焊接圖-焊接工藝基礎知識

《焊接圖》講義第4頁共26頁1焊接工藝基礎知識1.1焊接接頭的種類及接頭型式用焊接方法連接的接頭稱為焊接接頭（簡稱為接頭）。它由焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)及其鄰近的母材組成。在焊接結構中焊接接頭起兩方面的作用，第一是連接作用，即把兩焊件連接成一個整體；第二是傳力作用，即傳遞焊件所承受的載荷。根據(jù)GB/T3375—94《焊接名詞術語》中的規(guī)定，焊接接頭可分為10種類型，即對接接頭、T形接頭、十字接頭、搭接接頭、角接接頭、端接接頭、套管接頭、斜對接接頭、卷邊接頭和鎖底接頭，如圖1。其中以對接接頭和T形接頭應用最為普遍。(一)對接接頭兩件表面構成大于或等于135°，小于或等于180°夾角的接頭，叫做對接接頭。在各種焊接結構中它是采用最多的一種接頭型式。鋼板厚度在6mm以下，除重要結構外，一般不開坡口。厚度不同的鋼板對接的兩板厚度差(δ—δ1)不超過表1—1規(guī)定時，則焊縫坡口的基本形式與尺寸按較厚板的尺寸數(shù)據(jù)來選?。环駝t，應在厚板上作出如圖1—1所示的單面或雙面削??；其削薄長度L≥3(δ—δ1)。圖1—1不同厚度板材的對接(a)單面削薄，(b)雙面削薄表1-1較薄板厚度δ1≤2～5>5～9>9～12>12允許厚度差(δ—δ1)1234(二)角接接頭兩焊件端面間構成大于30°、小于135°夾角的接頭，叫做角接接頭，見圖1—2。這種接頭受力狀況不太好，常用于不重要的結構中。圖1—2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成直角或近似直角的接頭，叫做T形接頭，見圖1—3。圖1—3T形接頭(四)搭接接頭兩件部分重疊構成的接頭叫搭接接頭，見圖1—4。圖1—4搭接接頭(a)I形坡口，(b)圓孔內塞焊；(c)長孔內角焊搭接接頭根據(jù)其結構形式和對強度的要求，分為不開坡口、圓孔內塞焊和長孔內角焊三種形式，見圖1—4。I形坡口的搭接接頭，一般用于厚度12mm以下的鋼板，其重疊部分≥2(δ1+δ2)，雙面焊接。這種接頭用于不重要的結構中。當遇到重疊部分的面積較大時，可根據(jù)板厚及強度要求，分別采用不同大小和數(shù)量的圓孔內塞焊或長孔內角焊的接頭型式。1.2焊縫坡口的基本形式與尺寸根據(jù)設計或工藝需要，將焊件的待焊部位加工成一定幾何形狀的溝槽稱為坡口。開坡口的目的是為了得到在焊件厚度上全部焊透的焊縫。(一)坡口形式坡口的形式由GB985—88《氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸》、GB986—88《埋弧焊焊縫坡口的基本形式及尺寸》標準制定的：根據(jù)坡口的形狀，坡口分成I形(不開坡口)、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。槽焊縫和端接焊縫五種：1)對接焊縫：構成對接接頭的焊縫稱為對接焊縫。對接焊縫可以由對接接頭形成，也可以由T形接頭（十字接頭）形成，后者是指開坡口后進行全焊透焊接而焊腳為零的焊縫，見圖9。2)角焊縫：沿兩直交或近直交零件的交線所焊接的焊縫。同時由對接焊縫和角焊縫組成的焊縫稱為組合焊縫，T形接頭（十字接頭）開坡口后進行全焊透焊接并且具有一定焊腳的焊縫，即為組合焊縫，坡口內的焊縫為對接焊縫，坡口外連接兩焊件的焊縫為角焊縫，見圖11。3)端接焊縫：構成端接接頭所形成的焊縫。4)塞焊縫：兩零件相疊，其中一塊開圓孔，在圓孔中焊接兩板所形成的焊縫，只在孔內焊角焊縫者不稱塞焊。5)槽焊縫：兩板相疊，其中一塊開長孔，在長孔中焊接兩板的焊縫，只焊角焊縫者不稱槽焊。(2)按施焊時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)焊縫又分為交錯式和并列式兩種(圖1—9)，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度l和間距e，并以符號“Z”表示交錯式焊縫。圖1—9斷續(xù)角焊縫(a)交錯式(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1—10。圖1—10焊縫寬度(2)余高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，見圖1—11。在靜載下它有一定的加強作用，所以它又叫加強高。但在動載或交變載荷下，它非但不起加強作用，反而因焊趾處應力集中易于促使脆斷。所以余高不能低于母材但也不能過高。手弧焊時的余高值為0～3mm。圖1—11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，見圖1—12。圖1—12熔深(a)對接接頭熔深(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，見圖1—13。圖1—13焊縫厚度及焊腳(a)凸形角焊縫(b)凹形角焊縫焊縫計算厚度是設計焊縫時使用的焊縫厚度。對接焊縫焊透日寸它等于焊件的厚度；角焊縫時它等于在角焊縫橫截內畫出的最大直角等腰三角形中，從直角的頂點到斜邊的垂線長度，習慣上也稱喉厚，見圖1—13。(5)焊腳角焊縫的橫截面中，從一個直角面上的焊趾到另一個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度叫焊腳尺寸，見圖1—13。(6)焊縫成形系數(shù)圖1—14焊縫成形系數(shù)的計算熔焊時，在單道焊縫橫截面上焊縫寬度(B)與焊縫計算厚度(H)的比值(ф＝B／H)，叫焊縫成形系數(shù)，見圖1—14。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)應該保持一定的數(shù)值，例如埋弧自動焊的焊縫成形系數(shù)ф要大于1.3。(7)熔合比是指熔焊時，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表1—2。表1—2各種坡口、接頭及焊縫形式1.5焊縫符號表示法焊縫符號一般由基本符號和指引線組成。必要時還可以加上輔助符號、補充符號和焊縫尺寸符號等。(一)符號根據(jù)GB324—88《焊縫符號表示法》的規(guī)定，焊縫符號可以分為以下幾種：(1)基本符號基本符號是表示焊縫橫截面形狀的符號，見表1—3。(2)輔助符號輔助符號是表示焊縫表面形狀特征的符號，見表1—4。應用示例見表1—5。不需要確切地說明焊縫表面的形狀時，可以不用輔助符號。(3)補充符號補充符號是為了補充說明焊縫的某些特征而采用的符號，見表1—6。應用示例見表1—7。表1—3基本符號注：1)不完全熔化的卷邊焊縫用I形焊縫符號來表示，并加注焊縫有效厚度S。表1—4輔助符號表1—5輔助符號的應用示例表1—6補充符號表1—7補充符號應用示例(二)符號在圖紙上的位置（1）基本要求完整的焊縫表示方法除了上述基本符號、輔助符號、補充符號以外，還包括指引線、焊縫尺寸符號及數(shù)據(jù)。指引線一般由帶有箭頭的指引線(簡稱箭頭線)和兩條基準線(一條為實線，另一條為虛線)兩部分組成。如圖1—15所示。圖1—15指引線（2）箭頭線和接頭的關系圖1—16和圖1—17給出的示例說明下列術語的含義：圖1—16帶單角焊縫的T型接頭(a)焊縫在箭頭側(b)焊縫在非箭頭側圖1—17雙角焊縫的十字接頭a．接頭的箭頭側；b．接頭的非箭頭側（3）箭頭線的位置箭頭線相對焊縫的位置一般沒有特殊要求，見圖1—18(a)、(b)。但是在標注單邊V、單邊Y、J形焊縫時，箭頭線應指向帶有坡口一側的工件，見圖1—18(c)、(d)。必要時，允許箭頭線彎折一次，如圖1—19。圖1—18箭頭線的位置圖1—19彎折的箭頭線（4）基準線的位置基準線的虛線可以畫在基準線的實線下側或上側?；鶞示€一般應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）基本符號相對基準線的位置基本符號相對基準線的位置見圖1—20(a)、(b)、(c)、(d)；標注對稱焊縫及雙面焊縫時，不加虛線。圖1—20基本符號相對基準線的位置(三)焊縫尺寸符號及其標注位置(1)焊縫尺寸符號，見表1—8。表1—8焊縫尺寸符號(2)焊縫尺寸符號及數(shù)據(jù)的標注原則，如圖1—21：1)焊縫橫截面上的尺寸標在基本符號的左側；2)焊縫長度方向尺寸標在基本符號的右側；圖1—21焊縫尺寸的標注原則3)坡口角度、坡口面角度、根部間隙等尺寸標在基本符號的上側或下側；4)相同焊縫數(shù)量符號標在尾部；5)當需要標注的尺寸數(shù)據(jù)較多又不易分辯時，可在數(shù)據(jù)前面增加相應的尺寸符號。當箭頭線方向變化時，上述原則不變。(3)關于尺寸符號的說明1)在基本符號的右側無任何標注且又無其他說明時，表示焊縫在工件的整個長度上是連續(xù)的。2)在基本符號在左側無任何標注且又無其他說明時，表示對接焊縫要完全焊透。3)塞焊縫、槽焊縫帶有斜邊時，應該標注孔底部的尺寸?！纠}】說明圖中焊縫符號的意義。a表示為雙面角焊縫，周圍焊，焊腳尺寸6mm，手弧焊。b表示為單面Y形坡口，坡口角度60°裝配間隙2mm，鈍邊2mm，焊后焊縫表面須加工成與母材平齊，相同焊縫有四條。c表示為帶墊板的對接接頭，單面焊，I形坡口，裝配間隙2mm。d表示為交錯斷續(xù)角焊縫，焊腳尺寸8mm，焊縫長100mm，共20條，焊縫之間距離50mm，在工地焊接。1.6焊接方法在圖樣上的表示根據(jù)《金屬焊接及釬焊方法在圖樣上的表示代號》中的規(guī)定，焊接方法用特定的數(shù)字表示。幾種主要焊接方法的數(shù)字表示，見表9。表中同時列出了舊標準GB324—64焊接方法的字母表示，以作對照。表9焊接方法新舊代號的表示。在圖樣上焊接方法代號標注在焊縫符號指引線的尾部。1.7焊接工藝參數(shù)及其對焊縫形狀的影響焊接時，為保證焊接質量而選定的各項參數(shù)的總稱叫焊接工藝參數(shù)。(一)焊接電流當其它條件不變時，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(或略有增加)，見圖1—22，這是埋弧自動焊時的實驗結果。分析這些現(xiàn)象的原因是：(1)焊接電流增加時，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，所以冷卻下來后，焊縫厚度就增加。(2)焊接電流增加時，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，則余高就不會增加。(3)焊接電流增加時，一方面是電弧截面略有增加，導致熔寬增加；另一方面是電流增加促使弧坑深度增加。由于電壓沒有改變，所以弧長也不變，導致電弧潛入熔池，使電弧擺動范圍縮小，則就促使熔寬減少。由于兩者共同的作用，所以實際上熔寬幾乎保持不變。圖1—22焊接電流對焊縫形狀的影響H—焊縫厚度B—焊縫寬度d—余高I—焊接電流(二)電弧電壓當其它條件不變時，電弧電壓增長，焊縫寬度顯著增加而焊縫厚度和余高將略有減少，見圖1—23。這是因為電弧電壓增加意味著電弧K度的增加，因此電弧擺動范圍擴大而導致焊縫寬度增加。其次，弧長增加后，電弧的熱量損失加大，所以用來熔化母材和焊絲的熱量減少，相應焊縫厚度和余高就略有減小。圖1—23電弧電壓對焊縫形狀的影響由此可見，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)，這兩個因素是互相制約的，即一定的電流要配合一定的電壓，不應該將一個參數(shù)在大范圍內任意變動。(三)焊接速度焊接速度對焊縫厚度和焊縫寬度有明顯的影響。當焊接速度增加時，焊縫厚度和焊縫寬度都大為下降，見圖1—24。這是因為焊接速度增加時，焊縫中單位時間內輸入的熱量減少了。圖1—24焊接速度對焊縫形狀的影響從焊接生產(chǎn)率考慮，焊接速度愈快愈好。但當焊縫厚度要求一定時，為提高焊接速度，就得進一步提高焊接電流和電弧電壓，所以，這三個工藝參數(shù)應該綜合在一起進行選用。(四)其它工藝參數(shù)及因素對焊縫形狀的影響電弧焊除了上述三個主要的工藝參數(shù)外，其它一些工藝參數(shù)及因素對焊縫形狀也具有一定的影響。(1)電極直徑和焊絲外伸長當其它條件不變時，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范圍，所以焊縫厚度和焊縫寬度都將減小。焊絲外伸長是指從焊絲與導電嘴的接觸點到焊絲末端的長度，即焊絲上通電部分的長度。當電流在焊絲的外伸長上通過時，將產(chǎn)生電阻熱。因此，當焊絲外伸長增加時，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，這種影響愈明顯。實踐證明，對于結構鋼焊絲來說，直徑為5mm以上的粗焊絲，焊絲的外伸長在60～150mm范圍內變動時，實際上可忽略其影響。但焊絲直徑小于3mm時，焊絲外伸長波動范圍超過5～10mm時，就可能對焊縫成形產(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，對細焊絲，特別是不銹鋼熔化電極弧焊時，必須注意控制外伸長的穩(wěn)定。(2)電極(焊絲)傾角焊接時，電極(焊絲)相對于焊接方向可以傾斜一個角度。當電極(焊絲)的傾角順著焊接方向時叫后傾；逆著焊接方向時叫前傾，見圖1—25(a)、(b)。電極(焊絲)前傾時，電弧力對熔池液體金屬后排作用減弱，熔池底部液體金屬增厚了，阻礙了電弧對熔池底部母材的加熱，故焊縫厚度減小。同時，電弧對熔池前部未熔化母材預熱作用加強，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，見圖1—25(c)。圖1—25電極(焊絲)傾角對焊縫形狀的影響(a)后傾(b)前傾(c)前傾傾角的影響電極(焊絲)后傾時，情況與上述相反。(3)焊件傾角焊件相對水平面傾斜時，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：從高處往低處焊叫下坡焊；從低處往高處焊叫上坡焊，見圖1—26(a)(b)。圖1—26焊件傾角對焊縫形狀的影響(a)下坡焊(b)上坡焊(c)下坡焊時焊件傾角的影響(d)上坡焊時焊件傾角的影響當進行上坡焊時，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，熔池前部加熱作用減弱，電弧擺動范圍減小，因此焊縫寬度減小。上坡角度愈大，影響也愈明顯。上坡角度。>6°～12°時，焊縫就會因余高過大，兩側出現(xiàn)咬邊而使成形惡化，見圖1—26(d)。因此，在自動電弧焊時，實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。<6°～8°的下坡焊可使表面焊縫成形得到改善，手弧焊焊薄板時，常采用下坡焊，一方面是避免焊件燒穿，另一方面可以得到光滑的焊縫表面成形。如果傾角過大，則會導致未焊透和熔池鐵水溢流，使焊縫成形惡化，見圖1—26(c)。(4)坡口形狀當其它條件不變時，增加坡口深度和寬度時，焊縫厚度略有增加，焊縫寬度略有增加，而余高顯著減小，見圖1—27。圖1—27坡口形狀對焊縫形狀的影響(5)焊劑埋弧焊時，焊劑的成分、密度、顆粒度及堆積高度均對焊縫形狀有一定影響。當其它條件相同時，穩(wěn)弧性較差的焊劑焊縫厚度較大、而焊縫寬度較小。焊劑密度小，顆粒度大或堆積高度減小時，由于電弧四周壓力減低，弧柱體積膨脹，電弧擺動范圍擴大，因此焊縫厚度減小、焊縫寬度增加、余高略為減小。此外，熔渣粘度對焊縫表面成形有很大影響，若粘度過大，使熔渣的透氣性不良，熔池結晶時所排出的氣體無法通過熔渣排除，使焊縫表面形成許多凹坑，成形惡化。(6)保護氣體成分氣體保護焊時，保護氣體的成分以及與此密切相關的熔滴過渡形式對焊縫形狀有明顯影響。采用不同保護氣體進行熔化極氣體保護焊直流反接時，焊縫形狀的變化，見圖1—28。射流過渡氬弧焊總是形成明顯蘑菇狀焊縫，氬氣中加入O2、CO2或H2時，可使根部成形展寬，焊縫厚度略有增加。顆粒狀和短路過渡電弧焊則形成的焊縫形狀寬而淺。圖1—28保護氣體成分對焊縫形狀的影響(7)母材的化學成分母材的化學成分不同，在其它工藝因素不變的情況下，焊縫形狀不一樣，這一點在氬弧焊時特別明顯。如三種產(chǎn)地不同的0Cr18Ni19和0Cr18Ni12Mo2不銹鋼，用鎢極氬弧焊方法焊接，采用相同的焊接工藝參數(shù)時，所得焊縫形狀的變化，見表1—10。表1—10母材化學成分對焊縫形狀的影響注：鎢棒端部45°；弧長2mm電流150A；焊接速度300mm／min。2焊接工程圖的表達方法2.1焊縫表示法（1）焊縫畫法在技術圖樣中一般采用GB324-88規(guī)定的焊縫符號法表示焊縫。需要在圖樣上簡易的繪制焊縫時，可以用視圖、剖視圖、斷面圖表示，也可以用軸測圖示意表示。圖樣中的可見焊縫可以用圓弧、直線表示（這些線段可以徒手繪制），也允許采用粗線（粗線寬度的2倍）表示焊縫。具體要求如下：①在垂直于焊縫的視圖或剖視圖中，一般應畫出焊縫的形式并涂黑；②在平行于焊縫的視圖中一般采用粗線表示可見的焊縫，也可用柵線段表示（可徒手繪制，細實線）。但在同一圖樣中，應采用同一畫法。（2）焊縫的標注①焊縫的結構形式：用焊縫代號來表示，焊縫代號主要由：基本符號、輔助符號、補充符號、指引線和焊縫尺寸等組成。它用來說明焊縫橫截面的形狀，尺寸，線寬為標注字符高度的1/10，如字高為3.5mm，則符號線寬為0.35mm。②指引線：采用細實線繪制，一般由帶箭頭的指引線（稱為箭頭線）和兩條基準線（其中一條為實線，另一條為虛線，基準線一般與圖紙標題欄的長邊平行）必要時可以加上尾部（90°夾角的兩條細實線），如圖所示。③標注標注時，箭頭線對于焊縫的位置一般沒有特殊的要求。當箭頭線直接指向焊縫時，可以指向焊縫的正面或反面。但當標注單邊V形焊縫、帶鈍邊的單邊V形焊縫、帶鈍邊的單邊J形焊縫時，箭頭線應當指向有坡口一側的工件。如圖所示。④基準線的虛線也可以畫在基準線實線的上方，如上圖c所示V型焊縫在視圖中不可見的一側，標在上下都一樣，一定是符號中有虛線的一側。⑤當箭頭線直接指向焊縫時，基本符號應標注在實線側，如上圖中的U形焊縫符號和下圖中的角焊縫符號。當箭頭線指向焊縫的另一側時，基本符號應標注在基準線的虛線側，如上圖c中的V形焊縫的標注以及下圖中下方的角焊縫。⑥標注對稱焊縫和雙面焊縫時，基準線中的虛線可省略。如下圖所示。⑦在不致引起誤解的情況下，當箭頭線指向焊縫，而另一側又無焊縫要求時，允許省略基準線的虛線。⑧焊縫尺寸符號焊縫尺寸符號為：其中的字母代號含義為：其