loading⑶ 焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形
1) 尽量减少焊缝数量及长度,缩小不必要的焊缝截面尺寸 设计焊件结构时,可通过选取不同形状的型材、冲压件来减少焊缝数量。如图4.5.3所示的箱式结构，若用平板拼焊需四条焊缝，若改用糟钢拼焊需两条焊缝，焊缝数量的下降，既可减少焊接应力和变形，又可提高生产率。
焊缝截面尺寸的增大会使焊接变形量随之加大，但过小的焊缝截面尺寸，又可能降低焊件结构强度，且截面过小焊缝冷速过快易产生缺陷，因此在满足焊件使用性能前提下，应尽量减少不必要的焊缝截面尺寸。
图4.5.3 减少焊缝数量示例
2）焊缝布置应避免密集或交叉 焊缝密集或交叉，会使接头处严重过热，导致焊接应力与变形增大，甚至开裂。因此两条焊缝之间应隔开一定距离，一般要求大于三倍的板材厚度，且不小于100mm，如图4.5.4所示。处于同一平面焊缝转角的尖角处相当于焊缝交叉，易产生应力集中，应尽量避免，改为平滑过渡结构。即使不同一平面的焊缝，若密集堆垛或排布在一列都会降低焊件的承载能力。
图4.5.4 焊缝布置应避免密集和交叉 图4.5.5 焊缝布置应对称
3）焊缝布置应尽量对称 当焊缝布置对称于焊件截面中心轴或接近中心轴时，可使焊接中产生的变形相互抵消而减少焊后总变形量。焊缝位置对称分布在梁、柱、箱体等结构的设计中尤其重要，如图4.5.5所示，图a中焊缝布置在焊件的非对称位置，会产生较大弯曲变形，不合理；图b、图c将焊缝对称布置，均可减少弯曲变形。
4）焊缝布置应尽量避开最大应力位置或应力集中位置 尽管优质的焊接接头能与母材等强度，但焊接时难免出现程度不同的焊接缺陷，使结构的承载能力下降。所以在设计受力的焊接结构时，最大应力和应力集中的位置不应布置焊缝。在图4.5.6a中，大跨度钢梁的最大应力处在钢梁中间，若整个钢梁结构由两段型材焊成，焊缝正布置在最大应力处，整个结构的承载能力下降；若改用b图结构，钢梁由三段型材焊成，虽增加了一条焊缝，但焊缝避开了最大应力处，提高了钢梁的承载能力。压力容器结构设计，为使焊缝避开应力集中的转角处，不应采用图4.5.6c所示的无折边封头结构，应采用d图所示有折边封头结构。
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图4.5.6 焊缝应避开应力集中处的布置
图4.5.7 焊缝布置应避开机加工表面
⑸ 焊缝布置应避开机械加工表面 有些焊件某些部位需切削加工，如采用焊接结构制造的零件如轮毂等，如图4.5.7所示。为机加工方便，先车削内孔后焊接轮辐，为避免内孔加工精度受焊接变形影响，必须采用图b结构，焊缝布置离加工面远些。对机加工表面要求高的零件，由于焊后接头处的硬化组织，影响加工质量，焊缝布置应避开机加工表面，如图4.5.7d所示结构比c合理。
2. 焊接方法的选择
各种焊接方法都有其各自特点及适用范围，选择焊接方法时要根据焊件的结构形状及材质、焊接质量要求、生产批量和现场设备等，在综合分析焊件质量、经济性和工艺可能性之后，确定最适宜的焊接方法。
常用焊接方法的特点及适用范围见表4.5.1。 选择焊接方法时应依据下列原则：
⑴ 焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求 选择焊接方法时既要考虑焊件能否达到力学性能要求，又要考虑接头质量能否符合技术要求。如点焊、缝焊都适于薄板轻型结构焊接，缝焊才能焊出有密封要求的焊缝。又如氩弧焊和气焊虽都能焊接铝材容器，但接头质量要求高时，应采用氩弧焊。又如焊接低碳钢薄板，若要求焊接变形小时，应选用CO2焊或点（缝）焊，而不宜选用气焊。
⑵ 提高生产率，降低成本 若板材为中等厚度时，选择焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊均可，如果是平焊长直焊缝或大直径环焊缝，批量生产，应选用埋弧焊。如果是位于不同空间位置的短曲焊缝，单件或小批量生产，采用焊条电弧焊为好。氩弧焊几乎可以焊接各种的金属及合金，但成本较高，所以主要用于焊接铝、镁、钛合金结构及不锈钢等重要焊接结构。焊接铝合金工件，板厚＞10mm采用熔化极氩弧焊为好，板厚＜6mm采用钨极氩弧焊适宜。若是板厚＞40mm钢材直立焊缝，采用电渣焊最适宜。
⑶ 焊接现场设备条件及工艺可能性 选择焊接方法进，要考虑现场是否具有相应的焊接设备，野外施工有没有电源等。此外，要考虑拟定的焊接工艺能否实现。例如，无法采用双面焊工艺又要求焊透的工件，采用单面焊工艺时，若先用钨极氩弧焊（甚至钨极脉冲氩弧焊）打底焊接，更易于保证焊接质量。
3.焊接接头设计
焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计。设计接头形式主要考虑焊件的结构形状和板厚、接头使用性能要求等因素。设计坡口形式主要考虑焊缝能否焊透、坡口加工难易程度、生产率、焊条消耗量、焊后变形大小等因素。
⑴ 焊接接头形式设计 焊接接头按其结合形式分为对接接头、盖板接头、搭接接头、T形接头、十字形接头、角接接头和卷边接头等，如图4.5.8所示。其中常见的焊接接头形式有对接接头、搭接接头、角接接头和T形接头。
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图4.5.8 焊接接头形式
表4.5.1 常用焊接方法的特点及适用范围
焊接 方法 焊接 热源 氧－乙炔 气焊 气体或 其他可 燃气体 焊条电 弧 焊 埋 弧焊 氩 弧焊 CO2 焊 电 渣焊 电弧 电弧 全 位置 ＞1 常用2～10 ≥3 常用4～60 0.5～25 中等 碳钢、低合金钢、不较低 锈钢、铸铁等 全 位置 1～3 较差 低 低 可焊 空间 位置 适用钢板厚 度（mm） 焊缝 成形 性 生 产 率 设备 费用 可焊材料 适用范围及特点 碳钢、低合金钢、铸铁、铝及铝合金、铜及铜合金 薄板、薄管焊件，灰铸铁补焊，铝、铜及其合金薄板结构件的焊接、补焊。但焊件变形大，焊接质量较差 成本较低，适应性强，可焊各种空间位置的短、曲焊缝 较好 平焊 全 位置 全 位置 好 高 中等 较高 碳钢、低合金钢等 成批生产、中厚板长直焊缝和直径>250 mm环焊缝 电弧 好 较高 铝、铜、钛、镁及其合金、不锈钢、耐热钢 焊接质量好，成本高 电弧 0.8～50 常用于薄板 25～1000 常用40～450 生产率高，无渣壳，成本低，较好 高 较高 碳钢、低合金钢 宜焊薄板，也可焊中厚板，长直或短曲焊缝 好 高 高 较低 碳钢、低合金钢、铸铁 焊接薄板，接头为搭接 较厚工件立焊缝 电阻热 立焊 点焊 全 位置 常用0.5～6 很高 ～ 较高 较高 碳钢、低合金钢、铝及铝合金 缝焊 电阻热 平焊 ＜3 好 焊接有密封要求的薄板容器和管道，接头为搭接 焊接杆状零件，接头为对接 较低 ～ 较高 对焊 —— 高 常用于电子元件、仪器、仪表及精密机械零件的焊接，还可完成其他焊接方法难以完成的异种金属间焊接。但接头强度较低，接头多为搭接 各种热源（常钎焊 用烙铁和氧－乙炔焰） 平、 立焊 —— 好 高 一般为金属材料
对接接头应力分布均匀，节省材料，易于保证质量，是焊接结构中应用较多的一种，但对下料尺寸和焊前定位装配尺寸要求精度高。锅炉、压力容器等焊件常采用对接接头。搭接接头不在同一平面，接头处部分相叠，应力分布不均匀，会产生附加弯曲力，降低了疲劳强度，多耗费材料，但对下料尺寸和焊前定位装配尺寸要求精度不高，且接头结合面大，增加承载能力，所以薄板、细杆焊件如厂房金属屋架、桥梁、
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起重机吊臂等桁架结构常用搭接接头。点焊、缝焊工件的接头为搭接，钎焊也多采用搭接接头，以增加结合面。角接接头和T形接头根部易出现未焊透，引起应力集中，因此接头处常开坡口，以保证焊接质量，角接接头多用于箱式结构。对于1～2mm薄板，气焊或钨极氩弧焊时为避免接头烧穿又节省填充焊丝，可采用卷边接头。
⑵ 焊接接头坡口形式设计 开坡口的根本目的是为使接头根部焊透，同时也使焊缝成型美观，此外通过控制坡口大小，能调节焊缝中母材金属与填充金属的比例，使焊缝金属达到所需的化学成分。坡口的常用加工方法有气割、切削加工（车或刨）和碳弧气刨等。
焊条电弧焊的对接接头、角接接头和T形接头中有各种形式的坡口，其选择主要取决于焊件板材厚度。
1）对接接头坡口形式设计 对接接头的坡口基本形式有I形坡口、Y形坡口、双Y形坡口、带钝边U形坡口、带钝边双U形坡口、单边V形坡口、双单边V形坡口、带钝边J形坡口、带钝边双J形坡口等，图4.5.9中列出其中六种坡口形式。此外，还有带垫板的I形坡口等。
2）角接接头坡口形式设计 角接接头的坡口基本形式有I形坡口、错边I 形坡口、Y形坡口、带钝边单边V形坡口、带钝边双单边V形坡口等。如图4.5.10所示。
3）T形接头坡口形式设计 T形接头的坡口基本形式有：I形坡口、带钝边单边V形坡口、带钝边双单边V形坡口等，见图4.5.11所示。
焊条电弧焊板厚＜6mm时，一般采用I形坡口；但重要结构件板厚＞3mm就需开坡口，以保证焊接质量。板厚在6～26mm之间可采用Y形坡口，这种坡口加工简单，但焊后角变形大。板厚在12～60mm之间可采用双Y形坡口；同等板厚情况下，双Y形坡口比Y形坡口需要的填充金属量约少1/2，且焊后角变形小，但需双面焊。
图4.5.9 几种对接接头坡口形式图 4.5.10 几种角接接头坡口形式
带钝边U形坡口比Y形坡口省焊条，省焊接工时，但坡口加工麻烦，需切削加工。
埋弧焊焊接较厚板采用I形坡口时，为使焊剂与焊件贴合，接缝处可留一定间隙。 坡口形式的选择既取决于板材厚度，也要考虑加工方法和焊接工艺性。如要求焊透的受力焊缝，能双面焊尽量采用双面焊，以保证接头焊透，变形小，但生产率下降。若不能双面焊时才开单面坡口焊接。
对于不同厚度的板材，为保证焊接接头两侧加热均匀，接头两侧板厚截面应尽量相同或相近，如图4.5.12所示。不同厚度钢板对接时允许厚度差见表4.5.2。
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