焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

1、第四節(jié) 焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)一、焊接接頭的種類及接頭型式焊接中，由于焊件的厚度、結(jié)構(gòu)及使用條件的不同，其接頭型式及坡口形式也不同。焊接接頭型式有：對(duì)接接頭、T形接頭、角接接頭及搭接接頭等。(一)對(duì)接接頭兩件表面構(gòu)成大于或等于135，小于或等于180夾角的接頭，叫做對(duì)接接頭。在各種焊接結(jié)構(gòu)中它是采用最多的一種接頭型式。鋼板厚度在6mm以下，除重要結(jié)構(gòu)外，一般不開(kāi)坡口。厚度不同的鋼板對(duì)接的兩板厚度差(1)不超過(guò)表12規(guī)定時(shí)，則焊縫坡口的基本形式與尺寸按較厚板的尺寸數(shù)據(jù)來(lái)選??；否則，應(yīng)在厚板上作出如圖18所示的單面或雙面削??；其削薄長(zhǎng)度L3(1)。圖18 不同厚度板材的對(duì)接(a)單面削薄，(b)雙面削薄

2、表1-2較薄板厚度1255991212允許厚度差(1)1234(二)角接接頭兩焊件端面間構(gòu)成大于30、小于135夾角的接頭，叫做角接接頭，見(jiàn)圖19。這種接頭受力狀況不太好，常用于不重要的結(jié)構(gòu)中。圖19 角接接頭(a)I形坡口；(b)帶鈍邊單邊V形坡口(三)T形接頭一件之端面與另一件表面構(gòu)成直角或近似直角的接頭，叫做T形接頭，見(jiàn)圖110。圖110 T形接頭(四)搭接接頭兩件部分重疊構(gòu)成的接頭叫搭接接頭，見(jiàn)圖111。圖111 搭接接頭(a)I形坡口，(b)圓孔內(nèi)塞焊；(c)長(zhǎng)孔內(nèi)角焊搭接接頭根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式和對(duì)強(qiáng)度的要求，分為不開(kāi)坡口、圓孔內(nèi)塞焊和長(zhǎng)孔內(nèi)角焊三種形式，見(jiàn)圖111。I形坡口的搭接接頭，

3、一般用于厚度12mm以下的鋼板，其重疊部分2(1+2)，雙面焊接。這種接頭用于不重要的結(jié)構(gòu)中。當(dāng)遇到重疊部分的面積較大時(shí)，可根據(jù)板厚及強(qiáng)度要求，分別采用不同大小和數(shù)量的圓孔內(nèi)塞焊或長(zhǎng)孔內(nèi)角焊的接頭型式。二、焊縫坡口的基本形式與尺寸(一)坡口形式根據(jù)坡口的形狀，坡口分成I形(不開(kāi)坡口)、V形、Y形、雙Y形、U形、雙U形、單邊V形、雙單邊Y形、J形等各種坡口形式。V形和Y形坡口的加工和施焊方便(不必翻轉(zhuǎn)焊件)，但焊后容易產(chǎn)生角變形。雙Y形坡口是在V形坡口的基礎(chǔ)上發(fā)展的。當(dāng)焊件厚度增大時(shí)，采用雙Y形代替V形坡口，在同樣厚度下，可減少焊縫金屬量約1/2，并且可對(duì)稱施焊，焊后的殘余變形較小。缺點(diǎn)是焊接過(guò)

4、程中要翻轉(zhuǎn)焊件，在筒形焊件的內(nèi)部施焊，使勞動(dòng)條件變差。U形坡口的填充金屬量在焊件厚度相同的條件下比V形坡口小得多，但這種坡口的加工較復(fù)雜。(二)坡口的幾何尺寸(1)坡口面 待焊件上的坡口表面叫坡口面。(2)坡口面角度和坡口角度 待加工坡口的端面與坡口面之間的夾角叫坡口面角度，兩坡口面之間的夾角叫坡口角度，見(jiàn)圖112。(3)根部間隙 焊前在接頭根部之間預(yù)留的空隙叫根部間隙，見(jiàn)圖112。其作用在于打底焊時(shí)能保證根部焊透。根部間隙又叫裝配間隙。(4)鈍邊 焊件開(kāi)坡口時(shí)，沿焊件接頭坡口根部的端面直邊部分叫鈍邊，見(jiàn)圖112。鈍邊的作用是防止根部燒穿。(5)根部半徑 在J形、U形坡口底部的圓角半徑叫根部半

5、徑(見(jiàn)圖112)。它的作用是增大坡口根部的空間，以便焊透根部。圖112 坡口的幾何尺寸三、焊接位置種類根據(jù)GBT337594焊接術(shù)語(yǔ)的規(guī)定，焊接位置，即熔焊時(shí)，焊件接縫所處的空間位置，可用焊縫傾角和焊縫轉(zhuǎn)角來(lái)表示。有平焊、立焊、橫焊和仰焊位置等。焊縫傾角，即焊縫軸線與水平面之間的夾角，見(jiàn)圖113。圖113 焊縫傾角焊縫轉(zhuǎn)角，即焊縫中心線(焊根和蓋面層中心連線)和水平參照面Y軸的夾角，見(jiàn)圖114。圖114 焊縫轉(zhuǎn)角(1)平焊位置 焊縫傾角0，焊縫轉(zhuǎn)角90的焊接位置，見(jiàn)圖115(a)。圖115 各種焊接位置(a)平焊 (b)橫焊 (c)立焊 (d)仰焊 (e)平角焊 (f)仰角焊(2)橫焊位置 焊

6、縫傾角0，180；焊縫轉(zhuǎn)角0，180的對(duì)接位置，見(jiàn)圖115(b)。(3)立焊位置 焊縫傾角90(立向上)，270(立向下)的焊接位置，見(jiàn)圖115(c)。(4)仰焊位置 對(duì)接焊縫傾角0，180；轉(zhuǎn)角270的焊接位置，如圖115(d)。此外，對(duì)于角焊位置還規(guī)定了另外兩種焊接位置。(5)平角焊位置 角焊縫傾角0，180；轉(zhuǎn)角45，135的角焊位置，見(jiàn)圖115(e)。(6)仰角焊位置 傾角0，180；轉(zhuǎn)角225，315的角焊位置，見(jiàn)圖115(f)。在平焊位置、橫焊位置、立焊位置、仰焊位置進(jìn)行的焊接分別稱為平焊、橫焊、立焊、仰焊。T形、十字形和角接接頭處于平焊位置進(jìn)行的焊接稱為船形焊。在工程上常用的水平

7、固定管的焊接，由于在管子360的焊接中，有仰焊、立焊、平焊，所以稱全位置焊接。當(dāng)焊件接縫置于傾斜位置(除平、橫、立、仰焊位置以外)時(shí)進(jìn)行的焊接稱為傾斜焊。四、焊縫形式及形狀尺寸(一)焊縫形式焊縫按不同分類方法可分為下列幾種形式：(1)根據(jù)GBT 337594的規(guī)定，按焊縫結(jié)合形式，分為對(duì)接焊縫、角焊縫、塞焊縫、槽焊縫和端接焊縫五種：1)對(duì)接焊縫：在焊件的坡口面間或一零件的坡口面與另一零件表面間焊接的焊縫，2)角焊縫：沿兩直交或近直交零件的交線所焊接的焊縫。3)端接焊縫：構(gòu)成端接接頭所形成的焊縫。4)塞焊縫：兩零件相疊，其中一塊開(kāi)圓孔，在圓孔中焊接兩板所形成的焊縫，只在孔內(nèi)焊角焊縫者不稱塞焊。5

8、)槽焊縫：兩板相疊，其中一塊開(kāi)長(zhǎng)孔，在長(zhǎng)孔中焊接兩板的焊縫，只焊角焊縫者不稱槽焊。(2)按施焊時(shí)焊縫在空間所處位置分為平焊縫、立焊縫、橫焊縫及仰焊縫四種形式。(3)按焊縫斷續(xù)情況分為連續(xù)焊縫和斷續(xù)焊縫兩種形式。斷續(xù)焊縫又分為交錯(cuò)式和并列式兩種(圖116)，焊縫尺寸除注明焊腳K外，還注明斷續(xù)焊縫中每一段焊縫的長(zhǎng)度l和間距e，并以符號(hào)“Z”表示交錯(cuò)式焊縫。圖116 斷續(xù)角焊縫(a)交錯(cuò)式 (b)并列式(二)焊縫的形狀尺寸焊縫的形狀用一系列幾何尺寸來(lái)表示，不同形式的焊縫，其形狀參數(shù)也不一樣。1焊縫寬度焊縫表面與母材的交界處叫焊趾。焊縫表面兩焊趾之間的距離叫焊縫寬度，如圖117。圖117焊縫寬度2余高

9、超出母材表面焊趾連線上面的那部分焊縫金屬的最大高度叫余高，見(jiàn)圖118。在靜載下它有一定的加強(qiáng)作用，所以它又叫加強(qiáng)高。但在動(dòng)載或交變載荷下，它非但不起加強(qiáng)作用，反而因焊趾處應(yīng)力集中易于促使脆斷。所以余高不能低于母材但也不能過(guò)高。手弧焊時(shí)的余高值為03mm。 圖118 余高3熔深在焊接接頭橫載面上，母材或前道焊縫熔化的深度叫熔深，見(jiàn)圖119。圖119 熔深(a)對(duì)接接頭熔深 (b)搭接接頭熔深 (c)T形接頭熔深4焊縫厚度在焊縫橫截面中，從焊縫正面到焊縫背面的距離，叫焊縫厚度，見(jiàn)圖120。圖120 焊縫厚度及焊腳(a)凸形角焊縫 (b)凹形角焊縫焊縫計(jì)算厚度是設(shè)計(jì)焊縫時(shí)使用的焊縫厚度。對(duì)接焊縫焊透

10、日寸它等于焊件的厚度；角焊縫時(shí)它等于在角焊縫橫截內(nèi)畫出的最大直角等腰三角形中，從直角的頂點(diǎn)到斜邊的垂線長(zhǎng)度，習(xí)慣上也稱喉厚，見(jiàn)圖120。5焊腳角焊縫的橫截面中，從一個(gè)直角面上的焊趾到另一個(gè)直角面表面的最小距離，叫做焊腳。在角焊縫的橫截面中畫出的最大等腰直角三角形中直角邊的長(zhǎng)度叫焊腳尺寸，見(jiàn)圖120。6焊縫成形系數(shù)圖121 焊縫成形系數(shù)的計(jì)算熔焊時(shí)，在單道焊縫橫截面上焊縫寬度(B)與焊縫計(jì)算厚度(H)的比值(BH)，叫焊縫成形系數(shù)，見(jiàn)圖121。該系數(shù)值小，則表示焊縫窄而深，這樣的焊縫中容易產(chǎn)生氣孔和裂紋，所以焊縫成形系數(shù)應(yīng)該保持一定的數(shù)值，例如埋弧自動(dòng)焊的焊縫成形系數(shù)要大于13。7熔合比是指熔焊

11、時(shí)，被熔化的母材在焊道金屬中所占的百分比。各種接頭、坡口和焊縫的形式見(jiàn)表13。表13 各種坡口、接頭及焊縫形式五、焊縫符號(hào)表示法焊縫符號(hào)一般由基本符號(hào)和指引線組成。必要時(shí)還可以加上輔助符號(hào)、補(bǔ)充符號(hào)和焊縫尺寸符號(hào)等。(一)符號(hào)根據(jù)GB32488焊縫符號(hào)表示法的規(guī)定，焊縫符號(hào)可以分為以下幾種：(1)基本符號(hào)基本符號(hào)是表示焊縫橫截面形狀的符號(hào)，見(jiàn)表14。(2)輔助符號(hào)輔助符號(hào)是表示焊縫表面形狀特征的符號(hào)，見(jiàn)表15。應(yīng)用示例見(jiàn)表16。(3)補(bǔ)充符號(hào)補(bǔ)充符號(hào)是為了補(bǔ)充說(shuō)明焊縫的某些特征而采用的符號(hào)，見(jiàn)表17。應(yīng)用示例見(jiàn)表18。表14基本符號(hào)注：1)不完全熔化的卷邊焊縫用I形焊縫符號(hào)來(lái)表示，并加注焊縫有

12、效厚度S。表15輔助符號(hào)表16 輔助符號(hào)的應(yīng)用示例表17補(bǔ)充符號(hào)表18 補(bǔ)充符號(hào)應(yīng)用示例(二)符號(hào)在圖紙上的位置1基本要求完整的焊縫表示方法除了上述基本符號(hào)、輔助符號(hào)、補(bǔ)充符號(hào)以外，還包括指引線、焊縫尺寸符號(hào)及數(shù)據(jù)。指引線一般由帶有箭頭的指引線(簡(jiǎn)稱箭頭線)和兩條基準(zhǔn)線(一條為實(shí)線，另一條為虛線)兩部分組成。如圖122所示。圖122 指引線2箭頭線和接頭的關(guān)系圖123和圖124給出的示例說(shuō)明下列術(shù)語(yǔ)的含義：圖123 帶單角焊縫的T型接頭(a)焊縫在箭頭側(cè) (b)焊縫在非箭頭側(cè)圖124 雙角焊縫的十字接頭a接頭的箭頭側(cè)；b接頭的非箭頭側(cè)3箭頭線的位置箭頭線相對(duì)焊縫的位置一般沒(méi)有特殊要求，見(jiàn)圖12

13、5(a)、(b)。但是在標(biāo)注單邊V、單邊Y、J形焊縫時(shí)，箭頭線應(yīng)指向帶有坡口一側(cè)的工件，見(jiàn)圖125(c)、(d)。必要時(shí)，允許箭頭線彎折一次，如圖126。圖125 箭頭線的位置圖126 彎折的箭頭線4基準(zhǔn)線的位置基準(zhǔn)線的虛線可以畫在基準(zhǔn)線的實(shí)線下側(cè)或上側(cè)?；鶞?zhǔn)線一般應(yīng)與圖樣的底邊相平行，但在特殊條件下亦可與底邊相垂直。5基本符號(hào)相對(duì)基準(zhǔn)線的位置基本符號(hào)相對(duì)基準(zhǔn)線的位置見(jiàn)圖127(a)、(b)、(c)、(d)；標(biāo)注對(duì)稱焊縫及雙面焊縫時(shí)，不加虛線。圖127 基本符號(hào)相對(duì)基準(zhǔn)線的位置(三)焊縫尺寸符號(hào)及其標(biāo)注位置(1)焊縫尺寸符號(hào)，見(jiàn)表19。表19焊縫尺寸符號(hào)(2)焊縫尺寸符號(hào)及數(shù)據(jù)的標(biāo)注原則，如圖

14、128：1)焊縫橫截面上的尺寸標(biāo)在基本符號(hào)的左側(cè)；2)焊縫長(zhǎng)度方向尺寸標(biāo)在基本符號(hào)的右側(cè)；圖128 焊縫尺寸的標(biāo)注原則3)坡口角度、坡口面角度、根部間隙等尺寸標(biāo)在基本符號(hào)的上側(cè)或下側(cè)；4)相同焊縫數(shù)量符號(hào)標(biāo)在尾部；5)當(dāng)需要標(biāo)注的尺寸數(shù)據(jù)較多又不易分辯時(shí)，可在數(shù)據(jù)前面增加相應(yīng)的尺寸符號(hào)。當(dāng)箭頭線方向變化時(shí)，上述原則不變。(3)關(guān)于尺寸符號(hào)的說(shuō)明1)在基本符號(hào)的右側(cè)無(wú)任何標(biāo)注且又無(wú)其他說(shuō)明時(shí)，表示焊縫在工件的整個(gè)長(zhǎng)度上是連續(xù)的。2)在基本符號(hào)在左側(cè)無(wú)任何標(biāo)注且又無(wú)其他說(shuō)明時(shí)，表示對(duì)接焊縫要完全焊透。3)塞焊縫、槽焊縫帶有斜邊時(shí)，應(yīng)該標(biāo)注孔底部的尺寸。六、焊接工藝參數(shù)及其對(duì)焊縫形狀的影響焊接時(shí)，為

15、保證焊接質(zhì)量而選定的各項(xiàng)參數(shù)(例如焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等)的總稱叫焊接工藝參數(shù)。所謂線能量是指熔焊時(shí)，由焊接熱源輸入給單位長(zhǎng)度焊縫上的能量焦?fàn)柪迕谆蚪範(fàn)柡撩?Jcm或Jmm)，亦稱熱輸入。線能量的計(jì)算公式為：式中 Q線能量，Jcm或Jmm； I焊接電流，A； U電弧電壓，V； V焊接速度，cms或mms。例：某焊接性試驗(yàn)的焊接工藝參數(shù)如下：焊條直徑4mm，焊接電流180A，電弧電壓24V，焊接速度150mmmin。試計(jì)算其線能量。解：線能量。答：該試驗(yàn)的線能量為1728Jmm。(一)焊接電流當(dāng)其它條件不變時(shí)，增加焊接電流，則焊縫厚度和余高都增加，而焊縫寬度則幾乎保持不變(或略有

16、增加)，見(jiàn)圖129，這是埋弧自動(dòng)焊時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。分析這些現(xiàn)象的原因是：(1)焊接電流增加時(shí)，電弧的熱量增加，因此熔池體積和弧坑深度都隨電流而增加，所以冷卻下來(lái)后，焊縫厚度就增加。(2)焊接電流增加時(shí)，焊絲的熔化量也增加，因此焊縫的余高也隨之增加。如果采用不填絲的鎢極氬弧焊，則余高就不會(huì)增加。(3)焊接電流增加時(shí)，一方面是電弧截面略有增加，導(dǎo)致熔寬增加；另一方面是電流增加促使弧坑深度增加。由于電壓沒(méi)有改變，所以弧長(zhǎng)也不變，導(dǎo)致電弧潛入熔池，使電弧擺動(dòng)范圍縮小，則就促使熔寬減少。由于兩者共同的作用，所以實(shí)際上熔寬幾乎保持不變。圖129 焊接電流對(duì)焊縫形狀的影響H焊縫厚度 B焊縫寬度 d余高 I焊接

17、電流(二)電弧電壓當(dāng)其它條件不變時(shí)，電弧電壓增長(zhǎng)，焊縫寬度顯著增加而焊縫厚度和余高將略有減少，見(jiàn)圖130。這是因?yàn)殡娀‰妷涸黾右馕吨娀度的增加，因此電弧擺動(dòng)范圍擴(kuò)大而導(dǎo)致焊縫寬度增加。其次，弧長(zhǎng)增加后，電弧的熱量損失加大，所以用來(lái)熔化母材和焊絲的熱量減少，相應(yīng)焊縫厚度和余高就略有減小。圖130 電弧電壓對(duì)焊縫形狀的影響由此可見(jiàn)，電流是決定焊縫厚度的主要因素，而電壓則是影響焊縫寬度的主要因素。因此，為得到良好的焊縫形狀，即得到符合要求的焊縫成形系數(shù)，這兩個(gè)因素是互相制約的，即一定的電流要配合一定的電壓，不應(yīng)該將一個(gè)參數(shù)在大范圍內(nèi)任意變動(dòng)。(三)焊接速度焊接速度對(duì)焊縫厚度和焊縫寬度有明顯的影響

18、。當(dāng)焊接速度增加時(shí)，焊縫厚度和焊縫寬度都大為下降，見(jiàn)圖131。這是因?yàn)楹附铀俣仍黾訒r(shí)，焊縫中單位時(shí)間內(nèi)輸入的熱量減少了。圖131 焊接速度對(duì)焊縫形狀的影響從焊接生產(chǎn)率考慮，焊接速度愈快愈好。但當(dāng)焊縫厚度要求一定時(shí)，為提高焊接速度，就得進(jìn)一步提高焊接電流和電弧電壓，所以，這三個(gè)工藝參數(shù)應(yīng)該綜合在一起進(jìn)行選用。(四)其它工藝參數(shù)及因素對(duì)焊縫形狀的影響電弧焊除了上述三個(gè)主要的工藝參數(shù)外，其它一些工藝參數(shù)及因素對(duì)焊縫形狀也具有一定的影響。(1)電極直徑和焊絲外伸長(zhǎng) 當(dāng)其它條件不變時(shí)，減小電極(焊絲)直徑不僅使電弧截面減小，而且還減小了電弧的擺動(dòng)范圍，所以焊縫厚度和焊縫寬度都將減小。焊絲外伸長(zhǎng)是指從焊絲

19、與導(dǎo)電嘴的接觸點(diǎn)到焊絲末端的長(zhǎng)度，即焊絲上通電部分的長(zhǎng)度。當(dāng)電流在焊絲的外伸長(zhǎng)上通過(guò)時(shí)，將產(chǎn)生電阻熱。因此，當(dāng)焊絲外伸長(zhǎng)增加時(shí)，電阻熱也將增加，焊絲熔化加快，因此余高增加。焊絲直徑愈小或材料電阻率愈大時(shí)，這種影響愈明顯。實(shí)踐證明，對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼焊絲來(lái)說(shuō)，直徑為5mm以上的粗焊絲，焊絲的外伸長(zhǎng)在60150mm范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，實(shí)際上可忽略其影響。但焊絲直徑小于3mm時(shí)，焊絲外伸長(zhǎng)波動(dòng)范圍超過(guò)510mm時(shí)，就可能對(duì)焊縫成形產(chǎn)生明顯的影響。不銹鋼焊絲的電阻率很大，這種影響就更大。因此，對(duì)細(xì)焊絲，特別是不銹鋼熔化電極弧焊時(shí)，必須注意控制外伸長(zhǎng)的穩(wěn)定。(2)電極(焊絲)傾角焊接時(shí)，電極(焊絲)相對(duì)于焊接方向可以

20、傾斜一個(gè)角度。當(dāng)電極(焊絲)的傾角順著焊接方向時(shí)叫后傾；逆著焊接方向時(shí)叫前傾，見(jiàn)圖132(a)、(b)。電極(焊絲)前傾時(shí)，電弧力對(duì)熔池液體金屬后排作用減弱，熔池底部液體金屬增厚了，阻礙了電弧對(duì)熔池底部母材的加熱，故焊縫厚度減小。同時(shí)，電弧對(duì)熔池前部未熔化母材預(yù)熱作用加強(qiáng)，因此焊縫寬度增加，余高減小，前傾角度。愈小，這一影響愈明顯，見(jiàn)圖132(c)。圖132 電極(焊絲)傾角對(duì)焊縫形狀的影響(a)后傾 (b)前傾 (c)前傾傾角的影響電極(焊絲)后傾時(shí)，情況與上述相反。(3)焊件傾角 焊件相對(duì)水平面傾斜時(shí)，焊縫的形狀可因焊接方向不同而有明顯差別。焊件傾斜后，焊接方法可分為兩種：從高處往低處焊叫

21、下坡焊；從低處往高處焊叫上坡焊，見(jiàn)圖133(a)(b)。圖133 焊件傾角對(duì)焊縫形狀的影響(a)下坡焊 (b)上坡焊 (c)下坡焊時(shí)焊件傾角的影響(d)上坡焊時(shí)焊件傾角的影響當(dāng)進(jìn)行上坡焊時(shí)，熔池液體金屬在重力和電弧力作用下流向熔池尾部，電弧能深入到加熱熔池底部的金屬，因而使焊縫厚度和余高都增加。同時(shí)，熔池前部加熱作用減弱，電弧擺動(dòng)范圍減小，因此焊縫寬度減小。上坡角度愈大，影響也愈明顯。上坡角度。612時(shí)，焊縫就會(huì)因余高過(guò)大，兩側(cè)出現(xiàn)咬邊而使成形惡化，見(jiàn)圖133(d)。因此，在自動(dòng)電弧焊時(shí)，實(shí)際上總是盡量避免采用上坡焊。下坡焊的情況正好相反，即焊縫厚度和余高略有減小，而焊縫寬度略有增加。因此傾角。68的下坡焊可使表面焊縫成形得到改善，手弧焊焊薄板時(shí)，常采用下坡焊，一方面是避免焊件燒穿，另一方面可以得到