焊接接头的工艺优化设计

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：焊接接头的工艺设计包括焊缝的布置、接头和坡口的形式等。

焊接接头的工艺设计包括焊缝的布置、接头和坡口的形式等。

7.6.3.1　焊缝的布置

合理的焊缝位置是焊接结构设计的关键，与产品质量、生产率、成本及劳动条件密切相关，焊缝的布置原则如下：

（1）焊缝的布置尽可能分散。若焊缝密集或交叉，会造成金属过热，热影响区增大，使金相组织恶化，同时焊接应力增大，甚至引起裂纹，如图7-21所示。

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图7-21　焊缝分散布置

（2）焊缝的布置尽可能对称。为了减小变形，最好是能同时施焊，如图7-22所示。

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图7-22　焊缝对称布置

（3）焊缝布置应方便焊接操作。实施焊条电弧焊时，应保证焊条能够进入待焊的位置，如图7-23所示；实施点焊和缝焊时，应保证电极能够进入待焊位置，如图7-24所示。

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图7-23　电弧焊焊缝的布置

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图7-24　点焊或缝焊焊缝的布置

（4）焊缝要避开应力较大和应力集中的部位。对于受力较大、结构较复杂的焊接构件，在最大应力断面和应力集中位置不应布置焊缝。例如，对大跨度的焊接钢梁，焊缝应避免在梁的中间；压力容器的封头应有一直壁段，不宜采用无折边封头结构，如图7-25所示。

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图7-25　焊缝避开应力较大及应力集中的位置

（5）焊缝应尽量避开机械加工表面。需要进行机械加工的焊件，如焊接轮毂、管配件等，其焊缝位置的设计应尽可能距离已加工表面远一些。

7.6.3.2　焊接接头的设计

焊接接头设计应根据焊件的结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度、焊接方法等因素综合考虑。焊接接头设计主要包括接头形式和坡口形式等，如图7-26所示。

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图7-26　焊条电弧焊焊接接头及坡口形式

1. 焊接接头形式

焊接碳钢和低合金钢常用的接头形式有对接、角接、T形接和搭接等。对接接头受力比较均匀，是最常用的接头形式，重要的受力焊缝应尽量选用对接接头。搭接接头因两工件不在同一平面，受力时将产生附加弯矩，金属消耗量也大，一般应避免采用。但搭接接头不需开坡口，装配时尺寸要求不高，对某些受力不大的平面连接或空间构架，采用搭接接头可节省工时。角接接头与T形接头受力情况都比对接接头复杂，但接头成直角或一定角度连接时，必须采用角接接头和T形接头。

2. 焊接坡口形式

开坡口的目的是使焊件接头根部焊透，同时使焊缝美观，此外，通过控制坡口的大小来调节焊缝中母材金属与填充金属的比例，以保证焊缝的化学成分。焊条电弧焊坡口的基本形式有I形坡口（或称为不开坡口）、V形坡口、双V形坡口、U形坡口等，不同的接头形式有不同形式的坡口，主要根据焊件的厚度来选择，如图7-25所示。

3. 焊接接头过渡形式

当两个焊接件的厚度相同时，双V形坡口比V形坡口节省填充金属，而且双V形坡口焊后角变形较小，但是，双V形坡口须双面施焊。U形坡口也比V形坡口节省填充金属，但其坡口须进行机械加工。坡口形式的选择既要考虑板材厚度，也要考虑加工方法和焊接的工艺性。如要求焊透的受力焊缝，尽量采用双面焊，以保证焊接接头焊透，且变形小，但生产率低。若不能双面焊时才开单面坡口焊接。

对于不同厚度的板材，为保证焊接接头两侧加热均匀，焊接接头两侧板厚截面应尽量相同或相近，如图7-27所示。

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图7-27　不同厚度对接

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