CWI培训焊接检验工艺学第4章焊接接头的几何形状及焊

第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号•简介•焊接接头焊接符号•辅助符号•焊缝符号的标注•关键术语及定义第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•简介•确定焊接的技术要求是设计的一部分，或是项目工程师职责的一部分。然而，制造人员仍然有责任准确的将图纸要求转化为生产工艺，并准备这些接头。在日常工作交流中，焊接接头的术语就显得非常重要。准确地应用术语可以使焊接人员很方便地将装配和焊接过程中的问题向有关人员提出来。焊接接头术语与辅助的焊接符号、数据及尺寸之间有着直接的关系。焊接检验员很有必要掌握以便于沟通。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•1.焊接接头•焊接接头共有五种形式，对接，角接，T形，搭接和端接接头。如图4.2所示，这五种基本接头形式都有一定的焊缝和焊缝符号与之对应。根据不同的接头设计，每种接头形式又形成各种不同的焊缝，并且这些焊缝与每种接头形式很接近。接头设计确定了其形状，尺寸和结构。•在图4.1的AWSA3.0(1994版)标准术语和定义中增加了卷边接头和铰接焊接接头。图4.3，卷边接头是五种基本接头形式中的一种，其形成的焊缝接头中至少要有一组成件是卷边形状。铰接焊接接头是“有另一工件跨越对接接头并分别焊接在要被连接的工件上”•(见图4.4)。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•形成一个接头的每个工件叫焊接件（或焊件），并分为三类，对接焊件，非对接焊件，铰接焊件。图4.4和4.5对每种焊件都有描述。•对接焊件是用一个对接件防止另一焊接件沿垂直壁厚方向移动。例如，对接接头的两个焊件都是对接焊件，T型接头或角接接头中的一个焊接件就是对接焊件。非对接焊件就是一接头焊件可沿垂直其壁厚方向任意移动。例如，搭接接头的两个焊件都是非对接焊件，T型接头或角接接头中的一个焊件就是非对接焊件。•铰接焊件就是跨在对接接头上的工件。图4.4中给出了两个实例，用于连接对接接头的铰接。•焊缝的形式是用接头的几何形状来表示的。接头的几何形状就是焊前的截面尺寸及形状。从截面方向上看一接头时，每个焊件的端部形状常常与其焊缝形式及符号相似。其它的一些焊缝形式和坡口设计可用它们的结构或者成形的形状来表示，这些形状包括端部的形状或是表面制备的形状。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•图4.6给出了用于焊接制造中焊缝常见的端部形状。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•从图4.7到4.11提供的截面图中可发现焊缝符号与各种端部形状组合之间的关系。各种不同端部形状的组合也形成了各种不同的接头形状即形成了如图4.2所示的五种基本接头形式的各种情况。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•焊接接头组成部分•接头型式确定后，有必要描述所要求的接头设计。所以，焊接及检验人员应具备相当的能力来识别对于一给定接头的几何形状的各个特征。与这些特征有关的术语包括：•接头根部•坡口面•根部钝边•根部棱边•根部间隙•单边•单边角度•坡口角度•坡口半径第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•每种型式的接头设计，其接头的几何形状可能会稍有不同，例如接头根部，接头根部被定义为“被焊接头彼此最靠近的部分，从截面上看，接头根部可能是点，线或面。”•图4.12列出几种不同接头设计所采用的部分接头根部。接头根部在图A）-(D)为阴影部分，在（E）和（F）为黑线部分。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•与坡口面，钝边，根部棱边相关的术语表示在图4.13中，坡口面是焊件的坡口内的表面。钝边（通常也叫land）是坡口面中靠近接头根部的部分。最后一个，根部棱边定义为宽度为零时的钝边。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•焊接人员可能需要描述的其他特征表示在图4.14中。这些是焊接工艺及生产焊接的基本要素，焊接人员可能要实际测量它们以确定其是否符合图纸和文件的要求。•根部间隙定义为“焊件根部间的距离”。单面削边（通常提到的倒角）定义为“将一个面加工成斜面”。•单面削边角度定义为焊件的单面削边与焊件平面垂线之间的角度。•坡口角度定义为焊件坡口之间的角度。对于单面削边坡口焊缝，单面削边角度等于坡口角度。•坡口半径仅适用于J型或U型坡口焊，它定义为形成J型或U坡口的圆角，•一般地，J型或U型坡口是由单面削边角度（或坡口角度）及坡口半径来确定的。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•焊缝类型•如图4.2所示，每种接头类型都有各种不同的焊缝。以AWSA2.4“焊接，钎焊及无损探伤检验的标准符号”作为参考，共有九类焊缝及与其相关的焊缝符号，每一类焊缝中有各种相应的焊缝形式。这九类焊缝包括：•坡口焊缝•角焊缝•塞焊及槽焊•螺拄焊•点焊或凸焊•缝焊•封底焊及打底焊•堆焊•端接焊缝•焊接设计人员可根据需要，选取最适合的接头形状和焊缝类别。选取时，可考虑以下因素：•易焊的接头•成熟的焊接工艺•适当的结构设计•焊接成本第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•坡口焊缝•坡口焊缝定义为“在焊件之间的坡口中形成的焊缝”。坡口焊缝有八种类型：•直边坡口•斜坡口•V型坡口•单边坡口•U型坡口•J型坡口•V型喇叭坡口•单边喇叭型坡口•它们的名称与其实际截面形状相像。所有的这些坡口焊缝可通过对接接头单面或双面焊来获得。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•图4.15对典型的单面及双面坡口焊作了说明。如期望的那样，单面坡口焊是“仅从单面施焊得到的焊缝”，同样地，双面坡口焊是“从两面施焊得到的焊缝”。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•不同型式的坡口焊缝可有多种组合。可根据难易度，成本，结构设计，所期望的变形量及所用焊接工艺来选取。•直边坡口焊的优点是最经济，但受焊件厚度的限制。单面焊的直边坡口全焊透焊缝通常不能适用于厚度大于1/4英寸的材料。•较厚的材料须选取与接头形状相适应的其它坡口焊缝。对于较厚的接头，其几何形状应便于焊接，保证焊缝强度，最小量的裁取母材。出于成本考虑，在接头设计时应选取合适的根部间隙及坡口角度，以便在保证达到使用要求的同时尽可能地减少焊接材料的填充量。应根据母材，接头在焊件中的位置，在役条件来选取合适的根部间隙及坡口角度。•当经济成本大于坡口面加工成本时，可考虑选取J型坡口及U型坡口焊缝，以减少焊材的填充量。这些类型的焊缝主要用于较厚工件。由于存在一直边，单边坡口及J型坡口焊接要难于V型及U型坡口焊接。双边喇叭型坡口和单边喇叭型坡口焊缝通常用于连接法兰或其他圆形组件。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•角焊缝•AWSA2.4定义角焊缝为在搭接，T形，角接接头中连接两个近似为直角的两个面，而形成的截面近似为三角形的焊缝。当设计允许时，角焊缝因其低成本而优于坡口焊缝被采用。角焊缝通常不需要焊前对焊接处预制，但表面可能需清理。与坡口焊缝不同，角焊缝的取名并非缘于其几何形状，它是适用于搭接，T形和角接接头的一种常见焊缝。角焊缝有时与坡口焊缝组合使用。图4.16为角焊缝在角接，T形，和搭接接头上的使用示例。•角焊缝通常为单边或双边的焊缝，它可能由单道焊或多道焊组成。实例见图4.16。•除连续的焊缝外(完整的接头长度)，角焊缝还经常采用交错断续焊或并排断续焊。•交错断续角焊缝是在接头两侧交错间断增加焊缝。•并排断续角焊缝是在接头两侧并列等长的、间断增加的焊缝。•图4.16(E)和(F)就是这两种角焊缝的实例。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•塞焊和槽焊•用于连接搭接组件的两种类型的焊缝是塞焊和槽焊。塞焊是在接头的一个元件上开圆孔通过焊接与另一组件熔合的焊接方式。槽焊则是在接头的一组件上开椭圆孔通过焊接与另一组件熔合的焊接方式。孔可能开在一端。塞焊和槽焊都需确定填充深度。图4.17(A)和(B)对塞焊和槽焊作了说明。图4.16(D)所示的在圆孔或开槽中的角焊缝不能认为是塞焊或槽焊。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•螺柱焊•图4.17(C)所提供的是螺柱焊的例子。在电弧螺柱焊中最常用的螺柱材料为低碳钢，不锈钢和铝材。其它材料的螺柱仅在特殊要求时使用。•大部分螺柱焊底部是圆形的。然而，也有许多使用方形和矩形底部的螺柱焊。螺柱焊的应用包括将木地板固定在钢制甲班上或框架上；在罐，箱车或其它容器内加衬或隔层基固定，装配机器附件，保证管件和绳索牢固度；焊接剪切连接件和地脚螺栓焊到结构上。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•点焊和凸焊•点焊是在叠加的组件之间或之上形成的，它的结合点有可能起始于结合面，也可能起始于某一组件的外表面。结合面定义为一个组件与另一要连接的组件之间相接触或近可能小间距的吻合面。点焊通常使用电阻焊来实现，但连接搭接接头到较薄材料最有效的方法是电弧点焊。在电弧点焊中，焊缝通过使用电弧焊方法，熔透顶部组件，熔入下部组件来实现。图4.18(A)和(B)描述了电阻点焊和电弧点焊。•凸焊采用电阻焊方法。焊缝是通过电流的电阻产生的热量成型的。焊缝成型在预定的凸出点，浮凸或相交点上。图4.18(C)给出了搭接接头的浮凸组件凸焊，及成型焊缝的剖面。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•缝焊•缝焊是在重叠组件之间或之上成型的连续焊缝，它的接合起始于组件的结合面，也能产生在其中一组件外表面。连续焊缝可能由单道焊缝或相互重叠的点焊缝形成。它意味着焊接时须沿着接缝移动焊枪枪头，或在焊枪下移动工件。这种焊缝要靠电弧焊及电阻焊来完成。这两种焊接工艺形成的缝焊如图4.19(A)-(D)所示。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•封底焊缝及打底焊缝•顾名思义，这些焊缝是在接头的背面焊接的。虽然它们焊在同一位置，但施焊方法不同。AWSA3.0定义“封底焊缝”是在单面坡口焊缝背面制作的焊缝。“打底焊缝”是焊缝形式的衬垫。封底焊缝的焊接顺序为先焊完正面，再焊背面。打底焊缝的焊接顺序为先焊背面焊缝然后焊完正面的焊缝。图4.19(E)和(F)给出了这两种焊接的实例。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•堆焊•顾名思义，这种焊接方式是直接将焊缝焊在金属表面。堆焊定义为“将焊缝焊在直接作为接头的平面上，以获取所期望的性能及尺寸。”图4.19(G)给出了典型的堆焊实例。其它相关的术语有：•尺寸堆焊——在材料表面上熔敷堆焊材料，以得到所期望的尺寸。•隔离层（过渡层）堆焊——在一个或多个材料表面上熔敷堆焊材料，以得到冶金性能适宜的过渡层焊缝，以便后续焊缝的完成。•耐腐蚀堆焊——在材料表面上熔敷堆焊材料，一般用以改善耐腐蚀和耐热性能。•耐磨（硬质合金）堆焊——在材料表面上熔敷堆焊材料，以使材料减少磨损。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•端接焊缝•端接焊缝是在端接接头中，如卷边对接接头，或卷边角接接头中的焊件沿着整个厚度方向都将熔透所得到的焊缝。卷边接头间有两个都是卷边的焊件，而卷边角接接头中仅有一个焊件是卷边的，图4.20给出了角接接头及卷边接头中端接焊缝的实例。第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•完工焊缝•焊接和检验人员应了解有关完工焊缝特点及相关的术语。这些术语能帮助交流，增加对焊接符号的理解及确定需焊后进一步清理或处理的焊缝区域。•坡口焊缝的术语有(见图4.21)•焊缝表面•焊趾•焊根•焊根表面（焊缝背面）•表面加强高•背面加强高第四单元焊接接头的几何形状和焊接符号2011-11-12•焊缝表面是“焊缝在施焊面的表面暴露部分。•”焊趾是“焊缝表面与母材的交界处。•”焊趾的反面为焊根。焊根就