第2章　焊接加工基礎知識

2.1　焊接工藝基礎

焊接是一種不可拆卸連接形式，生產中焊工接觸的多為各種材料所組成零部件的連接或組裝，因此，在焊接操作時，焊工需具備基本的焊接工藝知識。首先應具有識讀焊接裝配圖的能力；其次，根據所焊材料的焊接性能，具有針對性的實際操作技能。

2.1.1　焊接接頭及坡口

焊接接頭是指由兩個或兩個以上零件要用焊接組合或已經焊合的接點。它由焊縫、熔化區和熱影響區三部分組成。認識焊接的接頭及坡口是焊接識圖及焊接操作的基礎。

（1）焊接接頭的形式

一個焊接結構總是由若干個焊接接頭所組成。焊接接頭的類型有許多種。其中基本類型主要是對接接頭、角接接頭、T形接頭、搭接接頭、卷邊接頭。

①對接接頭　兩件表面構成大于等于135°，小于等于180°夾角的接頭稱為對接接頭。它是各種焊接結構中采用最多的一種接頭形式。

按焊件厚度和坡口形式的不同，對接接頭的坡口形式可分為I形、V形、雙V形、U形、雙U形、雙單邊V形、Y形、單邊V形、J形、雙J形及其組合和帶墊板的坡口形式。

鋼板厚度在6mm以下，除重要結構外，一般不開坡口（或I形坡口）。開坡口的對接接頭，用于鋼板較厚而需要全焊透的焊件。帶墊板的V形坡口常用于要求全焊透而焊縫背面又無法焊接的焊件，如小直徑管道的對接焊縫。對于一些重要的焊件，由于易形成夾渣，故不宜使用帶墊板的接頭。對于不同厚度鋼板對接焊的重要受力接頭，如果兩板厚度差（δ-δ₁）不超過表2-1規定時，接頭坡口的基本形式與尺寸按較厚板的尺寸數據來選取。

如果兩板厚度差（δ-δ₁）超過表2-1的規定，應在厚板上作單面或雙面削薄，如圖2-1所示。其削薄長度為L≥3（δ-δ₁）。

焊縫各部分名稱見圖2-2。

②角接接頭　兩件端部構成大于30°、小于135°夾角的接頭稱為角接接頭。這種接頭受力狀況不太好，常用于不重要的結構中。根據焊件厚度不同，其坡口形式可分為I形（不開坡口）、錯邊I形、帶鈍邊J形、帶鈍邊雙單邊V形（K形）及V形等。

③T形接頭　一件之端面與另一件表面構成直角或近似直角的接頭稱為T形接頭。根據垂直板厚度的不同，其坡口形式可分為I形（不開坡口）、K形（帶鈍邊雙單邊V形）坡口等。

④搭接接頭　兩件部分重疊構成的接頭稱為搭接接頭。根據結構形式和對強度的要求不同，可分為不開坡口、圓孔內塞焊以及長孔內角焊三種形式。不開坡口的搭接接頭一般用于厚度12mm以下的鋼板，其重疊部分≥2（δ₁+δ₂），雙面焊接，這種接頭強度較差，用于不重要的結構中。當重疊部分面積較大時，可根據板厚及強度要求，分別選用不同大小和數量的圓孔內塞焊及長孔內角焊的接頭形式。

⑤卷邊接頭　待焊件端部預先卷邊，焊后卷邊只部分熔化的接頭稱卷邊接頭。這種接頭主要用于薄板和有色金屬的焊接。為防止焊接時焊件燒穿，卷邊后可以增加連接頭的厚度。

熔焊接頭中焊縫類型可見表2-2。

（2）焊接接頭的選取

設計與選擇焊接接頭應考慮以下因素。

①各種焊接接頭的特性。

②接頭承受載荷的性質及其大小，如拉伸、壓縮、彎曲、疲勞和沖擊等。

③產品結構的形狀、尺寸和材質。

④焊接變形的控制和施焊的難易程度。

⑤接頭焊前的準備和焊接所需費用。

（3）焊接坡口

在焊接件上開坡口是為了保證焊縫根部焊透，便于清除熔渣，獲得較好的焊縫成形，而且坡口能起調節基本金屬和填充金屬比例的作用。鈍邊是為了防止燒穿，鈍邊尺寸要保證第一層焊縫能焊透。間隙也是為了保證根部能焊透。

①坡口的類型　表2-3為坡口的類型。

②坡口各部位的名稱　坡口各部位的名稱見圖2-3。

③焊接坡口的選取　選擇坡口形式時，主要考慮的因素為：保證焊縫焊透，坡口形狀容易加工，盡可能提高生產效率、節省焊條，焊后焊件變形盡可能小。

對于厚度在6mm以下的鋼板焊接，一般不開坡口，但重要結構，當厚度在3mm時就要求開坡口。鋼板厚度為6～26mm時，采用V形坡口，這種坡口便于加工，但焊后焊件容易發生變形。鋼板厚度為12～60mm時，可采用X形坡口，這種坡口比V形坡口好，在同樣厚度下，它能減少焊著金屬量1/2左右，焊件變形和內應力也比較小，主要用于大厚度及要求變形較小的結構中。單U形和雙U形坡口的焊著金屬量更少，焊后產生的變形也小，但這種坡口加工困難，一般用于較重要的焊接結構。

（4）焊接坡口的加工　焊接坡口的加工方法主要有下列幾種。

①剪切。不開坡口的鋼板可以在剪板機上剪切加工，但不能加工有角度的坡口。

②氧氣切割。用手工方法或自動和半自動切割機可以進行各種厚度、各種角度及曲線形狀的坡口加工，但一般不能加工不銹鋼和銅、鋁等有色金屬。

③刨削。在刨邊機上進行，能加工形狀復雜的直線形坡口。

④碳弧氣刨。主要用于多層焊的正面或封底焊時的清根，可以進行全位置坡口工作。

⑤鏨削。用手工或風動工具進行操作，該法勞動強度大，生產效率較低。

此外，焊接坡口的清理工作，對焊接電弧的燃燒穩定和焊縫質量影響很大，否則會產生氣孔、夾渣和未焊透等缺陷。一般用鋼絲刷、電動砂輪和氣焊火焰等方法清除坡口上的鐵銹、油污、水分和其他雜物。

2.1.2　焊縫種類及其標注

焊縫是焊件經焊接后形成的結合部分，是構成焊接接頭的主體部分，也是影響焊接接頭焊接質量的主要因素。

（1）焊縫的種類

焊縫的分類標準不同，其種類也有所不同。

根據焊縫在空間的位置，其可分為平焊縫、立焊縫、橫焊縫和仰焊縫，如圖2-4所示。

根據結合形式可分為對接縫、角焊縫、塞焊縫等，如圖2-5所示。

按斷續形式可分為連續焊接和間斷焊縫，如圖2-6所示。間斷焊縫只適用于角焊縫中強度要求不高，嚴密性要求低的結構焊接。

（2）焊縫的標注

圖紙上一般不需特別表示焊縫，只標注焊縫符號。焊縫符號是指在圖樣上標注的，用來表示焊接方法、焊縫形式和焊縫尺寸等的符號。完整的焊縫表示方法除了基本符號、輔助符號、補充符號以外，還包括指引線和一些尺寸符號及數據，并規定基本符號和輔助符號用粗實線繪制。

①基本符號　基本符號是表示焊縫橫剖面形狀的符號，它采用近似于焊縫橫剖面形狀的符號來表示。GB/T 324—2008《焊縫符號表示法》中規定了20種焊縫形式的符號，常見的焊縫形式參見表2-4。

②輔助符號　輔助符號是表示焊縫表面形狀特征的符號，符號及其應用見表2-5。如果不需要確切說明焊縫表面形狀時，可以不用輔助符號。

③補充符號　補充符號是為了補充說明焊縫的某些特征而采用的符號，見表2-6。

④焊接方法代號　常用焊接方法的代號見表2-7。

⑤指引線　指引線一般由帶箭頭的指引線（簡稱箭頭線）和兩條基準線（一條為實線，另一條為虛線）兩部分組成，如圖2-7所示。

⑥焊縫標注的有關規定　如果焊縫在指引線箭頭的同一側，則將基本符號標在基準線的實線側，見圖2-8（a）。如果焊縫不在指引線箭頭的同側，則將基本符號標在基準線的虛線側，見圖2-8（b），標對稱焊縫及雙面焊縫時，基準線可以不加虛線，見圖2-8（c）和（d）。

當若干條焊縫的焊縫符號相同時，可使用公共基準線進行標注，見圖2-9。

⑦焊縫尺寸的標注　焊縫尺寸的標注格式如圖2-10所示。

其中，焊縫尺寸的符號如表2-8所示。

在標注焊縫尺寸時，應注意：①焊縫橫剖面上的尺寸，如鈍邊高度p、坡口深度H、焊腳高度K、焊縫寬度c等標在基本符號左側；②焊縫長度方向的尺寸，如焊縫長度l、焊縫間距e、相同焊縫段數n等標注在基本符號的右側；③坡口角度α、坡口面角度β、根部間隙b等尺寸標注在基本符號的上側或下側；④相同焊縫數量N標在尾部；⑤常用焊接方法的代號標注參見表2-7。

⑧焊縫標注實例　焊縫畫法及標注實例參見表2-9。

2.1.3　焊接裝配圖的識讀

裝配圖是表達機器或部件裝配關系的圖樣，也是分析、了解機器或部件工作原理，從而確定相應的裝配、制造加工工藝的重要技術文件之一。由于焊接件是由許多構件通過焊接連接而成的裝配件，因此，要識讀好焊接件，首先就必須正確識讀裝配圖。

（1）裝配圖的內容

一般說來，一張裝配圖應包括以下內容。

①一組視圖　用以表達機器或部件的工件原理、結構特點、零件之間的相對位置、裝配連接關系等。

②必要的尺寸　注明機器或部件規格性能，以及裝配、檢驗、安裝時必要的尺寸。

③技術要求　說明機器或部件的性能，是裝配、檢驗、調試和使用時必須滿足的技術條件，一般用文字符號注寫在圖中適當位置。

④標題欄、明細表和零件序號　說明機器或部件所包含的零件名稱、序號、數量、材料和廠名等。

（2）裝配圖的視圖表達方法

零件圖中視圖的各種表達方法都適用于裝配圖，但裝配圖還有以下一些規定畫法和特殊表達方法。

①裝配圖的規定畫法　裝配圖的規定畫法主要有以下方面。

a.剖視圖中實心件和連接件的表達。對于連接件（螺釘、螺栓、螺母、墊圈、鍵、銷等）和實心件（軸、手柄、連桿等），當剖切面通過基本軸線或對稱面時，這些零件均按不剖處理。當需要表達零件局部結構時，可采用局部視圖。

b.接觸表面和非接觸表面的區分。凡是有配合要求的零件的接觸表面，在接觸處只畫一條線來表示。非配合要求的兩零件接觸面，即使間隙很小，也必須畫兩條線。

c.剖面線方向和間隔。用剖面線傾斜方向相反或一致、間隔不等來區分表達相鄰的兩個零件。剖面厚度在2mm以下的圖形，允許用涂黑來代替剖面符號。

②裝配圖的特殊表達方法　裝配圖的特殊表達方法主要有以下方面。

a.假想畫法。在裝配圖中，當需要表示某些零件運動范圍或極限位置時，可用雙點畫線畫出該零件的極限位置圖，當需要表達本部件與相鄰部件間的裝配關系時，可用雙點畫線假想畫出相鄰部件的輪廓線。

b.零件的單獨表示法。在裝配圖中，可用視圖、剖視圖或斷面圖單獨表達某個零件的結構形狀，但必須在視圖上方標注對應的說明。

c.拆卸畫法。當需表達的結構或裝配關系被某些零件遮住時，可假想將某些零件拆去后再畫出某一視圖，或沿零件接合面進行剖切，接合面上不畫剖面線，并應注明拆去“××”。

d.展開畫法。為了展示傳動機構的傳動路線和裝配關系，可假想按傳動順序沿軸線剖切，然后依次展開，將剖切平面均旋轉到與選定的投影面平行的位置，再畫出其剖視圖。

e.簡化畫法。裝配圖中若干相同零部件組，可只畫出一組，其余用細點畫線表示出其位置即可。裝配圖中，當剖切平面通過某些標準件的軸線時，可只畫外形。裝配圖中的滾動軸承，允許一側采用規定畫法，另一側按簡化畫法繪制。裝配圖中，零件的某些較小工藝結構如倒角、溝槽等，可省略不畫。

f.夸大畫法。裝配圖中，當圖形上孔的直徑或薄片的厚度較小（≤2mm），以及間隙、斜度和錐度較小時，允許將該部分不按原比例而夸大畫出。

（3）識讀裝配圖的方法和步驟

識讀裝配圖的目的主要是了解機器或部件的名稱、用途、性能、結構和工作原理，以及零件之間的裝配關系、傳動路線、裝拆順序和技術要求等。識讀裝配圖的一般方法和步驟如下。

①看標題欄和明細表，作概括了解。了解裝配體的名稱、性能、功用和零件的種類名稱、材料、數量及其在裝配圖上的大致位置。

②分析視圖。分析弄清整個裝配圖上有哪些視圖，采用什么表達方式，表達的重點是什么，反映了哪些裝配關系，零件之間的連接方式如何，視圖間的投影關系等。

③分析零件。了解零件的主要作用和基本形狀，以便弄清裝配體的工作原理和運動情況（是移動還是轉動）。

④分析配合關系。根據裝配圖上標注的尺寸，分析零件的配合要求、基準制、配合類別和配合精度等。

⑤定位與調整。分析零件的加工面、定位面，有沒有間隙需要調整，怎樣調整。

⑥連接與固定。分析零件之間的連接方式，是可拆還是不可拆。

⑦密封與固定。要弄清運動件的潤滑、儲油裝置、進出油孔和輸油油路，以及密封方式。

⑧裝拆順序。在看懂全部裝配圖后，弄清楚裝配順序和零件加工順序。

⑨了解技術要求。包括組裝后的檢測技術指標、使用時對工作條件的要求等。

⑩通過上面的分析，總結出裝配體的工作原理等。

（4）焊接裝配圖的識讀

焊接裝配圖是用來表達金屬焊接件的圖樣，它用來指導焊接件的加工、裝配、施焊和焊后處理，并能清楚地表達出焊接件的結構形狀、焊縫位置、接頭形式及尺寸和焊接要求等。

通常所指的焊接裝配圖就是指實際生產中的產品零部件或組件的工作圖。它與一般裝配圖的不同在于圖中必須清楚表示與焊接有關的問題，如坡口與接頭形式、焊接方法、焊接材料型號、焊接及驗收技術要求等。

對焊工來說，要能正確識讀焊接裝配圖，除了掌握前述有關機械識圖知識外，還必須懂得焊縫符號表示方法的有關國家標準；識讀焊接裝配圖的方法和步驟也與裝配圖基本相同，但對圖樣中有關焊接技術條件應詳細分析，并嚴格執行。通常圖中涉及的焊接工藝文件有典型工件制造的工藝守則、焊接方法的工藝守則和施焊的工藝評定編號。

①焊接裝配圖的內容　一張完整的焊接裝配圖應包括表示焊接件結構形狀的視圖，焊接件的定形、定位尺寸及焊后加工尺寸，焊縫的接頭形式、焊縫符號及焊縫尺寸，焊接件的裝配、焊接方法及焊后處理等技術要求，標題欄及明細表等。

②識讀焊接裝配圖的方法及步驟　識讀焊接裝配圖的方法及步驟與機械裝配圖基本相同，主要可按以下步驟及方法進行。

a.看標題欄和明細表了解焊接裝配圖的名稱、性能、作用和零部件的材質、質量、件數等，其中包括由多少零件或多少小部件組成。另外，要求對零件或部件有個概括的了解，為進一步了解零件或部件做好準備。

b.看懂弄清有關視圖，從主視圖中首先看出零件的大致幾何形狀，再通過其他輔助視圖得到零件或部件的立體概念。

c.分析視圖從主要基準出發，逐步認清零件的大小和各部分之間的位置關系。圖2-11為礦用電梯的上框架梁的焊接裝配圖，由圖可知，該構件由梁（槽鋼）2、前加強板（12mm厚鋼板）1、后加強板（14mm厚鋼板）3三個零件組成，通過焊接方式將前加強板1及后加強板連接在梁2上，由于該梁要承受較大的載荷，為保證加強板與槽鋼之間的焊接強度，前、后加強板上還各加工了兩個ф40mm的圓孔和兩個R18mm的腰形孔作為焊接之用。

在主視圖上的焊縫代號“”中，“○”和兩條斜向指引線，共同表示環繞ф40mm的圓孔和R18mm的腰形孔周圍均需進行焊接，且為8處、焊角尺寸為10mm的角焊縫。

在主、俯視圖之間的焊縫代號“”中，兩條斜向指引線和“”共同表示前后兩塊加強板的焊接要求相同，其焊角尺寸均為10mm的角焊縫，共有4條。

在左視圖上的焊縫代號“”中，“50（100）”表示斷續焊縫，焊縫長度為50mm，斷續焊縫間距為100mm，共有4條。

主視圖上的“”表示兩塊加強板各自的4個角處有焊角尺寸為10mm的角焊縫，共有8處。

又由于上框架梁本身要與其他零部件進行螺紋連接，故該構件上還有多處螺栓過孔，各孔的孔距及大小應保證一定的公差要求，以保證部件相互間的連接。

d.看圖樣上注明的技術要求，它是用來說明零部件的技術要求，說明此項產品是否需要退火，是否加熱焊接等。理解圖樣要求和工藝卡，必須看懂焊接符號。