文/大山
焊接接头形式及坡口选择
1、焊接接头的类型：接头主要有四种类型：对接接头、角接头、T形接头和搭接接头。
1.1 对接
两个焊件端面相对平行的接头称为对接接头。它是最常用的焊接结构类型。根据沟槽形式的不同，可分为I型、V型、X型、U型和双U型。
1.2 角接
两个焊件端面之间形成300°～1350°夹角的接头称为角接头。根据坡口类型的不同，分为无坡口、单面V型、V型和K型4种。
1.3T型连接器
一个焊件的端面与另一个焊件的表面形成复合角或近似直角的接头称为T形接头。其应用范围仅次于对接接头。根据坡口形式不同，分为无坡口、单面V型、K型和双U型四种。
采用T型接头连接焊缝时，板厚小于3mm时可不需开孔。三个焊件组装成“十”字形接头，称为十字接头。它实际上是两个T形接头的组合。
1.4 搭接接头
由两个焊件部分重叠形成的接头称为搭接接头。根据不同的结构形式和强度要求，分为无坡口、圆孔塞焊和长孔角焊三种类型。
图(a)所示为不带坡口的搭接接头，用于厚度小于12毫米的焊件。有时也可采用双面焊接。该型式接头承载能力较低，多用于不重要的结构。当搭接面积较大时，为保证焊接强度，可分别选用（b）和（c）两种形式。
2. 坡口的准备
2.1 斜角的定义及作用
根据设计或工艺要求钢结构焊接图纸，在待焊零件上加工出一定几何形状和尺寸的坡口，称为坡口。
其功能是：
(1)使热源(电弧或火焰)到达焊缝根部，保证根部熔透。
(2)操作方便，焊渣清理方便。
(3)调整焊缝成形系数，以获得更好的焊缝成形。
(4)调整母材和填充金属的比例。
2.2 坡口选择原则
为了获得高质量的焊接接头，应选择合适的坡口类型。坡口的选择主要取决于母材厚度、焊接方法和工艺要求。选择时应注意以下问题：
(1)尽量减少填充金属量。
(2)沟槽形状易于加工。
(3)焊工操作及清渣方便。
(4)焊后应力和变形应尽可能小。
2.3 坡口准备
采用的方法根据焊件的尺寸、形状和加工条件确定。有以下方法：
(1)修边：用剪板机剪切加工，常用于工字槽。
(2)刨削：用刨床或刨床加工，常用于面板加工。
(3)车削：使用车床或管材车床，适合管材加工。
(4)切割：采用氧乙炔火焰手动切割或使用自动切割机切割成I型、V型、X型、K型槽。
(5)碳弧气刨：主要用于清理焊根坡口，效率高，工作条件恶劣。
(6)铲磨或打磨：用手动或气动或电动工具铲磨或用砂轮机(或角磨机)打磨，效率较低，多用于焊接缺陷的开槽修复部位。
坡口加工质量对焊接工艺影响很大，应符合图纸或技术条件的规定。
2、焊接结构设计及坡口设计
1 焊接结构材料的选择
焊接结构材料选择原则：
1.1满足使用要求，选择易焊接材料；
1.2 尽可能优先采用高强度结构钢；
1.3 重要结构宜采用：镇静钢；
1.4 异种钢材焊接时的弱点及措施有哪些？
1.5 多采用锻造、压制和型材，减少焊缝。
2 焊接接头工艺设计
焊缝布置
焊缝布置的一般原则：
2.1 避开应力最大的地方；
2.2焊缝应远离加工面；
2.3对称排列减少变形；
2.4焊缝布置应分散；
2.5 操作方便、周到；
2.6尽量让平焊更加高效。
3 斜角设计原则
3.1设计焊缝尺寸及其接头形式时，首先要确定是工作焊缝还是接触焊缝。
工作焊缝：与被连接的部件串联。它负责传输所有负载。一旦断裂，结构就会失效，其应力称为工作应力。
接触焊缝：焊缝与被连接件并联。它传输的负载较小，主要起部件之间互连的作用。焊缝一旦断裂，结构不会立即失效，其应力称为接触应力。
工作焊缝必须进行焊接强度计算；
对于接触焊缝，要考虑经济性，减少或缩短焊缝；
对于双重性质的焊缝，既有工作应力又有接触应力，只计算工作应力，不考虑接触应力；
3.2 坡口设计
(1)坡口的作用：主要是增加熔深，增加焊缝断面的有效厚度。
以对接Y型槽为例：
坡口角度α：35～60°。 α太大，会增加加工余量、焊接成本和变形；
钝边高度p：要求穿透时一般为1~3mm；
根部间隙b：保证钝边的穿透，一般为2～4毫米。如果太大，容易造成虚焊；
坡口深度H：根据所需焊缝厚度设定。
(2)坡口形式：
对接焊缝的焊边可分为卷边、平边或加工成V型、X型、K型、U型等。
方形对接：无间隙适用于板厚小于3mm；带间隙或垫块的对接接头适用于厚度小于16毫米。最经济的加工。
(3)角焊缝坡口形式主要有以下三种：
斜角设计原则：
一个。经济原则：在满足强度要求的前提下，选择合理的接头和坡口，减少焊接材料的填充量，提高焊接效率。
b.考虑斜角加工：优先考虑容易加工的斜角，如V形、X形。 U型槽和双U型槽加工难度较大。
c.避免焊接缺陷：使用不合适的坡口形式很容易造成焊接缺陷。例如：坡口角度过大，导致焊接热输入大，工件变形；钝边太高，无法完全焊透，剩余的钝边成为缺陷源。
3.3 焊缝尺寸设计
3、焊接变形的原因
焊接变形的原因
焊接过程中，局部高温加热导致焊件温度分布不均匀，最终导致结构内部产生焊接应力和变形。 （内部变形）
当焊缝金属冷却时，其体积会因从液体变为固体而收缩。由于焊缝金属与母材关系密切，焊缝金属不能自由收缩，这会引起整个焊件的变形，并在焊缝中产生残余应力。 （收缩边缘）
4、焊接变形的控制与修正
1、设计措施
1）合理选择焊缝尺寸和形状（如图）
在保证结构承载能力的同时，尽可能采用较小的焊缝尺寸，以减少热输入对材料性能的影响，降低成本。
2）合理选择焊缝长度和数量
只要允许，多使用型材和冲压件；焊缝较多且密集的地方钢结构焊接图纸，可采用铸焊组合结构，以减少焊缝数量。另外，适当增加壁板的厚度以减少筋的数量，或者采用异型结构代替筋结构，将有利于防止薄板结构的变形。
3）合理布置焊缝位置
焊缝布置尽量与截面中性轴对称，或使焊缝靠近中性轴，这对减少梁、柱的挠度变形有良好的效果。
2、工艺措施
(1)防变形方法(如图)
(2) 剩余保证金法
冲裁时，零件的实际长度或宽度应适当大于设计尺寸，以补偿焊件的收缩。
余量法主要用于防止焊件收缩和变形。
(3)刚性固定方法
1) 将焊件固定在刚性平台上。
2) 将焊件组合成更刚性或对称的结构。
3）采用焊接夹具，增加结构的刚性和约束力。
(4)选择合理的装配和焊接顺序。装配焊接顺序对焊接结构的变形影响很大。
1）对于大型、复杂的焊接结构，只要条件允许，可将其分成几个结构简单的部件，分别焊接，然后组装成整体。
2) 所焊接的焊缝应靠近结构截面的中性轴。
3）对于焊缝排列不对称的结构，组焊时应先焊焊缝较少的一侧。
4) 焊缝对称布置的结构宜采用偶数名焊工对称焊接。
5）焊接长焊缝（1m以上）时，可采用下图所示的方向和顺序进行焊接，以减少焊后的收缩变形。
纠正焊接变形的措施
火焰加热对焊接变形的修正取决于以下三个因素：（1）加热方式，（2）加热位置，（3）加热温度和加热区面积。
