淺析焊接坡口對(duì)焊接接頭安定性的影響

【摘要】在工程施工中，若要使互為整體的零件結(jié)合在一起，就需要采用焊接的方式，將其接點(diǎn)焊接起來(lái)。所謂的接點(diǎn)：就是兩個(gè)零件結(jié)合的點(diǎn)。而根據(jù)設(shè)計(jì)或制作工藝的不同要求，其對(duì)焊接部位的加工以及裝配所形成的幾何形狀的溝槽就叫做坡口。而坡口的主要是為了焊接工作的需要，或是保證焊接程度的不同而有所差異。由此可見(jiàn)，坡口在焊接工作中是極其重要的。因此，本文就焊接坡口與焊接接頭之間的安定性進(jìn)行研究與分析，找出其主要的影響因素，并提出相應(yīng)的措施與建議，以供參考。

【關(guān)鍵詞】焊接坡口；焊接接頭；安定性

引言

焊接，是在工程建筑與設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的連接方法。焊接技術(shù)，就是在高溫或高壓的條件下，使用相應(yīng)的焊接材料（焊條或焊絲）將兩塊或兩塊以上的母材（待焊接的材料）連接成一個(gè)整體的操作方法，其焊接技術(shù)是隨著金屬的應(yīng)用而相繼產(chǎn)生的。焊接的應(yīng)用范圍十分廣泛，對(duì)各種鋼質(zhì)管道、鉛制管道都有巨大的應(yīng)用市場(chǎng)。其主要的連接方式是對(duì)接頭之間采取高溫加熱的方法，將達(dá)到一定溫度的管道接口與焊條結(jié)合，使兩個(gè)部件的接口結(jié)合在一起。一般情況下，焊接的方法各式各樣。因此，對(duì)不同的焊接方法進(jìn)行研究與保證接頭的安定性就顯得極為重要了。

一、焊接接頭系數(shù)與焊接安全

（一）焊接接頭系數(shù)

一般情況下，焊接接頭是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件，根據(jù)其實(shí)際的需要必須接連起來(lái)，所采用的一種焊接方法，以保證其結(jié)合的狀態(tài)。接點(diǎn)，一般由焊縫和相對(duì)的熔合區(qū)以及熱影響區(qū)組成。所謂的焊接接頭系數(shù)就是焊接材料的不同強(qiáng)度或木材的不同強(qiáng)度數(shù)據(jù)，但在大部分時(shí)候，其只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)字。

（二）焊接安全

焊接事故的誘因：（1）焊接切割作業(yè)時(shí)，存在的易燃易爆物品或氣體的影響；（2）高空焊接作業(yè)時(shí)掉落的焊接條等；（3）氣焊、氣割、氣瓶等操作過(guò)程的影響。相關(guān)的焊接規(guī)范管理：（1）在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，對(duì)易燃易爆的物品或氣體進(jìn)行安全處理；（2）在高空作業(yè)中，要確保無(wú)火患影響；（3）嚴(yán)格按照相關(guān)的法令法規(guī)進(jìn)行操作；（4）對(duì)相關(guān)的工作群體進(jìn)行專門(mén)的安全技能培訓(xùn)。

二、影響焊接接頭性能的因素

一般情況下，影響焊接接頭的因素是根據(jù)不同材料的構(gòu)成成分和相關(guān)的構(gòu)成機(jī)械性能決定的。實(shí)際上，對(duì)焊接材料的物質(zhì)成分和焊接接頭構(gòu)成因素，都對(duì)焊接接頭的性能有所影響。

焊接材料：在焊接材料中，主要有以下幾種焊接材料：手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、和氣體保護(hù)焊等不同性能的焊絲。在焊接時(shí)，往往會(huì)根據(jù)不同的需要，對(duì)材料進(jìn)行配置，然后將焊絲與焊接接頭進(jìn)行焊接，進(jìn)而形成焊接后的整體材料構(gòu)造。

焊接方法：在一般情況下，焊接材料主要應(yīng)用在金屬母材上，其常用的有：電弧焊、氬弧焊二氧化碳保護(hù)焊、激光焊等。而金屬的焊接方法大概有好幾十種，一般分為：熔焊、壓焊、釬焊三種。在材料焊接過(guò)程中，不同的焊接方法與不同的焊接材料所采用的方法會(huì)隨溫度的變化而變化。其中，熔焊是在焊接過(guò)程中將母材接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成的焊接方式；壓焊則是在加壓條件下，使兩母材在固體的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間的結(jié)合，因此又稱固態(tài)焊接；釬焊，則是使用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬材料，將母材加工到一定的熔點(diǎn)（低于母材熔點(diǎn)的溫度），利用液態(tài)釬材料潤(rùn)濕母材，以填充接口間隙與母材實(shí)現(xiàn)原子間的相互擴(kuò)散，而實(shí)現(xiàn)焊接的一種焊接方法。再次過(guò)程中，焊接接頭與焊接坡口的焊接面積也會(huì)根據(jù)焊接接頭的大小而發(fā)生改變。與此同時(shí)，焊接方法的不同，其保護(hù)效果也不同。同時(shí)，焊接金屬的材質(zhì)也是影響焊接質(zhì)量的方法之一。

焊接工藝：在焊接過(guò)程中，焊接時(shí)一個(gè)局部迅速加熱和冷卻的過(guò)程，一般情況下，焊接區(qū)域因?yàn)槭艿街苓吥覆谋倔w的變化而不能實(shí)現(xiàn)自由膨脹和收縮，而在冷卻后便產(chǎn)生了變形和焊接應(yīng)力效應(yīng)。大多數(shù)時(shí)候都要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行消除焊接應(yīng)力，以矯正焊接的變形。而焊接工藝的應(yīng)用也較為廣泛。首先，焊接具有藝術(shù)性：焊接可以產(chǎn)生豐富多彩的藝術(shù)創(chuàng)作語(yǔ)言。其主要因?yàn)楹附邮窃诟邷叵庐a(chǎn)生不同的美妙變化，因此，只要經(jīng)過(guò)一定程度的加工，技能呈現(xiàn)出藝術(shù)效果；其次，焊接的藝術(shù)語(yǔ)言是獨(dú)特性的：在上述過(guò)程中，由于其獨(dú)特的藝術(shù)表現(xiàn)力與所呈現(xiàn)的獨(dú)特性，使其具有不能替代的獨(dú)特語(yǔ)言魅力。而在焊接工藝中，由于焊接材料與實(shí)際需要的區(qū)別，所選擇的焊接材料也會(huì)有所差異，為了更好的突出焊接的質(zhì)量，就必須對(duì)其焊接工藝流程進(jìn)行適量的篩選。比如：焊接電壓與電流流速。

焊接應(yīng)力：一般情況下，焊接應(yīng)力主要分為橫、縱、厚。即在一定壓力下的焊縫焊接的方向位置。在焊接過(guò)程中，由于材料溫度的不穩(wěn)定性，會(huì)在一定程度上導(dǎo)致所承受的區(qū)域溫度也會(huì)發(fā)生改變，有的區(qū)域高，有的區(qū)域低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同程度的溫度變化。而焊接結(jié)束后，受力面的材料也會(huì)自動(dòng)冷卻，而且會(huì)在結(jié)合的接點(diǎn)上產(chǎn)生一定程度的拉應(yīng)力，沒(méi)有受到焊接的地方也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的壓應(yīng)力，使其保持平衡狀態(tài)。

三 、焊接坡口的特征設(shè)計(jì)

在焊接設(shè)計(jì)中，坡口設(shè)計(jì)是根據(jù)制作需求與設(shè)計(jì)需求而定的，且會(huì)在呆焊接的幾何部位上進(jìn)行設(shè)計(jì)需求裝配，形成一定的幾何溝槽。其主要目的是為了在焊接時(shí)保持焊接部位的穩(wěn)定，保證焊接完成。額在傳統(tǒng)的焊接設(shè)計(jì)中，焊接的設(shè)計(jì)是必須與焊接坡口的設(shè)計(jì)吻合的。只有這樣，才能保證在施工或設(shè)計(jì)的完整。而在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，一般采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)的圖形設(shè)計(jì)。但在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，多數(shù)時(shí)候都不會(huì)采用單項(xiàng)設(shè)計(jì)。進(jìn)而能保持坡口設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)效果的雙向流動(dòng)美感。

四 、安定性分析的基本理論和影響模擬研究

在工程設(shè)計(jì)中，對(duì)不同材質(zhì)的焊接接頭的安定性進(jìn)行分析，是保證其安定性的最有效的形式。二十世紀(jì)初期靜力安定定理的提出，由于其具有的下限荷載功能，人們又將其命名為下限定理。下文基于其基本定力在安定性中的研究與分析，采取模擬研究辦法，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的分析與比較。

應(yīng)力場(chǎng)對(duì)接頭安定性影響分析

我們?cè)谶M(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)焊接計(jì)算是，一定要根據(jù)不同的因素，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算與整理，例如：應(yīng)力場(chǎng)的非線性方面。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，熱彈塑性是受應(yīng)力場(chǎng)影響較大的因素，同時(shí)，上述因素又不同于一般的彈塑性。在工藝焊接中，彈接縫周圍的溫度會(huì)隨著焊接溫度的升高而上升至相應(yīng)的最高沸點(diǎn)，而焊接縫在作為基本熱來(lái)源的基礎(chǔ)上，又會(huì)隨著溫度的焊接后的溫度下降而跟著下滑。但由于焊接縫周圍的熱量高低不同，其產(chǎn)生的熱應(yīng)力也會(huì)隨著熱量的變化而引起其內(nèi)部應(yīng)力的達(dá)到一定的極限，進(jìn)而導(dǎo)致焊接縫塑性的變化，而在溫度下降到常溫時(shí)，其內(nèi)部應(yīng)力也會(huì)漸漸趨于平衡。我們這里講述的內(nèi)部應(yīng)力也就是高溫在不斷下降過(guò)程中形成的殘留的熱量，因此也叫剩余應(yīng)力。而在焊接溫度不斷上升的過(guò)程中，由于金屬受到焊接溫度升高的影響，也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部應(yīng)力，反之亦然。

（二）焊接安定性與變形研究

一般情況下，安定性與變形是存在一定密切關(guān)系的，其主要是熱力平衡關(guān)系。而在焊接變形的過(guò)程中，其影響焊接變形的因素卻多種多樣。筆者在試驗(yàn)中研究發(fā)現(xiàn)，材料的變形過(guò)程是隨著焊接的受熱程度而發(fā)生變化的，進(jìn)而產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力。除此之外，在焊接過(guò)程中，焊接所產(chǎn)生的機(jī)械力也會(huì)隨著金屬的受熱程度而發(fā)生變化。因此，我們可以判斷出，焊接的安定性與材料受熱程度和受熱面積有關(guān)，溫度越高，受熱變形面積越大，溫度越低，受熱面積越小。同時(shí)，在安定性中，材料的變形也可以分為兩種：其一為局部変形，其二為總體變形。根據(jù)研究顯示，焊接材料的安定性與其變形的大小有關(guān)，變形越明顯，焊接材料所受硬性也越明顯，反之亦然。但其根本區(qū)別更在于：局部變形其主要是由于焊接過(guò)程中，材料的表面受熱不均導(dǎo)致的變形，而總體面積的變形是由于材料在橫縱涼面的受力不均造成的。

五 、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我們不難看出，在焊接坡口對(duì)焊接接頭的安定性影響因素中，造成兩者發(fā)生變化的因素除了環(huán)境因素外，其最主要的因素是溫度的變化，而焊接坡口的大小以及溫度的變化也是影響安定性變化的主要因素之一，且具備一定的實(shí)時(shí)性。實(shí)際上，我們?cè)诖_定焊接坡口穩(wěn)定的前提下，還必須保證溫度的相對(duì)穩(wěn)定。而焊接接頭的安定區(qū)域越大，氣所承載的能力也更具有優(yōu)勢(shì)性。總而言之，我們?cè)谶M(jìn)行焊接設(shè)計(jì)與運(yùn)用中，一定要將焊接坡口與焊接接頭與實(shí)際的溫度差異、焊接坡口的面積大小結(jié)合起來(lái)，進(jìn)而實(shí)施一定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證其安定性。

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作者簡(jiǎn)介：宋慧濤，（1985——），男，工程師，二級(jí)建造師，本科，從事質(zhì)量技術(shù)管理工作。