的箱型结构，考虑在喷丸后能够清理，防止残留钢砂，以免钢砂进入工件或润滑系统中造成损坏。B.14对于承受较高负荷的构件，宜采用K型焊缝（见图B.17）。狭窄的双耳环应用经弯曲的钢板焊接，这样便于操作（见图B.18）o图R17B.15壁厚较薄、要求弯曲刚性大的箱形筋（空心筋板），可用角钢、槽钢或钢板弯制而成（见图B.19）。图B.19B.16型钢连接说明如下：a）工字钢的接缝见图B.20;b）角钢和槽钢的斜角接缝见图B.21;c）避免采用焊缝角度小于45（见图B.22）;d）重要结构件型钢接缝型式见图B.23;e）对于不重要的焊接结构可不用插接（见图B.24）;f）在型钢焊接结构中，型钢本身的尺寸和形状偏差往往影响焊接后的加工质量（见图B.25）。图B.20图B.21图B.22图B.24图B.25
