用焊接方法制造的金属结构,称为焊接结构。世界主要工业国家每年生产的焊接结构约占钢产量的45%左右。
(1)焊接结构的优点
1)焊接结构与铆接结构相比,可以节省大量金属材料。例如,起重机采用焊接结构,其重量可以减轻15%-20%,建筑钢结构可以减轻10%-20%,原因在于焊接结构不必打铆钉孔,材料截面能得到充分利用。其次,焊接结构件生产不需打孔、划线的工作量较少,比较省工。焊接设备也比铆接生产所需的大型设备如多头钻床的投资低。
2)焊接结构与铸造结构相比,不需要制作木模和砂型,也不需要专门熔炼、浇铸、工序简单、生产周期短。其次,焊接结构比铸件节省材料,焊接结构件的重比铸钢件轻20%-30%,比铸铁件轻50%-60%,因为焊接结构的截面可以按需要来选取,不必像铸件那样因工艺的限制而加大尺寸,且不需要采用过多的肋板和过大的圆角。
3)有些型材如采用焊接结构比用轧制经济。例如,当工字钢的高度大于1750px时,采用钢板拼焊要比轧制的成本低。
4)焊接结构具有一些用别的工艺方法难以达到的优点。例如,焊接结构可以在同一个零件上,根据不同要求采用不同的材料或分段制造来简化工艺。
(2)焊接结构的缺点
1)焊接结构的应力集中比较大:例如,焊缝和焊件的交界处一焊趾,易引起较大的应力集中,应力集中对结构的脆断和疲劳强度有很大影响,破坏往往就从这里开始。
2)焊接结构有较大的焊接应力和变形:焊接变形和应力不但可能引起工艺缺陷,而且在一定条件下将影响结构的承载能力,如强度、刚性和受压稳定性,此外还将影响到结构的加工精度和尺寸稳定性。
3)焊缝中存在着一定数量的焊接缺陷:这些缺陷如气孔、裂纹、夹渣、未熔合、未焊透,一方面会降低强度、引起应力集中,另一方面又是引起结构破坏的主要原因,如焊接裂纹是引起结构发生断裂的主要因素。
4)焊接结构具有较大的性能不均匀性:由于焊缝金属的成分和组织与基本金属不同,以及焊接接头各部位所经受的热循环不一样,所以焊接接头的不同区域具有不同的性能,形成了一个不均匀体。这不均匀体中往往存在着一个薄弱环节,结构的破坏常常就从这儿开始。
5)焊接接头的整体性:这是焊接结构区别于铆接结构的一个重要特性,这一特性使焊接结构具有较高的密封性和刚性,但另一方面又带来一个严重问题,即整个结构的止裂性没有铆接结构好,裂纹一旦形成并扩展就不易制止,继续延伸而使结构.到破坏,而铆接缝往往可以起到限制裂纹扩展的作用。