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第2章　焊接加工基础知识

2.1　焊接工艺基础

焊接是一种不可拆卸连接形式，生产中焊工接触的多为各种材料所组成零部件的连接或组装，因此，在焊接操作时，焊工需具备基本的焊接工艺知识。首先应具有识读焊接装配图的能力；其次，根据所焊材料的焊接性能，具有针对性的实际操作技能。

2.1.1　焊接接头及坡口

焊接接头是指由两个或两个以上零件要用焊接组合或已经焊合的接点。它由焊缝、熔化区和热影响区三部分组成。认识焊接的接头及坡口是焊接识图及焊接操作的基础。

（1）焊接接头的形式

一个焊接结构总是由若干个焊接接头所组成。焊接接头的类型有许多种。其中基本类型主要是对接接头、角接接头、T形接头、搭接接头、卷边接头。

①对接接头　两件表面构成大于等于135°，小于等于180°夹角的接头称为对接接头。它是各种焊接结构中采用最多的一种接头形式。

按焊件厚度和坡口形式的不同，对接接头的坡口形式可分为I形、V形、双V形、U形、双U形、双单边V形、Y形、单边V形、J形、双J形及其组合和带垫板的坡口形式。

钢板厚度在6mm以下，除重要结构外，一般不开坡口（或I形坡口）。开坡口的对接接头，用于钢板较厚而需要全焊透的焊件。带垫板的V形坡口常用于要求全焊透而焊缝背面又无法焊接的焊件，如小直径管道的对接焊缝。对于一些重要的焊件，由于易形成夹渣，故不宜使用带垫板的接头。对于不同厚度钢板对接焊的重要受力接头，如果两板厚度差（δ-δ₁）不超过表2-1规定时，接头坡口的基本形式与尺寸按较厚板的尺寸数据来选取。

表2-1　板厚与厚度差的关系

如果两板厚度差（δ-δ₁）超过表2-1的规定，应在厚板上作单面或双面削薄，如图2-1所示。其削薄长度为L≥3（δ-δ₁）。

图2-1　不同厚度钢板对接接头设计

焊缝各部分名称见图2-2。

图2-2　焊缝各部分名称

②角接接头　两件端部构成大于30°、小于135°夹角的接头称为角接接头。这种接头受力状况不太好，常用于不重要的结构中。根据焊件厚度不同，其坡口形式可分为I形（不开坡口）、错边I形、带钝边J形、带钝边双单边V形（K形）及V形等。

③T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称为T形接头。根据垂直板厚度的不同，其坡口形式可分为I形（不开坡口）、K形（带钝边双单边V形）坡口等。

④搭接接头　两件部分重叠构成的接头称为搭接接头。根据结构形式和对强度的要求不同，可分为不开坡口、圆孔内塞焊以及长孔内角焊三种形式。不开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，这种接头强度较差，用于不重要的结构中。当重叠部分面积较大时，可根据板厚及强度要求，分别选用不同大小和数量的圆孔内塞焊及长孔内角焊的接头形式。

⑤卷边接头　待焊件端部预先卷边，焊后卷边只部分熔化的接头称卷边接头。这种接头主要用于薄板和有色金属的焊接。为防止焊接时焊件烧穿，卷边后可以增加连接头的厚度。

熔焊接头中焊缝类型可见表2-2。

表2-2　熔焊接头中焊缝类型

（2）焊接接头的选取

设计与选择焊接接头应考虑以下因素。

①各种焊接接头的特性。

②接头承受载荷的性质及其大小，如拉伸、压缩、弯曲、疲劳和冲击等。

③产品结构的形状、尺寸和材质。

④焊接变形的控制和施焊的难易程度。

⑤接头焊前的准备和焊接所需费用。

（3）焊接坡口

在焊接件上开坡口是为了保证焊缝根部焊透，便于清除熔渣，获得较好的焊缝成形，而且坡口能起调节基本金属和填充金属比例的作用。钝边是为了防止烧穿，钝边尺寸要保证第一层焊缝能焊透。间隙也是为了保证根部能焊透。

①坡口的类型　表2-3为坡口的类型。

表2-3　坡口的类型

②坡口各部位的名称　坡口各部位的名称见图2-3。

图2-3　坡口各部位的名称

α，α'，α″—坡口角度；β，β₁，β₂，β'，β″—坡口面角度；H，H'，H″—坡口深度；p—钝边；b—根部间隙；R—根部半径

③焊接坡口的选取　选择坡口形式时，主要考虑的因素为：保证焊缝焊透，坡口形状容易加工，尽可能提高生产效率、节省焊条，焊后焊件变形尽可能小。

对于厚度在6mm以下的钢板焊接，一般不开坡口，但重要结构，当厚度在3mm时就要求开坡口。钢板厚度为6～26mm时，采用V形坡口，这种坡口便于加工，但焊后焊件容易发生变形。钢板厚度为12～60mm时，可采用X形坡口，这种坡口比V形坡口好，在同样厚度下，它能减少焊着金属量1/2左右，焊件变形和内应力也比较小，主要用于大厚度及要求变形较小的结构中。单U形和双U形坡口的焊着金属量更少，焊后产生的变形也小，但这种坡口加工困难，一般用于较重要的焊接结构。

（4）焊接坡口的加工　焊接坡口的加工方法主要有下列几种。

①剪切。不开坡口的钢板可以在剪板机上剪切加工，但不能加工有角度的坡口。

②氧气切割。用手工方法或自动和半自动切割机可以进行各种厚度、各种角度及曲线形状的坡口加工，但一般不能加工不锈钢和铜、铝等有色金属。

③刨削。在刨边机上进行，能加工形状复杂的直线形坡口。

④碳弧气刨。主要用于多层焊的正面或封底焊时的清根，可以进行全位置坡口工作。

⑤錾削。用手工或风动工具进行操作，该法劳动强度大，生产效率较低。

此外，焊接坡口的清理工作，对焊接电弧的燃烧稳定和焊缝质量影响很大，否则会产生气孔、夹渣和未焊透等缺陷。一般用钢丝刷、电动砂轮和气焊火焰等方法清除坡口上的铁锈、油污、水分和其他杂物。

2.1.2　焊缝种类及其标注

焊缝是焊件经焊接后形成的结合部分，是构成焊接接头的主体部分，也是影响焊接接头焊接质量的主要因素。

（1）焊缝的种类

焊缝的分类标准不同，其种类也有所不同。

根据焊缝在空间的位置，其可分为平焊缝、立焊缝、横焊缝和仰焊缝，如图2-4所示。

图2-4　焊缝的空间位置

根据结合形式可分为对接缝、角焊缝、塞焊缝等，如图2-5所示。

图2-5　焊缝的结合形式

按断续形式可分为连续焊接和间断焊缝，如图2-6所示。间断焊缝只适用于角焊缝中强度要求不高，严密性要求低的结构焊接。

图2-6　连续焊缝和断续焊缝

（2）焊缝的标注

图纸上一般不需特别表示焊缝，只标注焊缝符号。焊缝符号是指在图样上标注的，用来表示焊接方法、焊缝形式和焊缝尺寸等的符号。完整的焊缝表示方法除了基本符号、辅助符号、补充符号以外，还包括指引线和一些尺寸符号及数据，并规定基本符号和辅助符号用粗实线绘制。

①基本符号　基本符号是表示焊缝横剖面形状的符号，它采用近似于焊缝横剖面形状的符号来表示。GB/T 324—2008《焊缝符号表示法》中规定了20种焊缝形式的符号，常见的焊缝形式参见表2-4。

表2-4　焊缝的基本符号

②辅助符号　辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，符号及其应用见表2-5。如果不需要确切说明焊缝表面形状时，可以不用辅助符号。

表2-5　辅助符号及应用

③补充符号　补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，见表2-6。

表2-6　补充符号

④焊接方法代号　常用焊接方法的代号见表2-7。

表2-7　常用焊接方法的代号（摘自GB/T 5185—2005）

⑤指引线　指引线一般由带箭头的指引线（简称箭头线）和两条基准线（一条为实线，另一条为虚线）两部分组成，如图2-7所示。

图2-7　指引线的示意图

⑥焊缝标注的有关规定　如果焊缝在指引线箭头的同一侧，则将基本符号标在基准线的实线侧，见图2-8（a）。如果焊缝不在指引线箭头的同侧，则将基本符号标在基准线的虚线侧，见图2-8（b），标对称焊缝及双面焊缝时，基准线可以不加虚线，见图2-8（c）和（d）。

图2-8　焊缝标注的有关规定

当若干条焊缝的焊缝符号相同时，可使用公共基准线进行标注，见图2-9。

图2-9　相同焊缝的标注

⑦焊缝尺寸的标注　焊缝尺寸的标注格式如图2-10所示。

图2-10　焊缝尺寸的标注格式

其中，焊缝尺寸的符号如表2-8所示。

表2-8　焊缝尺寸符号

在标注焊缝尺寸时，应注意：①焊缝横剖面上的尺寸，如钝边高度p、坡口深度H、焊脚高度K、焊缝宽度c等标在基本符号左侧；②焊缝长度方向的尺寸，如焊缝长度l、焊缝间距e、相同焊缝段数n等标注在基本符号的右侧；③坡口角度α、坡口面角度β、根部间隙b等尺寸标注在基本符号的上侧或下侧；④相同焊缝数量N标在尾部；⑤常用焊接方法的代号标注参见表2-7。

⑧焊缝标注实例　焊缝画法及标注实例参见表2-9。

表2-9　焊缝画法及标注综合实例

2.1.3　焊接装配图的识读

装配图是表达机器或部件装配关系的图样，也是分析、了解机器或部件工作原理，从而确定相应的装配、制造加工工艺的重要技术文件之一。由于焊接件是由许多构件通过焊接连接而成的装配件，因此，要识读好焊接件，首先就必须正确识读装配图。

（1）装配图的内容

一般说来，一张装配图应包括以下内容。

①一组视图　用以表达机器或部件的工件原理、结构特点、零件之间的相对位置、装配连接关系等。

②必要的尺寸　注明机器或部件规格性能，以及装配、检验、安装时必要的尺寸。

③技术要求　说明机器或部件的性能，是装配、检验、调试和使用时必须满足的技术条件，一般用文字符号注写在图中适当位置。

④标题栏、明细表和零件序号　说明机器或部件所包含的零件名称、序号、数量、材料和厂名等。

（2）装配图的视图表达方法

零件图中视图的各种表达方法都适用于装配图，但装配图还有以下一些规定画法和特殊表达方法。

①装配图的规定画法　装配图的规定画法主要有以下方面。

a.剖视图中实心件和连接件的表达。对于连接件（螺钉、螺栓、螺母、垫圈、键、销等）和实心件（轴、手柄、连杆等），当剖切面通过基本轴线或对称面时，这些零件均按不剖处理。当需要表达零件局部结构时，可采用局部视图。

b.接触表面和非接触表面的区分。凡是有配合要求的零件的接触表面，在接触处只画一条线来表示。非配合要求的两零件接触面，即使间隙很小，也必须画两条线。

c.剖面线方向和间隔。用剖面线倾斜方向相反或一致、间隔不等来区分表达相邻的两个零件。剖面厚度在2mm以下的图形，允许用涂黑来代替剖面符号。

②装配图的特殊表达方法　装配图的特殊表达方法主要有以下方面。

a.假想画法。在装配图中，当需要表示某些零件运动范围或极限位置时，可用双点画线画出该零件的极限位置图，当需要表达本部件与相邻部件间的装配关系时，可用双点画线假想画出相邻部件的轮廓线。

b.零件的单独表示法。在装配图中，可用视图、剖视图或断面图单独表达某个零件的结构形状，但必须在视图上方标注对应的说明。

c.拆卸画法。当需表达的结构或装配关系被某些零件遮住时，可假想将某些零件拆去后再画出某一视图，或沿零件接合面进行剖切，接合面上不画剖面线，并应注明拆去“××”。

d.展开画法。为了展示传动机构的传动路线和装配关系，可假想按传动顺序沿轴线剖切，然后依次展开，将剖切平面均旋转到与选定的投影面平行的位置，再画出其剖视图。

e.简化画法。装配图中若干相同零部件组，可只画出一组，其余用细点画线表示出其位置即可。装配图中，当剖切平面通过某些标准件的轴线时，可只画外形。装配图中的滚动轴承，允许一侧采用规定画法，另一侧按简化画法绘制。装配图中，零件的某些较小工艺结构如倒角、沟槽等，可省略不画。

f.夸大画法。装配图中，当图形上孔的直径或薄片的厚度较小（≤2mm），以及间隙、斜度和锥度较小时，允许将该部分不按原比例而夸大画出。

（3）识读装配图的方法和步骤

识读装配图的目的主要是了解机器或部件的名称、用途、性能、结构和工作原理，以及零件之间的装配关系、传动路线、装拆顺序和技术要求等。识读装配图的一般方法和步骤如下。

①看标题栏和明细表，作概括了解。了解装配体的名称、性能、功用和零件的种类名称、材料、数量及其在装配图上的大致位置。

②分析视图。分析弄清整个装配图上有哪些视图，采用什么表达方式，表达的重点是什么，反映了哪些装配关系，零件之间的连接方式如何，视图间的投影关系等。

③分析零件。了解零件的主要作用和基本形状，以便弄清装配体的工作原理和运动情况（是移动还是转动）。

④分析配合关系。根据装配图上标注的尺寸，分析零件的配合要求、基准制、配合类别和配合精度等。

⑤定位与调整。分析零件的加工面、定位面，有没有间隙需要调整，怎样调整。

⑥连接与固定。分析零件之间的连接方式，是可拆还是不可拆。

⑦密封与固定。要弄清运动件的润滑、储油装置、进出油孔和输油油路，以及密封方式。

⑧装拆顺序。在看懂全部装配图后，弄清楚装配顺序和零件加工顺序。

⑨了解技术要求。包括组装后的检测技术指标、使用时对工作条件的要求等。

⑩通过上面的分析，总结出装配体的工作原理等。

（4）焊接装配图的识读

焊接装配图是用来表达金属焊接件的图样，它用来指导焊接件的加工、装配、施焊和焊后处理，并能清楚地表达出焊接件的结构形状、焊缝位置、接头形式及尺寸和焊接要求等。

通常所指的焊接装配图就是指实际生产中的产品零部件或组件的工作图。它与一般装配图的不同在于图中必须清楚表示与焊接有关的问题，如坡口与接头形式、焊接方法、焊接材料型号、焊接及验收技术要求等。

对焊工来说，要能正确识读焊接装配图，除了掌握前述有关机械识图知识外，还必须懂得焊缝符号表示方法的有关国家标准；识读焊接装配图的方法和步骤也与装配图基本相同，但对图样中有关焊接技术条件应详细分析，并严格执行。通常图中涉及的焊接工艺文件有典型工件制造的工艺守则、焊接方法的工艺守则和施焊的工艺评定编号。

①焊接装配图的内容　一张完整的焊接装配图应包括表示焊接件结构形状的视图，焊接件的定形、定位尺寸及焊后加工尺寸，焊缝的接头形式、焊缝符号及焊缝尺寸，焊接件的装配、焊接方法及焊后处理等技术要求，标题栏及明细表等。

②识读焊接装配图的方法及步骤　识读焊接装配图的方法及步骤与机械装配图基本相同，主要可按以下步骤及方法进行。

a.看标题栏和明细表了解焊接装配图的名称、性能、作用和零部件的材质、质量、件数等，其中包括由多少零件或多少小部件组成。另外，要求对零件或部件有个概括的了解，为进一步了解零件或部件做好准备。

b.看懂弄清有关视图，从主视图中首先看出零件的大致几何形状，再通过其他辅助视图得到零件或部件的立体概念。

c.分析视图从主要基准出发，逐步认清零件的大小和各部分之间的位置关系。图2-11为矿用电梯的上框架梁的焊接装配图，由图可知，该构件由梁（槽钢）2、前加强板（12mm厚钢板）1、后加强板（14mm厚钢板）3三个零件组成，通过焊接方式将前加强板1及后加强板连接在梁2上，由于该梁要承受较大的载荷，为保证加强板与槽钢之间的焊接强度，前、后加强板上还各加工了两个ф40mm的圆孔和两个R18mm的腰形孔作为焊接之用。