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1、第一节第一节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法连接的作用：连接的作用：将板材或型钢组合成构件，再将构件组合将板材或型钢组合成构件，再将构件组合成整体结构，以保证其共同工作。成整体结构，以保证其共同工作。连接的影响：连接的影响：方式、质量直接影响钢结构的工作性能。方式、质量直接影响钢结构的工作性能。连接的要求：连接的要求：必须安全可靠、传力明确、构造简单、制必须安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材。造方便和节约钢材。连接方法：焊缝连接连接方法：焊缝连接、铆钉连接和、铆钉连接和螺栓连接螺栓连接三种。三种。 焊接连接焊接连接: :在被连接金属件之间的缝隙区域，通过高温使在被连接金属件之间
2、的缝隙区域，通过高温使被连接金属与填充金属熔融结合，冷却后形成牢固连接被连接金属与填充金属熔融结合，冷却后形成牢固连接的工艺过程称为焊接连接的工艺过程称为焊接连接, ,填充金属带称为焊缝。填充金属带称为焊缝。优点：优点：任何形式的构件都可直接相连，构造简单，制作任何形式的构件都可直接相连，构造简单，制作加工方便；不削弱截面，用料经济；连接的密闭性好，加工方便；不削弱截面，用料经济；连接的密闭性好，结构刚度大；可实现自动化操作，提高焊接结构质量。结构刚度大；可实现自动化操作，提高焊接结构质量。缺点：缺点：在热影响区内，金相组织发生改变，局部材质变在热影响区内，金相组织发生改变，局部材质变脆；焊接
3、残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。展到整体，低温冷脆问题较为突出。常用焊接方法常用焊接方法 ：通常采用电弧焊（包括手工电弧焊）、通常采用电弧焊（包括手工电弧焊）、埋弧焊埋弧焊(自动或半自动焊自动或半自动焊)以及气体保护焊等。以及气体保护焊等。手工电弧焊手工电弧焊：通电后，在涂有药皮的焊条与焊件之间产：通电后，在涂有药皮的焊条与焊件之间产生可达生可达3000的高温电弧，电弧周围的金属被熔为液态，的高温电弧，电弧周围的
4、金属被熔为液态，形成熔池，同时焊条中的焊丝熔化而滴入熔池，与焊件形成熔池，同时焊条中的焊丝熔化而滴入熔池，与焊件的熔融金属结合，冷却后形成焊缝，而焊条上的药皮在的熔融金属结合，冷却后形成焊缝，而焊条上的药皮在焊接过程中产生气体以保护电弧和熔化的金属，并形成焊接过程中产生气体以保护电弧和熔化的金属，并形成熔渣覆盖焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔融熔渣覆盖焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔融金属接触而形成易脆物质。金属接触而形成易脆物质。 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧焊条选用原则：焊条选用原则：所用焊条应与焊件钢材所用焊条应与焊件钢材(或称主体
5、金属或称主体金属)相适应，依据等强度原则：相适应，依据等强度原则：焊条型号：焊条型号：E表示焊条；表示焊条；第一、二位数字为熔敷金属的最小抗拉强度第一、二位数字为熔敷金属的最小抗拉强度(kgf/mm2)；第三、四位数字表示适用焊接位置、电流种类以及药第三、四位数字表示适用焊接位置、电流种类以及药皮类型等。皮类型等。Q235钢钢 E43型焊条型焊条(E4300E4328)；Q345钢钢 E50型焊条型焊条(E5001E5048)；Q390钢钢Q420钢钢 E55型焊条型焊条(E5500E5518)。不同钢种相焊接时，宜采用不同钢种相焊接时，宜采用与低强度钢材相适应与低强度钢材相适应的焊条。的焊条
6、。埋弧焊：埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。自动电弧焊自动电弧焊 焊丝送进和电弧按焊接方向的移动有专门机焊丝送进和电弧按焊接方向的移动有专门机构控制完成。构控制完成。半自动电弧焊半自动电弧焊 焊丝送进有专门机构，而电弧按焊接方向焊丝送进有专门机构，而电弧按焊接方向的移动靠人手工操作完成。的移动靠人手工操作完成。优点优点 电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接，生产率电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接，生产率高。工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好、高。工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好、焊件变形小。同时，高焊速也减小了热影响区的范
7、围。焊件变形小。同时，高焊速也减小了热影响区的范围。缺点缺点 对焊件边缘的装配精度对焊件边缘的装配精度(如间隙如间隙)要求比手工焊高。要求比手工焊高。 气体保护焊：气体保护焊：利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。护介质的一种电弧熔焊方法。直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护层，以防直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护层，以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。 优点优点 气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清楚气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清楚地看到焊缝成型的
8、过程；由于保护气体是喷射的，有助地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度快，焊件熔于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊高，塑性和抗深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊高，塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接。腐蚀性好，适用于全位置的焊接。缺点缺点 不适用于在风较大的地方施焊。不适用于在风较大的地方施焊。铆钉连接：铆钉连接：通过铆钉穿过需连接件而将连接件连接的办法。通过铆钉穿过需连接件而将连接件连接的办法。优点优点 塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，对主塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，对主
9、体金属的材质质量要求低。体金属的材质质量要求低。缺点缺点 削弱截面，费钢费工，要求技工技术水平高，劳动削弱截面，费钢费工，要求技工技术水平高，劳动条件差。条件差。螺栓连接：螺栓连接：在被连接件上钻孔，装上螺杆、拧紧螺帽进在被连接件上钻孔，装上螺杆、拧紧螺帽进行连接，通过行连接，通过螺杆螺杆或或连接件间的摩擦连接件间的摩擦承受荷载，有承受荷载，有普通普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。螺栓连接和高强度螺栓连接两种。N普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓分为普通螺栓分为A、B、C三级。三级。A与与B级为精制螺栓，级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。级为粗制螺栓。A级和级和B级螺栓材料性能等级则为级螺栓材料性能
10、等级则为5.6级或级或8.8级。级。 C级螺栓材料性能等级为级螺栓材料性能等级为4.6级或级或4.8级。级。螺栓等级含义螺栓等级含义 a.ba.ba:表示螺栓成品的抗拉强度不小于表示螺栓成品的抗拉强度不小于a100N/mm2；b:表示螺栓成品的屈强比（屈服强度表示螺栓成品的屈强比（屈服强度/抗拉强度）。抗拉强度）。4.6：抗拉强度不小于：抗拉强度不小于400N/mm2；屈强比为；屈强比为0.6。精制螺栓精制螺栓：毛坯在车床上经过切削加工精制而成。：毛坯在车床上经过切削加工精制而成。特点：表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。特点：表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。优点：精度较高，受剪性能好
11、。优点：精度较高，受剪性能好。缺点：制作和安装复杂，价格较高，少在钢结构中采用。缺点：制作和安装复杂，价格较高，少在钢结构中采用。粗制螺栓粗制螺栓：由未经加工的圆钢压制而成。：由未经加工的圆钢压制而成。特点：螺栓表面粗糙，一般采用在单个零件上一次冲成或特点：螺栓表面粗糙，一般采用在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔不用钻模钻成设计孔径的孔(II类孔类孔)，螺栓孔的直径比螺，螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大栓杆的直径大1.53mm。特点：螺杆与螺孔间有较大的间隙，受剪力作用时，将会特点：螺杆与螺孔间有较大的间隙，受剪力作用时，将会产生较大的产生较大的剪切滑移剪切滑移，连接的变形大。，连接的
12、变形大。优点：安装方便优点：安装方便，且能有效地传递拉力，且能有效地传递拉力，可用于沿螺栓杆可用于沿螺栓杆轴受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临轴受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定。时固定。高强度螺栓连接高强度螺栓连接两种类型：两种类型：摩擦型连接：摩擦型连接：依靠钢材板间摩擦阻力传力，并以剪力不依靠钢材板间摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则；超过接触面摩擦力作为设计准则；优点：剪切变形小、弹性好、施工简单、可拆卸；优点：剪切变形小、弹性好、施工简单、可拆卸；适用范围：承受动力荷载的部位。适用范围：承受动力荷载的部位。承压型连接：承压型连接：允
13、许接触面滑移，以螺杆或连接板达到破坏允许接触面滑移，以螺杆或连接板达到破坏的极限承载力作为设计准则。的极限承载力作为设计准则。 优点：承载力高、连接紧凑、剪切变形大优点：承载力高、连接紧凑、剪切变形大适用范围：承受静力荷载或间接动力荷载结构。适用范围：承受静力荷载或间接动力荷载结构。螺栓：性能等级为螺栓：性能等级为8.8级、级、10.9级。级。摩擦型孔径比螺栓公称直径大摩擦型孔径比螺栓公称直径大1.5-2.0mm；承压型孔径比螺栓公称直径大承压型孔径比螺栓公称直径大1.0-1.5mm。 为什么要求为什么要求不一致？不一致？连接形式连接形式对接对接 搭接搭接 T T形连接形连接 角接角接 焊件的
14、连接形式：焊件的连接形式：焊接件之间的相对关系焊接件之间的相对关系 (a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)(a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)(a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)(a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)搭接搭接对接对接T型连接型连接角接角接对接连接：对接连接：主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。互连接。优点：传力均匀平缓，没有明显应力集中，用料经济；优点：传力均匀平缓，没有明显应力集中，用料经济；缺点：焊件边缘需要加工（坡口，缺点：焊件边缘需要加工（坡口，V形），被
15、连接两板的形），被连接两板的间隙有严格的要求。间隙有严格的要求。搭接连接：搭接连接：适用于不同厚度构件的连接。适用于不同厚度构件的连接。优点：构造简单，施工方便；优点：构造简单，施工方便；缺点：传力不均匀，易产生弯矩，材料较费；缺点：传力不均匀，易产生弯矩，材料较费；T形连接形连接 ：常用于制作组合截面。常用于制作组合截面。优点：省工省料；优点：省工省料；缺点：焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重。缺点：焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重。 角部连接角部连接 ： 主要用于制作箱形截面。主要用于制作箱形截面。焊缝形焊缝形式式正正对接焊缝对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝1 1、按焊缝与受
16、力方向的相对位置、按焊缝与受力方向的相对位置按按受力方向划分受力方向划分 正正对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线 对接焊缝对接焊缝 斜斜对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝倾斜倾斜于力线于力线 正面正面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线 角焊缝角焊缝 侧面侧面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝平行平行于力线于力线 斜斜角焊缝角焊缝: 焊缝焊缝倾斜倾斜于力线于力线2 2、按施焊的位置按施焊的位置平焊、横焊、立焊及仰焊。平焊、横焊、立焊及仰焊。平焊平焊( (又称俯焊又称俯焊) )施焊方便。施焊方便。立焊和横焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。立焊和横焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此应尽仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此应尽量避免采用仰焊。量避免采用仰焊。 焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷：焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区焊缝缺陷：焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。钢材表面或内部的缺陷。常见的缺陷：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、常见的缺陷：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；焊缝尺寸
