焊接工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)

...wd......wd......wd...第四節(jié)焊接工藝根基知識(shí)一、焊接接頭的種類(lèi)及接頭型式焊接中，由于焊件的厚度、構(gòu)造及使用條件的不同，其接頭型式及坡口形式也不同。焊接接頭型式有：對(duì)接接頭、T形接頭、角接接頭及搭接接頭等。(一)對(duì)接接頭兩件外表構(gòu)成大于或等于135°，小于或等于180°夾角的接頭，叫做對(duì)接接頭。在各種焊接構(gòu)造中它是采用最多的一種接頭型式。鋼板厚度在6mm以下，除重要構(gòu)造外，一般不開(kāi)坡口。厚度不同的鋼板對(duì)接的兩板厚度差(δ—δ1)不超過(guò)表1—2規(guī)定時(shí)，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(lái)選取；否則，應(yīng)在厚板上作出如圖1—8所示的單面或雙面削?。黄湎鞅￠L(zhǎng)度L≥3(δ—δ1)。圖1—8不同厚度板材的對(duì)接(a)單面削薄，(b)雙面削薄表1-2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(gòu)成大于30°、小于135°夾角的接頭，叫做角接接頭，見(jiàn)圖1—9。這種接頭受力狀況不太好，常用于不重要的構(gòu)造中。圖1—9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外表構(gòu)成直角或近似直角的接頭，叫做T形接頭，見(jiàn)圖1—10。圖1—10T形接頭(四)搭接接頭兩件局部重疊構(gòu)成的接頭叫搭接接頭，見(jiàn)圖1—11。圖1—11搭接接頭(a)I形坡口，(b)圓孔內(nèi)塞焊；(c)長(zhǎng)孔內(nèi)角焊搭接接頭根據(jù)其構(gòu)造形式和對(duì)強(qiáng)度的要求，分為不開(kāi)坡口、圓孔內(nèi)塞焊和長(zhǎng)孔內(nèi)角焊三種形式，見(jiàn)圖1—11。I形坡口的搭接接頭，一般用于厚度12mm以下的鋼板，其重疊局部≥2(δ1+δ2)，雙面焊接。這種接頭用于不重要的構(gòu)造中。當(dāng)遇到重疊局部的面積較大時(shí)，可根據(jù)板厚及強(qiáng)度要求，分別采用不同大小和數(shù)量的圓孔內(nèi)塞焊或長(zhǎng)孔內(nèi)角焊的接頭型式。二、焊縫坡口的基本形式與尺寸(一)坡口形式根據(jù)坡口的形狀，坡口分成I形(不開(kāi)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。V形和Y形坡口的加工和施焊方便(不必翻轉(zhuǎn)焊件)，但焊后容易產(chǎn)生角變形。雙Y形坡口是在V形坡口的根基上開(kāi)展的。當(dāng)焊件厚度增大時(shí)，采用雙Y形代替V形坡口，在同樣厚度下，可減少焊縫金屬量約1/2，并且可對(duì)稱施焊，焊后的剩余變形較小。缺點(diǎn)是焊接過(guò)程中要翻轉(zhuǎn)焊件，在筒形焊件的內(nèi)部施焊，使勞動(dòng)條件變差。U形坡口的填充金屬量在焊件厚度一樣的條件下比V形坡口小得多，但這種坡口的加工較復(fù)雜。(二)坡口的幾何尺寸(1)坡口面待焊件上的坡口外表叫坡口面。(2)坡口面角度和坡口角度待加工坡口的端面與坡口面之間的夾角叫坡口面角度，兩坡口面之間的夾角叫坡口角度，見(jiàn)圖1—12。(3)根部間隙焊前在接頭根部之間預(yù)留的空隙叫根部間隙，見(jiàn)圖1—12。其作用在于打底焊時(shí)能保證根部焊透。根部間隙又叫裝配間隙。(4)鈍邊焊件開(kāi)坡口時(shí)，沿焊件接頭坡口根部的端面直邊局部叫鈍邊，見(jiàn)圖1—12。鈍邊的作用是防止根部燒穿。(5)根部半徑在J形、U形坡口底部的圓角半徑叫根部半徑(見(jiàn)圖1—12)。它的作用是增大坡口根部的空間，以便焊透根部。圖1—12坡口的幾何尺寸三、焊接位置種類(lèi)根據(jù)GB／T3375—94《焊接術(shù)語(yǔ)》的規(guī)定，焊接位置，即熔焊時(shí)，焊件接縫所處的空間位置，可用焊縫傾角和焊縫轉(zhuǎn)角來(lái)表示。有平焊、立焊、橫焊和仰焊位置等。焊縫傾角，即焊縫軸線與水平面之間的夾角，見(jiàn)圖1—13。圖1—13焊縫傾角焊縫轉(zhuǎn)角，即焊縫中心線(焊根和蓋面層中心連線)和水平參照面Y軸的夾角，見(jiàn)圖1—14。圖1—14焊縫轉(zhuǎn)角(1)平焊位置焊縫傾角0°，焊縫轉(zhuǎn)角90°的焊接位置，見(jiàn)圖1—15(a)。圖1—15各種焊接位置(a)平焊(b)橫焊(c)立焊(d)仰焊(e)平角焊(f)仰角焊(2)橫焊位置焊縫傾角0°，180°；焊縫轉(zhuǎn)角0°，180°的對(duì)接位置，見(jiàn)圖1—15(b)。(3)立焊位置焊縫傾角90°(立向上)，270°(立向下)的焊接位置，見(jiàn)圖1—15(c)。(4)仰焊位置對(duì)接焊縫傾角0°，180°；轉(zhuǎn)角270°的焊接位置，如圖1—15(d)。此外，對(duì)于角焊位置還規(guī)定了另外兩種焊接位置。(5)平角焊位置角焊縫傾角0°，180°；轉(zhuǎn)角45°，135°的角焊位置，見(jiàn)圖1—15(e)。(6)仰角焊位置傾角0°，180°；轉(zhuǎn)角225°，315°的角焊位置，見(jiàn)圖1—15(f)。在平焊位置、橫焊位置、立焊位置、仰焊位置進(jìn)展的焊接分別稱為平焊、橫焊、立焊、仰焊。T形、十字形和角接接頭處于平焊位置進(jìn)展的焊接稱為船形焊。在工程上常用的水平固定管的焊接，由于在管子360°的焊接中，有仰焊、立焊、平焊，所以稱全位置焊接。當(dāng)焊件接縫置于傾斜位置(除平、橫、立、仰焊位置以外)時(shí)進(jìn)展的焊接稱為傾斜焊。四、焊縫形式及形狀尺寸(一)焊縫形式焊縫按不同分類(lèi)方法可分為以下幾種形式：(1)根據(jù)GB／T3375—94的規(guī)定，按焊縫結(jié)合形式，分為對(duì)接焊縫、角焊縫、塞焊縫、槽焊縫和端接焊縫五種：1)對(duì)接焊縫：在焊件的坡口面間或一零件的坡口面與另一零件外表間焊接的焊縫，2)角焊縫：沿兩直交或近直交零件的交線所焊接的焊縫。3)端接焊縫：構(gòu)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(kāi)圓孔，在圓孔中焊接兩板所形成的焊縫，只在孔內(nèi)焊角焊縫者不稱塞焊。5)槽焊縫：兩板相疊，其中一塊開(kāi)長(zhǎng)孔，在長(zhǎng)孔中焊接兩板的焊縫，只焊角焊縫者不稱槽焊。(2)按施焊時(shí)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)焊縫又分為交織式和并列式兩種(圖1—16)，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(zhǎng)度l和間距e，并以符號(hào)“Z〞表示交織式焊縫。圖1—16斷續(xù)角焊縫(a)交織式(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(lái)表示，不同形式的焊縫，其形狀參數(shù)也不一樣。1．焊縫寬度焊縫外表與母材的交界處叫焊趾。焊縫外表兩焊趾之間的距離叫焊縫寬度，如圖1—17。圖1—17焊縫寬度2．余高超出母材外表焊趾連線上面的那局部焊縫金屬的最大高度叫余高，見(jiàn)圖1—18。在靜載下它有一定的加強(qiáng)作用，所以它又叫加強(qiáng)高。但在動(dòng)載或交變載荷下，它非但不起加強(qiáng)作用，反而因焊趾處應(yīng)力集中易于促使脆斷。所以余高不能低于母材但也不能過(guò)高。手弧焊時(shí)的余高值為0～3mm。圖1—18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(jiàn)圖1—19。圖1—19熔深(a)對(duì)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，從焊縫正面到焊縫反面的距離，叫焊縫厚度，見(jiàn)圖1—20。圖1—20焊縫厚度及焊腳(a)凸形角焊縫(b)凹形角焊縫焊縫計(jì)算厚度是設(shè)計(jì)焊縫時(shí)使用的焊縫厚度。對(duì)接焊縫焊透日寸它等于焊件的厚度；角焊縫時(shí)它等于在角焊縫橫截內(nèi)畫(huà)出的最大直角等腰三角形中，從直角的頂點(diǎn)到斜邊的垂線長(zhǎng)度，習(xí)慣上也稱喉厚，見(jiàn)圖1—20。5．焊腳角焊縫的橫截面中，從一個(gè)直角面上的焊趾到另一個(gè)直角面外表的最小距離，叫做焊腳。在角焊縫的橫截面中畫(huà)出的最大等腰直角三角形中直角邊的長(zhǎng)度叫焊腳尺寸，見(jiàn)圖1—20。6．焊縫成形系數(shù)圖1—21焊縫成形系數(shù)的計(jì)算熔焊時(shí)，在單道焊縫橫截面上焊縫寬度(B)與焊縫計(jì)算厚度(H)的比值(ф＝B／H)，叫焊縫成形系數(shù)，見(jiàn)圖1—21。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(yīng)該保持一定的數(shù)值，例如埋弧自動(dòng)焊的焊縫成形系數(shù)ф要大于1．3。7．熔合比是指熔焊時(shí)，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(jiàn)表1—3。表1—3各種坡口、接頭及焊縫形式五、焊縫符號(hào)表示法焊縫符號(hào)一般由基本符號(hào)和指引線組成。必要時(shí)還可以加上輔助符號(hào)、補(bǔ)充符號(hào)和焊縫尺寸符號(hào)等。(一)符號(hào)根據(jù)GB324—88《焊縫符號(hào)表示法》的規(guī)定，焊縫符號(hào)可以分為以下幾種：(1)基本符號(hào)基本符號(hào)是表示焊縫橫截面形狀的符號(hào)，見(jiàn)表1—4。(2)輔助符號(hào)輔助符號(hào)是表示焊縫外表形狀特征的符號(hào)，見(jiàn)表1—5。應(yīng)用例如見(jiàn)表1—6。(3)補(bǔ)充符號(hào)補(bǔ)充符號(hào)是為了補(bǔ)充說(shuō)明焊縫的某些特征而采用的符號(hào)，見(jiàn)表1—7。應(yīng)用例如見(jiàn)表1—8。表1—4基本符號(hào)注：1)不完全熔化的卷邊焊縫用I形焊縫符號(hào)來(lái)表示，并加注焊縫有效厚度S。表1—5輔助符號(hào)表1—6輔助符號(hào)的應(yīng)用例如表1—7補(bǔ)充符號(hào)表1—8補(bǔ)充符號(hào)應(yīng)用例如(二)符號(hào)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(hào)、輔助符號(hào)、補(bǔ)充符號(hào)以外，還包括指引線、焊縫尺寸符號(hào)及數(shù)據(jù)。指引線一般由帶有箭頭的指引線(簡(jiǎn)稱箭頭線)和兩條基準(zhǔn)線(一條為實(shí)線，另一條為虛線)兩局部組成。如圖1—22所示。圖1—22指引線2．箭頭線和接頭的關(guān)系圖1—23和圖1—24給出的例如說(shuō)明以下術(shù)語(yǔ)的含義：圖1—23帶單角焊縫的T型接頭(a)焊縫在箭頭側(cè)(b)焊縫在非箭頭側(cè)圖1—24雙角焊縫的十字接頭a．接頭的箭頭側(cè)；b．接頭的非箭頭側(cè)3．箭頭線的位置箭頭線相對(duì)焊縫的位置一般沒(méi)有特殊要求，見(jiàn)圖1—25(a)、(b)。但是在標(biāo)注單邊V、單邊Y、J形焊縫時(shí)，箭頭線應(yīng)指向帶有坡口一側(cè)的工件，見(jiàn)圖1—25(c)、(d)。必要時(shí)，允許箭頭線彎折一次，如圖1—26。圖1—25箭頭線的位置圖1—26彎折的箭頭線4．基準(zhǔn)線的位置基準(zhǔn)線的虛線可以畫(huà)在基準(zhǔn)線的實(shí)線下側(cè)或上側(cè)?；鶞?zhǔn)線一般應(yīng)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(hào)相對(duì)基準(zhǔn)線的位置基本符號(hào)相對(duì)基準(zhǔn)線的位置見(jiàn)圖1—27(a)、(b)、(c)、(d)；標(biāo)注對(duì)稱焊縫及雙面焊縫時(shí)，不加虛線。圖1—27基本符號(hào)相對(duì)基準(zhǔn)線的位置(三)焊縫尺寸符號(hào)及其標(biāo)注位置(1)焊縫尺寸符號(hào)，見(jiàn)表1—9。表1—9焊縫尺寸符號(hào)(2)焊縫尺寸符號(hào)及數(shù)據(jù)的標(biāo)注原則，如圖1—28：1)焊縫橫截面上的尺寸標(biāo)在基本符號(hào)的左側(cè)；2)焊縫長(zhǎng)度方向尺寸標(biāo)在基本符號(hào)的右側(cè)；圖1—28焊縫尺寸的標(biāo)注原則3)坡口角度、坡口面角度、根部間隙等尺寸標(biāo)在基本符號(hào)的上側(cè)或下側(cè)；4)一樣焊縫數(shù)量符號(hào)標(biāo)在尾部；5)當(dāng)需要標(biāo)注的尺寸數(shù)據(jù)較多又不易分辯時(shí)，可在數(shù)據(jù)前面增加相應(yīng)的尺寸符號(hào)。當(dāng)箭頭線方向變化時(shí)，上述原則不變。(3)關(guān)于尺寸符號(hào)的說(shuō)明1)在基本符號(hào)的右側(cè)無(wú)任何標(biāo)注且又無(wú)其他說(shuō)明時(shí)，表示焊縫在工件的整個(gè)長(zhǎng)度上是連續(xù)的。2)在基本符號(hào)在左側(cè)無(wú)任何標(biāo)注且又無(wú)其他說(shuō)明時(shí)，表示對(duì)接焊縫要完全焊透。3)塞焊縫、槽焊縫帶有斜邊時(shí)，應(yīng)該標(biāo)注孔底部的尺寸。六、焊接工藝參數(shù)及其對(duì)焊縫形狀的影響焊接時(shí)，為保證焊接質(zhì)量而選定的各項(xiàng)參數(shù)(例如焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等)的總稱叫焊接工藝參數(shù)。所謂線能量是指熔焊時(shí)，由焊接熱源輸入給單位長(zhǎng)度焊縫上的能量焦?fàn)枺迕谆蚪範(fàn)枺撩?J／cm或J／mm)，亦稱熱輸入。線能量的計(jì)算公式為：式中Q——線能量，J／cm或J／mm；I——焊接電流，A；U——電弧電壓，V；V——焊接速度，cm／s或mm／s。例：某焊接性試驗(yàn)的焊接工藝參數(shù)如下：焊條直徑4mm，焊接電流180A，電弧電壓24V，焊接速度150mm／min。試計(jì)算其線能量。解：線能量。答：該試驗(yàn)的線能量為1728J／mm。(一)焊接電流當(dāng)其它條件不變時(shí)，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(jiàn)圖1—29，這是埋弧自動(dòng)焊時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。分析這些現(xiàn)象的原因是：(1)焊接電流增加時(shí)，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(lái)后，焊縫厚度就增加。(2)焊接電流增加時(shí)，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(huì)增加。(3)焊接電流增加時(shí)，一方面是電弧截面略有增加，導(dǎo)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(méi)有改變，所以弧長(zhǎng)也不變，導(dǎo)致電弧潛入熔池，使電弧擺動(dòng)范圍縮小，則就促使熔寬減少。由于兩者共同的作用，所以實(shí)際上熔寬幾乎保持不變。圖1—29焊接電流對(duì)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(dāng)其它條件不變時(shí)，電弧電壓增長(zhǎng)，焊縫寬度顯著增加而焊縫厚度和余高將略有減少，見(jiàn)圖1—30。這是因?yàn)殡娀‰妷涸黾右馕吨娀度的增加，因此電弧擺動(dòng)范圍擴(kuò)大而導(dǎo)致焊縫寬度增加。其次，弧長(zhǎng)增加后，電弧的熱量損失加大，所以用來(lái)熔化母材和焊絲的熱量減少，相應(yīng)焊縫厚度和余高就略有減小。圖1—30電弧電壓對(duì)焊縫形狀的影響由此可見(jiàn)，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(gè)因素是互相制約的，即一定的電流要配合一定的電壓，不應(yīng)該將一個(gè)參數(shù)在大范圍內(nèi)任意變動(dòng)。(三)焊接速度焊接速度對(duì)焊縫厚度和焊縫寬度有明顯的影響。當(dāng)焊接速度增加時(shí)，焊縫厚度和焊縫寬度都大為下降，見(jiàn)圖1—31。這是因?yàn)楹附铀俣仍黾訒r(shí)，焊縫中單位時(shí)間內(nèi)輸入的熱量減少了。圖1—31焊接速度對(duì)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(dāng)焊縫厚度要求一定時(shí)，為提高焊接速度，就得進(jìn)一步提高焊接電流和電弧電壓，所以，這三個(gè)工藝參數(shù)應(yīng)該綜合在一起進(jìn)展選用。(四)其它工藝參數(shù)及因素對(duì)焊縫形狀的影響電弧焊除了上述三個(gè)主要的工藝參數(shù)外，其它一些工藝參數(shù)及因素對(duì)焊縫形狀也具有一定的影響。(1)電極直徑和焊絲外伸長(zhǎng)當(dāng)其它條件不變時(shí)，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(dòng)范圍，所以焊縫厚度和焊縫寬度都將減小。焊絲外伸長(zhǎng)是指從焊絲與導(dǎo)電嘴的接觸點(diǎn)到焊絲末端的長(zhǎng)度，即焊絲上通電局部的長(zhǎng)度。當(dāng)電流在焊絲的外伸長(zhǎng)上通過(guò)時(shí)，將產(chǎn)生電阻熱。因此，當(dāng)焊絲外伸長(zhǎng)增加時(shí)，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(shí)，這種影響愈明顯。實(shí)踐證明，對(duì)于構(gòu)造鋼焊絲來(lái)說(shuō)，直徑為5mm以上的粗焊絲，焊絲的外伸長(zhǎng)在60～150mm范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，實(shí)際上可忽略其影響。但焊絲直徑小于3mm時(shí)，焊絲外伸長(zhǎng)波動(dòng)范圍超過(guò)5～10mm時(shí)，就可能對(duì)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(duì)細(xì)焊絲，特別是不銹鋼熔化電極弧焊時(shí)，必須注意控制外伸長(zhǎng)的穩(wěn)定。(2)電極(焊絲)傾角焊接時(shí)，電極(焊絲)相對(duì)于焊接方向可以傾斜一個(gè)角度。當(dāng)電極(焊絲)的傾角順著焊接方向時(shí)叫后傾；逆著焊接方向時(shí)叫前傾，見(jiàn)圖1—32(a)、(b)。電極(焊絲)前傾時(shí)，電弧力對(duì)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(duì)熔池底部母材的加熱，故焊縫厚度減小。同時(shí)，電弧對(duì)熔池前部未熔化母材預(yù)熱作用加強(qiáng)，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(jiàn)圖1—32(c)。圖1—32電極(焊絲)傾角對(duì)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(shí)，情況與上述相反。(3)焊件傾角焊件相對(duì)水平面傾斜時(shí)，焊縫的形狀可因焊接方向不同而有明顯差異。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(jiàn)圖1—33(a)(b)。圖1—33焊件傾角對(duì)焊縫形狀的影響(a)下坡焊(b)上坡焊(c)下坡焊時(shí)焊件傾角的影響(d)上坡焊時(shí)焊件傾角的影響當(dāng)進(jìn)展上坡焊時(shí)，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(shí)，熔池前部加熱作用減弱，電弧擺動(dòng)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(shí)，焊縫就會(huì)因余高過(guò)大，兩側(cè)出現(xiàn)咬邊而使成形惡化，見(jiàn)圖1—33(d)。因此，在自動(dòng)電弧焊時(shí)，實(shí)際上總是盡量防止采用上坡焊。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