Joint Preparation

18
Welding Procedure and Process Planning 153 A root face prevents burn through. Bevel is usually 30° to 35°. J and U preparations save weld metal. On butt welds a weld reinforcement of 1.5 mm is adequate. Depending upon the application of the joint considerations are given to the following. Impact loading Fatigue loading Problem of brittle fracture Torrsional loading Vibrational control. 8.4 JOINT PREPARATIONS FOR FUSION WELDING The objective of edge preparation is to ensure the degree of penetration and ease of welding necessary to obtain sound welds. Type of preparation depends upon: (a) type and thickness of material (b) welding process (c) degree of penetration required for the situation (d) economy of edge preparation and weld metal (e) accessibility and welding position (f) distortion control (g) type of joint. These factors are considered in many combinations. Demands of the task must be met at economical cost. 8.4.1 Type of Welds The major type of welds include Fillet and Butt welds. Fillet welds do not require edge preparation and are almost triangular in transverse cross-section. In butt welds the weld metal lies substantially within the planes of the surfaces of the parts joined. These terms should not be confused with the joint form. Examples of butt and fillet welds are shown in Fig. 8.8.

Transcript of Joint Preparation

Page 1: Joint Preparation

Welding Procedure and Process Planning 153

$ �����������������������������

$ ;����������������"3G���",G�

$ D��� �*��������������������� ������

$ '�������� ������� �������������������,�������� �!����

$ 4���� ������������������������������������� ��������������������������������

(�������� ���

7��������� ���

6�����������������������

0������������� ���

C�����������������

��%�&���#���'�'#�����(���(!������������

0��������������� ���������������������������� ��������������������� ������������ ���

���������������������� ���� ���0������������������ ���� �������

%�& ������ �������������������

%�& ��� �����������

%�& ���������������������!���� ��������������

%�& ������������ ���������������� ���� �����

%�& ��������������� ���� �����������

%�& ��������������

%�& ������������

0�������������������� ��� ����������������������4���� ��������������������

�����������������

8.4.1 Type of Welds

0�������� ���������� �� ����� �� 87����9��� � 8;�9���� ���7�������� �� ����� ��!������ ��

������������� ������������������������������������������������(�������� ������� �����

������������������������������������������������������������ ��0������������� ����

����������� ���������������������+��������������� ���������� ��������������7����/�/�

Page 2: Joint Preparation

154 Welding Science and Technology

8.4.2 Joint Preparations for Different Types of Welds

D�������������������� ���������������������������������7�����/�1���/��1�

8.4.3 Fatigue as a Joint Preparation Factor

7������ �������� �������������������������� ���7���� /��3��)������� ����� ��������������

���������������������������� ������������������������������� ������������������

Fillet welds Butt welds

Lap Butt

Tee fillet Tee butt

Corner fillet Corner butt

�������7������� ������� �

MMA welds

P

t

g

ga

Fig. 8.9 Manual metal arc welds

Page 3: Joint Preparation

Welding Procedure and Process Planning 155

t

�������� �!�!����"

���)H*�<��;*00�6<�6�<�0('@)

�����2�����)!�����;�

$ 0���������� ,���"���

$ :�� � ������������ ������

$ @������������ ��

�� �'����)!�����;�

$ 0����������≤�-���

$ :�� � ������������ ������

$ @������������ ��

$ ��I���,���"���

��"�)!�����;�����(�������;������

$ 0����������I�"���� �,���

$ @���������������������� ��

$ ��I�"���/���

!��#$

• A������������������� �������������������

�������� �� ������ ���������� ������

��������������������� ���������������� �

• )������������������������������������� �

���� ���� ���������������������������

�������������� ������ ���������� ��� �

����

• *���������������� ����������������

)����������������� ���� �����������

��� ��� ��� ��������������

g

g

Low strength

Better strength

Fig. 8.10 Factors affecting joint preparation (contd.)

Incomplete fusion(superiority is lost)

defect

Page 4: Joint Preparation

156 Welding Science and Technology

Distortion

Distortion

Penetration

Backing bars in areasunaccessible for gouging

Backing strip

Backing providedby the part. Italso alligns.

Constraineddistortion canlead to cracks

Fig. 8.10 Factors affecting joint preparation

Page 5: Joint Preparation

Welding Procedure and Process Planning 157

"��#% �&��� �!�!����

0����������≤��1���

)��������C

α�I�-3G�I���,�$�"���

��I���,�$�"���

&� ��' (�)*���+%�� (��%!� "

<�������� �I�3� ��� �� ��������� �������

������γC������� ���� � ��� �� ��� � ��� �������

��������������+������������ ���������������� �

�����������C�������������������� �

���� ��� ���=������������� �������� �� �� ���

�������������������������� �����

α�I�,,G β��I��3�$��,G

β �I�#3�$�#,G

��I�3�$���,���

�I���,�$�"����

0�������������

α�I�#,G���I�-���

α�I�"3G���I�-���

α�I� 3G���I�1�,����

Fig. 8.11 Single V preparations

a

g

s

g

g

g

g a

b2

b1

s2

s1

a

a

g

Page 6: Joint Preparation

158 Welding Science and Technology

,�-�"�����&�.������������)��/��

• 0������������������������������

����� ��� ������������� ����� �� ���

�� �������������������������������� �

0�1�"��#% �) & %��� �!�!����

0����������≤��1���

α�I�,3G�I���-�$�"� ���

��I���-�$�"� ���

��������������������� ���� ����� ������

���� ����� � � �� ���� ��� ��� ����������� ��

�������������

2����������������� �������� ��������

=������������������������������

(����������������������� ������� ����

������������������ ������������ �������� ���

����� ����

0�-�"�����)�2���.������������)��/��

��������� ����������������� �������������

���������������

αG ����

#, -�"

", /

, 1�,

a

g

a

gs

g

a

n

g

a

g

a°453020

‘g’ mm66

9.5

Fig. 8.12 Single bevel preparation

Page 7: Joint Preparation

Welding Procedure and Process Planning 159

3�1�"��#% �$��� �!�!����

0������������������������������������

�������� ���� ����������� ��� ����������������

��� ���������C�������� ���������������������

7�������������������������������� ���� ���

�������� ������������������������ ������� ���

������� ���� ������� ��� �α�0��������� � ������������������������

������������������������������������������

����������

4�1�"��#% ����� �!�!����

0��� ������ ��� ��� � ���� ����� ������ ���

��� �����0��� �������������������������������

J��1�����A����������������������������������

���������������������!�������������������*������

�� ����������������������I�#3G����������� ����

���������������%α �I� 3G&��?��������������I

�1�$�"/�����α�I� 3G�I���I���-�$�"� �����γ�I�1�,�$�� ����

Fig. 8.13 Single U preparation and single J-preparation

Suitable only forout-side corner

b2

b1

25 – 20°

5 – 10°

a2

a1

Asymmetric prep. forhorizontal-verticalwelding

Access and economyin deep groovesIncrease = 30 – 40°

remains 20°�1

�2

a

g

g s

Thickness t

ag

= 19.5 – 38 mm= 20, s = g = 1.6 – 3.2 mm= 6.3 to 9.5 mm

g

s

a

g

Page 8: Joint Preparation

160 Welding Science and Technology

a = 20 – 25°

Fig. 8.14 Single J preparation

5�1�(�$)% �&��� �!�!����

P

P s

g

g

at = 12 50 mm= 60° s = 0 – 1.6 g = 1.6 – 6.3 mma

b1 = 10 – 15°

b2 = 45 – 40° �b2

b1

a

a

sd2

d1

Unequal preparation for jointsfixed in flat position reducingoverhead welding volume.

Asymmetric preparationfor horizontal-verticalposition welding

Requires less weld metalBalanced welding sequenceControlled distortionLarge solid angleBack gouging needed forefficient high quality joint

g

Fig. 8.15 Double V preparation

)������� ���� ���� �� �� � ���� �� ������

����������� � ���������������������������

������������=�����������������������

�������2�����������������������������*

���������������

Page 9: Joint Preparation

Welding Procedure and Process Planning 161

6�1�(�$)% �) & %��� �!�!����

0����������I��1���,����

α�I�,3�$�,,G�I�3�����-���

��I���-���-�"���

6��������� ��� ���� �� �� ���� ��

������������������!���������������C�������

������

2����������������������������� ���

����C��������=������������������������������

Fig. 8.16 (a) Double bevel preparation

Fig. 8.16 (b) Double bevel preparation

��1�(�$)% �$��� �!�!����

a

g

s

g

a

gs

d2

d1

b2

b1

b1 = 5 to 10°b2 = 25 to 20°

t

s

g

38 mm= 20°= 1.6 to 3.2 mm= 1.6 to 3.2 mm= 6.3 to 9.5 mm

³a

g

Fig. 8.17 Double U preparation

s g

g

a

( )a

sd2

d1

a

a

(b)

Page 10: Joint Preparation

162 Welding Science and Technology

7�1�(�$)% ����� �!�!����

2���� ��������������� � ��� D������

��������

��≥�"/���

α�I��,��� ,G�I���I���-���"� ���

γ�I�1�,���� ���

Fig. 8.18 Double J preparation

-1��'�8 (��� �!�!����"

@������*������� ���7�������� �*�����

������ ��������������������������

)���������������� ����������������C�������

������

Combination of V and bevel where welding

can be done easily from both sides.

Fig. 8.19 Mixed preparations

��)������������#����

0���������������� ���������������� ���������7������ ����� �����=���������������� ������

�� ��0���������������7����/� 3��0���������������������������������������� ���� ������

������������ �� ����� ������� ��� �� ���� ������ �������� ���0���������� � �������� ��

������������ ������� ����������� ���� �������������

4���������������� �������������������������������������������������0������������

�����K��� ������5��� �K��� �������5��:�� ���������� ����� ������������������������������

������������ ��� ������=������(������������7����/� ��

s

g

g

a

Page 11: Joint Preparation

Welding Procedure and Process Planning 163

Flat FlatHorizontal Vertical

Vertical Overhead Overhead Horizontal

Fig. 8.20 Welding positions for butt and fillet welds

Line of root

SlopeSlope

Fig. 8.21 Diagram to illustrate weld slope

:�� ��������� ����� ��������������������������������������������������������

���������������������������������� �������� �������� ��������������������������

������������ �������������������!�� �������������������������� ��(������������ ���

7����/� �

Rotation of weld 0°

Rotation of weld 150°

150°150°

90°90°

Rotation of weld 90°Rotation of weld 45°

45°45°

180°180°

Rotation of weld 180°

Fig. 8.22 Diagrams to show weld rotation

0����� ���������������� ����� ������������

$ (.������������9�������������������������� ��������+��� ��3G��� ������

������� ��������+��� ��3G�

Page 12: Joint Preparation

164 Welding Science and Technology

$ �������9����������������������� ��������+��� ���3G�������#,G��� ���������

��� �������� ��������+��� �13G�

$ :�;����<&������9����������������������� ������� ��������+��� ��3G����

����� ����������������������3G����� ��������+��� �13G�

$ &������9������������������������� ��������+��� ��#,G��� ������ ����������

����������13G�

$ �2������9����������� ������� ����� � ������ ������� �+��� �#,G� �� � �����

��������������������13G�

��*��!��'��� "'�#

����������������������������������������������������������������������������������

������� ��������������������������� � �����!������������������������-,�

0�������������������� �������������������������������������������� ��������������

������������������������������ � ������ �� �������� ������ ������������������ ���� �

�������������������������������� ��������

��+����������� ��!����"��#�

�:)� ���������� ��������� ���������� ����� ���� ���� ��������������� ���������������� ���

����� ������������ ��������� �������������� �����(��������������������������������

����� ������� ���� ����� ������� �����������������������������������!��������� �����

�������������������6���� ��������������������������� ��������������������������������

���������7����+���������������������������������������������������)F���� ����!������ �����

�������� �� �������������������������������������� ����� ��������� ������ ��!��������

���� � ���� �� �� ���0����������������� ������!������ ������ ���� ������ ��� � �������

��� ������� ��������������� ����������� ���� ���� ����������������������������� �����

�������������!������������������������ ���������������� �������������������������

������ ������������ ���� ����

0�� �������� � ������������ ��������� ���������������������� �� � ����� �������

�������������������0������������������������ ��������� ��������������������������

������ �������������������������������������(��������������� ���5�������� ������������

������������������ �������������0������������������������������� �����������������

������������������� ������������������������������������������������������������� �

��������������!����������0������������������!������������ ��������������������

����������)�����������������������������������������(��������� ��� ���� ������

����� �������������������� ��� �������� �����!������� ������������������������������ �

�������� ������������������!���� � ����������� ����� �������������

Page 13: Joint Preparation

Welding Procedure and Process Planning 165

"$''!�*�+:!��9

0��������������������������������������������������

Materialthickness Manual metal arc Manual CO

DIP transfer2 Manual CO

spray transfer2 Mechanised CO2 Submerged arc

Process

20 S.W.G.

16 S.W.G.1/32 in.

1/8 in.1/16 in.

3/16 in.60°60°

1/16 in.

1/16 in.

1/4 in.60°60°

1/16 in.

1/16 in.

1/32 in.

3/8 in.60°

60°-70°

1/16 in.

1/16 in.

1/16 in.

40°-50°

1/16 in.

40°

1/16 in.

40°

1/16 in.

1/2 in.60°

60°-70°

3/32 in.

3/32 in.

40°-50°

1/16 in.

40°

1/16 in.

40°

1/16 in.1/16 in.

3/4 in.

60°60°-70°

1/8 in.

1/8 in.

50°

1/16 in. 50°

1/8 in.

40°

40°

1/4 in.

40°

40°

1/4 in.

1 in.

60°-70°

1/8 in.

50°

50°

1/8 in.

60°-70°

60°

1/16 in.

60°

40°

40°

1/4 in.40°

40°

1/4 in.

1½ in.

60°-70°

1/8 in.

50°

50°

1/8 in.

60°-70°

60°

60°

1/2 in.

60°

60°

1/16 in.

40°

40°

1/4 in.

3 in.

20°

1/8 in.

50°

50°

1/8 in.

60°

1/16 in.20°

1/4 in. r

60°

30°

1/2 in.

30°

1/4 in. r

30°

1/4 in.

30°

1/4 in. r

1/16 in.

Page 14: Joint Preparation

166 Welding Science and Technology

����������������������������

%�& :�� ��������� ����������

%�& <���� ���������������� B��� �������������

%�& F��������������� � L����������������������������������

%�& F��������������� ���������������

%�& 0����������

%�& 6������������������

%�& ��������������

%��& <������� %���& <����� ���

%�& 2������������������ ���

%�& )�������������%���������� � ��������������������������������&

%�& 6��������������������������������

%�& :�� �������������� � �������

%�& F����������� ������������������������ �

%�& ������������������� ������� ���������

%�& )�=����������� �������������

%�& A��������������������� �

%�& 2�����������������

%�& '�����������������

%�& ����������

%�& 6������������� ���

%& 0���������������

%�& @�������� �������������������

%�& :�� ������!�����

%�& 0����!������� ����������������

%�& F�� ���������������������

%�& F������������������������

%�& 6��������������������������� �������������� �

% & 6����� �����������

8.7.1 Type of Joints

0����������+���������������������������������������������������������������� �� ����0���

������������ ����7����/� "����������������������������������������� ��������������������

�� �� ������������������� ���������������������������������� ���������+��������������

��������������������������������� ������� ������������������������� ������������������� ��

��� ��������� �������� ����������� �������������������������������� ����� ��

4������������ � �������������� ����������������� �������������������������

%�& F�������������������������������� ���������

%�& :������� ��������������� ������L����������������������� �

Page 15: Joint Preparation

Welding Procedure and Process Planning 167

%�& :����������� ������������������������

%�& D����������������������� ����� ����������������������������������������

������������+������ ����������������

%�& �������L������������� ������ ��!���� � �� �������� �� ������� ��������

��������������������� ������ ��������������� �

%�& 2������������������������������������������ ���������� ������������������������

������������� ���� ��

(A) (B)

(D) (C)

(E) (F)

Fig. 8.23 Major types of joints: (A) Square butt weld (B) Square tee-joint and fillet welds(C) Cruciform joint with four fillet welds (D) Lap joint with single fillet weld (E) Full open corner joint with fillet welds (F) Edge joint with edge weld.

C����������������������� ���� ����� ������� � �����������������������7�����.�1$.��1

%2�����.&�

8.7.2 Welding Parameters

0�� ����������� ��������� ����� �������� ������ ���������� ��������������� ���� � ������ �

��=������������������������� ����������� �������� ��������������������������� ������ ���

���������� ���� ���� ����!����0�� ������������������������ ������ ���� ����������� ��

��������������� ����

%�& !��������� ���������=����������������������������������������������� ���� ���

��������������������� ����� ������*�������������������������������������������������

Page 16: Joint Preparation

168 Welding Science and Technology

����������� ������ ������������������������� ��������� �������� �!�������A���������

�������������������������������������

������ �� ��=�� ���� �� ��� ����� ��������� � ��� ����������� �� ���� ���� ��������

A��������=����������!��������� ���������� �������������� ������������ �

Included angle

Angle of bevel

Root face

GapGap

Root radiusIncluded angle

Angle of bevel

Root face

GapGap

Included angle

Angle of bevel

Root face

GapGapRoot radius

Land

Fig. 8.24 Terms pertaining to typical weld preparations

7������������� ������� ���� ������������� ������������� ��������������� ������

���������=���������� ��� ��������������������� ����������������������������������

�� ������������������������0�����������=�������������������� ��������������������

������������#���� �������������������������������� ������������� ��%�����-3�"&���� �"��,

��� ������������������������������� �������%�.3�/&���������� ���� ���������� ����������

����� ����������� �� ������� �������������,���� ������� ������ ��� ����-3�"��������� ��

�.3�/�������

0�������� ����=���������� ���� ����������� �����������������������������������

������(����C�������������+������������� ���������������������������������������� �������

������������������ ����������������������������� �������������=����������������� ��(�

��0������������������ ����������� ������������� ��%-�������/���&����������� ������

�������������������������������������������

Page 17: Joint Preparation

Welding Procedure and Process Planning 169

Weld width

Weld face

ToesToes

Toes

Weld face

Toes

Leg (length)

Weld width

Weld face

Toes

Leg

(Length)

Fig. 8.25 Term pertaining to welds

Design throat thickness

Actual throat thickness

Design throat thickness

Fig. 8.26 Actual and design throat thicknesses of welds

(���������������������� ����=����������������� ������� ����������������������

����������� ����������� �������%�����������������&�������������������������(������

�������� �������������� ������������ ����������!��������������������������� ���

������������ ����������������=������������������ �

%�&�"������#���������������0��������������������������������� ��� �����������

�2����42���� ��������������42�������+������ ����������#��������#� ��2�����������������

��� ������� ���� ��� ���:�� ����2�������%0�����#�"����..&

Page 18: Joint Preparation

170 Welding Science and Technology

:��������������+���������������������������������������������������������������

����5���������� ���������� ������������������������������������������42��� ��������

������������������ �

%�&�$������������;����� �������� ������������������������� ��7����������������� �

��=���� ��������������� ������������������������� ��� ��������������������� �

0���� ���������������������������� �

(������������������������� ����������������� �������� ��� �����������������������

������������������ ������������ ��������������������������������������� ���������

���������������������+������(���������������� ���������������������� ����������

�����������0�������� ���� � ��� ������ ����� ������� ����� �������������� ��� ���� ��� ��

������ ��������������������� ���0������������� ������������������������� �������� ����

0������������ ����� ������������������������+������������ ����� ������ ��

�������������������� �����7�������� ��������� ������ ������� ���������� ��������

���� ����������� ������������� ���� �������������!���� ���=�������������� �

������ ����������������������������������������������������������������� ��:�

��� ��������� �������� ��� ���� ������ ���� ���� ������������� �������� �� ����������

����������� ������ ���������������������� ����������������������� ���� ��������������=���(�

������������������������������ ������������������������ �����������������������

�������������������������� ����������!������� ����������������������� ���

%�&�%����������������������� ������������������������������!��������� � �����

����� ���� ��������������� ����������2���������������� �����!����� �������������������

�� ��������A���� �������������!������+���������������

%�&� %����������������������� �������� ������������������������ ����������� ����

�������� ���� ��� ������� ������ �� � ����� ������������:�� �������� ������ ��� ������ �� ��

�+�������� ���� ��������������

$�������������

:�� ���������������������� ������� ����������.�

�����!��������'� ����������� ��!����"��#�

)�:�� ��������������� � ��������������� ������ � �������������� ������ ��� �� �����

���������� ��������������������� �����0��� ���������������� ����� ��� ����=����������

������������������������7����/� .�

@������������������������������� �������������� ������� ����������������������

����������������������������+�

(������������������������� �����)�:��������� ���� ����������� �����������

������ ��������(��FF�:��������������������������� ��������������������������������� ���

���� ��� �� ������ ��� �������� ���� ���� ������ ��� ������ ����������� ��� ������ ���� (�

)�:������������� ���������������������������� ��������������������� ���������

�����������������F��������� ������ �� ����� ��� �������� ��� ��� �� ���+�� �� �������� ��

���������� ����������� ������������� ������������������������������������������������