中國焊接結構設計的案例
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引言
使用焊接方法制造的金屬結構稱為焊接結構。船體、球罐、起重機臂等都是焊接結構。
設計主要內容：（1）焊接結構材料的選擇；（2）焊接方法的選擇；（3）焊接接頭工藝設計；包括焊縫布置的設計，焊接接頭形式和坡口形式設計。（4）焊接材料、焊接參數的選擇等。
1、焊接結構設計基本要求：1、實用性2、可靠性3、工藝性4、經濟性
2、選材的一般原則：
（1）WC＜0.25%的碳鋼（低碳鋼），WC＜0.4%的低合金鋼焊接性好盡量選用。 WC>0.5%的碳素鋼，WC>0.4%的合金鋼焊接性不好。
（2）強度等級低的低合金鋼的可焊性與低碳鋼相似，但強度比低碳鋼高，適當選用低合金鋼代替低碳鋼可以節省鋼材，減輕結構重量。
（3）盡量減少異種金屬的熔焊。減少出現的問題復雜性，避免無法用熔焊的方法獲得滿意接頭。
（4）盡量選用尺寸較大的原材料或型材，以減少焊縫數量。
（5）盡量采用廉價材料，以降低成本。
3、焊接接頭形式設計：焊接接頭是焊接結構最基本的組成部分，是影響結構性能與安全的關鍵因素。接頭形式設計應根據焊接方法、結構形狀與尺寸、強度要求、填充金屬的量和坡口形式、加工難易等因素綜合考慮。
4、常用焊接接頭形式及特點：（1）對接接頭：受力均勻，接頭質量易保證，應用最廣；（2）搭接接頭：受力不均勻，材料消耗大，一般用于薄板件；（3）角接接頭：只連接，不能傳遞工作載荷；（4） T形接頭：可傳遞載荷。
5、焊接桁架
1.定義：由桿件組成的通常具有三角形特征的承受橫向彎曲載荷的構件。
2.特點：材料利用率高、耗材少、自重輕，常用于大跨度、承載小的場合。
3.桁架的結構形式：平面桁架（基本）和空間桁架（由平面桁架組成）。桿件只受軸向力，其連接點稱為節點，通過焊接而成，節點之間的區間稱為節間。桿件分為弦桿和腹桿。
4.關于節點。
展開 塑膠件的結構設計：超聲波焊接篇（上）
由于效率高，人工成本低，同時省去了大量夾具、粘合劑或者機械緊固件等的使用，因此超聲波焊接是一種非常經濟的塑膠件裝配方式；
3)強度高。超聲波焊接幾乎可以達到塑膠件本體強度的80%以上，在一些應用上甚至可以與注塑成型相媲美；
4）不改變塑料狀態，超聲波塑料焊接是一種固態工藝，可以通過精確控制，振動產生的高溫只會熔化塑膠而不會過度加熱導致降解，停止工作后會迅速冷卻固化，有助于保持塑料在連接前表現出的原始材料特性。
5)合理的塑膠件結構設計可以使得超聲波焊接達到一定程度的水密或氣密效果；
6)表面質量好，焊點美觀，可以實現無縫焊接；
7)工序簡潔，操作簡單，可以實現自動化焊接；
8)品質穩定，產品質量穩定可靠，焊接故障率低，適宜大批量生產；
9)超聲波焊接過程清潔，無需其他粘合劑，能源和材料效率高。
2、缺點：
1）超聲波焊接機的初始投資相對昂貴；
2）超聲波塑料焊機需要定制焊頭以及工裝，適應性差；
3）零件大小和形狀的限制，中小型的塑膠件適合超聲波焊接，常用的超聲波焊接機有尺寸限制（通常長度<250mm），形狀太過于復雜（主要指焊接區高度方向），焊接質量難以保證；
4）超聲波焊接是不可拆卸性連接，無法像螺絲卡扣等連接方式一樣進行反復拆卸。一旦兩個零件過超聲波焊接裝配成一體，之后如果發現產品存在質量問題，那么也無法進行返工。
5）超聲波焊接會產生振動，振動會對塑膠某些應力集中部位產生不利影響（開裂），同時振動也可能會對內部裝配的電子元器件產生一定程度的傷害。
6）超聲波焊接對塑膠材料有一定的局限性，
超聲波焊接并不能夠焊接所有的塑料，這是超聲波焊接最大的局限性。有的塑料焊接性能好，有的塑料焊接性能差，而且超聲波焊接一般僅適合于—種或者相似塑料之間的焊接。
那些材料適合超聲波焊接？
展開 焊接結構抗疲勞設計過程中的認識誤區
焊接結構抗疲勞設計過程中的認識誤區
從結構制造特點的角度看，由于焊接結構具有連接性好、重量輕、易于加工、便于采用自動化生產等優點，在長期承受靜態或動態載荷的復雜裝備領域得到廣泛應用，特別是焊接工藝技術的不斷推陳出新，更是顯著地提升了焊接結構在這些產品中的應用地位。但是焊接結構還有不足的一面，即：承受動載荷的焊接接頭，由于其幾何不連續性而導致應力集中，因而焊接結構成了產品結構可靠性的薄弱環節之一。
面對焊接結構疲勞失效的問題，多少年來包括軌道車輛在內的各個制造行業一直在努力治理，并取得了一定進展，確保了焊接結構的服役安全，但目前依然存在一些認識上的誤區，如果我們能夠從這些這些認識誤區中盡快地走出來，效果將可能更加顯著。
誤區一：將金屬材料抗疲勞強度設計的理論與方法不加區分地用于焊接結構
該認識誤區是理論層面的。以原鐵道部1996年頒布的《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》(TB/T 1335—1996)標準為例，在這個標準的“車輛主要零部件疲勞強度評估方法”一節中，首先指出：“本方法是鐵道車輛主要承載零部件或構件的疲勞分析指南，適用于各型鐵道車輛主要承載零部件的疲勞評估”，可見該標準的內容并不區分被評估的對象是否為焊接結構。在該書的后面也將提到，焊接結構抗疲勞設計的理論與方法與金屬材料疲勞強度設計的理論與方法的不同，其原因是它們的疲勞破壞機理是有明顯區別的，因此二者不可互相替代。在定義疲勞壽命時，該標準認為疲勞壽命是“構件疲勞裂紋萌生壽命與裂紋擴展壽命之和”，然而在焊接結構的疲勞開裂過程中裂紋萌生對疲勞壽命的貢獻是可以忽略的。
展開 塑膠件的結構設計：超聲波焊接篇（中）
圖：鑿子型超聲線
4）超聲波焊接的配合結構
a）普通型
在實際的應用中，普通的超聲波焊接配合結構較簡單，存在一定的缺陷，有一定的風險產生溢膠，同時沒有止口限位，容易產生斷差，不能很好滿足外觀要求。(下圖為普通型超聲波焊接配合結構的簡圖，超聲線的尺寸可按上述介紹參考設計)
為了解決溢膠和斷差問題，以下有三種改善結構（較適用于一些高度較小的端蓋型零件焊接）：
圖1：有內部圍邊自定位，斷差可以得到一定改善，但是還是存在在外觀面溢膠風險。
圖2：有外部圍邊自定位，斷差得到改善（即使有在外觀上也不明顯），溢膠面在內部，外觀無溢膠。
圖3：有內外圍邊自定位，斷差得到改善，同時內部和外觀都無溢膠。
這種普通的超聲波焊接配合結構，其優點是，由于不在外壁上設計止口，壁厚均勻性好，因此，除了應用在端蓋型產品焊接上，也適用于小型產品，這類產品壁厚本來就小，再切止口容易產生應力痕等外觀缺陷。比如，在蘋果公司的專利中，發現一項“無縫一體式結構”的專利，描述了如何將不同的零件焊接在一起以獲得無縫的外觀。
具體是對超聲波焊接后產生的溢出焊接環進行切割、打磨、拋光和清潔等工序后，可以制造出具有無縫、更美觀的“一體成型”外觀的耳機。
但是蘋果公司的設計成本高，一般的產品還是回歸常規設計，以下介紹幾種較常用的超聲波焊接配合結構。
b）階梯型
階梯型由于是在單止口的基礎上設計的，所以也叫單止口型。
優點：
配合面采用止口式設計，可實現自定位，減少零件在焊接過程橫向移動，減小外觀斷差，通過設計美工線，即使有輕微變現，斷差也不明顯。
如有溢膠產生，也是在產品內側產生，不會在產品外側殘留，保證外觀質量。
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設計仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預測汽車結構
汽車案例舉例
上海大眾汽車有限公司作為Simufact的資深客戶，已經熟練使用Simufact welding解決實際結構件的焊接變形問題，隨著仿真數據及仿真經驗的積累，針對不同結構和焊接工藝，已經具備一些仿真判斷標準。一些結構焊接工藝的規劃，經過Simufact welding仿真驗證后，幫助其提升了焊接變形質量控制，受益明顯。
以下案例來自上海大眾汽車有限公司，展示了Simufact welding焊接工藝仿真軟件變形結果與實際焊接變形結果對比。結構分別為B柱熱成型板激光焊接案例以及白車身側圍門框焊接變形。
上海大眾汽車有限公司通過使用Simufact welding焊接仿真軟件，深刻認識到精確的仿真結果需要結合實際焊接工藝仿真，如下圖所示為實際焊裝、焊接順序工藝。
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汽車案例舉例
上海大眾汽車有限公司作為Simufact的資深客戶，已經熟練使用Simufact welding解決實際結構件的焊接變形問題，隨著仿真數據及仿真經驗的積累，針對不同結構和焊接工藝，已經具備一些仿真判斷標準。一些結構焊接工藝的規劃，經過Simufact welding仿真驗證后，幫助其提升了焊接變形質量控制，受益明顯。
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展開 中國鋼結構金獎——大連東港D10、D13地塊超高層結構設計分享
項目信息
建設地點：大連市東港區
結構類型：超高層辦公及住宅
結構高度：最高塔樓249.35m
建筑面積：556377㎡
所獲榮譽：中國鋼結構金獎
近日由四院擔當設計的大連東港D10、D13地塊項目順利竣工，該項目位于東港商務區核心地段，由兩棟高250m塔樓（D10地塊）及兩棟高200m塔樓（D13地塊）組成超高層建筑群組，是恒力地產在大連未來的城市新核和價值高地打造的高端綜合體項目。項目建成后已成為大連東港的新地標和大連高端住宅的標桿。
該項目整合了國際國內一流團隊鼎力打造，方案由美國MG2公司與同濟設計集團聯合呈現，設計四院承擔初步設計至施工圖階段的具體設計工作。本期“構思”我們將分別對這兩個地塊的超高層結構設計進行介紹。
D10地塊概況
業主：恒力地產
建筑性質：辦公及公建式公寓
建設地點：大連市東港區
結構高度：最高塔樓249.35米
層數：地下3層，地上68層
抗震設防烈度：7度（0.1g），并按安評報告提高
結構難點與挑戰
1.結構整體高寬比較大——以幕墻頂算，整體高寬比達到7.7，而國內一般200~250米的建筑合理高寬比為4.5~6左右，過大的高寬比使抗側力體系的設計成為挑戰。
展開 設計仿真 | Simufact Welding焊接工藝-結構一體化仿真分析方案
例如本文用到的工藝結果映射工具模塊Digimat-MAP和有限元聯合仿真分析模塊Digimat-CAE，就集成在解決方案Digimat-MS里面，而Digimat-MS則是多尺度耦合分析集成解決方案，該方案將工藝分析與結構分析集成，通過將工藝分析結果映射至結構分析模型，完成后續的結構分析。
?MSC Nastran工具軟件
MSC Nastran是一款高度可靠性結構有限元分析軟件，擁有眾多領先的求解功能，尤其在動力學方面，可以快速的得到準確的分析結果。MSC Nastran具有多學科分析，可為用戶提供針對各種工程問題的一體化結構分析解決方案。MSC Nastran能夠有效解決各類大型復雜結構的強度、剛度、屈曲、模態、動力學、熱力學、非線性、聲學、流體-結構耦合、氣動彈性、超單元、結構疲勞、慣性釋放及結構優化等問題。
圖4. MSC Nastran多用途有限元分析程序
PART.02
焊接工藝-結構一體化仿真工作流程
為了考慮焊接工藝對焊接結構強度的影響，本文給出一種焊接工藝-結構一體化仿真分析的工作流程。該流程可實現金屬結構焊接工藝仿真分析，將焊接工藝仿真結果自動引入結構仿真分析中，保證焊接結構仿真模型與實際狀態的一致性，從而提高焊接結構強度分析的精度。
圖5. 焊接工藝-結構一體化仿真分析工作流程。
上述仿真分析流程包含3個步驟：
01
結構焊接工藝仿真；
02
焊接工藝結果映射；
03
耦合結構仿真分析軟件MSC Nastran，通過istress關鍵字引入焊接殘余應力完成最終結構分析，從而考慮焊接殘余應力的影響。
其中，焊接工藝仿真可以在工藝仿真軟件Simufact Welding中進行，分析完成后獲得焊接工藝結果，包括殘余應力、變形分布、溫度場等。
展開 克羅地亞薩格勒布大學機械工程與船舶建筑學院選擇 Cast-Designer Weld 用于大型結構與海洋設備焊接設計與模擬
今年7月，薩格勒布大學面向全球招標， 遴選能針對大型結構和海洋工程進行焊接設計與模擬的軟件系統和相關服務，C3P Software憑借強大的技術實力和完善的一級、二級技術支持能力最終在眾多軟件中脫穎而出，一舉中標。
C3P software 的 Cast-Designer WELD， 為焊接行業客戶和焊接產品提供完整的解決方案：包括焊接工藝設計、模擬和焊接裝配優化。過程中考慮了幾何設計，材料性能和焊接工藝等所有因數。針對大型焊件，從材料到工藝，到模擬和優化唯一可行的全流程系統，內置超快速自動建模技術和人工智能優化算法。
Maja Jurica, 薩格勒布大學機械工程和船舶建筑學院高級研究員，很自豪地說“我們選擇 Cast-Designer Weld 是由于其獨特的設計模擬一體化的綜合功能，及其對大型結構變形與應力分析勝于其他軟件數十倍的計算能力和模型化時間，正是我們長期尋求的”。
請點“在看”或分享，也歡迎留言。
如需申請 C3P Cast-Designer
或 Cast-Designer Weld軟件演示
請長按識別二維碼，填寫表格
我們將盡快與您聯系：
展開 基于solidThinking的中國商飛3D打印機翼擾流板結構優化設計
行業：航空航天
挑戰：載結合 3D 打印工藝如何實現輕量化設計并保證優化設計結果的 工藝性及美觀性。
Altair 解決方案：運用 Altair Inspire 進行拓撲優化設計，得到輕量化的設計結果；再運用 Altair Evolve 進行建模和渲染，得到可以直接 3D 打印制造的設計模型。
優點：提升設計效率，節約大量時間； 外形創新最大程度利用了 3D 打印的制造優勢；輕量化設計，有助于降低運營費用成本。
背景介紹
隨著中國大飛機工業的進步和 3D 打印技術的逐漸成熟，中國商飛舉辦了一系列結構部件的3D打印化設計優化競賽與預研活動。 本次進行輕質化設計的是飛機機翼的擾流板，該零件是飛機機翼（包括噴氣式飛機和滑翔機）上常用的一種減速裝置。為了實現減重，與研究 3D 打印在機翼結構上應用的可行性的目標，本例做了創新的嘗試并獲得了第一屆中國商飛 3D 打印結構優化設計大賽的二等獎。 通過應用 Altair 公司的 Altair Inspire 對機翼擾流板進行優化及改進設計，將設計思路由原來的“先設計產品結構再校核產品性能”轉變為“先確定產品性能，再通過拓撲優化手段得出產品最終結構”，為該擾流板的結構方案選型提 供了依據。
挑戰
首先，飛機設計中為降低后期的運營維護成本，就要求結構重量盡量輕以增加飛機整體的燃油經濟性，但部件的結構剛強度仍需達到響應標準。
其次，在設計中需要考慮與現有接口的匹配，并要使用3D打印的加工方 式。這一設計要求與現有的基于鈑金和機加工的設計方案有很大的不同，也就意味著憑借經驗來設計的可行性幾乎沒有。
展開 [分享]提供設計真手機3D-proe數據,打造更多的中國-手機結構工程師
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另：
深圳市中連尋科技有限公司，應生產發展要求。
招產品設計助理3-5人，
要求：
1誠實真誠，所提供資料均為真實資料，
2有愛心，能有心資助貧困山區小孩學習相關費用。
3會用PROE，CAD設計軟件，使用熟練程度不限。有做塑膠產品相關經驗優先，年齡19-26歲，其他不限。
4服從管理和安排調配。
待遇：1提供食宿，2相應的福利依國家勞動法，
5提供培訓，若能力不強可提供培訓，但培訓費要從工資中計算并自愿捐助給貧困山區小孩提供學習相關費用.
6工資待遇，2K-4K.一經錄用，簽訂兩年國家正式工作合同。報名時間有效期7天。先將簡歷投放jingyi2013@yahoo.com.cn,寫好自己的要求和發展愿望,相關的聯系電話，地址，郵箱，QQ號碼。其它不收任何不合法的費用。未接到正式面試通知不先安排面試。
因工作時間比較繁忙，所上傳數據只能分時上傳，希望好學者有耐心。先上一些手機圖片，每增50層樓發一款手機3D-proe數據。
展開 
千斤頂支架固定裝置焊接件組裝
我設計了這些千斤頂支架，用于焊接，重量適中，可調節。中心管設計為可從焊接底座上拆卸，可更換不同高度的管子。常見用途是支撐懸掛在固定臺上的長管等，以及焊接拖車框架。 ￥3
我設計了這些千斤頂支架，用于焊接，重量適中，可調節。中心管設計為可從焊接底座上拆卸，可更換不同高度的管子。常見用途是支撐懸掛在固定臺上的長管等，以及焊接拖車框架。
鋼結構焊接中對焊接材料的要求有哪些？
焊接材料要求
焊接材料熔敷金屬的力學性能應不低于相應母材標準的下限值或滿足設計文件要求。
【說明】焊接材料對焊接結構的安全性有著重大的質量影響，其成分、物理性能和工藝性能應符合相應國家標準的規定，施工企業應采取抽樣方法進行驗證。
1、焊接材料應儲存在干燥、通風良好的地方，由專人保管、烘干、發放和回收，并有詳細記錄。
【說明】焊接材料的保管要求主要是防止焊接材料銹蝕，防止受潮、變質，甚至脫落，影響正常使用。
低氫型焊條的烘干應符合下列要求:
1、焊條使用前在300-430°C溫度下烘干1. 0~2h，或按廠家提供的焊條使用說明書進行烘干。焊條放入時烘箱的溫度不應超過最終烘干溫度的一半，烘干時間以烘箱到達最終烘干溫度后開始計算;
2、烘干后的低氫焊條應放置于溫度不低于120 °C的保溫箱中存放、待用;使用時應置于保溫筒中，隨用隨取;
3、焊條烘干后放置時間不應超過4h，用于III , IV類結構鋼的焊條，烘干后放置時間不應超過2h。重新烘干次數不應超過2次。
【說明】低氫型焊條主要用于重要的焊接結構，對低氫焊條的要求更為嚴格。在低氫焊條包裝前一般均經過符合擴散氫要求溫度的嚴格烘焙，并進行密封容器包裝。如果密封包裝完好，包裝打開后立即使用，可不必進行烘焙;但包裝損壞或打開包裝后超過4小時后使用，應按本規范規定進行烘焙。
低氫型焊條焊接前進行高溫烘焙，去除焊條藥皮中的結晶水和吸附水，主要是為了防止焊條藥皮中的水分在施焊過程中經電弧熱分解而給焊縫金屬中帶入氫，而氫是焊接延遲裂紋產生的主要因素之一。
焊接調質鋼、高強度鋼及橋梁結構的焊接接頭，氫致延遲裂紋比較敏感，故對焊接材料中氫的來源控制更為嚴格。
展開 第24屆中國焊接博覽會
由中國電器工業協會、成都電焊機研究所、南京市人民政府聯合主辦的第24屆中國焊接博覽會將與2010年10月28至30日在南京國際展覽中心（龍蟠路88號）舉行。
第二十四屆中國焊接博覽會將聯袂鉛酸蓄電池、電機裝備、輸配電裝備、電工器材及附件等數個電工電器行業，在天津成功舉辦第一屆“電博會”的基礎上，于2010 年10 月28 日至30 日在南京國際展覽中心舉辦電工電器行業的盛大展銷活動——2010 中國國際電工電器裝備博覽會。
展會期間，由五大用戶行業協學會和中國電器工業協會領銜下屬三十余個分會、研究所及江、浙、滬、皖等地市眾多用戶地方協學會組織和舉辦的各類焊割熱點話題的專題研討會、…………
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展開 OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
圖1.菲涅爾透鏡結構形式
菲涅爾透鏡是一種利用多層環形圓錐表面構成的特殊面型結構，用以使光線按預定會聚角會聚的光學元件，他等效于一個球面透鏡，如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結構簡單的大孔徑非成像系統，特別是照明系統更為常見。這類系統往往只需要一個單片透鏡，工藝簡單可以模壓成形。在對該類透鏡初始結構設計時利用 OCAD 程序也非常簡單。只要在數據表格中的“表面面型”欄內選擇“菲涅爾面”，接著界面會出現菲涅爾面型設計窗體如圖3。在此窗體表格內首先 利用其中“下插入”或“刪除”工具按鈕確定菲涅爾面的環形圈數，再給出菲涅爾面的表面等效焦距值，進一步按“確定”按鈕即可自動算出該菲涅爾面的各環錐面傾斜角度值。
圖2.菲涅爾透鏡設計菜單
圖3.菲涅爾表面設計窗體
菲涅爾面的基底一般是平面，有時為了某種特殊用途也可以是球面，但這時的球面半徑僅僅只作為菲尼爾面的基底，沒有像球面透鏡那樣具有光焦度的貢獻。決定該面光焦度的是菲涅爾面的等值焦距而不是該面基底半徑。帶有球面基底的菲尼爾面的設計方法與以上相同。
由圖3可以看出，OCAD 在對菲涅爾透鏡自動設計時可以嚴格把各環帶中點的光線匯聚于一點，但對于整個環帶菲涅爾透鏡而言，其橫向像差取決于環帶寬度，因為就每個環帶而言只是個平面光錐，只使光線轉折不能會聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點列圖如圖4。
圖4.菲涅爾透鏡光斑點列圖
圖5.菲涅爾透鏡光學零件圖
對帶有菲涅爾面型的光學系統（菲涅爾透鏡）設計完成之后，OCAD 可以像其他非球面鏡一樣繪制各種光學圖紙。在繪制零件圖是還可以繪出菲涅爾面的所有面型參數，如圖5所示。
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