焊接工艺问答(焊接接头)

焊接工艺问答（焊接接头）
23 试述影响焊接接头性能的因素有哪些。

影响焊接接头性能的主要因素，可归纳为力学和材质两个方面，见图18。

力学方法影响焊接接头性能的因素为接头形状的改变、焊接缺陷（如未焊透和焊接裂纹）、残余应力和残余变形。

接头形状的改变，如焊缝的余高和施焊过程中可能千百万的接头错位等。

材质方面影响焊接接头性能的因素为焊接热循环所引起的组织变化、焊后热处理和焊接残余变形的矫正等。

焊接接头是组成焊接结构的关键部位，其性能与整个焊接结构的性能和安全有直接的关系。

因此，不断地提高焊接接头的质量，是保证焊接结构安全、可靠工作的重要方面。

24 影响焊缝金属力学性能的因素有哪些？
当焊缝金属的化学成分一定时，焊缝金属的力学性能取决于焊接层数和焊接线能量。

单层焊时，焊缝金属的组织是典型的柱状晶见图19a。

多层焊时，第一层焊道的柱状晶受后焊层的热作用而转化为较细的晶粒见图19b。

所以，多层焊焊缝金属的力学性能，尤其是塑性比单层焊的来得好。

焊缝金属的力学性能与焊接线能量的关系是增大焊接线能量，接头的冷却速度减慢，使强度、硬度均减少，这一点在焊接高强钢时更为明显，手弧焊焊接800MPa级高强钢时，焊缝金属的强度和焊接线能量的关系见图20。

25 试述焊接接头热影响区力学性能变化的状况。

⑴强度和塑性的变化低碳钢和调质钢热影响区强度和塑性的变化见图21a。

在1200℃左右的粗晶区，强度增高，塑性降低。

⑵韧性的变化低碳钢和调质钢热影响区韧性的变化见图21b。

在1200℃以上至熔合区出现韧性低值，最低位置在熔合线上。

焊接线能量越大，高温停留时间越长，越容易因晶粒粗大而使韧性降低。

含氮的低碳钢、低合金高强钢在势影响区400～200℃（蓝脆温度）内会因塑性变形而引起韧性下降，这现象称为热应变脆化。

26 试述焊接接头和坡口的选择原则。

⑴接头强度对接接头具有最好的受力条件，是各种接头中优先考虑应用的接头形式。

⑵焊接工艺性这是指焊接接头的可焊到性、可探伤性和减少接头的腐蚀程度。

⑶焊接材料的消耗量同样厚度的接头，用双V形的坡口代替Y形坡口能节省较多的焊接材料、电能和工时，焊件越厚节省的越多。

⑷坡口加工 Y形和双V形坡口可用氧气切割或等离子弧切割，亦可用机械切削加工。

∪形、双∪形坡口只能用刨边机加工，在圆筒体上应尽量少开∪形坡口，因加工困难。

⑸焊接变形采用不适当的坡口形状容易产生较大的焊接变形。

如平板对接的Y形坡口，其角变形就大于Y形坡口。

27 什么是焊接接头的可焊到性？
焊接接头焊接时，为保证获得理想的接头质量，必须让焊条、焊丝或电极能方便地达到欲焊部位，这就是对接头可焊到性的要求，见图22。

图中用角焊缝连接的接头共五组，左边是不合理的设计，因为箭头所指部位形成尖角，难以焊到。

右边为合理设计，避免了尖角。

图中对接接头中上图为不合理设计，因其坡口角度和根部间隙过小，使箭头所指部位难以焊到。

下图为合理设计，加大了坡口角度和根部间隙，避免了焊不到的可能性。

28 什么是焊接接头的可探伤性？
焊接接头的可探伤性是指接头检测面的可接近性。

射线探伤的可接近性是指胶片的位置能使使整个焊缝处于探伤范围内并使可能出现的缺陷成像，见图23。

图中左侧所示接头无法射线探伤或者探出的结果不准确，改进后的右侧接头才能较好地完成射线探伤。

超声探伤对接头检测面的可接近性要求较低，但所有存在间隙的T形接头和未熔透的对接接头，都不能或者只能有条件地进行超声检测。

29 如何提高焊接接头的耐腐蚀性？
腐蚀介质与金属表面直接接触时，在缝隙内和其它尖角处常常发生强烈的局部腐蚀，这是由于该处积存有少量静止溶液和沉积物。

防止和减小这种腐蚀的方法是：第一，力求采用对接接头，焊缝焊透，不采用单面焊根部有未焊透的接头；第二，要避免接头缝隙及其形成的尖角和结构死区，要使液体介质能完全排放、便于清洗，防止固体物质在结构底部沉积，见图24。

左图为不合理设计，右图为改进后的合理设计。

30 什么是应力集中？
由于焊缝的形状和焊缝位置的不同，焊接接头受外力作用后工作应力的分布是不均匀的，其最大应力值σmax比平均应力值σm高，这种情况称为应力集中。

应力集中的大小，常以应力集中系数K T表示：
σmax
K T＝───
σm
在焊接接头中产生应力集中的原因是：
⑴焊缝中的工艺缺陷气孔、夹渣、裂纹、未焊透等缺陷都会在其周围引起应力集中，其中尤以裂纹和未焊透引起的应力集中最为严重。

⑵不合理的焊缝外形对接焊缝的余高过大、角焊缝过于凸起，均会在焊趾处形成较大的应力集中。

⑶设计不合理的焊接接头接头截面的突变、加盖板的对接接头、只有单侧焊缝的T 形接头等均会引起应力集中。

31 试述对接接头工作应力的分布。

对接接头由于焊缝余高造成构件表面不平滑，在焊缝与母材过渡的焊趾处引起应力集中，其工作应力的分布见图25。

在正面焊缝的焊趾处，应力集中系数K T为1.6，背面焊缝的焊趾处，应力集中系数K T为1.5。

K T的大小与余高和焊缝向母材过渡的半径有关，减小过
渡半径和增大余高，均使K T增加，因此不应当增加余高的方法来增加焊缝的承载能力，有关标准规定，余高应控制在0～3mm之间，不得超出。

应力集中对动载结构的疲劳极限十分不利，因此承受动载荷的结构，焊缝的余高应趋于零，对重要的动载结构，可采用磨平余高或增大过渡圆弧的措施来降低应力集中，增加疲劳极限。

对接接头外形的变形与其它接头相比是不大的，所以它的应力集中较小，且易于降低和消除，不但静载可靠，疲劳极限也较高，这是一种最好的接头形式。

32 试述十字接头（T形接头）工作应力的分布。

由于十字接头（T形接头）焊缝向母材过渡较急剧，造成应力分布极不均匀，在角焊缝的根部和过渡处会产生很大的应力集中，见图26。

图26a是未开坡口下面焊缝的应力分布，由于整个厚度没有焊透，焊缝根部应力集中很大，并且随θ角的减小而减小，随焊脚尺寸的减小而增大。

图26b是开坡口并焊透后的应力分布，此时应力集中大大降低。

因此，重要的十字接头（T形接头）应该开坡口，采用全焊透结构，以降低应力集中。

33 试述搭接接头工作应力的分布。

根据搭接角焊缝的受力方向，可以将搭接角焊缝分为：与受力方向垂直的正面角焊缝（L3段）、与受力方向平行的侧面角焊缝（L1，L5段）、介于两者之间的斜向角焊缝（L2、L4段），见图27a。

⑴正面搭接角焊缝的应力分布见图27b。

在根部A点和焊趾B点产生较大的应力集
中，减小θ角可以降低B点的应力集中系数。

⑵侧面搭接角焊缝的应力分布见图27c。

应力分布的特点是两端大，中间小，而且焊缝较短时应力分布较均匀，因此通常要求侧面角焊缝的长度不得大于焊脚尺寸的50倍。

⑶联合搭接角焊缝的应力分布见图27d。

由于在侧面角焊缝的基础上增添了正面角焊缝，由正面角焊缝承担一部分外力，使A-A 截面上的正应力σmax和切应力てmax均降低，应力集中得以改善。

因此，在设计搭接接头时，增添正面角焊缝，不但可以改善应力分布，还可以缩短搭接长度。

搭接接头的应力集中比对接接头大得多，因此在目前制造的焊接结构中，大多已将搭接接头改为对接接头。

34 试述盖板接头工作应力的分布。

仅有侧面角焊缝的盖板接头，在盖板范围内各横截面上正应力的分布非常不均匀，靠近侧面焊缝的部位应力最大，远离焊缝并在构件的轴线位置上应力最小，见图28a。

增添正面角焊缝后，各横截面的正应力分布得到明显的改善，应力集中大大降低，见图28b。