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1、 1. 1.钢结构焊接连接特性钢结构焊接连接特性22. 2.焊缝形式及缺陷焊缝形式及缺陷3一、钢结构常用焊接方法一、钢结构常用焊接方法1.1.手工电弧焊手工电弧焊A、焊条的选择：、焊条的选择： 焊条应与焊件焊条应与焊件钢材相适应。钢材相适应。原理：利用电弧产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形 成焊缝。成焊缝。 焊接连接的特性焊接连接的特性 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4Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E5
2、0型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：E焊条焊条( (Electrode) )第第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2) )第第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。 优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；优点：方便，特别
3、在高空和野外作业，小型焊接；Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)C C、优、缺点、优、缺点5（1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝（2）角焊缝）角焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝63. 3. 焊缝位置焊缝位置71.1.焊缝缺陷焊缝缺陷8外观检查：外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。检验内部缺陷。 内部检验主要采用超声内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方法。还可以采用法。还可以采
4、用X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。910111213钢结构工程施工及验收规范钢结构工程施工及验收规范规定：规定： 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。和三级。 三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准三级质量标准。 一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。14 详细参见表详细参见表3-1，图，图3-13一、焊接残余应力的分类及其产生的原因一、焊接残余应力的分类
5、及其产生的原因 1 1、焊接残余应力的分类、焊接残余应力的分类 A A、纵向焊接残余应力纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向沿焊缝长度方向; ; B B、横向焊接残余应力横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向垂直于焊缝长度方向; ; C C、沿厚度方向的焊接残余应力。沿厚度方向的焊接残余应力。 2 2、焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力产生的原因 （1 1）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应力1516 焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达产生不均匀的温度场，焊缝处可达16001600o oC C，而邻近区域，而邻近区域温度
6、骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生小的钢材限制，产生热态塑性压缩热态塑性压缩，焊缝冷却时被，焊缝冷却时被塑性塑性压缩压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力拉应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到达到屈服强度屈服强度。焊接残余应力是无荷载的。焊接残余应力是无荷载的内应力内应力，故在，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。+-500500o oC C80
7、0800o oC C300300o oC C300300o oC C500500o oC C800800o oC C施施焊焊方方向向8cm64202468cm-+产生的原因产生的原因: :1 1、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形弯曲变形的趋势，的趋势，导致两焊件在焊缝处导致两焊件在焊缝处中部受拉，两端受压中部受拉，两端受压；2 2、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生膨胀，产生横向塑性压缩变形横向塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，焊焊缝的收缩受先焊焊缝
8、的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡应力自相平衡，更远，更远处焊缝则产生拉应力处焊缝则产生拉应力；应力分布与施焊方向有关应力分布与施焊方向有关。 以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力。1718(a)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的变形趋势时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的横向应力时的横向应力xy+-+施施焊焊方方向向(c)焊缝横向收缩焊缝横向收缩 时的横向应力时的横向应力xy-+-+(d)焊缝横向焊缝横向残余应力残余应力yx不同施焊方向下不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力焊缝
9、横向收缩时产生的横向残余应力:-+施施焊焊方方向向(e)-+-施施焊焊方方向向( f )xyyx 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产生膨胀，产生塑性压缩变形塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因生压应力，因应力自相平衡应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应，更远处焊缝则产生拉应力。因此，除了横向和纵向焊接残余应力力。因此，除了
10、横向和纵向焊接残余应力x x, ,y y 外，外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力还存在沿厚度方向的焊接残余应力z z，这三种应力，这三种应力形成同号形成同号( (受拉受拉) )三向应力，大大三向应力，大大降低连接的塑性降低连接的塑性。19-+-321x xy yz z1 1、对结构静力强度的影响、对结构静力强度的影响 yytyftBftbBNN 20f f+-b bf fy y+-b bf fy yNyNy因焊接残余应力自相平衡，故：因焊接残余应力自相平衡，故：当板件全截面达到当板件全截面达到fy，即，即N=Ny时：时：结论：结论：焊接残余应焊接残余应力力对结构的对结构的静力强度没静力强度没有
11、影响。有影响。+-f fy yf fb bB Bt tftbBNftbNcyt )(2 2、对结构刚度的影响、对结构刚度的影响 EtbBN 1 21A、当焊接残余应力存在时，因截面的、当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应部分拉应力已经达到力已经达到fy ，故该部分刚度为零，故该部分刚度为零（屈服），（屈服），这时这时在在N作用下应变增量为：作用下应变增量为：f f+-b bf fy yNN+-f fy yf fNNb bB Bt t因为因为B-bBB-b 2 2。22结论：结论： 焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低了结构的刚度。了结构的刚
12、度。EtBN 2 另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力。曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力。 EtbBN 1 对于厚板或交叉焊缝，将产生对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应三向焊接残余拉应力力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。 所以，所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低温降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施冷脆性能的重要措施。234 4、对疲劳强度的影响、对疲劳强度的影响 在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到在焊缝及其附近主
13、体金属焊接残余拉应力通常达到钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感敏感区域区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不有明显的不利影响利影响。1 1、设计上的措施；设计上的措施；（1 1）焊接位置的合理安排）焊接位置的合理安排（2 2）焊缝尺寸要适当）焊缝尺寸要适当（3 3）焊缝数量要少，且不宜过分集中）焊缝数量要少，且不宜过分集中（4 4）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉（5 5）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力2 2、加工工艺上
14、的措施、加工工艺上的措施（1 1）采用合理的施焊顺序）采用合理的施焊顺序（2 2）采用反变形处理）采用反变形处理（3 3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理2425是一种采用比普通螺栓强度更高的材料制作的螺栓。普通螺栓的材料是是一种采用比普通螺栓强度更高的材料制作的螺栓。普通螺栓的材料是Q235，高强度螺栓采用，高强度螺栓采用45号钢、号钢、40硼钢、硼钢、20锰钛硼钢、锰钛硼钢、35CrMoA等。结构等。结构的主构件的螺栓连接，一般均采用高强螺栓连接，普通螺栓可重复使用，高的主构件的螺栓连接，一般均采用高强螺栓连接，普通螺栓可重复使用，高强螺栓不可重复
15、使用。高强螺栓一般用于永久连接。普通螺栓一般只需拧紧强螺栓不可重复使用。高强螺栓一般用于永久连接。普通螺栓一般只需拧紧即可，高强螺栓施工必须先初紧后终紧，初紧高强螺栓需用冲击型电动扳手即可，高强螺栓施工必须先初紧后终紧，初紧高强螺栓需用冲击型电动扳手或扭矩可调电动扳手；而终紧高强螺栓有严格的要求，终紧扭剪型高强螺栓或扭矩可调电动扳手；而终紧高强螺栓有严格的要求，终紧扭剪型高强螺栓必须用扭剪型电动扳手，终紧扭矩型高强螺栓必须用扭矩型电动扳手。必须用扭剪型电动扳手，终紧扭矩型高强螺栓必须用扭矩型电动扳手。扭矩扭矩扳手，在使用前必须校正。扳手，在使用前必须校正。26例：在有振动的情况下，钢梁承受动荷载。摩擦例：在有振动的情况下，钢梁承受动荷载。摩擦型高强度螺栓剪切变形小，弹性性能好，耐疲劳，型高强度螺栓剪切变形小，弹性性能好，耐疲劳，特别适用于承受动荷载的结构。特别适用于承受动荷载的结构。如果改为焊接，对焊缝质量要求非常严格，像承如果改为焊接，对焊缝质量要求非常严格，像承受动荷载的焊缝，一般是一级焊缝，决不允许出现受动荷载的焊缝，一般是一级焊缝，决不允许出现裂纹等危险性缺陷，否则裂纹极易扩展导致脆性断裂纹等危险性缺陷，否则裂纹极易扩展导致脆性断裂。裂。所以设计上从施工质量控制上考虑，高强螺栓连所以设计上从施工质量控制上考虑，高强螺栓连接一般不可更改为焊接。接一般不可更改为焊接。
