文/大山

焊接接头形式及坡口选用

1、焊接接头的型式：接头主要有对接、角接、T形接和搭接等4种。

1.1对接接头

两焊件端面相对平行的接头，称为对接接头。是焊接结构中采用最多的一种型式。根据坡口形式的不同，可分为I形、V形、X形、U形和双U形等。

1.2角接接头

两焊件端面间构成300－1350夹角的接头，称为角接接头。根据坡口型式的不同，分为不开坡口、单边V形、V形及K形等4种型式

1.3T形接头

一焊件端面与另一焊件表面构成复角或近似直角的接头，称为T形接头。其应用范围仅次于对接接头。根据坡口形式不同，分为不开坡口、单边V形、K形和双U形等4种。

以T形接头连接焊缝时，板厚小于3mm可不开放口。3个焊件装配成“十”字形接头，叫十字接头。实际上是两T形接头的组合。

1.4搭接接头

两焊件部分重叠构成的接头，叫搭接接头。根据结构形式和对强度要求不同，分为不开坡口、圆孔内塞焊和长孔内角焊等3种。

图（a）为不开坡口的搭接接头，用于厚度12mm以下的焊件，有时可采用双面焊接。这类接头承载能力低，用于不重要结构，遇到重叠面积较大时，为保证焊接强度，可分别选用图(b)、(c)两种形式。

2、坡口的准备

2.1坡口的定义及作用

根据设计或工艺要求，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状和尺寸的沟槽，叫坡口。

作用是：

(1)使热源(电弧或火焰)能到达焊缝根部，保证根部焊透。

(2)便于操作和清理焊渣。

(3)调整焊缝成型系数，获得较好的焊缝成型。

(4)调节基本金属与填充金属的比例。

2.2选择坡口的原则

为获得高质量的焊接接头，应选择适当的坡口型式。坡口的选择，主要取决于母材厚度、焊接方法和工艺要求。选择时，应注意以下问题：

(1)尽量减少填充金属量。

(2)坡口形状容易加工。

(3)便于焊工操作和清渣.

(4)焊后应力和变形尽可能小。

2.3坡口制备

采取的方法，根据焊件的尺寸、形状及加工条件确定。有以下方法：

(1)剪边：以剪板机剪切加工，常用于I形坡口。

(2)刨边：用刨床或刨边机加工，常用于板件加工。

(3)车削：用车床或车管机加工，适用于管子加工。

(4)切割：用氧一乙炔火焰手工切割或自动切割机切割加工成I形、V形、X形和K形坡口。

(5)碳弧气刨：主要用于清理焊根的开槽，效率较高、劳动条件较差。

(6)铲削或磨削：用手工或风动、电动工具铲削或使用砂轮机(或角向磨光机)磨削加工，效率较低，多用于焊接缺陷返修部位的开槽。

坡口加工质量对焊接过程有很大影响，应符合图纸或技术条件要求

二、焊接结构设计与坡口设计

1 焊接结构材料的选择

焊接结构材料的选择原则：

1.1满足使用要求，选易焊材；

1.2高强度结构钢，尽量优先选；

1.3重要结构应选用：镇静钢；

1.4异种钢材互焊时偏弱者跟措施；

1.5多用锻、压、型材，减少焊缝。

2 焊接接头的工艺设计

焊缝的布置

焊缝布置的一般原则：

2.1避开应力最大处；

2.2焊缝远离加工面；

2.3对称布置变形小；

2.4焊缝布置求分散；

2.5便于操作想周到；

2.6尽量平焊效率高。

3坡口设计原则

3.1在设计焊缝尺寸大小及其接头形式时，首先要确定是工作焊缝还是联系焊缝。

工作焊缝：与被连接的元件是串联的，它承担着传递全部载荷的作用，一旦断裂，结构就会失效，其应力称为工作应力。

联系焊缝：焊缝与被连接件是并联的，它传递很小的载荷，主要起元件之间的相互联系的作用，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效，其应力称为联系应力。

工作焊缝必须进行焊缝强度计算；

联系焊缝则需考虑经济性而减小、减短焊缝；

具有双重性的焊缝，既有工作应力又有联系应力，则只计算工作应力，而不考虑联系应力；

3.2坡口的设计

(1)坡口作用：主要是增大熔深，提高焊缝截面的有效厚度。

以对接Y形坡口为例：

坡口角度α：35～60°，α太大增加加工余量、焊接成本和变形；

钝边高度p：需要熔透时一般为1～3mm；

根部间隙b：保证钝边熔透，一般2～4mm，过大容易形成虚焊；

坡口深度H：根据需要的焊缝厚度来设定。

(2)坡口形式：

对接焊缝的焊接边缘可分为卷边、平对或加工成V形、X形、K形和U形等。

方形对接：无间隙适合于板厚小于3mm；有间隙或带垫板的对接适合于厚小于16 mm。加工的经济性最好。

（3）角焊缝的坡口形式主要有以下3种：

坡口设计原则：

a.经济性原则：在满足强度要求的前提下，选择合理的接头和坡口，减少焊材的填充量，提高焊接效率。

b.考虑坡口加工：优先选择便于加工的坡口，如V形、X形。U形和双U形坡口，加工相对困难。

c.避免焊接缺陷：采用不适当的坡口形式容易产生焊接缺陷。比如：坡口角度过大，致使焊接热输入大，工件变形；钝边过高，不能完全熔透，残留的钝边即成了缺陷源。

3.3焊缝大小的的设计

三、焊接变形产生的原因

焊接变形产生的原因

焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。（内变形）

焊缝金属冷却时，当它由液态转为固态时，其体积要收缩。由于焊缝金属与母材是紧密联系的，因此，焊缝金属并不能自由收缩，这将引起整个焊件的变形，同时在焊缝中引起残余应力。 (缩边)

四、焊接变形的控制与矫正

1. 设计措施

1）合理地选择焊缝的尺寸和形状（如图）

在保证结构承载力的情况下,尽可能采用较小的焊缝尺寸, 减少热输入对材料性能的影响, 并降低成本。

2）合理选择焊缝长度和数量

只要允许，多采用型材、冲压件；焊缝多且密集处，可以采用铸—焊联合结构，就可以减少焊缝数量。此外，适当增加壁板厚度，以减少肋板数量，或者采用压型结构代替肋板结构，都对防止薄板结构的变形有利。

3）合理地安排焊缝的位置

安排焊缝尽可能对称与截面中性轴,或使焊缝接近中性轴, 这对减少梁柱的挠曲变形有良好的效果。

2.工艺措施

（1）反变形法 ( 如图)

（2）留余量法

在下料时，将零件的实际长度或宽度尺寸比设计尺寸适当加大，以补偿焊件的收缩。

留余量法主要用于防止焊件的收缩变形。

（3）刚性固定法

1） 将焊件固定在刚性平台上。

2）将焊件组合成刚性更大或对称的结构。

3）利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束。

（4） 选择合理的装配焊接顺序。装配焊接顺序对焊接结构变形的影响很大。

1）大型而复杂的焊接结构，只要条件允许，把它分成若干个结构简单的部件，单独进行焊接，然后再总装成整体。

2）正在施焊的焊缝应昼靠近结构截面的中性轴。

3）对于焊缝非对称布置的结构，装配焊接时应先焊焊缝少的一侧。

4）焊缝对称布置的结构，应由偶数焊工对称地施焊。

5）长焊缝（1m以上）焊接时，可采用下图所示的方向和顺序进行焊接，以减小其焊后的收缩变形。

矫正焊接变形的措施

火焰加热矫正焊接变形的取决于下列三个因素：（1）加热方式，（2）加热位置，（3）加热温度和加热区的面积。

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