文/大山
焊接接頭形式及坡口選用
1、焊接接頭的型式：接頭主要有對接、角接、T形接和搭接等4種。
1.1對接接頭
兩焊件端面相對平行的接頭，稱為對接接頭。是焊接結構中採用最多的一種型式。根據坡口形式的不同，可分為I形、V形、X形、U形和雙U形等。
1.2角接接頭
兩焊件端面間構成300－1350夾角的接頭，稱為角接接頭。根據坡口型式的不同，分為不開坡口、單邊V形、V形及K形等4種型式
1.3T形接頭
一焊件端面與另一焊件表面構成復角或近似直角的接頭，稱為T形接頭。其應用範圍僅次於對接接頭。根據坡口形式不同，分為不開坡口、單邊V形、K形和雙U形等4種。
以T形接頭連接焊縫時，板厚小於3mm可不開放口。3個焊件裝配成「十」字形接頭，叫十字接頭。實際上是兩T形接頭的組合。
1.4搭接接頭
兩焊件部分重疊構成的接頭，叫搭接接頭。根據結構形式和對強度要求不同，分為不開坡口、圓孔內塞焊和長孔內角焊等3種。
圖（a）為不開坡口的搭接接頭，用於厚度12mm以下的焊件，有時可採用雙面焊接。這類接頭承載能力低，用於不重要結構，遇到重疊面積較大時，為保證焊接強度，可分別選用圖(b)、(c)兩種形式。
2、坡口的準備
2.1坡口的定義及作用
根據設計或工藝要求，在焊件的待焊部位加工成一定幾何形狀和尺寸的溝槽，叫坡口。
作用是：
(1)使熱源(電弧或火焰)能到達焊縫根部，保證根部焊透。
(2)便於操作和清理焊渣。
(3)調整焊縫成型係數，獲得較好的焊縫成型。
(4)調節基本金屬與填充金屬的比例。
2.2選擇坡口的原則
為獲得高質量的焊接接頭，應選擇適當的坡口型式。坡口的選擇，主要取決於母材厚度、焊接方法和工藝要求。選擇時，應注意以下問題：
(1)儘量減少填充金屬量。
(2)坡口形狀容易加工。
(3)便於焊工操作和清渣.
(4)焊後應力和變形儘可能小。
2.3坡口製備
採取的方法，根據焊件的尺寸、形狀及加工條件確定。有以下方法：
(1)剪邊：以剪板機剪切加工，常用於I形坡口。
(2)刨邊：用刨床或刨邊機加工，常用於板件加工。
(3)車削：用車床或車管機加工，適用於管子加工。
(4)切割：用氧一乙炔火焰手工切割或自動切割機切割加工成I形、V形、X形和K形坡口。
(5)碳弧氣刨：主要用於清理焊根的開槽，效率較高、勞動條件較差。
(6)鏟削或磨削：用手工或風動、電動工具鏟削或使用砂輪機(或角向磨光機)磨削加工，效率較低，多用於焊接缺陷返修部位的開槽。
坡口加工質量對焊接過程有很大影響，應符合圖紙或技術條件要求
二、焊接結構設計與坡口設計
1 焊接結構材料的選擇
焊接結構材料的選擇原則：
1.1滿足使用要求，選易焊材；
1.2高強度結構鋼，儘量優先選；
1.3重要結構應選用：鎮靜鋼；
1.4異種鋼材互焊時偏弱者跟措施；
1.5多用鍛、壓、型材，減少焊縫。
2 焊接接頭的工藝設計
焊縫的布置
焊縫布置的一般原則：
2.1避開應力最大處；
2.2焊縫遠離加工面；
2.3對稱布置變形小；
2.4焊縫布置求分散；
2.5便於操作想周到；
2.6儘量平焊效率高。
3坡口設計原則
3.1在設計焊縫尺寸大小及其接頭形式時，首先要確定是工作焊縫還是聯繫焊縫。
工作焊縫：與被連接的元件是串聯的，它承擔著傳遞全部載荷的作用，一旦斷裂，結構就會失效，其應力稱為工作應力。
聯繫焊縫：焊縫與被連接件是並聯的，它傳遞很小的載荷，主要起元件之間的相互聯繫的作用，焊縫一旦斷裂，結構不會立即失效，其應力稱為聯繫應力。
工作焊縫必須進行焊縫強度計算；
聯繫焊縫則需考慮經濟性而減小、減短焊縫；
具有雙重性的焊縫，既有工作應力又有聯繫應力，則只計算工作應力，而不考慮聯繫應力；
3.2坡口的設計
(1)坡口作用：主要是增大熔深，提高焊縫截面的有效厚度。
以對接Y形坡口為例：
坡口角度α：35～60°，α太大增加加工餘量、焊接成本和變形；
鈍邊高度p：需要熔透時一般為1～3mm；
根部間隙b：保證鈍邊熔透，一般2～4mm，過大容易形成虛焊；
坡口深度H：根據需要的焊縫厚度來設定。
(2)坡口形式：
對接焊縫的焊接邊緣可分為卷邊、平對或加工成V形、X形、K形和U形等。
方形對接：無間隙適合於板厚小於3mm；有間隙或帶墊板的對接適合於厚小於16 mm。加工的經濟性最好。
（3）角焊縫的坡口形式主要有以下3種：
坡口設計原則：
a.經濟性原則：在滿足強度要求的前提下，選擇合理的接頭和坡口，減少焊材的填充量，提高焊接效率。
b.考慮坡口加工：優先選擇便於加工的坡口，如V形、X形。U形和雙U形坡口，加工相對困難。
c.避免焊接缺陷：採用不適當的坡口形式容易產生焊接缺陷。比如：坡口角度過大，致使焊接熱輸入大，工件變形；鈍邊過高，不能完全熔透，殘留的鈍邊即成了缺陷源。
3.3焊縫大小的的設計
三、焊接變形產生的原因
焊接變形產生的原因
焊接時，由於局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，最終導致在結構內部產生了焊接應力與變形。（內變形）
焊縫金屬冷卻時，當它由液態轉為固態時，其體積要收縮。由於焊縫金屬與母材是緊密聯繫的，因此，焊縫金屬並不能自由收縮，這將引起整個焊件的變形，同時在焊縫中引起殘餘應力。 (縮邊)
四、焊接變形的控制與矯正
1. 設計措施
1）合理地選擇焊縫的尺寸和形狀（如圖）
在保證結構承載力的情況下,儘可能採用較小的焊縫尺寸, 減少熱輸入對材料性能的影響, 並降低成本。
2）合理選擇焊縫長度和數量
只要允許，多採用型材、衝壓件；焊縫多且密集處，可以採用鑄—焊聯合結構，就可以減少焊縫數量。此外，適當增加壁板厚度，以減少肋板數量，或者採用壓型結構代替肋板結構，都對防止薄板結構的變形有利。
3）合理地安排焊縫的位置
安排焊縫儘可能對稱與截面中性軸,或使焊縫接近中性軸, 這對減少梁柱的撓曲變形有良好的效果。
2.工藝措施
（1）反變形法 ( 如圖)
（2）留餘量法
在下料時，將零件的實際長度或寬度尺寸比設計尺寸適當加大，以補償焊件的收縮。
留餘量法主要用於防止焊件的收縮變形。
（3）剛性固定法
1） 將焊件固定在剛性平臺上。
2）將焊件組合成剛性更大或對稱的結構。
3）利用焊接夾具增加結構的剛性和拘束。
（4） 選擇合理的裝配焊接順序。裝配焊接順序對焊接結構變形的影響很大。
1）大型而複雜的焊接結構，只要條件允許，把它分成若干個結構簡單的部件，單獨進行焊接，然後再總裝成整體。
2）正在施焊的焊縫應晝靠近結構截面的中性軸。
3）對於焊縫非對稱布置的結構，裝配焊接時應先焊焊縫少的一側。
4）焊縫對稱布置的結構，應由偶數焊工對稱地施焊。
5）長焊縫（1m以上）焊接時，可採用下圖所示的方向和順序進行焊接，以減小其焊後的收縮變形。
矯正焊接變形的措施
火焰加熱矯正焊接變形的取決於下列三個因素：（1）加熱方式，（2）加熱位置，（3）加熱溫度和加熱區的面積。