坡口设计原则.docx

1)尽量减少焊缝金属的熔敷量，提高生产率。
     (2)应保证熔透(焊透)和避免产生根部裂纹。
     (3)坡口加工方便，有利于焊接操作。
     (4)尽量减少工件的焊后变形。

导师带徒论文

题目：不同板厚焊接坡口形式的研究

姓名：田飞
单位：五分公司
2008年8月27日
目录
一、简述焊接技术的发展（焊接概述）。。。。。。。。。。。1
二、 手弧焊工艺.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2
三、焊接接头的种类及接头型式.。。。。。。。。。。。。。。。3
四、 焊缝坡口的基本形式与尺寸.。。。。。。。。。。。。。。7
五、焊缝形式及形状尺寸.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8
六、结语。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9
七、参考文献.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9

一、 简述焊接技术的发展（焊接概述）

1. 焊接概述

焊接是通过加热、加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。

2. 焊接技术的发展历史

焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。经分析，所用的与现代软钎料成分相近。
战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著《天工开物》一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。
古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。
19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；1885～1887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900年又出现了铝热焊。
20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。
在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。40年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。

我们以手工电弧焊为例，将重点介绍对“不同板厚焊接坡口形式的研究”。

二、 手弧焊工艺
1．焊接接头形式和坡口形状
根据焊件厚度和工作条件不同，常用的焊接接头形式有对接、搭接、丁字接和角接等四种。 对接接头是各种焊接结构中采用最多的一种接头形式。因对接接头受力较均匀，所以重要的受力焊缝尺量选用。根据焊接板厚不同，对接接头的坡口型式有：
（1）I形坡口（或称平接）：用于焊接板厚为1-6mm的焊接，为了保证焊透件，接头处要留有0-2.5mm的间隙。

（2）V形坡口：用于板厚为6-30mm焊件的焊接，该坡口加工方便。

（3）X形坡口：用于板厚12-40mm焊件的焊接，由于焊缝两面对称，焊接应力和变形小。

（4）U形坡口：用于板厚20-50mm焊接的焊接、容易焊透、工件变形小。

2．焊缝的空间位置
按焊缝在空间位置不同，可分为平焊、立焊、横焊和仰焊等。平焊时操作方便、劳动条件好，生产率高、焊缝质量容易保证，对操作者的技术水平要求较低，所以应尽可能地采用平焊。仰焊最难焊接。

3．焊接工艺参数及其确定
焊接工艺参数是焊接时为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称。手弧焊的焊接工艺参数主要包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度和焊接层数等。

（1）焊条直径的选择：根据焊件的板厚国标标准规定的直径规格进行选择。工件厚时，可选择较粗焊条，平焊低碳钢时，可按下面选取。

焊件厚度（mm） 2
3
4～5
6～12
>12

焊条直径(mm) 2
3.2
3.2～4
4～5
5-6

（2）焊接电流的确定：根据焊条直径选择焊接电流。焊接低碳钢时，按下面经验公式选择焊接电流：I=(30～50)d。应当指出，上式只提供一个大概的焊接电流范围，实际生产中，还要根据焊件厚度、接头形式、焊接位置、焊条种类等因素，通过试焊来调整和确定焊接电流大小。电流过小，易引起夹渣和末焊透；电流过大，易产生咬边、烧穿等缺陷。

（3）电弧电压：由电弧长度决定（即焊条焊芯端部与熔池之间的距离）。电弧长，电弧电压高，电弧燃烧不稳定；熔深减小，飞溅增加，且保护不良，易产生焊接缺陷；电弧短，电弧电压低。操作时采用短电弧，一般要求电弧长度不超过焊条直径。

（4）焊接速度：指焊条沿焊接方向移动的速度，即单位时间内完成的焊缝长度，手弧焊时，焊接速度由操作者凭经验来掌握。
三、焊接接头的种类及接头型式
　　焊接中，由于焊件的厚度、结构及使用条件的不同，其接头型式及坡口形式也不同。焊接接头型式有：对接接头、T形接头、角接接头及搭接接头等。
　　1.对接接头
　　两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，叫做对接接头。在各种焊接结构中它是采用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。
L
L
厚度不同的钢板对接的两板厚度差(δ—δ1)不超过表1—2规定时，则焊缝坡口的基本形式与尺寸按较厚板的尺寸数据来选取；否则，应在厚板上作出如图1—8所示的单面或双面削薄；其削薄长度L≥3(δ—δ1)。
δ
10
10
δ

(a) (b)

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
较薄板厚度δ1
≤2～5
>5～9
>9～12
>12
允许厚度差(δ—δ1)
1
2
3
4

　　2.角接接头
两焊件端面间构成大于30°、小于135°夹角的接头，叫做角接接头，见图1—9。这种接头受力状况不太好，常用于不重要的结构中。

(a ) (b)

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
一件之端面与另一件表面构成直角或近似直角的接头，叫做T形接头，见图1—10。

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。

图1—11 搭接接头I形坡口 　

　　搭接接头根据其结构形式和对强度的要求，分为不开坡口、圆孔内塞焊和长孔内角焊三种形式，见图1—11。
　　I形坡口的搭接接头，一般用于厚度12mm以下的钢板，其重叠部分≥2(δ1+δ2)，双面焊接。这种接头用于不重要的结构中。
　　当遇到重叠部分的面积较大时，可根据板厚及强度要求，分别采用不同大小和数量的圆孔内塞焊或长孔内角焊的接头型式。

　　四、焊缝坡口的基本形式与尺寸
　1. 坡口形式
　　根据坡口的形状，坡口分成I形(不开坡口)、V形、Y形、双Y形、U形、双U形、单边V形、双单边Y形、J形等各种坡口形式。
　　V形和Y形坡口的加工和施焊方便(不必翻转焊件)，但焊后容易产生角变形。
　　双Y形坡口是在V形坡口的基础上发展的。当焊件厚度增大时，采用双Y形代替V形坡口，在同样厚度下，可减少焊缝金属量约1/2，并且可对称施焊，焊后的残余变形较小。缺点是焊接过程中要翻转焊件，在筒形焊件的内部施焊，使劳动条件变差。
　　U形坡口的填充金属量在焊件厚度相同的条件下比V形坡口小得多，但这种坡口的加工较复杂。
　　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。
　　(2)坡口面角度和坡口角度 待加工坡口的端面与坡口面之间的夹角叫坡口面角度，两坡口面之间的夹角叫坡口角度，见图1—12。
　　3)根部间隙 焊前在接头根部之间预留的空隙叫根部间隙，见图1—12。其作用在于打底焊时能保证根部焊透。根部间隙又叫装配间隙。
　　(4)钝边 焊件开坡口时，沿焊件接头坡口根部的端面直边部分叫钝边，见图1—12。钝边的作用是防止根部烧穿。
(5) 根部半径 在J形、U形坡口底部的圆角半径叫根部半径(见图1—12)。它的作用是增大坡口根部的空间，以便焊透根部。

坡口角度

坡口角度
顿边
破口面角度

根部间隙
根部间隙

顿边

坡口角度

坡口角度
顿边
坡口面角度

根部半径

根部间隙

顿边
根部间隙

图1—12 坡口的几何尺寸

　五、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)根据GB／T 3375—94的规定，按焊缝结合形式，分为对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝五种：
　　1)对接焊缝：在焊件的坡口面间或一零件的坡口面与另一零件表面间焊接的焊缝，
　　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。
　　4)塞焊缝：两零件相叠，其中一块开圆孔，在圆孔中焊接两板所形成的焊缝，只在孔内焊角焊缝者不称塞焊。
　　5)槽焊缝：两板相叠，其中一块开长孔，在长孔中焊接两板的焊缝，只焊角焊缝者不称槽焊。
　　(2)按施焊时焊缝在空间所处位置分为平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝四种形式。
　　(3)按焊缝断续情况分为连续焊缝和断续焊缝两种形式。

2.焊缝的形状尺寸
　　焊缝的形状用一系列几何尺寸来表示，不同形式的焊缝，其形状参数也不一样。
　　1）．焊缝宽度
　　焊缝表面与母材的交界处叫焊趾。焊缝表面两焊趾之间的距离叫焊缝宽度。
　　2）．余高
　　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叫余高，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。但在动载或交变载荷下，它非但不起加强作用，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。
　　3）．熔深
　　在焊接接头横载面上，母材或前道焊缝熔化的深度叫熔深。
　　4）．焊缝厚度
　　在焊缝横截面中，从焊缝正面到焊缝背面的距离，叫焊缝厚度。
　　焊缝计算厚度是设计焊缝时使用的焊缝厚度。对接焊缝焊透日寸它等于焊件的厚度；角焊缝时它等于在角焊缝横截内画出的最大直角等腰三角形中，从直角的顶点到斜边的垂线长度，习惯上也称喉厚。
　　5）．焊脚
角焊缝的横截面中，从一个直角面上的焊趾到另一个直角面表面的最小距离，叫做焊脚。在角焊缝的横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度叫焊脚尺寸。

　六、结语
通过对“不同板厚焊接坡口形式的研究”。我们可以得出：

（1）I形坡口（或称平接）：用于焊接板厚为1-6mm的焊接，为了保证焊透件，接头处要留有0-2.5mm的间隙。

（2）V形坡口：用于板厚为6-30mm焊件的焊接，该坡口加工方便。

（3）X形坡口：用于板厚12-40mm焊件的焊接，由于焊缝两面对称，焊接应力和变形小。

（4）U形坡口：用于板厚20-50mm焊接的焊接、容易焊透、工件变形小。这样就很方便我们在不同板厚焊接时选择不同的坡口形式。

七、参考文献：
1、《焊接材料学》

2、《焊接工艺学》
3、《焊接应用》
4、《中国焊接学报》
5.《中国焊接信息网》
6.《焊接杂志》等

板对接全熔透焊缝坡口形式
序号
焊接方法
板厚（mm）
坡口
形式
坡 口 简 图
背面处理
1

全熔透对接焊缝（埋弧自动焊）
5-10
不开
坡口

背面用碳弧气刨清根,用角向磨光机打磨清除氧化皮后埋弧自动焊盖面
12-20
单面
V型
坡口

22~40
双面
V型
坡口

40以上

注：1、钢板对接焊缝为一二级全熔透焊缝，焊接完成后应在自然冷却的状态下（约4小时）进行UT检查。班组应填写“UT报检单”报质检部UT人员到场检验合格后方可转入下道工序。
2、钢板对接的坡口形式按以上要求执行。
3、拼接时注意做好反变形处理。定位焊间距为300~400mm，定位焊长度：15~20mm。
4、焊接前应用同等厚度的钢板作为引、熄板，收弧板尺寸为：80*80mm，起收弧长度保证在50mm。
5、焊剂应经烘焙后方可使用。
6、钢板厚度大于40mm以上的厚板，施焊前应做好焊前预热（80~1200C），焊后保温（200~2500C）

华宇质检部
2009年12月9日