焊接接头形式及坡口选用：对接、角接、T形接和搭接全解析

文/大山

焊接接头形式及坡口选用

接头包含搭接这种形式。

1.1对接接头

两焊件的端面相对且平行的接头，这种接头被称为对接接头。对接接头在焊接结构中是采用数量最多的一种型式。并且，依据坡口形式的差异，它可以被分成 I 形、V 形、X 形、U 形以及双 U 形等。

1.2角接接头

两焊件的端面之间构成 300 到 1350 度的夹角所形成的接头，这种接头被称作角接接头。因为坡口型式存在差异，所以它分为不开坡口、单边 V 形、V 形以及 K 形等 4 种型式。

1.3T形接头

一个焊件的端面与另一个焊件的表面构成复角或者近似直角的接头，这种接头被叫做 T 形接头。它的应用范围在所有接头类型中仅居于对接接头之后。按照坡口形式的差异，可以划分成不开坡口、单边 V 形、K 形以及双 U 形等 4 种类型。

当用 T 形接头连接焊缝时，如果板厚小于 3mm ，那么可以不开放口。将 3 个焊件装配成“十”字形接头，这种接头被称作十字接头。实际上，十字接头是由两个 T 形接头组合而成的。

1.4搭接接头

两焊件存在部分重叠的这种接头，被称作搭接接头。因为结构形式以及对强度的要求有所不同，所以搭接接头分为不开坡口、在圆孔内进行塞焊以及在长孔内进行内角焊等 3 种形式。

图（a）是不开坡口的搭接接头，它适用于厚度在 12mm 以下的焊件，并且有时会采用双面焊接的方式。这种接头的承载能力比较低，通常用于不太重要的结构中。当遇到重叠面积较大的情况时，为了确保焊接强度，就可以分别选用图(b)和图(c)这两种形式。

2、坡口的准备

2.1坡口的定义及作用

按照设计或者工艺的要求，需要在焊件的待焊部位进行加工，将其加工成具有一定几何形状以及尺寸的沟槽，这种沟槽就叫做坡口。

作用是：

(1)使热源(电弧或火焰)能到达焊缝根部，保证根部焊透。

(2)便于操作和清理焊渣。

(3)调整焊缝成型系数，获得较好的焊缝成型。

(4)调节基本金属与填充金属的比例。

2.2选择坡口的原则

为获取高质量的焊接接头，要选择合适的坡口型式。母材厚度、焊接方法以及工艺要求会对坡口的选择产生主要影响。在进行选择时，需要留意以下这些问题：

(1)尽量减少填充金属量。

(2)坡口形状容易加工。

(3)便于焊工操作和清渣.

(4)焊后应力和变形尽可能小。

2.3坡口制备

根据焊件的尺寸、形状以及加工条件来确定所采取的方法。这些方法如下：

(1)剪边：以剪板机剪切加工，常用于I形坡口。

(2)刨边：用刨床或刨边机加工，常用于板件加工。

(3)车削：用车床或车管机加工，适用于管子加工。

切割方式有两种，一是用氧一乙炔火焰进行手工切割，二是使用自动切割机进行切割。通过这些切割方式，可以将材料加工成 I 形、V 形、X 形和 K 形坡口。

碳弧气刨主要用于清理焊根，可进行开槽作业。它的效率比较高，但劳动条件相对较差。

铲削或磨削有两种方式，一是用手工或风动、电动工具进行铲削；二是使用砂轮机（或角向磨光机）进行磨削加工。这种方式效率较低，通常多用于焊接缺陷返修部位的开槽。

坡口加工质量对焊接过程有很大影响，应符合图纸或技术条件要求

二、焊接结构设计与坡口设计

1 焊接结构材料的选择

焊接结构材料的选择原则：

1.1满足使用要求，选易焊材；

1.2高强度结构钢，尽量优先选；

1.3重要结构应选用：镇静钢；

1.4异种钢材互焊时偏弱者跟措施；

1.5多用锻、压、型材，减少焊缝。

2 焊接接头的工艺设计

焊缝的布置

焊缝布置的一般原则：

2.1避开应力最大处；

2.2焊缝远离加工面；

2.3对称布置变形小；

2.4焊缝布置求分散；

2.5便于操作想周到；

2.6尽量平焊效率高。

3坡口设计原则

在设计焊缝尺寸大小以及接头形式的时候，首先要明确到底是工作焊缝还是联系焊缝。

工作焊缝与被连接的元件是串联的。它承担着传递全部载荷的作用。一旦工作焊缝断裂，结构就会失效。其应力被称为工作应力。

焊缝与被连接件呈并联状态，它所传递的载荷很小，主要起到元件之间相互联系的作用。一旦焊缝断裂，结构不会立刻失效，这种应力被称为联系应力。

工作焊缝必须进行焊缝强度计算；

联系焊缝则需考虑经济性而减小、减短焊缝；

焊缝具有双重性，它既有工作应力，又有联系应力。在这种情况下，只计算工作应力，不考虑联系应力。

3.2坡口的设计

(1)坡口作用：主要是增大熔深，提高焊缝截面的有效厚度。

以对接Y形坡口为例：

坡口角度α的范围是 35°到 60°。如果α太大，会增加加工余量，会增加焊接成本，还会导致变形。

钝边高度p：需要熔透时一般为1～3mm；

根部间隙 b 要保证钝边熔透，通常为 2 至 4 毫米。如果根部间隙 b 过大，就容易形成虚焊。

坡口深度H：根据需要的焊缝厚度来设定。

(2)坡口形式：

对接焊缝的焊接边缘可以加工成 U 形。

方形对接：当板厚小于 3mm 时无间隙；当板厚小于 16mm 时，有间隙或带垫板。这种加工方式的经济性最好。

（3）角焊缝的坡口形式主要有以下3种：

坡口设计原则：

经济性原则方面，要在满足强度要求的情况下，挑选合理的接头以及坡口，降低焊材的填充量，从而提升焊接效率。

考虑坡口的加工情况：优先选取那些便于进行加工的坡口，像 V 形坡口和 X 形坡口。而 U 形坡口以及双 U 形坡口，它们在加工方面相对而言是比较困难的。

- 钝边过高时，不能完全熔透，残留的钝边就会成为缺陷源。

3.3焊缝大小的的设计

三、焊接变形产生的原因

焊接变形产生的原因

焊接时，局部会进行高温加热。这会使焊件上的温度分布变得不均匀。最终的结果是在结构内部产生了焊接应力与变形（内变形）。

焊缝金属冷却时，从液态转为固态。此时，其体积会收缩。因为焊缝金属与母材紧密联系，所以焊缝金属不能自由收缩。这会引起整个焊件的变形，并且在焊缝中引起残余应力。（缩边）

四、焊接变形的控制与矫正

1. 设计措施

1）合理地选择焊缝的尺寸和形状（如图）

在保证结构承载力的前提下，要尽量采用较小的焊缝尺寸，这样能减少热输入对材料性能的影响，同时也能降低成本。

2）合理选择焊缝长度和数量

如果允许的话，就多使用型材和冲压件；在焊缝多且密集的地方，可以采用铸—焊联合结构，这样就能减少焊缝的数量。另外，适当把壁板的厚度增加一些，以此来减少肋板的数量，或者用压型结构来替代肋板结构，这些做法都对防止薄板结构发生变形是有利的。

3）合理地安排焊缝的位置

安排焊缝要尽可能做到对称于截面中性轴，或者让焊缝接近中性轴，这样做对减少梁柱的挠曲变形会有良好的效果。

2.工艺措施

（1）反变形法 ( 如图)

（2）留余量法

下料时，把零件的实际长度尺寸比设计尺寸适当加大，以此来补偿焊件的收缩；下料时，把零件的实际宽度尺寸比设计尺寸适当加大，以此来补偿焊件的收缩。

留余量法主要用于防止焊件的收缩变形。

（3）刚性固定法

1） 将焊件固定在刚性平台上。

2）将焊件组合成刚性更大或对称的结构。

3）利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束。

选择装配焊接顺序要合理。装配焊接顺序对焊接结构的变形有着很大的影响。

大型且复杂的焊接结构，在条件允许的情况下，将其分成若干个结构简单的部件，对这些部件单独进行焊接，之后再将它们总装成一个整体。

2）正在施焊的焊缝应昼靠近结构截面的中性轴。

对于焊缝非对称布置的结构而言，在进行装配焊接操作时，应当首先焊接焊缝数量较少的那一侧。

4）焊缝对称布置的结构，应由偶数焊工对称地施焊。

长焊缝（长度在 1m 及以上）进行焊接时，能够采用如下所示的方向以及顺序来实施焊接，这样做的目的是减小其在焊接完成后的收缩变形。

矫正焊接变形的措施

火焰加热矫正焊接变形取决于以下三个因素：其一，加热方式；其二，加热位置；其三，加热温度和加热区的面积。