焊接接头和焊缝形式.概要

第二章焊接接头与焊接识图焊接接头：用焊接方法连接的接头作用：主要起连接和传递力的作用。组成：焊缝、熔合区和热影响区一、焊缝坡口的基本形式与尺寸（1）.为了保证电弧能深入接头根部，使根部焊透并便于清渣以获得较好的成形。(一)坡口形式1.坡口定义：根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成的一定几何形状的沟槽。开坡口：利用机械、火焰或电弧等加工坡口的过程2.开坡口的目的：（2）.起到调节焊缝金属中母材金属与填充金属比例的作用。V形和Y形坡口加工和施焊方便，但焊后容易产生角变形。双Y形坡口是在V形坡口的基础上发展的。当焊件厚度增大时，采用双Y形代替V形坡口，在同样厚度下，可减少焊缝金属量约1/2，并且可对称施焊，焊后的残余变形较小。U形坡口填充金属量在焊件厚度相同的条件下比V形坡口小得多，但这种坡口的加工较复杂。3.坡口类型：由两种或两种以上的基本型组合而成，如Y形、双Y形、带钝边U形、双U形、双单边V形、双单边Y形.4.坡口的特点：基本型组合型特殊型特点：形状简单，加工容易，应用普遍。主要有I、V、单边V、U、J既不属于基本型也不同于组合型，如卷边、带垫板、锁边、塞焊坡口、槽焊坡口5.根部半径U在J形、U形坡口底部的圆角半径叫根部半径(见下图)。它的作用是增大坡口根部的空间，以便焊透根部和减小坡口角度。(二)坡口的几何尺寸1.坡口面待焊件上的坡口表面叫坡口面。2.坡口面角度β和坡口角度α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，见下图。3.根部间隙b焊前在接头根部之间预留的空隙叫根部间隙，见下图。其作用在于打底焊时能保证根部焊透。根部间隙又叫装配间隙4.钝边p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，见下图。钝边的作用是防止根部烧穿。1.当钝边尺寸较大而根部间隙不变时，焊缝根部的熔透程度受到影响，这样，反面封底焊缝的焊接工作量加大；当钝边的尺寸较小而根部间隙较大时，焊缝根部可以熔透，也可能烧穿。结果如何决定于焊工的技术水平。2.当坡口角度太大时，缩小根部间隙和加大钝边，用小直径焊条也可以保证焊缝根部熔透；当坡口角度太小时，应加大根部间隙，适当减小钝边，用小直径焊条也可以将焊缝概况熔透。焊前还要清除坡口表面的铁锈、油污、水分，目的是提高焊缝金属强度。6.坡口深度坡口深度越大，焊透程度越大，焊缝消耗的焊接材料越多，焊接变形也大。坡口尺寸对焊缝质量影响很大。坡口角度、根部间隙、钝边被称为“坡口三要素”。其相互关系如下：（三）、加工坡口的方法：剪切、刨边、车削加工的坡口质量最好，坡口各尺寸误差极小，机械化生产效率高，适合批量加工，不适宜施工现场加工坡口。热切割适宜在施工现场加工，坡口尺寸的加工误差较大。加工机动性比剪切、刨边、车削好。碳弧气刨主要用于焊接缺陷返修开坡口，效率较高，但工人劳动条件较差，既有噪声又有气刨熔渣飞溅，容易烫伤人。铲削或磨削加工的坡口尺寸不稳定，全由操作者的技术水平决定，工人劳动强度大，只适用焊缝缺陷返修开坡口。1.剪切2.刨削3.车削4.热切割5.碳弧气刨6.铲削或磨削I形坡口可在剪板机上剪切加工用刨床或刨边机加工，有时也可采用铣削用车床加工，适用于加工管子的坡口用气体火焰或等离子弧，加工V形、Y形、双Y形主要用于清焊根时的开坡口及U形坡口用手工或风动工具铲削或使用砂轮机磨削。效率较低，多用于缺陷返修时的开坡口。（四）、选择坡口的原则：1.保证焊接质量2.便于焊接施工3.坡口加工简单4.坡口的断面面积尽可能小5.便于控制焊接变形这是选择坡口的最基本要求两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，叫做对接接头。应力集中相对较小，且易于降低和消除（例如将余高去除）。所以从力学角度看对接接头是比较理想的接头形式，不但静载荷可靠，而且抗疲劳强度也高。如图1所示。二、焊接接头的类型及特点焊接中，由于焊件的厚度、结构及使用条件的不同，其接头型式及坡口形式也不同。焊接接头型式有：对接接头、T形接头、角接接头、搭接接头和端接接头。(一)对接接头1.特点2.应用在各种焊接结构中它是采用最多的一种接头型式。一般钢板厚度在6mm以下，不开坡口；钢板厚度若大于6mm，则必须开坡口。对接接头常用的坡口形式有V、Y、双Y、U形等。两焊件端面成相对平行的接头或两焊件端成成不同角度斜接斜缝对接因浪费材料和工时，目前一般很少采用。图：角接接头(a)I形坡口；(b)带钝边单边V形坡口(二)角接接头1.特点2.应用两焊件端面构成大于30°，小于135°夹角的接头。见下图。这种接头受力状况不太好。承载能力差，特别是当接头承受弯曲力时，焊根易出现应力集中而造成根部开裂。如果开I形坡口单面焊，其承载能力很差，因而多用于不重要的结构或箱形构件上。一般不开坡口；如需要也可根据焊件厚度开带钝边单边V形、Y形及带钝边双单边V形等。一焊件的端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头或十字接头均属于T形接头。特点：焊缝向母材过渡较急剧，接头在外力作用下线扭曲很大，造成应力分布极不均匀，在角焊缝的根部和过渡处都有很大的应力集中，所以这种接头的承载能力较差。图：T形接头(三)T接接头1.特点2.应用是一种典型的电弧焊接头，能承受各个方向的力和力矩。是各类箱形结构中最常见的结构形式。在一般情况下，可不开坡口，若焊缝要求承受载荷时，应选用带钝边单边V形、带钝边双单边V形或带钝边双J形等形式，使接头焊透，以保证接头强度。1.应避免采用单面角焊缝隙，因为单面焊根部有很深缺口，承载时易从此处开裂。2.应尽量避免在板厚方向承受高拉应力，因轧制板材有夹层缺陷，尤其厚板更易出现层状撕裂。两焊件部分重叠构成的接头。构件形状发生较大的变化，所以应力集中比对接接头情况复杂得多，承载能力较低。应力分布不均匀，疲劳强度较低，不是理想的接头形式，但其焊前准备和装配较简单其横向收缩量也比对接接头小。见下图。图：搭接接头(a)I形坡口，(b)圆孔内塞焊；(c)长孔内角焊(四)搭接接头1.特点2.应用有不开坡口、塞焊缝和槽焊缝等形式。不开坡口的，一般用于12mm以下钢板，其重叠部分为3-5倍板厚，常用在不重要的结构中。当结构重叠部分面积较大时，常选用圆孔塞焊缝和长孔槽焊缝的接头形式。搭接接头根据其结构形式和对强度的要求，分为不开坡口、圆孔内塞焊和长孔内角焊三种形式，如上图。I形坡口的搭接接头，一般用于厚度12mm以下的钢板，其重叠部分≥2(δ1+δ2)。这种接头用于不重要的结构中。当遇到重叠部分的面积较大时，可根据板厚及强度要求，分别采用不同大小和数量的圆孔内塞焊或长孔内角焊的接头型式。容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类，如下图所示。1.圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外）、球形封头与圆筒连接的环向接头、各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头，均属A类焊接接头。2.壳体部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与接管连接的接头，均属B类焊接接头,但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。（五）压力容器焊接接头种类划分及要求4.接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属D类焊接接头，但已规定为A、B类的焊接接头除外。（五）压力容器焊接接头种类划分及要求3.平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头。A、B类焊接接头对口错边量b(见图)应符合下表的规定。锻焊容器B类焊接接头对口错边量b应不大于对口处钢材厚度δ的1/8，且不大于5mm。复合钢板的对口错边量b(见下图)不大于钢板复层厚度的50%，且不大于2mm。B类焊接接头以及圆筒与球形封头相连的A类焊接接头，当两侧钢材厚度不等时，若薄板厚度不大于10mm，两板厚度差超过3mm。若薄板厚度大于10mm，两板厚度差大于薄板厚度的30%,或超过5mm时，均应按下图的要求单面或双面削薄厚板边缘，或按同样要求采用堆焊方法将薄板边缘焊成斜面。板材削薄示意图三、焊缝形式及形状尺寸（一）焊缝形式1.按焊缝结合形式对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝五种：（1）对接焊缝：在焊件的坡口面间或一零件的坡口面与另一零件表面间焊接的焊缝，（2）角焊缝：沿两直交或近直交零件的交线所焊接的焊缝。（3）端接焊缝：构成端接接头所形成的焊缝。（4）塞焊缝：两零件相叠，其中一块开圆孔，在圆孔中焊接两板所形成的焊缝，只在孔内焊角焊缝者不称塞焊（5）槽焊缝：两板相叠，其中一块开长孔，在长孔中焊接两板的焊缝，只焊角焊缝者不称槽焊。平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝四种形式。断续焊缝又分为交错式和并列式两种(如下图)，焊缝尺寸除注明焊脚K外，还注明断续焊缝中每一段焊缝的长度l和间距e，并以符号“Z”表示交错式焊缝。断续角焊缝(a)交错式(b)并列式2.按施焊时焊缝在空间所处位置分：3.按焊缝断续情况分：连续焊缝和断续焊缝两种形式。焊缝表面与母材的交界处叫焊趾。焊缝表面两焊趾之间的距离叫焊缝宽度，如下图图：焊缝宽度（二）焊缝的形状尺寸焊缝的形状用一系列几何尺寸来表示，不同形式的焊缝，其形状参数也不一样。1．焊缝宽度C（2）.但在动载或交变载荷下，它非但不起加强作用，反而因焊趾处应力集中易于促使脆断。所以余高不能低于母材但也不能过高。图余高2.余高h超出母材表面焊趾连线上面的那部分焊缝金属的最大高度叫余高，见下图。（1）.在静载下它有一定的加强作用，所以它又叫加强高。注意A、B类接头焊缝的余高。hl、h2，按下表和下图的规定。焊缝的余高在焊接接头横截面上，母材或前道焊缝熔化的深度叫熔深，见下图。(a)对接接头熔深(b)搭接接头熔深(c)T形接头熔深3．熔深在焊缝横截面中，从焊缝正面到焊缝背面的距离，叫焊缝厚度，见下图。对接焊缝焊透时等于焊件的厚度；角焊缝时等于在角焊缝横截内画出的最大直角等腰三角形中，从直角的顶点到斜边的垂线长度，习惯上也称喉厚，见下图。焊缝厚度及焊脚(a)凸形角焊缝(b)凹形角焊缝4．焊缝厚度焊缝计算厚度是设计焊缝时使用的焊缝厚度。对接接头单面焊时，计算厚度不小于0.7δ在角焊缝的横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度叫焊脚尺寸，见上图。6．焊缝成形系数熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度(C)与焊缝计算厚度(H)的比值(ф＝C／H)见下图。该系数值小，则表示焊缝窄而深，这样的焊缝中容易产生气孔和裂纹，该系数值大，则表示焊缝宽而浅，这样的焊缝抗气孔和裂纹的能力强，所以焊缝成形系数应该保持一定的数值，例如埋弧自动焊的焊缝成形系数ф要大于1.3。5.焊脚K：角焊缝的横截面中，从一个直角面上的焊趾到另一个直角面表面的最小距离，叫做焊脚。焊脚尺寸：角焊缝的形状和尺寸：根据角焊缝的外表和形状分两类：凸形和凹形各种接头、坡口和焊缝的形式见下表。焊接位置：熔焊时，焊件接缝所处的空间位置。有平焊、横焊、立焊和仰焊位置等。用焊缝倾角和焊缝转角来表示焊缝倾角：焊缝轴线与水平面之间的夹角，见下图四、焊接位置各种焊接位置(a)平焊(b)横焊(c)立焊(d)仰焊(e)平角焊(f)仰角焊(1)平焊位置：焊缝倾角0°焊缝转角90°见上图(a)。(2)横焊位置：焊缝倾角0°或180°焊缝转角0°或180°的对接位置，见上图(b)。(3)立焊位置：焊缝倾角90°(立向上)，270°(立向下)(c)。(4)仰焊位置：对接焊缝倾角0°180°；转角270°图(d)。此外，对于角焊位置还规定了另外两种焊接位置。(5)平角焊位置：角焊缝倾角0°，180°；转角45°，135°的角焊位置(e)。(6)仰角焊位置：倾角0°，180°；转角225°，315°的角焊位置图(f)。在平焊位置、横焊位置、立焊位置、仰焊位置进行的焊接分别称为平焊、横焊、立焊、仰焊。当焊件接缝置于倾斜位置(除平、横、立、仰焊位置以外)时进行的焊接称为倾斜焊。（11）全位置焊接：水平固定管的焊接，由于在管子360°的焊接中，有仰焊、立焊、平焊，所以称全位置焊接。（8）倾斜焊：（7）船形焊：T形、十字形和角接接头处于平