焊接接头设计的工艺性研究

焊接接头设计的工艺性研究

【摘要】焊接接头设计应考虑的因素很多，其中工艺性是主要因素，接头设计的工艺性主要包括接头焊接的可达性，接头检测的可达性及接头形式与坡口类型选用等内容，本文作者就从这三个方面分别对接接头设计的工艺性进行了探讨，并就如何提高焊接强度质量的具体工艺方法进行了简单的介绍。

【关键词】焊接接头设计可达性工艺性

中图分类号： v229+.8 文献标识码： a 文章编号：

引言

焊接接头设计的工艺性，是指设计的焊接接头在具体的生产条件下(一定的焊接方法、焊接工艺)，能否以优的质量、高的效率、低的消耗、少的成本制造出来的可行性，具体包括接头焊接的可达性，接头检测的可达性，接头形式与坡口类型（下图1反应了几种常见的焊接接头和坡口形式）等内容。笔者长期从事焊接结构工艺设计工作，积累了较丰富的经验。下面笔者结合自己多年的工作经验就焊接接头设计的工艺性加以探讨。

图1 t形接头和角接接头

1 接头焊接可达性

接头焊接的可达性就是焊接接头的可焊到性、可施焊性。即保证每条焊缝都能方便施焊，保证焊工都能清楚地观察到接缝，保证焊条、焊丝、焊枪或机械手都能方便地到达欲焊部位。这就要求设计

的焊接接头在焊接结构中应具有足够的空间，以保证焊缝周围有供焊工自由操作的空间和焊接装置正常运行的条件。影响接头焊接可达性的因素主要有接头在构件中的空间大小、构件相交角度及焊缝位置等。

1.1接头在构件中的空间大小

接头在构件中的空间大小影响接头焊接的可达性。如图1所示结构，就必须考虑两块平行板的间距和高度。图1(a)焊条电弧焊焊接t形接头内侧角焊缝时，由于平行板的间距过小或高度过高，操作空间太小焊条无法伸入操作，接头焊接可达性差。如将t形接头改成图1(b)所示的单面坡口角焊缝，就可解决可达性问题；如结构的刚度较大，适当放宽平行板的间距(图1(c))或降低平行板的高度(图1(d))，也可使焊条能伸人t形接头内施焊。

图1接头在构件中的空间大小

图2为带垫板的对接接头示意图，这是许多小筒体纵、环焊缝采用的接头形式之一。图2(a)由于坡口角度和根部间隙较小，影响焊接可达性，易在根部产生未熔合或未焊透，如增大坡口角度(α2＞α1)、加大根部间隙(b2＞b1)就可解决这一问题，见图2(b)。对于厚度大于10 mm工件，可采用锁底接头代替带垫板的对接接头，如图2(c)所示，同样也需注意这一问题。

图2带垫板的对接接头和锁底接头

需要注意的是，电阻点焊、缝焊也存在接头焊接可达性问题。因

此设计点焊和缝焊接头时，必须考虑机臂长度和电极尺寸，以便保证设计的接头具有足够空间能在电阻焊机上方便焊接。

1.2构件相交角度

在钢结构中，常见两构件相交成锐角的接头形式。如构件相交角度小于60°，就存在焊接可达性的问题。解决的办法是适当调整两构件的交角，使其大于60。图2(a)为锅炉本体拉撑杆与筒体内表面的焊接接头。由于两构件交角较小，往往在根部造成未熔合或未焊透(箭头所指)。改为图4(b)后交角增大，焊接可达性问题不会存在了。

图3构件交角对焊接可达性影响

1.3焊缝位置

焊缝位置布置应便于施焊，有利于保证焊缝质量。焊缝可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝和仰焊缝四种形式。其中施焊操作最方便、焊接质量最容易保证的是平焊缝，焊接可达性好，所以焊接接头设计时应尽量使焊缝能在水平位置进行焊接。

2接头检测可达性

焊接接头的检测可达性，也称接头的可检测性，是指接头所处的部位和焊件的形状、尺寸对焊接检测的适用性。焊接检测内容很多，有无损深检测、外观检测等。外观检测比较简单，一般能焊接的地方都能检测。这里的检测可达性指的是无损探伤检测可达性。因为在许多承载和受压的重要焊接结构(如锅炉、压力容器)中，重要焊

缝(如承压焊缝)都要求作无损检测。目前最主要的无损检测方法有x射线检测和超声波检测。

2.1接头射线检测可达性

设计的焊接接头需作射线检测时，其所处部位必须留有足够空间，以便安放胶片，使胶片位置能保证整个焊缝处于探伤范围之内并使缺陷成像，同时还要满足焦距调整要求。一般来说，对接接头最适合射线探伤，通常一次照射即可，t形接头和角接接头有时无法进行射线探伤，有时即使从不同角度多次照射任然会出现漏检现象，使探伤检测结果并没有多大意义。

2.2接头超声波检测可达性

超声波探伤是利用超声波在金属内部传播时，遇到焊缝缺陷产生反射波作为信号进行检测的一种无损探伤方法。超声波探伤具有灵敏度高，操作灵活方便，探伤周期短、成本低、安全等优点，现广泛应用于现代焊接结构检测中。超声波探伤时由于探头要在焊缝及其两侧移动，对检测区渐进扫描，所以焊接接头设计时，要留有一定的空间放置探头并满足探头来回移动。探头移动尺寸主要根据板厚而定，其移动范围可按表1中的公式计算确定。

表1 探头移动最小尺寸

3接头形式和坡口类型

3.1焊接接头形式

焊接接头主要有对接接头、t形接头、角接接头和搭接接头四种

形式。焊接接头形式一般根据焊件的厚度、结构及使用条件来选用。对接接头受力状况好，应力集中程度较小，材料消耗较少，疲劳强度较高，是理想的接头形式，也是各种焊接结构中采用最多的一种接头形式。所以对接接头是焊接接头设计首选的接头形式。需要注意的是，不同厚度的钢板对接焊时，如果厚度差超过规定值(见表2)，则应在较厚的板上作出单面或双面削薄,削薄长度不小于板厚差3倍。

表2 不同厚度钢板对接接头的允许厚度差

对接接头余高一般为0～3mm，余高越大应力集中越严重，接头的疲劳强度越低，一些重要的承受动载荷的焊接接头，常采用减少余高甚至削平余高来提高焊接接头的疲劳强度。

t形接头是一焊件之端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头。t形接头能承受各个方向的力和力矩，但t形接头的应力集中系数比对接接头要高，因此t形接头的疲劳强度远低于对接接头。t形接头是各类箱型结构中最常用的接头形式。搭接接头承载能力差，一般用于不重要的焊接结构中。搭接接头的接头承载能力低，疲劳强度很低，只用在不重要的结构中。搭接接头一般用于12 mm 以下钢板，其重叠部分为3～5倍板厚。有时为了保证结构强度，搭接接头可选用圆孔塞焊缝或长孔槽焊缝的形式，这种形式常用于被焊接结构狭小处及密闭的焊接结构。

3.2焊接坡口类型