浅析焊接坡口对焊接接头安定性的影响

【摘要】在工程施工中，若要使互为整体的零件结合在一起，就需要采用焊接的方式，将其接点焊接起来。所谓的接点：就是两个零件结合的点。而根据设计或制作工艺的不同要求，其对焊接部位的加工以及装配所形成的几何形状的沟槽就叫做坡口。而坡口的主要是为了焊接工作的需要，或是保证焊接程度的不同而有所差异。由此可见，坡口在焊接工作中是极其重要的。因此，本文就焊接坡口与焊接接头之间的安定性进行研究与分析，找出其主要的影响因素，并提出相应的措施与建议，以供参考。

【关键词】焊接坡口；焊接接头；安定性

引言

焊接，是在工程建筑与设计中经常用到的连接方法。焊接技术，就是在高温或高压的条件下，使用相应的焊接材料（焊条或焊丝）将两块或两块以上的母材（待焊接的材料）连接成一个整体的操作方法，其焊接技术是随着金属的应用而相继产生的。焊接的應用范围十分广泛，对各种钢质管道、铅制管道都有巨大的应用市场。其主要的连接方式是对接头之间采取高温加热的方法，将达到一定温度的管道接口与焊条结合，使两个部件的接口结合在一起。一般情况下，焊接的方法各式各样。因此，对不同的焊接方法进行研究与保证接头的安定性就显得极为重要了。

一、焊接接头系数与焊接安全

（一）焊接接头系数

一般情况下，焊接接头是指两个或两个以上的零件，根据其实际的需要必须接连起来，所采用的一种焊接方法，以保证其结合的状态。接点，一般由焊缝和相对的熔合区以及热影响区组成。所谓的焊接接头系数就是焊接材料的不同强度或木材的不同强度数据，但在大部分时候，其只是一个经验数字。

（二）焊接安全

焊接事故的诱因：（1）焊接切割作业时，存在的易燃易爆物品或气体的影响；（2）高空焊接作业时掉落的焊接条等；（3）气焊、气割、气瓶等操作过程的影响。相关的焊接规范管理：（1）在进行作业时，对易燃易爆的物品或气体进行安全处理；（2）在高空作业中，要确保无火患影响；（3）严格按照相关的法令法规进行操作；（4）对相关的工作群体进行专门的安全技能培训。

二、影响焊接接头性能的因素

一般情况下，影响焊接接头的因素是根据不同材料的构成成分和相关的构成机械性能决定的。实际上，对焊接材料的物质成分和焊接接头构成因素，都对焊接接头的性能有所影响。

焊接材料：在焊接材料中，主要有以下几种焊接材料：手工电弧焊、埋弧自动焊、和气体保护焊等不同性能的焊丝。在焊接时，往往会根据不同的需要，对材料进行配置，然后将焊丝与焊接接头进行焊接，进而形成焊接后的整体材料构造。

焊接方法：在一般情况下，焊接材料主要应用在金属母材上，其常用的有：电弧焊、氩弧焊二氧化碳保护焊、激光焊等。而金属的焊接方法大概有好几十种，一般分为：熔焊、压焊、钎焊三种。在材料焊接过程中，不同的焊接方法与不同的焊接材料所采用的方法会随温度的变化而变化。其中，熔焊是在焊接过程中将母材接口加热至熔化状态，不加压力完成的焊接方式；压焊则是在加压条件下，使两母材在固体的状态下实现原子间的结合，因此又称固态焊接；钎焊，则是使用比母材熔点低的金属材料作钎材料，将母材加工到一定的熔点（低于母材熔点的温度），利用液态钎材料润湿母材，以填充接口间隙与母材实现原子间的相互扩散，而实现焊接的一种焊接方法。再次过程中，焊接接头与焊接坡口的焊接面积也会根据焊接接头的大小而发生改变。与此同时，焊接方法的不同，其保护效果也不同。同时，焊接金属的材质也是影响焊接质量的方法之一。

焊接工艺：在焊接过程中，焊接时一个局部迅速加热和冷却的过程，一般情况下，焊接区域因为受到周边母材本体的变化而不能实现自由膨胀和收缩，而在冷却后便产生了变形和焊接应力效应。大多数时候都要对产品进行消除焊接应力，以矫正焊接的变形。而焊接工艺的应用也较为广泛。首先，焊接具有艺术性：焊接可以产生丰富多彩的艺术创作语言。其主要因为焊接是在高温下产生不同的美妙变化，因此，只要经过一定程度的加工，技能呈现出艺术效果；其次，焊接的艺术语言是独特性的：在上述过程中，由于其独特的艺术表现力与所呈现的独特性，使其具有不能替代的独特语言魅力。而在焊接工艺中，由于焊接材料与实际需要的区别，所选择的焊接材料也会有所差异，为了更好的突出焊接的质量，就必须对其焊接工艺流程进行适量的筛选。比如：焊接电压与电流流速。

焊接应力：一般情况下，焊接应力主要分为横、纵、厚。即在一定压力下的焊缝焊接的方向位置。在焊接过程中，由于材料温度的不稳定性，会在一定程度上导致所承受的区域温度也会发生改变，有的区域高，有的区域低，进而实现不同程度的温度变化。而焊接结束后，受力面的材料也会自动冷却，而且会在结合的接点上产生一定程度的拉应力，没有受到焊接的地方也会产生相应的压应力，使其保持平衡状态。

三 、焊接坡口的特征设计

在焊接设计中，坡口设计是根据制作需求与设计需求而定的，且会在呆焊接的几何部位上进行设计需求装配，形成一定的几何沟槽。其主要目的是为了在焊接时保持焊接部位的稳定，保证焊接完成。额在传统的焊接设计中，焊接的设计是必须与焊接坡口的设计吻合的。只有这样，才能保证在施工或设计的完整。而在现代设计中，一般采用计算机进行相关的图形设计。但在实际的设计中，多数时候都不会采用单项设计。进而能保持坡口设计呈现出动态效果的双向流动美感。

四 、安定性分析的基本理论和影响模拟研究

在工程设计中，对不同材质的焊接接头的安定性进行分析，是保证其安定性的最有效的形式。二十世纪初期静力安定定理的提出，由于其具有的下限荷载功能，人们又将其命名为下限定理。下文基于其基本定力在安定性中的研究与分析，采取模拟研究办法，对其进行相应的分析与比较。

应力场对接头安定性影响分析

我们在进行应力场焊接计算是，一定要根据不同的因素，对其进行相应的计算与整理，例如：应力场的非线性方面。在实际的应用过程中，热弹塑性是受应力场影响较大的因素，同时，上述因素又不同于一般的弹塑性。在工艺焊接中，弹接缝周围的温度会随着焊接温度的升高而上升至相应的最高沸点，而焊接缝在作为基本热来源的基础上，又会随着温度的焊接后的温度下降而跟着下滑。但由于焊接缝周围的热量高低不同，其产生的热应力也会随着热量的变化而引起其内部应力的达到一定的极限，进而导致焊接缝塑性的变化，而在温度下降到常温时，其内部应力也会渐渐趋于平衡。我们这里讲述的内部应力也就是高温在不断下降过程中形成的残留的热量，因此也叫剩余应力。而在焊接温度不断上升的过程中，由于金属受到焊接温度升高的影响，也会产生相应的内部应力，反之亦然。

（二）焊接安定性与变形研究

一般情况下，安定性与变形是存在一定密切关系的，其主要是热力平衡关系。而在焊接变形的过程中，其影响焊接变形的因素却多种多样。笔者在试验中研究发现，材料的变形过程是随着焊接的受热程度而发生变化的，进而产生一定的残余应力。除此之外，在焊接过程中，焊接所产生的机械力也会随着金属的受热程度而发生变化。因此，我们可以判断出，焊接的安定性与材料受热程度和受热面积有关，温度越高，受热变形面积越大，温度越低，受热面积越小。同时，在安定性中，材料的变形也可以分为两种：其一为局部変形，其二为总体变形。根据研究显示，焊接材料的安定性与其变形的大小有关，变形越明显，焊接材料所受硬性也越明显，反之亦然。但其根本区别更在于：局部变形其主要是由于焊接过程中，材料的表面受热不均导致的变形，而总体面积的变形是由于材料在横纵凉面的受力不均造成的。

五 、结束语

综上所述，我们不难看出，在焊接坡口对焊接接头的安定性影响因素中，造成两者发生变化的因素除了环境因素外，其最主要的因素是温度的变化，而焊接坡口的大小以及温度的变化也是影响安定性变化的主要因素之一，且具备一定的实时性。实际上，我们在确定焊接坡口稳定的前提下，还必须保证温度的相对稳定。而焊接接头的安定区域越大，气所承载的能力也更具有优势性。总而言之，我们在进行焊接设计与运用中，一定要将焊接坡口与焊接接头与实际的温度差异、焊接坡口的面积大小结合起来，进而实施一定的设计方案进行设计，以保证其安定性。

参考文献：

[1] 郑小涛，彭常飞，喻九阳等.焊接坡口对焊接接头安定性的影响研究[J].压力容器，2012，29（10）：1-6.

[2] 刘永，王克鸿，杜姗姗等.焊接坡口特征设计与焊缝特征提取方法[J].焊接学报，2006，27（10）：61-64.

[3] 谢新房，王国栋.多管相贯焊接坡口数控切割研究[J].工程图学学报，2007，28（4）：150-155.

作者简介：宋慧涛，（1985——），男，工程师，二级建造师，本科，从事质量技术管理工作。