焊接工艺 | 基础知识大全

一、焊接接头-种类及接头形式

对焊件来说，在处于焊接这一状况时，鉴于焊件本身的厚度不尽相同，结构呈现出不一样的情形，并且使用条件存在差异，所以其接头的形式以及坡口的形式也就会有所不一样。其中，可供选择的焊接接头形式包含有：对接接头，存在一种特定的T形接头，还有角接接头，以及另一种搭接接头等等。

（一）对接接头

有两件接头，其表面构成的夹角大于或等于135°，且小于或等于180°，这样的接头叫做对接接头，它是在各种焊接结构里采用得最多的一种接头形式。

钢板厚度在6mm以下，除重要结构外，一般不开坡口。

当厚度不一样的钢板对接时，若两板厚度差值即（δ—δ1），没有超过表1—2所规定的情况，那么焊缝坡口的基本形式以及尺寸，会按照较厚板的尺寸数据去选取；要是不符合这种情况，也就是超过了规定。那么就需要在厚板上做出像图1—8所展示的那样的单面或者双面削薄；并且其削薄长度L要满足≥3（δ—δ1）的条件。

（a）单面削薄　（b）双面削薄

图1—8 不同厚度板材的对接

表1-2

（二）角接接头

两焊件的端面之间，构成了大于30°且小于135°夹角的接头，将其称作角接接头，见图1—9。这种接头的受力状况并非十分良好，常常被应用于不太重要的结构当中。

（a）I形坡口（b）带钝边单边V形坡口

图1—9 角接接头

（三）T形接头

一个物件的端面，和另外一个物件的表面，能够构成直角或者近似直角的那种接头，被称作T形接头，图1-10可以看到这种情况。

图1—10 T形接头

（四）搭接接头

两件部分重叠构成的接头叫搭接接头，见图1—11。

（a）I形坡口（b）圆孔内塞焊（c）长孔内角焊

图1—11 搭接接头

搭接接头，依据其结构样貌以及对于强度方面的要求，划分成了三种形式，分别是不开坡口的形式，圆孔内塞焊的形式，还有长孔内角焊的形式，可查看图1—11。

存在一种I形坡口的搭接接头情况，通常适用于特定工件，即在厚度处于12mm以下的钢板所用，其带有重叠部分，该重叠部分需满足≥2（δ1+δ2）的条件，并且采用双面焊接方式，此接头一般应用于不重要的结构之中。

在遭遇重叠部分面积相对较大的情形下，能够依据板厚以及强度方面的要求，分别运用不同大小以及数量的圆孔内塞焊方式，或者长孔内角焊的接头形式。

二、焊缝坡口的基本形式与尺寸

（一）坡口形式

按照坡口的形状，坡口被划分成I形，也就是不开坡口的那种，还有V形，以及Y形，包括双Y形，另外有U形，还有双U形，再者是单边V形，还有双单边Y形，最后是J形等各式各样的坡口形式。

施焊以及加工V形和Y形坡口较为方便，原因是不必翻转焊件，然而焊后极易产生角变形。

双Y形坡口是在V形坡口根基上发展而来的，当焊件厚度增加时，会采用双Y形去替代V形坡口，在相同厚度情形下，能减少焊缝金属量大概二分之一，还能够对称进行施焊，焊后残余变形比较小，其缺点是焊接进程中需要翻转焊件，在筒形焊件内部开展施焊，致使劳动条件变差。

焊件厚度相同的状况下，相比V形坡口，U形坡口的填充金属量要小很多，然而，这种坡口的加工是比较复杂的。

（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）坡口面角度以及坡口角度，有待加工的坡口的端面同坡口面之间的夹角被称作坡口面角度，而两坡口面之间的夹角被叫做坡口角度，可见图1—12。

（3）根部有间隙，焊好之前，在接头根部相互间预留的空隙称作根部间隙，可参照图1—12，它所具备的作用是，在进行打底焊的时候能够确保根部焊透，根部间隙又被叫做装配间隙。

焊件开坡口时，接头坡口根部的端面直边部分被称作钝边，钝边存在于焊件开坡口的情形下，其位置处于沿焊件接头坡口根部的端面，如图1—12所示，钝边具备防止根部烧穿的作用。

（5）根部半径，于J形、U形坡口底部的圆角半径被称作根部半径（可查看图1—12）。其作用在于增大坡口根部的空间，旨在能够焊透根部。

图1—12 坡口的几何尺寸

三、焊接位置种类

按照GB／T3375—94《焊接术语》给出的规定，焊接位置是什么呢，它是熔焊之时，焊件接缝所处于的空间位置，这个位置能够用焊缝倾角以及焊缝转角去表示。焊接位置有哪些呢，有平焊位置，有立焊位置，有横焊位置，还有仰焊位置等。

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，而焊缝中心线是焊根和盖面层中心连线，该焊缝中心线与水平参照面Y轴形成的夹角，可查见图1—14。

图1—14 焊缝转角

（1）处于平焊位置，此位置的焊缝倾角是0°，焊缝转角为90°，其焊接位置的图示可见图1—15（a）。

平焊，横焊，立焊，仰焊，平角焊，仰角焊 ，分别是（a），（b），（c），（d），（e），（f）描述的焊接方式。

图1—15 各种焊接位置

（2）处于横焊位置，焊缝倾角为0°以及180°，焊缝转角为0°还有180°的对接位置，可查看图1—15（b）。

（3）处于立焊位置时，焊缝的倾角呈现为90°（这种情况是立向上），以及270°（此为立向下）的焊接位置，具体可查看图1—15（c）。

（4）处于仰焊位置时，对接焊缝的倾角呈现为0°以及180°，其转角为270°的这种焊接位置，参照图1—15（d）。

此外，对于角焊位置还规定了另外两种焊接位置。

将其改写后为：（5）存在这样一种平角焊位置，其角焊缝的倾角处于0°以及180°的情况，还有转角处于45°以及135°的角焊位置，这些情况可见于图1—15（e）。

（6）存在这样一种仰角焊位置，其倾角为0°以及180°，同时转角为225° 和315°的角焊位置 ，见图1—15（）f）。

在平焊的位置开展的焊接，称平焊，于横焊的位置开展的焊接，叫横焊，在立焊的位置进行的焊接，为立焊，在仰焊的位置实施的焊接，称作仰焊，T形、十字形以及角接接头处于平焊位置所进行的焊接，叫做船形焊，工程上常用的水平固定管的焊接，鉴于在管子360°的整个焊接过程里，存在仰焊、立焊以及平焊，故而称全位置焊接，当焊件接缝放置于倾斜位置（除去平、横、立、仰焊位置之外）时所进行的焊接，称为倾斜焊。

四、焊缝形式及形状尺寸

（一）焊缝形式

焊缝按不同分类方法可分为下列几种形式：

根据GB／T 3375—94所制定的既定规则，按照焊缝相互结合的具体形式，被划分成对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝以及端接焊缝这五种形态。

被焊件的坡口面之间，或者一个零件的坡口面与另一个零件表面之间，进行焊接所形成的焊缝，就是对接焊缝。

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，是两零件相互叠放，其中一块开设圆孔，于圆孔之中焊接两板从而形成的焊缝，仅仅在孔内焊接角焊缝的情况不称作塞焊。

5）槽焊缝：两块板材进行相叠放置，其中有一块板材开出长孔，在这个长孔之内对两块板材实施焊接的焊缝，仅仅只焊接角焊缝的情况不称作槽焊。

按施焊时，焊缝在空间所处的特定位置，可分为平焊缝，立焊缝，横焊缝以及仰焊缝，这四种形式。

（3）按焊缝断续情况分为连续焊缝和断续焊缝两种形式。

断续焊缝是有分类的，它分为交错式和并列式这两种了（就是图1—16所展示的那样），关于焊缝尺寸呢，只要标注中有那个焊脚K，此外还得注明间断焊缝里每一段焊缝的长度l以及间距e，而且要用符号“Z”来指出交错式焊缝。

（a）交错式（b）并列式

图1—16 断续角焊缝

（二）焊缝的形状尺寸

焊缝形状，是借一系列几何尺寸予以表示的，不同形式的焊缝，其形状参数各有不同。

（1）焊缝宽度

那被称作焊趾的，是焊缝表面和母材相互交接的地方。而所谓焊缝宽度，指的是焊缝表面设在两焊趾之间的距离，情况如图1—17所示。

图1—17焊缝宽度

（2）余高

超出母材表面之处，焊趾连线之上的那部分焊缝金属，其最大高度被称作余高，如图1—18所示。在静载的情况下，它具备一定的加强作用，故而它又被叫做加强高。然而在动载或者交变载荷的状况下，它不但无法起到加强作用，反而因为焊趾处应力集中，易于促使脆断。所以余高既不能低于母材，同时也不能过高。进行手弧焊时，余高值为0～3mm。

图1—18 余高

（3）熔深

于焊接接头的横截面那儿，被母材或者前道焊缝所熔化的深度称作熔深，可看图1—19，这儿。

（a）对接接头熔深（b）搭接接头熔深（c）T形接头熔深

图1—19 熔深

（4）焊缝厚度

处于焊缝横截面里，自焊缝正面朝着焊缝背面延伸的距离，被称作焊缝厚度，可查看图1—20。

（a）凸形角焊缝（b）凹形角焊缝

图1—20 焊缝厚度及焊脚

计算焊缝厚度，是设计焊缝之际所运用的焊缝厚度。对于对接焊缝，当焊透之时，它等同于焊件的厚度；而对于角焊缝，它等于在角焊缝横截里边画出的最大直角等腰三角形之中，从直角的顶点朝着斜边的垂线长度，在习惯上也被称作喉厚，就可见图1—20。

（5）焊脚

在角焊缝的横截面那儿，从一个直角面之上的焊趾到另一个直角面表面的那种最小的距离，被称作焊脚。于角焊缝的横截面当中所画出的最大的等腰直角三角形里直角边的长度，被叫做焊脚尺寸，可见图1—20。

（6）焊缝成形系数

图1—21 焊缝成形系数的计算

熔焊的时候，在单道焊缝的横截面上，存在焊缝宽度（B），还有焊缝计算厚度（H），它们二者存在一个比值（φ＝B／H），而这个比值称做焊缝成形系数，这可看图1—21。其中该系数的值处于较小的情况，那就意味着焊缝是窄且深的样子，像这样的焊缝之中极易出现气孔以及裂纹，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φ得大于1.3。

（7）熔合比

是指熔焊时，被熔化的母材在焊道金属中所占的百分比。

各种接头、坡口和焊缝的形式见表1—3。

表1—3 各种坡口、接头及焊缝形式

五、焊缝符号表示法

焊缝符号通常是由基本符号以及指引线共同构成的，在情况必要之时，同时还能够添加辅助符号、补充符号以及焊缝尺寸符号等。

（一）符号

依据GB324—88这个名为《焊缝符号表示法》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。

表1—4基本符号

请注意，其一，不完全熔化的卷边焊缝使用I形焊缝符号予以表示，其二，并且还要加注焊缝有效厚度S。

（2）辅助符号

表征焊缝表面形状特征的符号是辅助符号，其相关内容见表1—5，应用示例的具体情况见表1—6。

表1—5辅助符号

表1—6 辅助符号的应用示例

（3）补充符号

补充符号乃是用于补充说明焊缝某些特征而被采用的符号，这可查看表1—7。应用示例的呈现则可查看表1—8。

表1—7补充符号

表1—8 补充符号应用示例

（二）符号在图纸上的位置

（1）基本要求

上述基本符号、辅助符号、补充符号之外的完整焊缝表示方法，不仅有指引线，而且含焊缝尺寸符号及数据。

指引线通常涵盖两部分，一部分是带有箭头的指引线，也就是简称的箭头线，另一部分是两条基准线，其中一条是实线，另一条是虚线。如图1—22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：

（a）焊缝在箭头侧（b）焊缝在非箭头侧

图1—23 带单角焊缝的T形接头

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

箭头线跟焊缝相对着的位置，通常没什么特别要求，可参照图1—25（a）、（b）。然而当标注单边V、单边Y、J形焊缝之际，箭头线得指向有着坡口那一侧的工件，如图1—25（c）、（d）所示。在必要的情形下，是允许箭头线弯折一回的，像图1—26那样。

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

基准线的虚线可以画在基准线的实线下侧或上侧。

一般情况下，基准线是应当和图样的底边保持相平行状态，然而，在特殊的条件之下，它也可以是和底边呈现相垂直的情况。

（5）基本符号相对基准线的位置

相对基准线而言，基本符号所处的位置，可见于图1—27 （a），以及图1—27 （b），还有图1—27 （c），另外还有图1—27 （d）；当对对称焊缝以及双面焊缝进行标注时，虚线是不会加的。

图1—27 基本符号相对基准线的位置

（三）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）坡口角度标在基本符号的上侧或下侧，坡口面角度也标在基本符号的上侧或下侧，根部间隙等尺寸同样标在基本符号的上侧或下侧。

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状况下，能够在数据的前面增添相应的尺寸符号。而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地方不存在任何标注之际，并且同时也没有其他方面的说明之时，这就意味着焊缝实际上是在工件全部整个的长度范畴之内呈现出连续那样一种状态的哦。

2）当基本符号处于左侧，不存在任何标注，并且没其他说明的情况下，意味着对接焊缝需完全焊透。

3）塞焊缝、槽焊缝带有斜边时，应该标注孔底部的尺寸。

六、焊接工艺参数及其对焊缝形状的影响

进行焊接之时，为了确保焊接质量而去选定的各项参数，像是焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等，它们的总称就叫焊接工艺参数。而所谓的线能量，指的是在熔焊的时候，由焊接热源输入给单位长度焊缝上面的能量，单位是焦尔/厘米或者焦尔/毫米，也就是J/cm或J/mm，这种情况也被称作热输入。

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。

将某焊接性试验的焊接工艺依照如下示例列出：焊条直径为4mm，焊接电流为180A，电弧电压为24V，焊接速度为150mm/min。试对其线能量予以计算。

解：线能量

答：该试验的线能量为1728J/mm。

（一）焊接电流

在其他条件维持不变的状况下，倘若增加焊接电流，那焊缝厚度会增加，并且余高也会增加，然而焊缝宽度几乎维持不变（或者稍有增加），参照图1—29，这属于埋弧自动焊时的实验结果。剖析这些现象的缘由在于：

在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，进而熔池的体积以及弧坑的深度都会随着电流的变化而增加，以此，当冷却下来之后，焊缝的厚度也就会增加。

当焊接电流增大时，焊丝得熔化量也是会增多的，所以焊缝的余高随即就会跟着增加。要是运用不填丝的那种钨极氩弧焊，那么余高它就不会出现增加的情况。

当焊接电流增加之时，一方面，电弧截面会稍稍有所增加，进而致使熔宽增加；另一方面，电流的增加会促使弧坑深度增加。因为电压并未发生改变，所以弧长也保持不变，这就致使电弧潜入熔池，使得电弧摆动范围缩小，因而促使熔宽减少。因为两者共同产生作用，故而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

（二）电弧电压

在其他条件保持不变的情况下，电弧电压出现增长，焊缝宽度会显著地增加，而焊缝厚度以及余高将会略微有所减少，如图1—30所示。这是由于电弧电压增加意味着电弧长度有所增加，所以电弧摆动范围得以扩大进而致使焊缝宽度增加。其次，弧长增加以后，电弧的热量损失加大，故而用来熔化母材和焊丝的热量减少，相应地焊缝厚度和余高就会稍微减小。

图1—30 电弧电压对焊缝形状的影响

由此能够看出，电流属于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子。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，就是一定的电流要搭配一定的电压，不应当把一个参数在较大范围内随意变动。

（三）焊接速度

焊缝厚度以及焊缝宽度，会因焊接速度而生明显影响。一旦焊接速度有所增加，那焊缝厚度会大幅降低，该情形一并适用于焊缝宽度 ，可视图 1—31以作观察。之所以出现这种情况，乃是由于焊接速度上升的时候，焊缝之中单位时间里所输入的热量出现了减少。

图1—31 焊接速度对焊缝形状的影响

倘若从焊接生产率去考量，那么焊接速度越快便越好。然而当焊缝厚度有着特定要求之时，要是想要提升焊接速度，那就必须进一步提高焊接电流以及电弧电压，所以，这三个工艺参数应当综合起来予以选用。

（四）其他工艺参数及因素对焊缝形状的影响

电弧焊存在除上述三个主要工艺参数以外的情况，其它一些工艺参数，还有一些因素，它们对于焊缝形状而言，是具有一定影响的。

（1）电极直径以及焊丝外伸长的时候，别的条件没变化，可减小电极（焊丝）直径这件事，会让电弧截面变小，同时还会使电弧摆动范围减小，这种情况下，焊缝厚度将会减小，焊缝宽度也将减小。

从焊丝与导电嘴接触点抵达焊丝末端的这段长度，被称作焊丝外伸长，也就是焊丝上通电部分的长度。电流于焊丝外伸长上通过之际，会产生电阻热。由此，一旦焊丝外伸长增多，电阻热也会提升，焊丝熔化速度加快，进而余高增加。焊丝直径越小或者材料电阻率越大，这种影响就越显著。经实践验证，对于结构钢焊丝而言，当直径为5mm以上的粗焊丝，其焊丝外伸长在60至150mm范围内变动时，实际上能够忽略这种影响。当焊丝直径小于3mm，当焊丝外伸长波动范围超过5至10mm之际，便有可能对焊缝成形产生显著的影响。不锈钢焊丝的电阻率极大，如此一来，这般影响就更为突出。所以，针对细焊丝，尤其是在不锈钢熔化电极弧焊这种情况下，必定要留意掌控外伸长的稳定性。

（2）焊接时，电极也就是焊丝会相对于焊接方向倾斜一个角度，这就是电极（焊丝）倾角，当电极(焊丝)的倾角顺着焊接方向时被称作后倾，逆着焊接方向时则叫前倾，可参照图1—32（a）、（b）。电极（焊丝）前倾时，电弧力对熔池液体金属后排的作用减弱，熔池底部液体金属变薄了，阻碍了电弧对熔池底部母材的加热，所以焊缝厚度减小。同时，电弧对熔池前部未熔化母材预热功能加强，因而焊缝宽度增加，余高减小，前倾角度。愈小，这一影响愈明显，见图1—32（c）。

（a）后倾（b）前倾（c）前倾倾角的影响

图1—32 电极（焊丝）倾角对焊缝形状的影响

电极（焊丝）后倾时，情况与上述相反。

（3）当焊件呈现出相对水平面倾斜这种状态时，焊缝的形状会因为焊接方向彼此不同，从而出现明显的差别。焊件倾斜之后呢，焊接方法能够被划分成两种情况：一种是从高处朝着低处进行焊接，这种被称作下坡焊；另一种是从低处朝着高处进行焊接，这被叫做上坡焊，可参照图1—33（a）（b）。

（a）向下倾斜进行的焊接，（b）向上倾斜开展的焊接，（c）在向下倾斜焊接时焊件呈现出的倾角所产生的影响，（d）于向上倾斜焊接时焊件具备的倾角带来的影响。

图1—33 焊件倾角对焊缝形状的影响

当开展上坡焊期间，熔池里面的液体金属于重力以及电弧力的作用之下，朝着熔池尾部流动，电弧能够深入到对熔池底部金属进行加热的区域，鉴于此，焊缝的厚度以及余高均会增加。与此同时，熔池前部的加热作用有所降低，电弧摆动的范围变小，所以焊缝宽度减小。上坡的角度越大，这种影响就越发显著。当达到特定的上坡角度范围，也就是大于6°～12°的时候，焊缝会因为余高过大，两侧出现咬边的状况，进而致使成形变差，可参考图1—33（d）。所以，在实施自动电弧焊时，实际上往往尽可能地规避采用上坡焊。

向下焊接的情形恰恰相反，就是焊缝的厚度以及余高稍微有所减小，然而焊缝的宽度稍微有了增加，所以存在倾角。

当其它条件不发生变化的时候，（四）坡口形状，在增加坡口深度以及宽度的情况下，焊缝厚度会有略微的增加，焊缝宽度也会有略微的增加，然而余高会显著地减小，见图1—34。

图1—34 坡口形状对焊缝形状的影响

（5）焊剂，在埋弧焊里，焊剂的成分，还有密度，以及颗粒度，再加上堆积高度，这几方面都对焊缝形状有着一定的影响。当别的条件相互一样时，稳弧性比较差的焊剂，其焊缝厚度会比较大，然而焊缝宽度却比较小。焊剂密度小，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，弧柱体积膨胀起来，电弧摆动的范围扩大了，所以焊缝厚度减小，焊缝宽度增加，余高略微有所减小。此外，熔渣粘度对焊缝表面成形影响极大，要是粘度过大，会致使熔渣透气性不佳，熔池结晶时排出的气体没办法经由熔渣排出，将让焊缝表面形成诸多凹坑，进而使成形变差。

气体保护焊时，保护气体成分，以及与之紧密相关的熔滴过渡形式，对焊缝形状有显著影响。采用不同保护气体进行熔化极气体保护焊直流反接时，焊缝形状会发生变化，见图1—35。射流过渡氩弧焊总会形成明显的蘑菇状焊缝，当氩气中添加O2、CO2或H2时，能让根部成形展宽，焊缝厚度稍有增加。颗粒状和短路过渡电弧焊形成的焊缝形状宽且浅。

图1—35 保护气体成分对焊缝形状的影响

焊件的基础材质所包含的化学成分范畴，各自存在差异，当除此之外的其他工艺方面原因维持不变的状况之下，焊接所形成的缝口形状不会相同，这种情形于使用氩气作为保护气体的电弧焊接操作时，表现格外显著。举例来讲，有三种来自不同产地的不锈钢材料，运用钨极引导电弧并以氩气作为保护气的焊接方式来进行连接操作，当采用一样的焊接工艺参数之时，最终所获得的焊缝形状产生的变化情况，具体如表1—10所示。

表1—10 母材化学成分对焊缝形状的影响

注意，钨棒的端部呈现45°的角度，弧长为2mm时电流是150A，焊接速度为300mm／min。