焊接接头和焊缝形式

1.焊接接头和焊缝的概念

“焊缝”和“焊接接头”是两个不同的概念。“焊缝”是指焊件经焊接后所形成的结合部分。“焊接接头”则是由两个或两个以上零件要用焊接组合或已经焊合的接点，焊接接头包括：焊缝、熔合区、热影响区。

焊接接头是指用焊接方法连接的接头（简称接头，如下图所示）。焊接接头包括焊缝（OA）、熔合区（AB）、热影响区（BC）。焊缝是构成焊接接头的主体部分。

焊接接头的种类和形式很多，可以从不同的角度将它们加以分类。例如：根据所采用的焊接方法不同，焊接接头可以分为熔焊接头，压焊接头和钎焊接头三大类；根据焊接接头形式分为对接接头、T型接头、十字接头、搭接接头、塞焊搭接接头、槽焊接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头、锁底接头等12种。

在结构焊接时具体采用哪种形式焊接接头，主要根据焊件结构形状、使用要求、焊件厚度进行选择；另外还应考虑坡口加工难易程度，焊接方法的种类等其它因素的要求。每种接头形式下又有不同的坡口形式，坡口是根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽。为保证焊缝全部焊透又无缺陷，当板厚超过一定厚度时应将焊件开成各种形状的坡口。焊接坡口的作用是使焊条、焊丝或焊炬能直接伸到待焊工件的底部；便于脱渣及能使焊条或焊炬在坡口内作必要的摆动，以获得良好的熔合。焊接坡口的基本形式主要三种，即I形坡口、V形坡口和U形坡口，如下图所示。基本形式坡口的各种不同组合可形成不同的坡口形式。例如 Y形坡口、K形坡口、X形坡口、J形坡口、V+U形坡口（单面V+U形坡口或双面V+U形坡口）、双面U形坡口、单边V形坡口和单边U形坡口等。坡口尺寸要求参照GB/T 985《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》和GB/T 986《埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》等相关标准规定。

对接接头是指两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头。常见对接接头形式如下图所示。对接接头从力学角度分析是比较理想的一种接头形式，受力状况较好，应力集中较小，能承受较大的静载荷或动载荷，是焊接结构和承压特种设备受压元件应用最多的接头形式。

T形接头是一件之端面与另一件表面构成直角或近似直角的接头。常见坡口形式为单边V形、I形、K形、U形及带钝边J形坡口等。T形接头形式如下图所示。T形接头由于焊缝向母材过渡较急剧，接头在外力作用下内部应力分布极不均匀，特别是角焊缝其根部和过渡处都有很大的应力集中。因此这种接头承受载荷尤其是动载荷的能力较低，对于重要的T形接头必须开坡口并焊透，或采用深熔深焊接，可大大降低应力集中。管道支管连接多采用T形接头形式。

角接接头是两焊件端部构成大于30°、小于135°夹角的接头。坡口形式有I形、Y形、单边Y形及K形坡口（双面单边V形坡口）。角接接头如下图所示。

搭接接头是指两焊件部分重叠在一起所构成的接头，如下图所示。其焊缝形式有角焊缝、塞焊缝，坡口形式有I形坡口、塞焊坡口。搭接接头的强度较低，尤其是疲劳强度，只用于不重要的结构。

压力管道上应用较多的主要是对接接头（如管与管对接），角接接头和T字接头，常用于承压特种设备接管、法兰、夹套、管板、管子、凸缘、支座等焊接，在压力等级较高时采用对接接头，压力等级较低时采用角焊缝连接。

根据GB/T 3375规定，焊缝按结合形式分为对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝等5种形式。对接焊缝是指在焊件的坡口面间或一零件的坡口面与另一零件表面间焊接的焊缝。角焊缝是指沿两直交或近直交零件的交线所焊接的焊缝。塞焊缝是指两零件相叠，其中一块开圆孔，在圆孔中焊接两板所形成的焊缝，只在孔内焊角焊缝者不称塞焊。槽焊缝是指板相叠，其中一块开长孔，在长孔中焊接两板的焊缝，只焊角焊缝者不称槽焊。端接焊缝是指两件重叠放置或两件表面之间的夹角不大于30°构成的端部接头的焊缝。压力管道焊接中主要焊缝结构形式为对接焊缝、角焊缝，焊接接头和焊缝关系如下图所示。

2.焊缝的形状尺寸

焊缝的形状用一系列几何尺寸来表示，不同形式的焊缝，其形状参数也不一样。

1）焊缝宽度

焊缝表面与母材的交界处叫焊趾。焊缝表面两焊趾之间的距离叫焊缝宽度，如下图所示。

2）余高

超出母材表面焊趾连线上面的那部分焊缝金属的最大高度叫余高，见下图。在静载下它有一定的加强作用，所以它又叫加强高。但在动载或交变载荷下，它非但不起加强作用，反而因焊趾处应力集中易于促使脆断。所以余高不能低于母材但也不能过高。手工电弧焊时余高值为0～3mm。

3）熔深

在焊接接头横载面上，母材或前道焊缝熔化的深度叫熔深，如下图所示。

4）焊缝厚度和焊脚

在焊缝横截面中，从焊缝正面到焊缝背面的距离，叫焊缝厚度。焊缝计算厚度是设计焊缝时使用的焊缝厚度。对接焊缝焊透时等于焊件的厚度；角焊缝时等于在角焊缝横截内画出的最大直角等腰三角形中，从直角的顶点到斜边的垂线长度，习惯上也称喉厚，如下图所示。

角焊缝的横截面中，从一个直角面上的焊趾到另一个直角面表面的最小距离，叫做焊脚。在角焊缝的横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度叫焊脚尺寸。如下图所示。

5）焊缝成形系数

熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度（B）与焊缝计算厚度（H）的比值（ф＝B／H），叫焊缝成形系数，如下图所示。该系数值小，则表示焊缝窄而深，这样的焊缝中容易产生气孔和裂纹，所以焊缝成形系数应该保持一定的数值，例如埋弧自动焊的焊缝成形系数ф要大于1.3。

6）熔合比

熔合比是指熔焊时，被熔化的母材在焊道金属中所占的百分比。