焊接工艺基础知识

01

焊接接头的种类及接头型式

处于焊接进程里，鉴于焊件的厚度存在差异，结构有所不同，并且使用条件不一样，所以其接头型式以及坡口形式便也跟着不一样。焊接接头型式涵盖有：对接接头，T行接头，角接接头以及搭接接头等等。

(1)对接接头

一种接头，是两件表面，其构成的夹角大于或等于135°，且小于或等于180°，这种接头叫做对接接头。在各种焊接结构里，它是被采用得最多的一种接头型式。

钢板厚度在6mm以下，除重要结构外，一般不开坡口。

如果钢板对接时，两板的厚度存在差异，也就是有厚度不同的情况，当厚度不同的差值，即两板厚度差(δ -δ1)不超过表1 – 2所规定的数值时，那么焊缝坡口的基本形式以及尺寸，要按照较厚板的尺寸数据来进行选取；要是两板厚度差(δ -δ1)超过了表1 – 2规定的数值，也就是出现了不满足规定这种情况，那么就应该在厚板上作出如同图1 – 8所示的单面削薄或者双面削薄；而且这种削薄的长度L要满足L≥3(δ -δ1)的条件。

图1-8  不同厚度板材的对接

(a)单面削薄，(b)双面削薄

表1-2

(2)角接接头

有这样一种接头，其是由两焊件端面间构成的，该夹角大于30°、小于135° ，这种接头被叫做角接接头，详情见图1-9。此接头受力的状况不太良好，常被应用于不重要的结构当中。

图1-9  角接接头

(a)I形坡口；(b)带钝边单边V形坡口

(3)T形接头

接头是这样一种情况，一件的端面，和另一件的表面，它们构成了直角，或者是近似直角，这种接头，就叫做T形接头，然后可以去见图1-10。

图1-10  T形接头

(4)搭接接头

两件部分重叠构成的接头叫搭接接头，见图1-11。

图1-11  搭接接头

(a)I形坡口，(b)圆孔内塞焊，(c)长孔内角焊

搭接接头由它的那个结构形式以及对于强度来讲的要求加以确定区分，有那样三种形式，分别是不开坡口的形式，还有圆孔内进行塞焊这一形式，另外就是长孔内角焊的形式，可参照图1 – 11。

I形坡口的那种搭接接头，通常是用于厚度在12mm以下的钢板的情况下，它的重叠部分要达到≥ 2(δ1 + δ2)这般，进行的是双面焊接操作。这种接头是被应用在不重要的结构当中的。

一旦碰到重叠部分面积比较大的状况，能够依据板厚以及强度要求，各自选用不同大小以及数量的圆孔内塞焊，或者长孔内角焊的接头形式。

02

焊缝坡口的基本形式与尺寸

(1)坡口形式

按照坡口的形状来看，坡口被划分成了种种形式，其中包括I形，也就是不开坡口的那种，还有V形、Y形、双Y形、U形、双U形、单边V形、双单边Y形、J形等。

V形坡口的加工以及施焊较为方便，不必对焊件进行翻转操作，Y形坡口同样如此，可是焊后比较容易出现角的变形情况。

双Y形坡口是基于V形坡口发展而来的，当焊件厚度增加时，会采用双Y形取代V形坡口，在相同厚度情况下，能减少大约二分之一的焊缝金属量，还能够对称施焊，施焊完成后残余变形相对较小，其缺点在于焊接期间要翻转焊件，于筒形焊件的内部进行施焊，致使劳动条件变差。

焊件厚度相同的状况之下，U形坡口的填充金属量相较于V形坡口要少很多，然而这种坡口的加工过程颇为复杂。

(2)坡口的几何尺寸

1、坡口面：待焊件上的坡口表面叫坡口面。

有两个角度，一个是位于待进行加工的坡口的端面跟坡口面之间的夹角，这个夹角被称作坡口面角度，还有两个坡口面之间的夹角，此夹角被叫做坡口角度，相关情况可见图1-12。

3、根部间隙：焊前针对接头根部之间预留的那种空隙被称作根部间隙，可参见图1-12。它所起到的作用是在进行打底焊的时候能够保障根部彻底焊透。根部间隙也被叫做装配间隙。

4、钝边：当焊件进行开坡口操作时，沿着焊件接头处坡口根部所处的端面直边部分被称作钝边，可查看图1-12。钝边所起到的作用是避免根部出现烧穿的情况。

第5点，根部半径，于J形、U形坡口底部存在的圆角半径被称作根部半径，此根部半径的情况可见图1-12。其具备的作用是使坡口根部的空间得以增大，能达成焊透根部的目的。

图1-12  坡口的几何尺寸

03

焊接位置种类

根据GB／T 3375—94《焊接术语》给出的规定，所说的焊接位置，当具体指熔焊的时候，是焊件接缝在其间所处的空间位置，它能够用焊缝倾角以及焊缝转角来进行表示，存在平焊位置，还有立焊位置，也有横焊位置以及仰焊位置等。

焊缝倾角，即焊缝轴线与水平面之间的夹角，见图1-13。

图1-13  焊缝倾角

焊缝转角，它指的是焊缝中心线，也就是焊根和盖面层中心的连线，与水平参照面Y轴所形成的夹角，可参见图1-14。

图1-14  焊缝转角

(1)针对平焊位置，它指的是这样一种焊接位置，其焊缝倾角为0°，并且焊缝转角是90°，具体情况可见图1-15(a)。

图1-15  各种焊接位置

平焊，横焊，立焊 ，要注意仰焊，还有平角焊，以及仰角焊都需留意。

(2)横焊位置分两种情况，一种是焊缝倾角为0°，另一种是焊缝倾角为180°，还有焊缝转角为0°，以及焊缝转角为180°的对接位置，这种情况可查看图1-15(b)。

立焊位置，是指焊缝倾角为90°（立向上）的焊接位置，也是指焊缝倾角为270°（立向下）的焊接位置，其具体情况如图1-15(c)所示。

（4）仰焊部位：对接焊缝倾斜角度为0°以及180°，转角是270°的焊接所处位置，如同图1 – 15（d）所示。

此外，对于角焊位置还规定了另外两种焊接位置。

(5)平角焊所处位置为，角焊缝的倾斜角度是0°以及180°，转角是45°还有135°这种角焊位置，其情况可见图1-15(e)。

(6)仰角焊所处位置为，倾角是0°以及180°，转角为225°还有315°的那种角焊位置，其情况可见图1-15(f)!

以平焊位置实施的焊接，称作平焊，在横焊位置开展的焊接，叫做横焊 ，于立焊位置执行的焊接，称为立焊，在仰焊位置进行的焊接，名为仰焊。处于平焊位置对其进行焊接的T形、十字形还有角接接头称为船形焊。在工程方面进行常用的水平固定管焊接时，在所涉及的管子360°焊接里，涵盖仰焊、立焊以及平焊，因而被称作全位置焊接。当焊件接缝放置于倾斜位置（平、横、立、仰焊位置以外）时所进行的焊接，称为倾斜焊。

04

焊缝形式及形状尺寸

(1)焊缝形式

焊缝按不同分类方法可分为下列几种形式：

1、依据GB／T 3375—94的相关规定行事，按照焊缝结合的形式来划分，会分成对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝以及端接焊缝这五种。

1)对接焊缝：是在焊件的坡口面之间，或者是一个零件的坡口面跟另一个零件的表面之间进行焊接所形成的焊缝。

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。

第一，塞焊缝是这样一种情况，两零件相互叠放，其中一块开了圆孔。第二，在这个圆孔中焊接两板从而形成的焊缝。第三，仅仅在孔内焊角焊缝的并不称作塞焊。

5)槽焊缝：两块板相互叠加，其中有一块板开设了长孔，于这个长孔之中对两块板子进行焊接的焊缝，仅仅焊接角焊缝的那种情况不叫做槽焊。

1、施焊的时候，焊缝在空间当中所处的位置进行分类可分成四种形式，分别是平焊缝，立焊缝，横焊缝以及仰焊缝。

3、按焊缝断续情况分为连续焊缝和断续焊缝两种形式。

把断续焊缝划分成交错式、并列式这两种类型（参照图1-16），对于焊缝尺寸而言，除了标明焊脚K之外，还需注明断续焊缝里每一段焊缝的长度l以及间距e，并且用符号“Z”来表示交错式焊缝。

图1-16  断续角焊缝

(a)交错式，(b)并列式

(2)焊缝的形状尺寸

用来表示焊缝形状的，是一系列几何尺寸，焊缝形式不同，其形状参数也存在差异。

1、焊缝宽度

焊趾乃是焊缝表面和母材的交界处，而焊缝宽度指的是焊缝表面两焊趾之间的距离，如图1-17所示。

图1-17 焊缝宽度

2、余高

叫余高的是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，见图1-18，在静载下它有一定的加强作用，所以它又叫加强高，然而在动载或交变载荷下，它不但不起加强作用，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，手弧焊时的余高值为0～3mm。

图1-18  余高

3、熔深

于焊接接头的横载面之上，母材或者前道焊缝所熔化的深度被称作熔深，情况可见图1-19。

图1-19  熔深

(a)对接接头熔深，(b)搭接接头熔深，(c)T形接头熔深

4、焊缝厚度

于焊缝横截面里，自焊缝正面朝焊缝背面延伸的距离，被称作焊缝厚度，可查阅图1-20获悉。

图1-20  焊缝厚度及焊脚

(a)凸形角焊缝， (b)凹形角焊缝

焊缝计算厚度，是以运用与设计焊缝之时息息相关的焊缝厚度，对接焊缝焊透之际，其等同于焊件的厚度，而角焊缝之时，即于角焊缝横截内所描绘出的最大直角等腰三角形中，自直角的顶点朝向斜边的垂线长度，此在习惯上亦被称作喉厚，相关图示可见图一八、二零。

5、焊脚

位于角焊缝的横截面里头，从一个直角面之上的焊趾朝着另一个直角面表面的最小距离，被称作焊脚。于角焊缝的横截面当中所画出的最大等腰直角三角形里直角边的长度称作焊脚尺寸，可查看图1-20。

6、焊缝成形系数

图1-21  焊缝成形系数的计算

熔焊过程里，于单道焊缝横截面上，存在焊缝宽度（用B表示），还有焊缝计算厚度（用H表示），二者的比值（即ф＝B／H），被称作焊缝成形系数，相关情况可看图1-21。倘若该系数值较小，那就意味着焊缝呈现出窄且深的状态，处于这样的焊缝当中，气孔以及裂纹较容易产生，所以焊缝成形系数应当维持一定的数值，举例来说，埋弧自动焊的焊缝成形系数ф务必大于1.3。

7、熔合比

在于熔焊之际，被予以熔化的母材处于焊道金属里所占的百分比，各种各样的接头，坡口以及焊缝的形式列于表1-3。

表1-3  各种坡口、接头及焊缝形式

05

焊缝符号表示法

焊缝符号通常是由基本符号以及指引线构成的，在必要的情况下，还能够添加辅助符号、补充符号以及焊缝尺寸符号之类的东西。

(1)符号

按照GB324—88《焊缝符号表示法》给出的规定，焊缝符号能够划分成以下几种：

1）基本符号

基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，见表1-4。

2)辅助符号

表1-5中所示的辅助符号，是用来表示焊缝表面形状呈现出特征的符号。应用示例则是在表1-6之中。

3)补充符号

用于补充说明焊缝某些特征而采用的符号是补充符号，其相关内容见表1-7 ，应用示例的相关内容见表1-8。

表1-4 基本符号

留意，1)那种并非完全熔化的卷边焊缝，是使用I形焊缝符号予以呈现的，并且还要额外标注上焊缝有效厚度S。

表1-5 辅助符号

表1-6  辅助符号的应用示例

表1-7 补充符号

表1-8  补充符号应用示例

(2)符号在图纸上的位置

1、基本要求

除了上面所提到的基本符号外，辅助符号也是完整的焊缝表示方法之一，补充符号同样属于其范畴，指引线、焊缝尺寸符号以及数据也都涵盖在完整的焊缝表示方法里。

箭头那指引部分的线条即为其所说的带有箭头的指引线，一般称为箭头线，它是由含带箭头的模样的指引线和二条基准线二者构成而成，其中一条是实线，另一条是虚线，处于这样的组成状况，如图1-22明确所示。

图1-22  指引线

2、箭头线和接头的关系

图1-23和图1-24给出的示例说明下列术语的含义：

图1-23  带单角焊缝的T型接头

(a)焊缝在箭头侧， (b)焊缝在非箭头侧

图1-24  双角焊缝的十字接头

a．接头的箭头侧，b．接头的非箭头侧

3、箭头线的位置

箭头线与焊缝相对的位置，一般而言并无特殊要求，可参照图1-25(a)、(b)。然而在对单边V、单边Y、J形焊缝进行标注时，箭头线需指向带有坡口一侧的工件，可参照图1-25(c)、(d)。在必要的情形下，允许将箭头线弯折一次，如同图1-26所示。

图1-25  箭头线的位置

图1-26  弯折的箭头线

4、基准线的位置

指示的虚线它能够被绘制于基准线的实线下侧，或者基准线的实线上侧。基准线通常是应该和图样的底边保持平行的，然而在特别的条件之下也能够与底边呈现垂直状态。

5、基本符号相对基准线的位置

相对基准线而言，基本符号所处位置分别如图1-27(a)、(b)、(c)、(d)所示；当对相应对称焊缝以及双面焊缝进行标注的时候，不会添加虚线。

图1-27  基本符号相对基准线的位置

(3)焊缝尺寸符号及其标注位置

1、焊缝尺寸符号，见表1-9。

表1-9 焊缝尺寸符号

2、焊缝尺寸符号及数据的标注原则，如图1-28：

1)焊缝横截面上的尺寸标在基本符号的左侧；

2)焊缝长度方向尺寸标在基本符号的右侧；

图1-28  焊缝尺寸的标注原则

3) 坡口角度的大小，坡口面角度的具体数值，根部间隙的尺寸，这些都标在基本符号的上侧或者下侧。

4)相同焊缝数量符号标在尾部；

5)在那种需要进行标注的尺寸数据数量较多，并且不容易分辨清楚的情况下，能够在数据的前面增添相应的尺寸符号。当箭头线的方向出现变化的时候，上述所讲的原则是不会改变的。

3、关于尺寸符号的说明

(1)当处于基本符号的右侧、不存在丝毫标注、并且没有别的说明的状况下，意味着焊缝在工件的整个长度范围内是连续不断的句号。

在这种情况下，也就是基本符号处于左侧，并且不存在任何标注，同时也没有其他说明的时候，它所表示的意思是对接焊缝需要完全焊透。

3)塞焊缝、槽焊缝带有斜边时，应该标注孔底部的尺寸。

06

焊接工艺参数及其对焊缝形状的影响

在进行焊接这个操作的时候，为了能够保证焊接的质量从而挑选确定出来的各个参数总称为焊接工艺参数，这些参数包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等等。线能量指的是在熔焊的情况下，焊接热源给予单位长度焊缝的能量，单位是焦尔／厘米或者焦尔／毫米，也就是J／cm或者J／mm，它也被称作热输入。

线能量的计算公式为：

式中：Q——线能量，J／cm或J／mm；

I——焊接电流，A；

U——电弧电压，V；

V——焊接速度，cm／s或mm／s。

（1）焊接电流

当别的条件未发生任何改变之时，增添焊接电流，那么焊缝厚度以及余高二者都会有所增加，然而焊缝宽度却几乎维持着没有变化的状态（或者略微有所增加），具体可见图1—29，这属于埋弧自动焊时所获得的实验结果。针对这些现象去剖析其背后原因在于：

当焊接电流出现增加的情况时，电弧所产生的热量会随之增加，鉴于此，熔池的体积以及弧坑的深度均会随着电流的变化而呈现出增加的态势，所以在冷却下来以后，焊缝的厚度便增加了。

2)当焊接电流增大时，焊丝的熔化量会跟着增多，所以焊缝的余高跟随其增加。要是采用不填丝做法的钨极氩弧焊的话，那余高就不会出现增加的情况。

一方面，焊接电流增加之时，电弧截面稍有增加，致使熔宽增加；另一方面，电流增加使得弧坑深度增加。因为电压未变，所以弧长不变，进而电弧潜入熔池，令电弧摆动范围缩小，于是促使熔宽减少。因两者共同作用，所以实际上熔宽几乎维持不变。

图1-29  焊接电流对焊缝形状的影响

H-焊缝厚度，B-焊缝宽度，d-余高，I-焊接电流

(2)电弧电压

其它条件保持不变时，电弧电压有所增长，焊缝宽度显著增大，焊缝厚度以及余高会稍有减少，见图1-30。这是由于电弧电压增加表明电弧K度有加，所以电弧摆动范围扩展致使焊缝宽度增加。其次，弧长增加以后，电弧热量Loss加大，故而用于熔化母材与焊丝的热量减少，相应焊缝厚度和余高便稍有减小。

图1-30  电弧电压对焊缝形状的影响

如此可以看出，电流乃是决定焊缝厚度的主要因素，然而电压却是影响焊缝宽度的主要因素。所以，为了获取良好的焊缝形状，也就是获取符合要求的焊缝成形系数，这两个因素是相互制约的，也就是说一定的电流要搭配一定的电压，不应当把一个参数在大范围内随意变动。

(3)焊接速度

对焊缝厚度以及焊缝宽度有明显影响的是焊接速度，当焊接速度有所增加的时候，焊缝厚度和焊缝宽度都会大幅度下降，此情况可见图1-31，之所以会出现这种情况，原因在于当焊接速度增加时，焊缝中单位时间内输入的热量减少了。

图1-31  焊接速度对焊缝形状的影响

出于焊接生产率的考量，焊接速度越快越好。然而，当焊缝厚度有特定要求时，为提升焊接速度，就需要进一步加大焊接电流以及提高电弧电压，故而，这三个工艺参数应当综合起来予以选用。

(4)其它工艺参数及因素对焊缝形状的影响

电弧焊当中，除了上述被提及的三个主要工艺参数之外，其他一些工艺参数，以及某些因素，对于焊缝形状会产生一定的影响。

电极直径以及焊丝外伸长，在其它条件保持不变的情况下，减小电极也就是焊丝的直径，这不但会让电弧截面变小，并且还会使电弧的摆动范围减小，因此焊缝厚度以及焊缝宽度都会减小。

焊接时，焊丝外伸长所指的是，从焊丝跟导电嘴的接触点开始，到焊丝末端的那段长度，也就是焊丝上有电流通过部分的长度。当电流在外面延伸的这段焊丝上通过之际，会产生电阻造成热量。所以，一旦焊丝外伸长有所增加，电阻热同样会增加，焊丝熔化速度变快，进而使余高有所增加。焊丝直径越小或者材料电阻率越大的时候，这种影响就越发显著。经由实践验证，针对结构钢焊丝而言，直径在5mm以上的粗焊丝，当焊丝的外伸长在60～150mm这个范围之内变动时，实际上能够忽略其带来的影响。当焊丝直径小于3mm，且焊丝外伸长波动范围超过5～10mm时，便有可能对焊缝成形造成明显影响。不锈钢焊丝，其电阻率极大，这种影响更为显著。所以，针对细焊丝，尤其在不锈钢熔化电极弧焊时，务必要留意控制外伸长的稳定性。

2)焊接时，电极（焊丝）是能够相对于焊接方向，倾斜出一个角度的。这个角度存在这么个情况，当作电极（焊丝）的相对摆放顺着焊接方向的时候，就把它叫做后倾；而当电极（焊丝）以逆着焊接方向的形式摆放时，就被称作前倾，具体的参照可以见图1—32(a)、(b)。当电极（焊丝）呈现前倾姿态时，电弧力对于熔池液体金属的后排作用会出现减弱现象，熔池底部的液体金属会因此而变厚，进而对电弧针对熔池底部母材施行加热的行为形成阻碍，所以焊缝的厚度会减小。与此同时，电弧对于熔池前部尚未熔化的母材预热作用会得到增强，所以焊缝的宽度会增加，余高会缩小，这就是前倾角度所带来结果。愈小，这一影响愈明显，见图1-32(c)。

图1-32  电极(焊丝)倾角对焊缝形状的影响

(a)后倾，(b)前倾，(c)前倾倾角的影响

电极(焊丝)后倾时，情况与上述相反。

3)焊件倾角：当焊件相对水平面呈现倾斜状态时，焊缝的形状会因为焊接方向的不一样而存在明显的差别。焊件倾斜之后，焊接方法能够被划分成两种：从高处朝着低处进行焊接被称作下坡焊；从低处往高处进行焊接称作上坡焊，可见图1-33(a)(b)。

图1-33  焊件倾角对焊缝形状的影响

(a组)下坡进行焊接，(b组)上坡执行焊接，(c组)下坡焊接时期焊件倾角所产生的影响，(d组)上坡焊接之际焊件倾角所带来的影响。

在进行上坡焊这个操作的时候，熔池当中的液体金属，于重力以及电弧力的作用之下，朝着熔池尾部有所流动，电弧能够深入到对熔池底部的金属进行加热的程度，进而使得焊缝的厚度以及余高都有所增加。与此同时，熔池前部的加热作用出现减弱的情况，电弧摆动的范围有所减小，所以焊缝宽度减小。上坡的时候角度越大，所产生的影响也就越发明显。当这个上坡角度大于6°～12°这一范围的时候，焊缝就会因为余高过大，在两侧出现咬边这种状况，从而致使成形变得恶化，就如同图1-33(d)所展示的那样。所以，在自动电弧焊进行作业时，实际上一直都是尽可能地去避免采用上坡焊这种方式。

下坡焊呈现的状况恰好与之相反，也就是焊缝的厚度会有略微的减小，并且余高也会稍有降低，然而焊缝的宽度却会有稍微的增加，所以就形成了倾角。

4)坡口形状方面，在其它条件保持不变这一情况下，进行增加坡口深度以及增加坡口宽度这个操作时，焊缝厚度会有略微的增加情形出现，焊缝宽度也会有些许的增加情形，然而余高非常明显地减小，也就是这样的一个状况，可参见图1-34。

图1-34  坡口形状对焊缝形状的影响

5)焊剂：在埋弧焊这个操作中，，焊剂的成分，包括它的构成要素，密度，也就是物质单位体积的质量，颗粒度，也就是颗粒物的大小尺寸，以及堆积高度，就是堆放起来的高度，这几个方面都对焊缝形状有着一定程度的影响。当其他的条件都是一样相同的时候，稳弧性比较差一些的那种焊剂，它所形成的焊缝厚度会比较大，而相对于此的是焊缝宽度却比较小。要是焊剂的密度小，颗粒度大或者堆积高度减小的时候，因为电弧四周的压力降低了，弧柱的体积就会膨胀起来，电弧摆动的范围也会扩大，所以，焊缝厚度就会减小，焊缝宽度会增加，余高也会略微减小。另外，熔渣的粘度对于焊缝表面的成形有着极大的影响，要是粘度过高的话，会致使熔渣的透气性欠佳，熔池在结晶时所排出的气体不能经由熔渣排出，导致焊缝表面生出许多凹坑，成形状况变差。

6) 气体保护焊之时，保护气体的成分，还有与之有密切关联的熔滴过渡形式，对于焊缝形状有着明显的影响。在采用不一样的保护气体进行熔化极气体保护焊直流反接之际，焊缝形状的变化，能够见图1 – 35。对于射流过渡氩弧焊而言，总是会形成明显的蘑菇状焊缝，当在氩气之中加入O2、CO2或者H2的时候，能够让根部成形展宽，焊缝厚度会略有增加。颗粒状和短路过渡电弧焊所形成的焊缝形状则是宽并且浅。

图1-35  保护气体成分对焊缝形状的影响

7) 母材具备的化学成分，母材的化学成分存在差异，在其他工艺因素保持不变的情形下，焊缝呈现的形状不一样，此情况在氩弧焊的时候尤为明显。好比三种产地各异的不锈钢，运用钨极氩弧焊方式来焊接，采用同样的焊接工艺参数时，所获取的焊缝形状的改变，见表1-10。

表1-10  母材化学成分对焊缝形状的影响

请注意，钨棒头部呈现45°的角度，弧长为2mm时电流是150A 再加上，焊接速度是300mm／min。