GB_T43483-2023重型机械焊接件设计规范.docx

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、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、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,W"W,+W*+WvWm÷W1.Ce()-wc÷-+÷is(1>b)普通碳钢和低合金钢，we<O.6%、wmn<l.6%wy<3.3%、wc,<1.0%>WmO<0.6%、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(500MPaRm1000MPa),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C<0.4%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，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.(3<-6-It')P=丽表1强度计算公式（续）7.2 焊St的许用应力7.2.1 机械制造7.2.1.1 受静载荷时焊缝的许用应力。按式（4）计算。o=not（4）式中：oY母体金属的许用应力（见表2）;n工作条件系数（见表3）。表2常用钢材的许用应力单位为兆帕材料名称受拉（或压）时材料名称受拉（或压）时Q195140Q235（用于梁桥时）140Q235160Q275175-210«3工作条件系数n焊接方法系数n对接剪切受拉受压焊条电弧焊0.80.90.60埋弧自动焊接、闪光接触对接焊、气体保护焊0.91.00.657.2.1.2 受变载荷和变向载荷时的许用应力R按式(5)计算。R=roJ(5)式中：r降低系数(见表4);o受静载荷时焊缝的许用应力。«4降低系数r焊缝类别载荷类型F对接接头受变载荷r=l受变向载荷1角焊缝及其他焊缝受变载荷r4I,P.,.I"-T*FPmin及PmX分别为绝对数值的最小和最大作用力，代入时应带有本身的正负号。rWl(当r>l时则取r=l)7.2.2 金属结构7.2.2.1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-S"1.5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：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。8.1.2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