角焊縫焊接質(zhì)量的控制

蔡郴英，童擁軍，邱葭菲

（1.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州310053；2.杭州澤軍機(jī)電有限公司，浙江杭州310000）

角焊縫焊接質(zhì)量的控制

蔡郴英1，童擁軍2，邱葭菲1

（1.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州310053；2.杭州澤軍機(jī)電有限公司，浙江杭州310000）

分析角焊縫生產(chǎn)中存在的工藝設(shè)計(jì)和焊接操作問(wèn)題及其產(chǎn)生原因，介紹不同尺寸焊腳的角焊縫焊接操作工藝，角焊縫焊腳、角焊縫長(zhǎng)度及角焊縫類(lèi)型的設(shè)計(jì)原則和經(jīng)驗(yàn)，指出角焊縫焊腳設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)。對(duì)控制角焊縫質(zhì)量具有較好的指導(dǎo)及借鑒作用。

角焊縫；焊腳；質(zhì)量控制

0 前言

角焊縫就是沿兩直交或近直交零件的交線所焊接的焊縫。由于角焊縫向母材金屬過(guò)渡較急劇，導(dǎo)致接頭在外力作用下力線扭曲很大，應(yīng)力分布極不均勻，在其根部和過(guò)渡處易產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中。再加上角焊縫一般不做無(wú)損探傷檢驗(yàn)，使得角焊縫質(zhì)量控制難度相對(duì)較大，有時(shí)甚至成為焊接接頭或整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要影響因素。

1 角焊縫生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

角焊縫生產(chǎn)中存在的問(wèn)題主要是工藝設(shè)計(jì)和焊接操作兩方面的問(wèn)題。工藝設(shè)計(jì)方面主要是：焊縫形狀尺寸不符合要求，即焊腳過(guò)大或焊縫為凸形等。焊接操作方面主要表現(xiàn)在焊縫易產(chǎn)生咬邊、夾渣等缺陷及焊腳偏向焊件一側(cè)造成兩焊腳大小不對(duì)稱(chēng)、焊腳差偏大等。

（1）將組合焊縫中的角焊縫焊腳按單一角焊縫（非組合焊縫）焊腳大小設(shè)計(jì)。組合焊縫是指對(duì)接焊縫和角焊縫組合構(gòu)成的焊縫，如壓力容器人孔圈與開(kāi)坡口筒體的焊縫就是組合焊縫，即填滿坡口部分的焊縫是對(duì)接焊縫，筒體表面與人孔圈表面直交形成的三角形焊縫是角焊縫。由于組合焊縫中受力主要靠對(duì)接焊縫，角焊縫主要起改善力流線分布作用。此時(shí)如按單一角焊縫（非組合焊縫）要求來(lái)設(shè)計(jì)焊腳大小，勢(shì)必造成焊腳過(guò)大，影響焊縫質(zhì)量。此外在焊縫標(biāo)注時(shí)也常有人將組合焊縫錯(cuò)誤地標(biāo)注為角焊縫。這些均為沒(méi)有正確理解角焊縫與組合焊縫含義所致。

（2）混淆焊腳與焊腳尺寸。在焊接生產(chǎn)中，常有焊工或檢驗(yàn)員或技術(shù)人員將焊腳與焊腳尺寸兩個(gè)概念混淆。技術(shù)人員在設(shè)計(jì)角焊縫尺寸及編制工藝時(shí)將對(duì)焊腳要求寫(xiě)成對(duì)焊腳尺寸的要求，如工藝文件中要求焊腳尺寸是多少；焊工操作時(shí)將焊腳大小作為焊腳尺寸大小要求來(lái)焊接；檢驗(yàn)員則將焊腳數(shù)值作為焊腳尺寸數(shù)值來(lái)測(cè)量檢驗(yàn)。由GB/T3375《焊接術(shù)語(yǔ)》可知，焊腳是角焊縫的橫截面中，從一個(gè)直角面上的焊趾到另一個(gè)直角面表面的最小距離，而焊腳尺寸則為在角焊縫橫截面中畫(huà)出的最大等腰直角三角形中直角邊的長(zhǎng)度，也就是說(shuō)不管是平角焊縫、凸形角焊縫，還是凹形角焊縫，焊腳尺寸均小于或等于焊腳。把焊腳理解為焊腳尺寸，會(huì)造成實(shí)際焊腳大于設(shè)計(jì)值。所以，工藝文件上、焊縫標(biāo)注中要求角焊縫的外形尺寸是焊腳而不是焊腳尺寸。

（3）焊腳普遍偏大，焊縫成凸形。關(guān)于焊腳大小，有錯(cuò)誤觀點(diǎn)認(rèn)為，焊腳越大，焊縫強(qiáng)度越高，焊縫承載能力越強(qiáng)，所以實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)了不必要地增大焊腳現(xiàn)象。對(duì)于角焊縫形狀則錯(cuò)誤認(rèn)為凸形角焊縫承載能力高于凹形角焊縫、平角焊縫。事實(shí)上，研究表明，大尺寸角焊縫其單位面積的承載能力較低。動(dòng)載時(shí)，凹面角焊縫比平角焊縫的承載能力高，凸形角焊縫承載能力最低。此外，焊腳偏大，既增加了焊接工作量和成本，還增大了接頭的焊接變形與應(yīng)力，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。

（4）操作工藝不正確，角焊縫易出現(xiàn)咬邊、夾渣、成形不良等缺陷。平角焊時(shí)，由于在立板位置時(shí)熔化金屬有下淌趨勢(shì)，若焊條（絲）角度不對(duì)、運(yùn)條方法不當(dāng)，容易在立板上產(chǎn)生咬邊，且焊腳偏向底板，使兩焊腳大小不對(duì)稱(chēng)。立角焊易產(chǎn)生的缺陷是：頂角不易焊透，焊縫兩側(cè)易咬邊；仰角焊、橫角焊時(shí)熔化金屬在重力作用下易下淌，焊縫表面易形成焊瘤，焊縫成凸形等。若層間或道間清渣不凈，焊道間還易產(chǎn)生夾渣缺陷。管板結(jié)構(gòu)及不等厚板角焊縫焊接時(shí)，如運(yùn)條（絲）角度不正確，還會(huì)出現(xiàn)厚件（板件）一側(cè)熱量不足、熔合不良等問(wèn)題。

此外，多層或多層多道焊時(shí)，不能正確地根據(jù)焊腳大小選擇焊接層數(shù)或道數(shù)以及操作參數(shù)，出現(xiàn)層間或道間脫接或搭接不良等問(wèn)題。

2 控制角焊縫質(zhì)量的主要措施

2.1 制定正確的操作工藝，掌握正確的角焊縫操作技能

對(duì)于角焊縫，一般焊腳在8 mm以下時(shí)，采用單層焊；焊腳為8～10 mm時(shí)，采用多層焊（2層）；焊腳大于10 mm時(shí)，采用多層多道焊。現(xiàn)以焊條電弧焊平角焊為例，介紹角焊縫操作技能與技巧，其他焊接方法基本操作與其相似。

（1）焊腳＜8 mm時(shí)，采用單層焊。焊接時(shí)，選擇直徑3.2 mm焊條，直線形運(yùn)條法，短弧焊接，焊條與水平板的夾角為45°，焊條與焊接方向的夾角為70°～80°。

（2）8mm≤焊腳≤10mm時(shí)，采用多層焊（2層）。焊接第一層時(shí)，采用直線形運(yùn)條法，選擇直徑3.2mm或4.0 mm的焊條，焊接電流應(yīng)稍大些，以達(dá)到一定的熔透深度。以后各層可選擇直徑4.0 mm焊條，采用斜鋸齒形運(yùn)條法焊接。

（3）焊腳＞10 mm時(shí)，采用多層多道焊。如焊腳為12 mm，就可采用兩層三道焊。第一層為一道，即第1道。第1道焊接時(shí)電流稍大，采用直線形運(yùn)條法，焊條與水平焊件夾角為45°～50°，焊條與焊接方向夾角為60°～70°。第二層有兩道即第2道、第3道。焊接第2道時(shí)，焊條應(yīng)指向第1道與水平焊件熔合處，應(yīng)覆蓋第1道的1/2～2/3，焊條與水平焊件夾角為45°～50°，焊條與焊接方向夾角為65°～80°。運(yùn)條采用直線形或鋸齒形運(yùn)條法。焊接第3道時(shí)，焊條應(yīng)指向第1道與第2道交匯處，應(yīng)覆蓋第2道的1/3～1/2，焊條與水平焊件的角度為40°～45°，焊條與焊接方向夾角為65°～80°采用直線形或鋸齒形運(yùn)條。此時(shí)焊接速度稍快，以避免因溫度增高立板產(chǎn)生咬邊現(xiàn)象。

需要注意的是，焊接不等厚板的平角焊時(shí)，電弧應(yīng)偏向于厚板的一邊，增加厚板所受熱量。這樣，通過(guò)焊條角度的調(diào)節(jié)，使厚、薄兩板受熱趨于均勻，保證接頭熔合良好。

2.2 正確設(shè)計(jì)角焊縫的焊腳、焊縫長(zhǎng)度及焊縫形式

角焊縫焊腳大小通常是按焊縫與母材等強(qiáng)的強(qiáng)度原則設(shè)計(jì)，有時(shí)也按剛度設(shè)計(jì)，這時(shí)可根據(jù)相關(guān)計(jì)算公式確定。在實(shí)際生產(chǎn)中，角焊縫焊腳多按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或經(jīng)驗(yàn)公式確定或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取。表1列出了按強(qiáng)度設(shè)計(jì)的雙面角焊縫焊腳的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表2提供了T形接頭雙面聯(lián)系角焊縫的最小焊腳參考值。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)角焊縫焊腳，標(biāo)準(zhǔn)就明確了角焊縫的最小焊腳值不得小于厚件厚度平方根的1.5倍，最大焊腳值不宜大于薄件厚度的1.2倍。對(duì)于重要結(jié)構(gòu)或接頭的角焊縫，可以采用開(kāi)坡口焊透的方法來(lái)保證質(zhì)量，因?yàn)殚_(kāi)坡口并焊透消除了根部的應(yīng)力集中，開(kāi)坡口后還會(huì)使焊縫向母材金屬過(guò)渡趨于平滑，消除了焊趾截面的應(yīng)力集中。

角焊縫焊腳設(shè)計(jì)特別需要注意兩點(diǎn)：①不宜選用過(guò)大的焊腳，因?yàn)榇蟪叽缃呛缚p其單位面積的承載能力越低。②對(duì)于開(kāi)坡口焊透的角焊縫實(shí)際上已不是角焊縫，而是角焊縫與對(duì)接焊縫的組合焊縫。這時(shí)只要填充材料合適，對(duì)接焊縫就能保證母材與焊縫等強(qiáng)，角焊縫部分主要起到改善力流傳遞、減少應(yīng)力集中作用，所以角焊縫焊腳可大大減少。如GB50755-2012《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》規(guī)定，T形接頭、十字接頭、角接接頭等要求全焊透的對(duì)接和角接組合焊縫，其角焊縫的焊腳不小于板厚的四分之一即可。

理論分析與工程實(shí)踐表明，側(cè)面角焊縫沿焊縫長(zhǎng)度方向應(yīng)力分布不均勻，其特點(diǎn)是最大應(yīng)力在兩端、中部應(yīng)力最小。其焊縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)，應(yīng)力分布的不均勻性越大。因此，采用過(guò)長(zhǎng)的側(cè)面角焊縫將使應(yīng)力集中程度增大，通常側(cè)面角焊縫的長(zhǎng)度一般不大于50K（K為焊腳），如鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)定，承受動(dòng)載荷的側(cè)面角焊縫長(zhǎng)度最大不宜超過(guò)40K。此時(shí)如增加正面角焊縫，形成聯(lián)合角焊縫，不但可以改善應(yīng)力分布不均勻性，還能縮短搭接長(zhǎng)度。這是因?yàn)檎娼呛缚p承擔(dān)了一部分外力，以及正面角焊縫比側(cè)面角焊縫剛度大、變形小，所以改善了側(cè)面角焊縫的應(yīng)力分布。

生產(chǎn)中，對(duì)于作用力不大的角焊縫接頭，為降低其引起的焊接變形或減少焊接工作量，有時(shí)常采用斷續(xù)角焊縫，其形式有單邊、兩邊并列或交錯(cuò)排列。這種斷續(xù)角焊縫的每段短焊縫的兩端都會(huì)引起應(yīng)力集中，所以在重要結(jié)構(gòu)或重要焊縫（如承受動(dòng)載）中不得使用斷續(xù)角焊縫，即使其他情況使用了斷續(xù)角焊縫，也必須嚴(yán)格控制每段焊縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)的焊接質(zhì)量。

Welding quality control of fillet weld

CAI Chenying1，TONG Yongjun2，QIU Jiafei1
（1.Zhejing Institue of Mechanical and Electronical Engineer，Hangzhou 310053，China；2.Hangzhou Zejun Mechanical and electrical Co.，Ltd.，Hangzhou 310000，China）

Problems existing in the production of fillet weld and the causes are analyzed in this paper.Introduces the welding operation technology of different size fillet weld leg,the design principles and experience of fillet weld leg，weld length and weld type，and points out some problems needing attention in design of fillet weld,which have good guidance and reference for the welding quality control of fillet weld.

fillet weld；fillet weld leg；quality control

表1 角焊縫焊腳的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 角焊縫的最小焊腳參考值

TG441.3

B

1001－2303（2016）06－0119-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.06.25

2016-05-03

蔡郴英（1963—），女，湖南衡陽(yáng)人，學(xué)士，工程師，主要從事焊接培訓(xùn)及教學(xué)工作。