第六节 焊接接头与焊缝
一、焊接接头的分类
用焊接的方法连接的接头叫焊接接头，简称接头。焊接接头包括焊缝区、熔合区、热影响区和母材，如图1-20所示。
图1-20 焊接接头
1—焊缝区 2—熔合区 3—热影响区 4—母材
焊接接头是焊接结构最基本的要素，一个焊接结构总是由若干个构件通过焊接接头连接而成的。焊接接头可分为对接接头、T形接头、角接接头、搭接接头等，如图1-21所示。
图1-21 焊接接头
（一）对接接头
两焊件表面构成大于或等于135°、小于或等于180°夹角的接头叫对接接头。它是各种焊接结构中采用最多的一种接头形式。
对接接头的形式如图1-22所示。不开坡口（Ⅰ形坡口）的对接接头，用于较薄钢板的焊件。开坡口的对接接头，用于钢板较厚而需要全焊透的焊件；根据钢板厚度不同，可开成各种形状的坡口，其中常用的有V形、X形和U形坡口。
图1-22 焊接接头（单位：mm）
对重要的焊接结构，如压力容器、不等厚度钢板的对接接头，应对厚板进行削薄。通常规定，当薄板厚度不大于10mm，两板厚度差超过1mm；或当薄板厚度大于10mm，两板厚度差大于薄板厚度的30%或超过5mm时，对厚板边缘进行削薄，如图1-23和表1-4所示。
图1-23 焊接接头
表1-4 不同厚度焊件对接对允许不作削薄的厚度差（单位：mm）
（二）T形接头
焊件的端面与另一焊件的表面构成直角或近似直角的接头叫T形接头，如图1-24所示。
图1-24 T形接头（单位：mm）
（三）角接接头
两焊件端面间构成大于30°、小于135°夹角的接头叫角接接头。这种接头的受力状况不太好，常用于不重要的结构中。根据焊件厚度不同，接头形式也可分为开坡口和不开坡口两种，如图1-25所示。
图1-25 角接接头（单位：mm）
（四）搭接接头
两焊件部分重叠构成的接头叫搭接接头。根据结构形式对强度的要求不同，可分为不开坡口I形、圆孔内塞焊和长孔内角焊三种形式。不开坡口的搭接接头采用双面焊接，这种接头强度较差，很少采用。当重叠钢板的面积较大时，为保证结构强度，可分别选用圆孔内塞焊和长孔内角焊的形式，这两种接头形式特别适用于被焊位置狭小的焊接结构，如图1-26所示。
图1-26 搭接接头
从受力的角度看，对接接头是比较理想的接头形式，其受力状况好，应力集中较小。T形接头能承受各种方向的力和力矩。搭接接头的应力分布不均匀，疲劳强度较低，不是理想的接头类型，但由于其焊前准备及装配工作简单，在焊接结构中应用较广，而对于承受动载荷的接头不宜采用。角接接头多用于箱形构件上，承载能力随接头形式不同而不同。
二、焊缝形式
焊缝就是焊件经焊接后所形成的结合部分，可按下列方式分类。
（一）以空间位置分类
按焊缝在空间位置的不同，可分为平、立、横、仰四种焊缝，如图1-27所示。
图1-27 空间位置的焊缝
（二）以接合形式分类
按焊缝接合形式的不同，可分为对接焊缝、角焊缝和塞焊缝，如图1-28所示。
图1-28 焊缝形式
（三）以断续情况分类
按焊缝断续情况不同，可分为定位焊缝、连续焊缝和断续焊缝三种。
（1）定位焊缝。焊前为装配和固定构件接缝的位置而焊接的短焊。
（2）连续焊缝。沿接头全长连续焊接的焊缝。
（3）断续焊缝。沿接头全长焊接成具有一定间隔的焊缝。它又可分为断续焊缝和交错断续焊缝。
三、焊缝符号
设计人员设计的结构或制品要由生产人员准确无误地制造出来，就必须把结构或制造施工条件等内容详细地在设计文件即设计说明书和设计图样中表述清楚。把焊接接头的焊接加工要求和注意事项用图形或文字详细地加以说明是非常复杂的，而采用各种代号和符号可以简单明了地指出焊接接头的类型、形状、尺寸、位置、表面形状、焊接方法及与焊接有关的各项条件。国家标准GB/T324—2008《焊缝符号表示法》对设计图样上使用的焊缝符号、焊接方法代号等已做出明确规定。
四、焊接坡口
开坡口是为了保证电弧能深入焊缝根部，使根部焊透，便于清除熔渣，获得较好的焊缝成形，而且开坡口的大小和形状能起到调节母材金属与填充金属比例的作用。
（一）选择坡口应遵循的原则
（1）能够保证工件焊透，且便于焊接操作。如在容器内部不便焊接的情况下，要采用单面坡口并在容器的外面焊接。
（2）坡口形状容易加工。
（3）尽可能提高焊接生产率和节省焊接材料。
（4）尽可能减少焊后工件的变形。
（二）坡口形式及选择
焊接接头的坡口形式，按形状不同分为基本型、组合型及特殊型三类。基本坡口形式有I形坡口、V形坡口、X形坡口和U形坡口，其他类型的坡口是在基本坡口形式上发展起来的，如图1-29所示。应根据焊件的厚度、接头类型选择适当的坡口形式和坡口尺寸，选择时参见国家标准GB/T9851—2008《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》及GB/T985.2—2008《埋弧焊的推荐坡口》。
图1-29 坡口形式
坡口的几何尺寸如图1-30所示。
图1-30 坡口的几何尺寸
（1）坡口面。焊件上的坡口表面叫坡口面。
（2）坡口面角度及坡口角度。焊件表面的垂直面与坡口面之间的夹角叫坡口面角度，两坡口面之间的夹角叫坡口角度。开单面坡口时，坡口角度等于坡口面角度，开双面对称坡口时，坡口角度等于两倍的坡口面角度。
（3）根部间隙。焊前在接头根部之间预留的空隙叫根部间隙，它的作用是保证焊缝根部焊透。
（4）钝边。焊件开坡口时，沿焊件接头坡口根部的端面直边部分叫钝边，它在焊接时能避免焊件烧穿。
（5）根部半径。在J形、U形坡口底部的圆角半径，即根部半径。
为适应焊接工艺的特殊要求，可将基本坡口进行组合，以形成比较特殊的焊缝坡口。如厚壁圆筒形容器的环缝采用内壁焊条电弧焊、外壁埋弧焊的焊接工艺，为减少焊条电弧焊的工作量，筒体内壁可采用较浅的V形坡口，而外壁为减少埋弧焊的工作量，采用U形坡口，如图1-31所示。
图1-31 组合坡口（单位：mm）
（三）坡口制备
坡口制备质量的高低，对后续装配和焊接的影响很大，必须高度重视。坡口制备可用刨边机、坡口机、车床等冷加工方法来完成，也可用气割或等离子弧切割等热加工方法来完成。在用热加工方法开坡口时，最好采用自动或半自动切割机，以保证坡口面的光滑平整，有利于后续的焊接工序。用手工气割开坡口时，应使用角向磨光机打磨予以修整。
碳素钢和标准抗拉强度下限值不大于540MPa的低合金钢，可采用冷加工或热加工方法制备坡口。
耐热型低合金钢和高合金钢，标准抗拉强度下限值不大于540MPa的强度型低合金钢，宜采用冷加工方法制备坡口。坡口的形式和尺寸确定以后，坡口的加工精度对接头的焊接质量与焊接经济性的影响很大。要确保加工精度，应避免因坡口加工精度造成的焊接缺陷。
（四）坡口的清理
（1）清理坡口的目的是为了清除坡口表面上的油、铁锈、水分及其他有害杂质，以保证焊接质量。
（2）清理坡口时，可采用机械方法或化学方法将坡口表面及两侧10mm（焊条电弧焊）或20mm（埋弧焊、气体保护焊）范围内的污物清理干净。