第一章 焊接接头.docx
《第一章 焊接接头.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章 焊接接头.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第一章焊接接头
第一章焊接接头
第一节焊接接头的基本类型及基本符号
一、焊接接头的类型
用焊接方法联接的接头叫焊接接头，一个焊接结构总是由若干个焊接接头所组成。
焊接接头可分为对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头和锁底对接接头等共10种，其中以对接、T形、搭接、角接等4种接头用的较多。
1．对接接头两焊件表面构成大于或等于135°，小于或等于180º夹角的接头；即两焊件（板、棒、管）相对端面焊接而成的接头，叫对接接头，见图1-1，它是各种焊接结构中采用最多的一种接头形式。
I形坡口焊成的对接接头，用于较薄钢板的焊件，如果产品不要求在整个厚度上全部焊透，则可进行单面焊接，但此时必须保证焊缝的计算厚度H>=0.7δ，其中δ为板厚（见图1-2）。
如果要求产品在整个厚度上全部焊透，则可在焊缝背面用碳弧气刨清根后再进行焊接，即形成开I形坡口的双面焊接对接接头。
开坡口的对接接头，用于钢板较厚而需要全焊透的焊件，根据钢板厚度不同，可开成各种形状的坡口，其中常用的有V形、双V形和U形等坡口形式。
带垫板的V形坡口是在坡口背面放置一块与母材金属成分相同的垫板，常用于要求全焊透而焊缝背面又无法焊接的焊件，如小直径管道的对接焊缝，这种坡口形式对装配要求较严格，因为如果垫板和管道的椭圆度不一致，则在装配时，两者之间在局部地方会形成间隙，焊接时，熔渣流入此间隙，因无法上浮而会形成夹渣。
因此，对于一些重要的焊件，不宜使用带垫板的接头，而应该推广使用单面焊双面成形的焊接工艺。
厚板削薄的单边V形坡口，用于不等厚度钢板的对接。
对接接头的两侧钢板如果厚度相差太多，则连接后由于连接处的截面变化较大，将会引起严重的应力集中。
所以，对于重要的焊接结构，如压力容器，应对厚板进行削薄。
通常规定，当薄板厚度<=10mm，两板厚度差超过3mm、或当薄板厚度>10mm，两板
厚度差大于薄板厚度的30%，或超过5mm时，对厚板边缘应进行削薄，削薄的长度见图1-3。
2．T形接头一焊件之端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头叫T形接头，见图1-4。
这是一种用途仅次于对接接头的焊接接头，特别是造船厂船体结构中约70%的接头都采用这种形式。
根据垂直板厚度的不同，T形接头的垂直板可开I形坡口或开成单边V形、K形、J形或双J形等坡口。
3．十字接头三个焊件装配成“十字”形的接头叫十字接头，见图1-5。
这种接头实际上是两个T形接头的组合，根据焊透程度的要求，可开I形坡口或在两块板中开K形坡口。
4．搭接接头两焊件部分重叠构成的接头叫搭接接头，见图1-6。
根据结构形式和对强度的要求不同，搭接接头可分为开I形坡口、圆孔内塞焊以及长孔内角焊三种形式。
开I形坡口的搭接接头采用双面焊接，这种接头强度较差，很少采用。
当重叠钢板的面积较大时，为保证结构强度，根据需要可分别选用圆孔内塞焊和长孔内角焊的形式，这种接头形式特别适用于被焊结构狭小处以及密闭的焊接结构。
5．角接接头两板件端面间构成大于30º或等于30º、小于135º夹角的接头叫角接接头，见图1-7。
这种接头受力状况不太好，常用于不重要的结构中。
根据焊件厚度不同，接头形式也可分为开I形和开坡口的两种。
6．端接接头两板（棒）件重叠放置或两焊件表面之间的夹角不大于30º构成的端接接头，见图1-8。
端接接头实际上是一种小角度的角接接头，用在不重要的结构中。
7．套管接头将一根直径稍大的短管套于需要被连接的两根管子的端部构成的接头，叫套管接头，见图1-9。
这种接头常用于锅炉制造中，当连接锅炉锅管的管子通入冷水时，管子受到锅筒内的高温，常会发生爆裂，加上套管后，就能避免通冷水的管子直接和高温接触。
8．斜对接接头接缝在焊件平面上倾斜布置的对接接头叫斜对接接头，见图1-10。
通常倾斜角度为45º。
它可提高接头的连接强度，但浪费材料，已较少采用。
9．卷边接头薄板焊件端部预先卷起，将卷边部分熔化的焊接叫卷边接
头，见图1-11。
这种接头主要用于薄板和有色金属的焊接，为防止焊接时焊件烧穿，卷边后可以增加连接接头的厚度。
10．锁底对接接头一个焊件端部放在另一板件预制底边上所构成的对接接头，叫锁底对接接头，见图1-12。
锁底的目的和加垫板一样，是保证焊缝根部能够焊透，适用于小直径管道的焊接。
二、焊接接头在图纸上的表示方法
设计人员要使自己设计的结构或制品由制造人员准确无误的制造出来，就必须把结构或制品的施工条件等在设计文件（设计说明书和设计图纸）上详尽地表述出来。
对于焊接接头的焊接加工要求和注意事项，一一用图纸或文字详细的加以说明是非常复杂的。
采用各种代号和符号简单明了地指出焊接接头的类型、形状、尺寸、位置、表面状况、焊接方法以及与焊接有关的各项条件是非常必要的。
为此，下面介绍我国国家标准有关设计图纸上使用的焊缝符号、焊接方法代号等及其在图纸上的表示方法。
1、焊缝符号与焊接方法代号
焊缝符号与焊接方法代号是供焊接结构图纸上使用的统一符号或代号，也是一种工程语言。
我国的焊缝符号和焊接方法代号分别由国家标准GB324-88《焊缝符号表示法》和GB5185-85《金属焊接及钎焊方法在图样上的表示代号》规定。
为了国际交流，我国这两个标准与国际标准ISO2553-84《焊缝在图样上的表示方法》和ISO4063-78《金属焊接及钎焊方法在图纸上的表示方法》基本相同，可以等效采用。
1.1焊缝符号
我国国家标准GB324-88《焊缝符号表示法》规定的焊缝符号适用于金属熔焊和电阻焊。
标准规定，图纸上的焊缝一般应采用焊缝符号表示，但也可以采用技术制图方法表示。
焊缝符号一般由基本符号与指引线组成，必要时可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。
基本符号是表示焊缝横截面形状的符号。
国际GB324-88中规定了13种基本符号，如表1-1所示。
加上这些基本符号和组合和该标准附录A4（补充件）中关于喇叭形焊缝、单边喇叭形焊缝、堆焊缝及锁边焊缝等四种符号，就可以表示熔焊合电阻焊各种不同横截面形状的焊接接头。
辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号。
国标GB324-88中规定了3种辅助符号，如表1-2所示。
辅助符号往往与基本符号配合使用，在对焊缝表示形状有明确要求时采用，不需要确切地说明焊缝的表示形状时，可以不用辅助符号。
补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征面采用的符号。
国标GB324-88中规定了5种，如表1-3所示，加上标注示例表中列出的交错断续焊缝Z，可以说是6种。
焊缝尺寸符号是表示坡口和焊缝各特征尺寸的符号。
国标GB324-88中共规定了16个尺寸符号，如表1-4所示。
1.2焊接方法代号
在焊接结构图纸上，为简化焊接方法的标注和说明，可采用国家标准GB5185-85规定的用阿拉伯数字表示的金属焊接及钎焊等各种焊接方法的代号。
GB5185-85中规定了6类99种焊接方法的代号，常用主要焊接方法的代号如表1-5所示。
表1-5常用主要焊接方法代号（括号内为GB324-64代号）
焊接方法名称
焊接方法代号
焊接方法名称
焊接方法代号
电弧焊
1
压焊
4
手弧焊
111（S）
摩擦焊
42
埋弧焊
12（Z）
扩散焊
45
熔化极惰性气体保护焊（MIG）
131（C）
其他焊接方法
7
熔化极非惰性气体保护焊（MAG）
135（A）
电渣焊
72（D）
钨极惰性气体保护焊（TIG）
141
气电立焊
73
等离子弧焊
15
激光焊
751
电阻焊
2
电子束焊
76
点焊
21
螺柱焊
78
缝焊
22
硬钎焊、软钎焊
闪光焊
24
钎焊
9
电阻对焊
25（J）
硬钎焊
91
气焊
3（Q）
软钎焊
94
氧-乙炔焊
311
——
——
2、焊接接头在图纸上的表示方法
在技术图纸和有关技术文件中，如何正确的表示焊接接头，我国1990年1月12日公布的国家标准GB12212-90《技术制图焊接符号的尺寸、比例及简化表示法》（1990年10月1日实施）中有详细而明确的规定。
该标准规定，在技术图样中，一般可以按GB324-88规定的焊缝符号表示焊缝，也可以按GB4458.1《机械制图图样画法》和GB4458.3《机械制图轴测图》规定的制图方法表示焊缝。
2.1焊缝的图示法
国标GB12212-90规定，需要在图样中简易地绘制焊缝时，可用视图、剖视图或剖面图表示，也可用轴测图示意地表示。
焊缝视图的画法如图1-13a、b所示，图中表示焊缝的一系列细实线段允许用徒手绘制，也允许采用粗线（2B-3B）表示焊缝，如图1-13c所示。
但在同一图样中，只允许采用一种画法。
表示焊缝端面的视图中，通常用粗实线绘出焊缝的轮廓，必要时可用细实线画出坡口形状等，如图1-14a所示。
在剖视图或剖面图上，通常将焊缝区涂黑，如图1-14b所示，若同时需要表示坡口等的形状，可按图1-14c所示绘制。
用轴测图示意地表示焊缝的画法则如图1-15所示。
必要时可将焊缝部位放大并标注焊缝尺寸符号数字，如图1-16所示，这就是焊缝的局部放大图。
2.2焊缝符号和焊接方法代号的标注方法
GB324-88、GB12212-90和GB5185-85中分别对焊缝符号和焊接方法代号的标注方法作了规定，并列举了大量的标注示例。
焊缝符号和焊接方法代号必须通过指引线及有关规定才能准确无误地表示焊缝。
指引线一般由带有箭头的箭头线和两条基准线（一条为实线，一条为虚线）两部分组成，如图1-17所示。
标准规定，箭头线相对焊缝的位置一般没有特殊要求，但在标注V、单边V、J等形焊缝时，箭头应指向带有坡口一侧的工件。
必要时允许箭头线折弯一次。
基准线的虚线可以画在基准线的实线上侧或下侧，基准线一般应与图样的底边相平行，但在特殊条件下亦可与底边相垂直。
如果焊缝和箭头线在接头的同一侧，则将焊缝基本符号标在基准线的实线侧；相反，如果焊缝和箭头线不在接头的同一侧，则将焊缝基本符号标在基准线的虚线侧。
此外，标准还规定，必要时基本符号可附带有尺寸符号及数据，其标注原则如图1-18所示，这些原则是：
1）焊缝横截面上的尺寸标注在基本符号的左侧；
2）焊缝长度方向的尺寸标注在基本符号的右侧；
3）坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸标注在基本符号的上侧或下侧；
4）相同焊缝数量符号标注在尾部；
5）
当需要标注的尺寸数据较多又不易分辨时，可在数据前面增加相应得尺寸符号。
焊缝符号和焊接方法代号的标注举例见图1-19。
图1-19a表示T形接头交错断续角焊缝，焊角尺寸为5mm，相邻焊缝的间距为30mm，焊缝段数为35，每段焊缝长度为50mm。
图1-19b表示对接接头周围焊缝，由埋弧焊焊成的V形焊缝在箭头一侧，要求焊缝表面平齐；由手弧焊焊成的封底焊缝在非箭头一侧，也要求
焊缝表面平齐。
此外，标准中还规定了某些情况下，焊缝符号的简化标注方法。
2.3焊缝符号的尺寸和比例
GB12212-90规定在图样中用作焊缝符号的字体和图线应符合GB4457.3《机械制图字体》和GB4457.4《机械制图图线》的规定。
在任一图样中，焊缝图形符号的线宽、焊缝符号中字体的字形、字高和字体笔划宽度应与图样中其他符号的线宽、尺寸字体的字形、字高和笔划宽度相同。
并且规定了焊缝图形符号在基准线上的位置及比例关系。
第二节
焊缝尺寸大小的选择标准
针对目前大多数产品均采用CO2气体保护焊，本标准针对CO2气体保护焊接方法而定。
1角焊缝
如右图为丁字接头，因采用CO2焊接熔深较大，焊缝的计算厚度a要考虑尺寸P，焊角计算厚度a计算公式如下：
a＝（K+P）cos45°
当K≤8mm，a可取K，
当K＞8mm，P一般取2～3mm。
因焊缝主要受剪应力，为了保证焊缝的强度满足要求，需要它的计算厚度大于等于板厚，即：
2a≥δ
代人公式①计算后得到以下结果：
K≥0.7δ－P
例如20厚的钢板，计算后得到K≥11，所以焊缝尺寸可选择12。
但实际设计中通常不考虑熔深因素，这就需要采用更大的焊缝尺寸来满足设计要求，造成焊丝用量的增多。
根据支架产品的受力情况，可以制定出分主次采用不同尺寸焊缝的方法来合理设计产品，以降低生产成本和提高制造效率。
下面给出支架中各部位常用的钢板规格与其角焊缝尺寸大小的对照表：
板厚
焊缝尺寸
钢板用处
8
10
12
14
16
18
20
25
30
40
50
1，主筋与底板焊缝
2，各耳板焊缝
3，主要横筋焊缝
4，盖板焊缝
5，其它强度焊缝
5
7
8
10
12
13
14
16
20
28
35
1，主筋间隔板焊缝
2，横筋刚度焊缝
3，其它刚度焊缝
5
6
7
8
10
11
12
15
18
25
32
2开坡口焊缝
因考虑到熔深P，右图V型焊缝加角焊缝结构中，坡口B应等于板厚减去P1、P2，即
B=δ－（P1＋P2）
P1+P2取5mm，所以
B=δ－5
根据满足强度及不考虑应力集中的原则，角焊缝K不需要太大，为了施工方便，可选择打底焊时的焊角尺寸，即6～8mm。
若只有V型焊缝，没有钢板背面的角焊缝（比如二次盖板），为了保证焊缝的计算厚度要求，钝边（P1＋P2）通常可取3mm。
因CO2焊接属于细丝大电流焊接，并且板间有1～2mm拼装间隙，所以可以考虑将习惯应用的45°坡口改为35°，在焊接第一道焊缝时要适当加大电流以获得较大熔深。
这样处理后可以节约30％的焊丝。
第三节
坡口的尺寸及精度
根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状的沟槽叫坡口。
一、坡口的几何尺寸
（1）坡口面焊件上的坡口表面叫坡口面，见表1-4。
（2）坡口面角度和坡口角度待加工坡口的端面与坡口面之间的夹角叫坡口面角度，
两坡口面之间的夹角叫坡口角度，见表1-4。
开单面坡口时，坡口角度等于坡口面角度；开双面对称坡口角度时，坡口角度等于两倍的坡口面角度。
（3）根部间隙焊前在接头根部之间预留的空隙叫根部间隙，见表1-4。
根部间隙的作用在于焊接打底焊道时，能保证根部可以焊透。
（4）钝边焊件开坡口时，沿焊件接头坡口根部的端面直边部分叫钝边，见表1-4。
钝边的作用是防止根部焊穿。
（5）根部半径在J形、U形坡口底部的圆角半径叫根部半径，见表1-4。
根部半径的作用是增大坡口根部的空间，使焊条能够深入根部，以促使根部焊透。
二、坡口的形式
根据坡口形状的不同，坡口可分成I形（不开坡口）、V形、双V形、U形、双U形、单边V形、K形、J形等形式，见图1-1、表1-1。
V形坡口为最常用的坡口形式。
这种坡口便于加工，焊接时为单面焊，不用翻转焊件，但焊后焊件容易产生变形。
双V形坡口焊成的对接接头，这种坡口是在单V形坡口的基础上发展起来的一种坡口形式，当焊件厚度增大时，V形坡口的空间面积随之加大，因此大大增加了填充金属的（焊条或焊丝）的消耗量和增加了焊接作业时间。
采用双V形坡口后，在同样的厚度下，能减少焊缝金属量约1/2，并且是对称焊接，所以焊后焊件的残余变形也比较小。
缺点是焊接时需要翻转焊件，或需要在圆筒形焊件的内部进行焊接，劳动条件较差。
U形坡口的空间面积在焊件厚度相同的条件下比V形坡口小的多，所以当焊件厚度较大，只能单面焊接时，为提高焊接生产率，可采用U形坡口。
但是由于这种坡口有圆弧，加工比较复杂，特别是在圆筒形焊件的筒壳上加工更加困难。
当工艺上由特殊要求时，生产中还经常采用各种比较特殊的坡口。
例如，焊接厚壁圆筒形容器时，为减少容器内部的焊接工作量，可采用双单边V形坡口，即内浅外深。
厚壁圆筒形容器的终接环缝采用较浅的V形坡口，而外壁为减少埋弧焊的工作量，可采用U形坡口，于是形成一种组合坡口。
氩弧焊打底的焊缝采用不留根部间隙的U形坡口，根部斜度是为了减少焊接部位的刚性，预防裂纹。
三、坡口的加工
坡口成形的加工方法，需根据钢板厚度及接头形式而定，目前常用的加工方法有以下几种：
（1）氧气切割是一种使用很广的坡口成形加工方法，可以得到任意坡口面角度的V形、双V形坡口。
氧气切割有手工、半自动、自动三种方法。
手工切割的边缘尺寸及角度不太平整，自动切割的设备成本较高，应用最广泛的是半自动切割。
为提高切割效率，在半自动切割机上可同时装上2-3个割嘴，一次便能割出V形、双V形坡口，目前采用高速割嘴进行切割，坡口面的粗糙度可达Ra6.3µm。
（2）碳弧气刨这是一种新的坡口加工方法。
与风铲相比，具有效率高、劳动强度低的优点，并且能加工U形坡口。
缺点是要用直流电源、刨割时烟雾多，噪声大。
（3）刨削利用刨边机刨削，能加工形状复杂的坡口面，加工后坡口面较平直，适用于较长的直线形坡口面的加工。
这种方法加工不开坡口的边缘时，可一次刨削成叠钢板，效率很高。
（4）车削对于圆筒形零件的环缝，可利用立式车床进行车削坡口面。
这种方法效率高，坡口面的加工质量好。
四、坡口尺寸精度
坡口形式和尺寸确定之后，坡口尺寸的加工精度也会对接头的焊接质量与焊接的经济性产生一定影响。
所以，国外有关标准中有关于坡口主要尺寸根部间隙、钝边高度和坡口角度的加工误差规定。
虽然我国现行有关标准中没有关于坡口尺寸加工精度的规定，但被代替的原标准中曾有坡口尺寸误差规定。
为适应现代焊接技术的发展，设计时规定坡口尺寸加工精度看来是必要的。
表1-6为我公司标准板示意图及坡口尺寸精度要求。
表1-6四维公司标准板图号及示意图
第四节焊接接头的选择原则及设计注意事项
一、焊接接头的选择原则
在焊接结构设计中，为做到正确合理地选择焊接接头的类型、坡口形状和尺寸，主要因该综合考虑一下四个方面：
（1）设计要求——保证接头满足使用要求；
（2）焊接的难易与焊接变形——焊接容易实现，变形容易控制；
（3）焊接成本——接头准备和实际焊接所需费用低，经济性好；
（4）施工条件——制造施工单位具备完成施工要求所需的技术、人员和设备条件。
接头类型的确定主要取决与设计条件（结构特点、受力状态、板厚等）。
如前所述，接头类型共有10种，如对接接头、搭接接头、T形接头、十字接头、角接接头等，这些接头又可采用各种坡口形式，诸如I形、V形、U形、J形、Y形、X形、K形等。
在两种或多种接头中选择一种接头，一方面要考虑设计条件，例如考虑是承载焊缝还是联系焊缝，如果是承载焊缝，则要求这种焊缝必须具有与母材相等的强度，这时就必须采用能够完全焊透钢板的方法焊接开坡口焊缝，即全焊透焊缝。
若是联系焊缝，这种焊缝要承受的力是很小的，这时焊缝就不一定要求焊透或全长焊接；另一方面，这种选择主要考虑接头准备和焊接成本，影响焊接准备和焊接成本的主要因素是坡口加工、焊缝填充金属量、焊接工时及辅助工时等。
选择焊接接头时，除了上述必须考虑的设计要求和经济性外，也不能忘记要为施工提供方便，应充分考虑到所设计的接头焊接容易、焊接变形可以控制、施工条件不难具备。
鉴于这一点，设计人员在选择焊接接头类型时，应征求焊接工程师的意见。
二、焊接接头的设计注意事项
在设计焊接接头时，设计人员一般除了依据上节中介绍的焊接接头的选择原则，注意正确合理的选择焊接接头类型、坡口形状和尺寸，还必须注意接头的可焊到性、可检测性以及为防止或减小腐蚀设计上应考虑的问题。
本节将着重介绍考虑满足施焊、探伤要求和防止或减小腐蚀等的设计注意事项。
1、接头的可焊到性
熔焊接头焊接时，为保证获得理想的接头质量，必须保证焊条、焊丝或电极能方便地到达预焊部位，这就是熔焊接头设计时要考虑的可焊到性问题。
如角焊缝中因其坡口角度和根部间隙过小，使得尖角部位难以焊到，可通过加大坡口角度和根部间隙，避免焊不到的可能性。
电阻焊（点焊、滚电焊和缝焊）也存在可焊到性问题，设计电阻焊接头时，必须考虑到电阻焊机的机臂长度（喉深）和电极尺寸，才能保证所设计的接头在相应得电阻焊机上方便地进行焊接。
2、接头的可探伤性
接头的可探伤性是指接头检测面的可接近性和几何形状与材质的探伤适应性。
考虑焊接接头的探伤问题时，往往是根据必要性，而不是根据技术上的可能性来决定的。
所以，焊接质量要求越高的接头，越要注意接头的可探伤性。
3、考虑接头腐蚀的设计注意事项
腐蚀介质与金属表面直接接触时，在缝隙内和其它尖角处常常发生强烈的局部腐蚀。
这种腐蚀与缝隙内和尖角处积存的少量静止溶液与沉积物有关。
这种腐蚀称为缝隙腐蚀或沉积物腐蚀，防止和减小这种腐蚀的方法是：
第一，力求采用对接焊，焊缝焊透，不采用单面焊根部有未焊透的接头；第二，要避免接头缝隙及其形成的尖角和结构死区，要使液体介质能完全排放、便于清洗，防止固体物质在结构底部沉积。
同样，对于选择性腐蚀，除了正确选择材料外，焊接加工也起着重要作用，因为热影响引起的析出和晶粒长大等组织变化，会降低材料的耐腐蚀性。
为了避免对介质接触面的有害影响，当焊接非介质接触面时，防止与减小这种腐蚀的措施有：
1）合理选用焊接方法和相应和焊接规范参数；2）增加壁厚，保证壁厚足够；3）焊接中间过渡层。
升级会员 