焊縫基本知識(shí).doc

焊縫基本常識(shí)一、焊接接頭及類型用焊接方法連接的接頭稱為焊接接頭（簡(jiǎn)稱為接頭）。它由焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)及其鄰近的母材組成。在焊接結(jié)構(gòu)中焊接接頭起兩方面的作用，第一是連接作用，即把兩焊件連接成一個(gè)整體；第二是傳力作用，即傳遞焊件所承受的載荷。根據(jù)GB/T337594焊接名詞術(shù)語中的規(guī)定，焊接接頭可分為10種類型，即對(duì)接接頭、T形接頭、十字接頭、搭接接頭、角接接頭、端接接頭、套管接頭、斜對(duì)接接頭、卷邊接頭和鎖底接頭，示于圖1。其中以對(duì)接接頭和T形接頭應(yīng)用最為普遍。二、焊縫坡口基本形式根據(jù)設(shè)計(jì)或工藝需要，將焊件的待焊部位加工成一定幾何形狀的溝槽稱為坡口。開坡口的目的是為了得到在焊件厚度上全部焊透的焊縫。坡口的形式由 GB98588氣焊、手工電弧焊及氣體保護(hù)焊焊縫坡口的基本形式與尺寸、GB98688埋弧焊焊縫坡口的基本形式及尺寸標(biāo)準(zhǔn)制定的：常用的坡口形式有I形坡口、Y型坡口、帶鈍邊U形坡口、雙Y形坡口、帶鈍邊單邊V形坡口等，見圖2。三、坡口幾何尺寸的參數(shù)及作用1）坡口面，焊件上所開坡口的表面稱為坡口面，見圖3。2）坡口面角度和坡口角度，焊件表面的垂直面與坡口面之間的夾角稱為坡口面角度，兩坡口面之間的夾角稱為坡口角度，見圖4。開單面坡口時(shí)，坡口角度等于坡口面角度；開雙面對(duì)稱坡口時(shí)，坡口角度等于兩倍的坡口面角度。坡口角度（或坡口面角度）應(yīng)保證焊條能自由伸入坡口內(nèi)部，不和兩側(cè)坡口面相碰，但角度太大將會(huì)消耗太多的填充材料，并降低勞動(dòng)生產(chǎn)率。3）根部間隙，焊前，在接頭根部之間預(yù)留的空隙稱為根部間隙。亦稱裝配間隙。根部間隙的作用在于焊接底層焊道時(shí)，能保證根部可以焊透。因此，根部間隙太小時(shí)，將在根部產(chǎn)生焊不透現(xiàn)象；但太大的根部間隙，又會(huì)使根部燒穿，形成焊瘤。4）鈍邊，焊件開坡口時(shí)，沿焊件厚度方向未開坡口的端面部分稱為鈍邊。鈍邊的作用是防止根部燒穿，但鈍邊值太大，又會(huì)使根部焊不透。5）根部半徑，U形坡口底部的半徑稱為根部半徑。根部半徑的作用是增大坡口根部的橫向空間，使焊條能夠伸入根部，促使根部焊透。四、Y形、帶鈍邊U形、雙Y形三種坡口各自的優(yōu)缺點(diǎn)當(dāng)焊件厚度相同時(shí)，三種坡口的幾何形狀見圖5。Y形坡口：1）坡口面加工簡(jiǎn)單。2）可單面焊接，焊件不用翻身。3）焊接坡口空間面積大，填充材料多，焊件厚度較大時(shí)，生產(chǎn)率低。4）焊接變形大。帶鈍邊U形坡口：1）可單面焊接，焊件不用翻身。2）焊接坡口空間面積大，填充材料少，焊件厚度較大時(shí)，生產(chǎn)率比Y形坡口高。3）焊接變形較大。4）坡口面根部半徑處加工困難，因而限制了此種坡口的大量推廣應(yīng)用。雙Y形坡口：1）雙面焊接，因此焊接過程中焊件需翻身，但焊接變形小。2）坡口面加工雖比Y形坡口略復(fù)雜，但比帶鈍邊U形坡口的簡(jiǎn)單。3）坡口面積介于Y形坡口和帶鈍邊U形坡口之間，因此生產(chǎn)率高于Y形坡口，填充材料也比Y形坡口少。五、常用的墊板接頭形式及優(yōu)缺點(diǎn)在坡口背面放置一塊與母材成分相同的墊板，以便焊接時(shí)能得到全焊透的焊縫，根部又不致被燒穿，這種接頭稱為墊板接頭。常用的墊板接頭形式有：I形帶墊板坡口、V形帶墊板坡口、Y形帶墊板坡口、單邊V形帶墊板坡口等見圖6。墊板接頭的操作技能比單面焊雙面成形簡(jiǎn)單，容易掌握，常用于背面無法施焊（如小直徑圓筒環(huán)縫、夾套容器環(huán)縫）的場(chǎng)合，缺點(diǎn)是當(dāng)墊板和筒體的橢圓度不一致時(shí)，兩者之間裝配在一起時(shí)局部會(huì)留有縫隙，焊接時(shí)，熔渣流入此縫隙時(shí)無法上浮，因此易形成夾渣。六、焊件對(duì)接時(shí)的技術(shù)要求焊件對(duì)接時(shí)的要求如下：1）不同厚度鋼板對(duì)接時(shí) ，如果兩側(cè)鋼板厚度相差太大，則連接后由于連接處的截面變化較大，將會(huì)引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中。所以對(duì)于重要的焊接結(jié)構(gòu)，如壓力容器，應(yīng)對(duì)厚板進(jìn)行削薄。根據(jù)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)薄板厚度10mm，兩板厚度差超過3mm或當(dāng)薄板厚度10mm，兩板厚度差大于薄板厚度的30%或超過5m時(shí)，對(duì)厚板邊緣應(yīng)進(jìn)行削薄，削薄的長(zhǎng)度應(yīng)大于或等于板厚差的3倍，見圖7。2）直線形焊件和曲線形焊件對(duì)接時(shí)，焊縫正好處于交界處，產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，成為整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱面。為此，對(duì)接處的曲線形焊件應(yīng)有一直段部分，便于焊縫處于平對(duì)接位置見圖8。七、焊縫的種類。焊接后焊件中所形成的結(jié)合部分稱為焊縫。按結(jié)合形式，焊縫可分為對(duì)接焊縫、角焊縫、塞焊縫和端接焊縫四種。1）對(duì)接焊縫：構(gòu)成對(duì)接接頭的焊縫稱為對(duì)接焊縫。對(duì)接焊縫可以由對(duì)接接頭形成，也可以由T形接頭（十字接頭）形成，后者是指開坡口后進(jìn)行全焊透焊接而焊腳為零的焊縫，見圖9。2）角焊縫：兩焊件接合面構(gòu)成直交或接近直交所焊接的焊縫，見圖10。 同時(shí)由對(duì)接焊縫和角焊縫組成的焊縫稱為組合焊縫，T形接頭（十字接頭）開坡口后進(jìn)行全焊透焊接并且具有一定焊腳的焊縫，即為組合焊縫，坡口內(nèi)的焊縫為對(duì)接焊縫，坡口外連接兩焊件的焊縫為角焊縫，見圖11。3）塞焊縫：是指兩焊件相疊，其中一塊開有圓孔，然后在圓孔中焊接所形成的填滿圓孔的焊縫，見圖12a。4）端接焊縫：構(gòu)成端接接頭的焊縫，見圖12b。八、對(duì)接焊縫幾何形狀的參數(shù)表示對(duì)接焊縫幾何形狀的參數(shù)有焊縫寬度、余高、熔深，見圖13。1）焊縫寬度：指焊縫表面與母材的交界處稱為焊趾。而單道焊縫橫截面中，兩焊趾之間的距離稱為焊縫寬度。 2）余高：指超出焊縫表面焊趾連線上面的那部分焊縫金屬的高度稱為余高。焊縫的余高使焊縫的橫截面增加，承載能力提高，并且能增加射線攝片的靈敏度，但卻使焊趾處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。通常要求余高不能低于母材，其高度隨母材厚度增加而加大，但最大不得超過3mm。3）熔深：在焊接接頭橫截面上，母材熔化的深度稱為熔深。一定的熔深值保證了焊縫和母材的結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)填充金屬材料（焊條或焊絲）一定時(shí)，熔深的大小決定了焊縫的化學(xué)萬分。不同的焊接方法要求不同的熔深值，例如堆焊時(shí)，為了保持堆焊層的硬度，減少母材對(duì)焊縫的稀釋作用，在保證熔透的前提下，應(yīng)要求較小的熔深。九、角焊縫幾何形狀的參數(shù)根據(jù)角焊縫的外表形狀，可將角焊縫分成兩類：焊縫表面凸起帶有余高的角焊縫稱為凸角焊縫；焊縫表面下凹的角焊縫稱為凹角焊縫，見圖14。表示角焊縫幾何形狀的參數(shù)有焊腳、角焊縫凸度和角焊縫凹度。1）焊腳：角焊縫的橫截面中，從一個(gè)焊件上的焊趾到另一個(gè)焊件表面的最小距離稱為焊腳。焊腳值決定了兩焊件的結(jié)合強(qiáng)度，它是最主要的一個(gè)參數(shù)。2）凸度：凸角焊縫截面中，焊趾連連線與焊縫表面之間的最大距離。3）凹度：凹角焊縫橫截面中，焊趾連線與焊縫表面之間的最大距離。十、焊縫成形系數(shù)熔焊時(shí)，在單道焊縫橫截面上焊縫寬度（c）與焊縫計(jì)算厚度（s）的比值稱為焊縫成形系數(shù)，即焊縫成形系數(shù)=焊縫寬度和焊縫計(jì)算厚度在各種接頭中的表示見圖15。焊縫成形系數(shù)小時(shí)形成窄而深的焊縫，在焊縫中心由于區(qū)域偏析會(huì)聚集較多的雜質(zhì)，抗熱裂紋性能差，所以形成系數(shù)值不能太小，如自動(dòng)埋弧焊時(shí)焊縫的成形系數(shù)要大于 1.3，即焊縫的寬度至少為焊縫計(jì)算厚度的1.3倍。十一、焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫形狀的影響焊接時(shí)，為保證焊接質(zhì)量而選定的諸物理量（例如，焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等）的總稱為焊接工藝參數(shù)。工藝參數(shù)對(duì)焊縫形狀的影響如下：1）焊接電流 當(dāng)其它條件不變時(shí)，增加焊接電流，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），見圖16a。2）電弧電壓 當(dāng)其它條件不變時(shí)，電弧電壓增大，焊縫寬度顯著增加，而焊縫厚度和余高略有減少，見圖16b。3）焊接速度 當(dāng)其它條件不變時(shí)，焊接速度增加，焊縫寬度、焊縫厚度和余高都減少，見圖 16c。焊接電流、電弧電壓和焊接速度是焊接時(shí)的三大焊接工藝參數(shù)，選用時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到這三者之間的相互適當(dāng)配合，才能得到形狀良好符合要求的焊縫。 十二、焊接位置熔焊時(shí)，焊件接縫所處的空間位置稱為焊接位置，可用焊縫傾角和焊縫轉(zhuǎn)角來表示。焊縫軸線與水平之間的夾角稱為焊縫傾角，見圖21a。通過焊縫軸線的垂直面與坡口的等分平面之間的夾角稱為焊縫轉(zhuǎn)角，見圖21b。十三、平焊、立焊、橫焊、仰焊和全位置焊根據(jù)焊縫傾角和焊縫轉(zhuǎn)角大小的不同數(shù)值，可將焊接位置分為平焊、立焊、橫焊和仰焊四種。1）平焊：焊縫傾角05、焊縫轉(zhuǎn)角010的焊接位置稱為平焊位置，見圖22a。在平焊位置進(jìn)行的焊接就稱為平焊。2）立焊：焊縫傾角8090、焊縫轉(zhuǎn)角0180的焊接位置稱為立焊位置，見圖22b。在立焊位置進(jìn)行的焊接就稱為立焊。3）橫焊：焊縫傾角05，焊縫轉(zhuǎn)角7090的焊接位置稱為橫焊位置，見圖22c。在橫焊位置進(jìn)行的焊接就稱為橫焊。4）仰焊：焊縫傾角015，焊縫轉(zhuǎn)角165180的焊接位置稱為仰焊位置，見圖22d。5）全位置焊：管子水平固定對(duì)接焊時(shí)，因同時(shí)包含仰、立、平三種焊接位置，所以稱為全位置焊，也稱管子的水平固定焊，見圖22e。十四、船形焊及其優(yōu)點(diǎn)？T形、十字形和角接接頭處于平焊位置進(jìn)行的焊接稱為船形焊，亦稱平位置角焊，見圖23。船形焊相當(dāng)于開90角Y形坡口內(nèi)的水平對(duì)接焊，焊后焊縫成形光滑美觀，一次焊成的焊腳尺寸范圍較寬，對(duì)焊工的操作技能要求也較低，但一次焊成的焊縫凹度較大。調(diào)節(jié)角即可調(diào)節(jié)底板和腹板內(nèi)熔合面積的分配比例。當(dāng)1=2時(shí)，取=1=2=45。十五、焊縫的外部缺陷 焊縫感觀應(yīng)達(dá)到:外形均勻、成型較好，焊道與焊道、焊道與基本金屬間過渡較平滑，焊渣和飛濺物基本清除干凈。1. 焊縫增強(qiáng)過高：焊道蓋面層高出母材表面很多，如圖2-20所示,當(dāng)焊接坡口的角度開得太小或焊接電流過小時(shí)，均會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。焊件焊縫的危險(xiǎn)平面已從M-M平面過渡到熔合區(qū)的N-N平面，由于應(yīng)力集中易發(fā)生破壞，因此，要求將焊縫的增強(qiáng)高鏟平。 2. 焊縫過凹：焊縫根部向上收縮低于母材下表面時(shí)稱為內(nèi)凹，焊縫蓋面低于母材上表面時(shí)稱為下陷。如圖2-21所示，因焊縫工作截面的減小而使接頭處的強(qiáng)度降低。3. 焊縫咬邊：在母體與焊縫熔合線附近因?yàn)槿刍^強(qiáng)也會(huì)造成熔敷金屬與母體金屬的過渡區(qū)形成凹陷，即是咬邊。根據(jù)咬邊處于焊縫的上下面，可分為外咬邊（在坡口開口大的一面）和內(nèi)咬邊（在坡口底部一面）。咬邊也可以說是沿焊縫邊緣低于母材表面的凹槽狀缺陷。如圖2-22所示。它不僅減少了接頭工作截面，而且在咬邊處造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中。4. 焊瘤：焊縫根部的局部突出，這是焊接時(shí)熔化金屬流到溶池邊緣未溶化的工件上，堆積形成焊瘤，它與工件沒有熔合，見圖2-23。焊瘤對(duì)靜載強(qiáng)度無影響，但會(huì)引起應(yīng)力集中，使動(dòng)載強(qiáng)度降低。5. 燒穿：當(dāng)母體金屬熔化過度時(shí)造成的穿透（穿孔）即為燒穿。如圖2-24所示。燒穿是指部分熔化金屬?gòu)暮缚p反面漏出，甚至燒穿成洞，它使接頭強(qiáng)度下降。6. 溢流：焊縫的金屬熔池過大，或者熔池位置不正確，使得熔化的金屬外溢，外溢的金屬又與母材熔合。 7. 弧坑：電弧焊時(shí)在焊縫的末端（熄弧處）或焊條接續(xù)處（起弧處）低于焊道基體表面的凹坑，在這種凹坑中很容易產(chǎn)生氣孔和微裂紋。 8. 焊偏：在焊縫橫截面上顯示為焊道偏斜或扭曲。以上缺陷存在于焊縫的外表，肉眼就能發(fā)現(xiàn)，并可及時(shí)補(bǔ)焊。如果操作熟練，一般是可以避免的。 十六、焊縫的內(nèi)部缺陷1. 未焊透：未焊透是指工件與焊縫金屬或焊縫層間局部未熔合的一種缺陷（母體金屬接頭處中間（X坡口）或根部（V、U坡口）的鈍邊未完全熔合在一起而留下的局部未熔合）。未焊透減弱了焊縫工作截面，造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，大大降低接頭強(qiáng)度，它往往成為焊縫開裂的根源。2. 夾渣：熔化焊接時(shí)的冶金反應(yīng)產(chǎn)物，例如非金屬雜質(zhì)（氧化物、硫化物等）以及熔渣，由于焊接時(shí)未能逸出，或者多道焊接時(shí)清渣不干凈，以至殘留在焊縫金屬內(nèi)，稱為夾渣或夾雜物。視其形態(tài)可分為點(diǎn)狀和條狀，其外形通常是不規(guī)則的，其位置可能在焊縫與母材交界處，也可能存在于焊縫內(nèi)。另外，在采用鎢極氬弧焊打底+手工電弧焊或者鎢極氬弧焊時(shí)，鎢極崩落的碎屑留在焊縫內(nèi)則成為高密度夾雜物（俗稱夾鎢）。夾渣減少了焊縫工作截面，造成應(yīng)力集中，會(huì)降低焊縫強(qiáng)度和沖擊韌性。 3. 氣孔： 在熔化焊接過程中，焊縫金屬內(nèi)的氣體或外界侵入的氣體在熔池金屬冷卻凝固前未來得及逸出而殘留在焊縫金屬內(nèi)部或表面形成的空穴或孔隙，視其形態(tài)可分為單個(gè)氣孔、鏈狀氣孔、密集氣孔（包括蜂窩狀氣孔）等，特別是在電弧焊中，由于冶金過程進(jìn)行時(shí)間很短，熔池金屬很快凝固，冶金過程中產(chǎn)生的氣體、液態(tài)金屬吸收的氣體，或者焊條的焊劑受潮而在高溫下分解產(chǎn)生氣體，甚至是焊接環(huán)境中的濕度太大也會(huì)在高溫下分解出氣體等等，這些氣體來不及析出時(shí)就會(huì)形成氣孔缺陷。盡管氣孔較之其它的缺陷其應(yīng)力集中趨勢(shì)沒有那么大，但是它破壞了焊縫金屬的致密性，減少了焊縫金屬的有效截面積，從而導(dǎo)致焊縫的強(qiáng)度降低。若有穿透性或連續(xù)性氣孔存在，會(huì)嚴(yán)重影響焊件的密封性。4. 未熔合：固體金屬與填充金屬之間（焊道與母材之間），或者填充金屬之間（多道焊時(shí)的焊道之間或焊層之間）局部未完全熔化結(jié)合，或者在點(diǎn)焊（電阻焊）時(shí)母材與母材之間未完全熔合在一起，有時(shí)也常伴有夾渣存在。 5. 裂紋：焊接過程中或焊接以后，在焊接接頭區(qū)域內(nèi)所出現(xiàn)的金屬局部破裂叫裂紋。焊縫金屬?gòu)娜刍癄顟B(tài)到冷卻凝固的過程經(jīng)過熱膨脹與冷收縮變化，有較大的冷收縮應(yīng)力存在，而且顯微組織也有從高溫到低溫的相變過程而產(chǎn)生組織應(yīng)力，更加上母材非焊接部位處于冷固態(tài)狀況，與焊接部位存在很大的溫差，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力等等，這些應(yīng)力的共同作用一旦超過了材料的屈服極限，材料將發(fā)生塑性變形，超過材料的強(qiáng)度極限則導(dǎo)致開裂。裂紋的存在大大降低了焊接接頭的強(qiáng)度，并且焊縫裂紋的尖端也成為承載后的應(yīng)力集中點(diǎn)，成為結(jié)構(gòu)斷裂的起源。裂紋可能產(chǎn)生在焊縫上，也可能產(chǎn)生在焊縫兩側(cè)的熱影響區(qū)。有時(shí)產(chǎn)生在金屬表面，有時(shí)產(chǎn)生在金屬內(nèi)部。通常按照裂紋產(chǎn)生的機(jī)理不同，可分為熱裂紋和冷裂紋兩類。 （1）熱裂紋 熱裂紋是在焊縫金屬中由液態(tài)到固態(tài)的結(jié)晶過程中產(chǎn)生的，大多產(chǎn)生在焊縫金屬中。其產(chǎn)生原因主要是焊縫中存在低熔點(diǎn)物