鋼結構常用的連接方法

1、鋼結構連接 ——焊接連接,鋼結構常用的連接方法,鋼結構是由若干構件組合而成的。連接的作用就是通過一定的方式將板材或型鋼組合成構件，或?qū)⑷舾蓚€構件組合成整體結構，以保證其共同工作。因此，連接方式及其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響鋼結構的工作性能。目前，鋼結構連接常用焊縫連接、螺栓連接或鉚釘連接。普通螺栓連接使用最早,約從18世紀中葉開始。19世紀20年代開始采用鉚釘連接。19世紀下半葉又出現(xiàn)了焊縫連接。自本世紀中

2、葉高強度螺栓連接又得到了發(fā)展。,將各種不同形狀和厚度的鋼結構零件通過局部加熱，達到原子結合的一種連接方法。鋼結構焊接技術是在19世紀末20世紀初發(fā)展起來的。20世紀30年代出現(xiàn)了厚涂料的優(yōu)質(zhì)電焊條，顯示了焊接方法的優(yōu)越性，同時又發(fā)明了使用焊絲和焊劑的埋弧焊。中國的手工電弧焊始于20世紀40年代，并于50年代推廣應用埋弧自動焊技術，60年代開始試驗CO2氣體保護焊、電渣焊技術，并逐步推廣應用于鋼結構制造中。,焊接連接,焊接的常用方法,焊

3、接的連接形式,鋼結構焊接中的常見問題,新技術在鋼結構焊接中的應用,焊接缺陷及質(zhì)量,鋼結構制造中常用的焊接方法有手工電弧焊、埋弧自動焊、CO2氣體保護焊和電渣焊等。,方法,手工電弧焊,以焊條與焊件各為一個電極，電弧引燃于其間，焊芯與工件的熔化金屬形成焊縫金屬，以此完成工件的焊接。手工電弧焊設備簡單，施工方便，能進行平焊、立焊、橫焊、仰焊等全位置的焊接，在鋼結構焊接中目前仍是主要的焊接方法。手工電弧焊的主要設備有弧焊變壓器、直流弧焊電機

4、和弧焊整流器等，其基本要求是使電弧穩(wěn)定燃燒，具有陡降的外特性電源、適當?shù)目蛰d電壓、靈活調(diào)節(jié)的焊接規(guī)范和良好的動特性。,手工電弧焊,焊條由焊芯和藥皮組成，焊芯的主要作用是在焊條端部與板件間形成電弧，焊條熔化后的金屬與熔化后的母材結合形成熔敷金屬。焊芯用鋼的化學成分與普通鋼材有所區(qū)別，主要是含碳量少、含硫、磷量低。藥皮由礦物質(zhì)、鐵合金及化工原料、有機物粉劑和粘結劑等混合而成，按其作用可分為穩(wěn)弧劑、造渣劑、造氣劑、脫氧劑、合金劑、增塑潤滑劑和

5、粘結劑等。電焊條的種類很多，要結合焊接結構的特點、施焊條件、設備狀況和焊接工藝要求等綜合考慮，正確選用焊條。手工電弧焊技術包括焊接工藝參數(shù)的選定，焊接操作技術、焊接質(zhì)量控制等方面。焊接工藝參數(shù)包括焊條選擇、焊接電流、焊接速度、焊接層數(shù)等參數(shù)，它是直接影響焊縫的形狀、尺寸和焊接質(zhì)量的重要因素。焊接操作技術包括引弧、運條和收弧等。,埋弧自動焊,通過裸金屬焊絲和工件之間形成的電弧在覆蓋焊接區(qū)的顆粒狀材料即焊劑的保護下進行焊接的過程。焊接方法

6、分為半自動焊和自動焊兩種。優(yōu)點：埋弧自動焊比手工電弧焊生產(chǎn)效率高5～10倍，且熱效率高、電流密度大、電弧吹力強、熔深大、焊接速度快、焊縫質(zhì)量好且穩(wěn)定，在鋼結構焊接中得到了廣泛的應用。缺點：因埋弧自動焊僅能在平焊位置和坡度不大的條件下焊接，且不適合薄板的焊接，它的使用范圍受到一定的限制。埋弧焊的設備主要由電源、控制盤、焊絲送進機構、焊機行走機構和焊劑供給機構組成。焊接電源分為直流電源和交流電源兩種。直流電源一般采用弧焊整流器；交流電

7、源采用弧焊變壓器?；『鸽娫匆话銘哂卸附档耐馓匦?。埋弧焊焊劑在焊接時能熔化形成熔渣和氣體，對熔化金屬起保護和冶金作用，可按制造方法、用途、化學成分、冶金性能等分類。常用的是按制造方法分為熔煉型和燒結型。埋弧焊技術包括：(1)焊前準備。檢查裝配質(zhì)量、裝配間隙、坡口角度、鈍邊和錯口量等有關尺寸。(2)焊接材料選擇。焊接材料對焊縫的化學成分和力學性能起著重要的作用，碳素結構鋼和低合金鋼的焊接應選用與鋼材強度相匹配的焊絲和焊劑。(3)焊接工藝

8、參數(shù)的選擇。焊接工藝參數(shù)包括焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。施焊時，要針對結構焊縫形狀尺寸和熔透深度的要求調(diào)整工藝參數(shù)。通常焊接電流增大時熔深和加強高有明顯的增加；在焊接電流和電弧電壓不變的情況下，焊接速度的增加可使熔寬顯著變小。由于埋弧自動焊操作簡單，只要掌握好工藝參數(shù)，在焊接過程中根據(jù)裝配質(zhì)量、坡口型式做小的調(diào)整即可焊出滿意的焊縫。對全焊透焊縫，既要保證焊透又不出現(xiàn)焊接缺陷，需要在實踐中逐漸掌握。,CO2氣體保護焊,以CO2氣體作為

9、保護介質(zhì)，把熔池和電弧區(qū)與周圍空氣隔離，防止空氣中有害氣體侵入，同時在機械的作用下焊絲連續(xù)送入熔池進行焊接。CO2氣體保護焊因焊接電流密度大，電弧熱量集中，其焊接速度快，變形小，生產(chǎn)效率高，焊接成本低，抗銹、抗裂能力強，焊接裂紋傾向小。又由于是明弧焊接，操作比較簡單，可以焊接薄板。其缺點是保護氣體容易被破壞，且要求一定的純度，焊接時飛濺較大。CO2氣體保護焊分為自動焊和半自動焊兩種。CO2氣體保護焊的半自動焊設備通常由焊接電源、控制裝

10、置、送絲機構、焊柱和附屬裝置組成。焊接電源采用可控硅整流電源。當焊絲直徑在1.6mm以下時，其電源外特性曲線為平特性，并采用等速送絲機構；當焊絲直徑不小于2mm時，宜選用下降的外特性電源和電弧電壓反饋控制送絲速度的送絲機構?？刂葡到y(tǒng)通過焊槍的開關控制供電、送絲和供氣。送絲機構有推式、推拉式和盤放式三種，現(xiàn)場常用推式送絲機構。焊槍的作用除導電外，還要把送絲機構送出的焊絲導向熔池，并將保護氣體通過焊槍噴嘴集中噴出以保護熔池。附屬裝置包括供氣

11、系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。CO2氣體通常壓縮成液態(tài)貯存在鋼瓶內(nèi)，CO2氣瓶的涂色標志為黑色，并寫有黃色“CO2”字樣。CO2氣體保護焊的焊絲必須含有足夠數(shù)量的脫氧元素，焊絲的含碳量要低，應能保證焊縫金屬具有規(guī)定的力學性能和抗裂性能。焊絲的選擇應根據(jù)母材及接頭設計強度確定。CO2氣體保護焊技術包括焊前準備、焊接材料的選擇(主要是焊絲)、焊接操作技術和工藝規(guī)范參數(shù)控制等。焊接操作技術主要包括：焊槍角度、焊槍高度、引弧方法和收弧方法等。,電渣焊,

12、利用電流通過液體熔渣所產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法。電渣焊一般在垂直位置或接近垂直位置進行。為了保持熔池形狀，強制焊縫成形，在接頭兩側使用銅滑塊做成成形器，銅滑塊內(nèi)部通有冷卻水。電渣焊與一般電弧焊相比，能夠一次焊接很厚的工件，工件不需要開坡口，不易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷，易于調(diào)整焊縫金屬的化學成分及降低焊縫金屬中的有害雜質(zhì)，因此是一種優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的焊接方法。但由于電渣焊熱源的特點和焊接速度緩慢，焊縫金屬和近縫區(qū)在高溫(1000℃以上)

13、停留時間長，容易引起晶粒粗大，造成焊接接頭沖擊韌性大大降低，所以往往要求工件焊后進行正火處理，以細化晶粒，提高沖擊韌性。電渣焊有絲極電渣焊、板極電渣焊和噴嘴電渣焊三種。,電渣焊,(1)絲極電渣焊。它是用焊絲作為電極的?？砂垂ぜ穸炔煌捎?～3根或更多的焊絲進行焊接。電源可采用直流電源和交流電源，一般多采用交流電源。施焊時不應出現(xiàn)電弧放電過程或電渣一電弧的混合過程，否則將破壞正常焊接規(guī)范，為此要求采用空載電壓低和感抗小的平特性電源。

14、(2)板極電渣焊。它是用金屬板條作為熔化電極，可以根據(jù)被焊工件厚度的不同采用一塊或數(shù)塊金屬板條。焊接時板極不作橫向擺動，只須向下送進，因而設備簡單。板極電渣焊對焊接電源的要求與絲極電渣焊相同。(3)熔嘴電渣焊。在板極電渣焊的基礎上發(fā)展起來的一種電渣焊方法。它是用焊絲和固定在工件間隙中并與工件絕緣的熔嘴共同作為熔化電極的。根據(jù)工件厚度不同可以采用一只、兩只或多只熔嘴。熔嘴多采用管焊條，故亦稱管焊條熔嘴電渣焊。該方法可比板極電渣焊焊接更

15、大斷面的工件，并且適于焊接不規(guī)則斷面的工件。熔嘴電渣焊設備簡單，不需要機頭爬行、成形板提升、橫向擺動等機構，只有焊接電源和送絲機構。,電渣焊,電渣焊技術包括焊接材料的選用、焊前準備、焊接過程和焊接檢驗。焊材(焊絲、板極、熔嘴和焊劑)應根據(jù)母材材質(zhì)和設計的要求正確選用。低合金鋼的電渣焊焊縫含碳量應較低，以提高焊縫的抗裂性，由此引起焊縫強度的降低應由提高焊縫合金元素的含量來補償。合金元素的含量來源于焊絲合金的成分和焊劑的成分，在選材中應予充

16、分考慮。焊前準備主要包括焊接區(qū)母材表面的處理、工件裝配間隙的確定、組裝精度、引入板和引出板的組裝、強迫成形水冷滑塊水路檢驗、焊絲質(zhì)量的檢查和焊劑烘干等。焊接過程包括引弧造渣、正常焊接和焊縫收尾等，主要是控制焊接規(guī)范參數(shù)，正確調(diào)節(jié)送絲速度、焊接電流、電壓、渣池深度，以保證焊接過程的穩(wěn)定性。,焊縫連接型式,按照被連接構件的相對位置分為平接、搭接、T形連接和角接。根據(jù)焊縫施焊位置可分為平焊（俯焊）、橫焊、立焊和仰焊。,焊縫缺陷及

17、焊縫質(zhì)量檢驗,焊接缺陷 焊接缺陷指焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷。（1）氣孔 由于焊接過程中的水產(chǎn)生的氫氣和氧氣而形成的。當氣孔為孤立時，對靜載的影響不大；當氣孔為鏈狀時，相當于裂縫，對靜載的影響較大。因此，在焊接時，應對焊條進行烘干、保溫。（2）夾渣 主要由焊條的藥皮引起，焊接完需清渣。（3）咬肉 焊縫與熱影響區(qū)的交界處形成的弧坑，對疲勞強度的影響較大。（4）未焊透 避免根部未焊透的

18、措施：①焊件離開一段距離；②采用墊板實焊。墊板的強度越低，越易焊透（易融合）且應低于母材的強度。（5）裂紋 是焊接中最危險的缺陷。產(chǎn)生微裂縫的原因有很多，如鋼材的化學成分不當；焊接工藝條件選擇不合適等。,焊縫缺陷的影響及焊縫質(zhì)量檢驗,焊縫缺的陷存在將削弱焊縫的受力面積，在缺陷處引起應力集，故中對連接的強度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。因此，焊縫質(zhì)量檢驗極為重要。焊縫質(zhì)量檢驗一般可用外觀檢查及內(nèi)部無損檢驗，前者檢查外觀缺陷和幾

19、何尺寸，后者檢查內(nèi)部缺陷。內(nèi)部無損檢驗目前廣泛采用超聲波檢驗。該方法使用靈活、經(jīng)濟，對內(nèi)部缺陷反應靈敏，但不易識別缺陷性質(zhì)；有時還用磁粉檢驗。該方法熒光檢驗等較簡單的方法作為輔助。此外還可采用X射線或r射線透照或拍片。 焊縫的質(zhì)量焊縫的質(zhì)量等級分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三級。Ⅰ、外觀檢查＋100％的超聲波探測；Ⅱ、外觀檢測外，配以20％超聲波探傷；Ⅲ、外觀檢查（表面成型、焊縫尺寸、剖口、剖角）。,焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗,3、焊縫質(zhì)量等級的

20、規(guī)定 GB50017規(guī)范規(guī)定，焊縫應根據(jù)結構的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應力狀態(tài)等情況，按下述原則分別選用不同的質(zhì)量等級：（1）在需要進行疲勞計算的構件中，凡對接焊縫均應焊透，其質(zhì)量等級為：①作用力垂直于焊縫長度方向的橫向?qū)雍缚p或T型對接與角接組合焊縫，受拉時應為一級，受壓時應為二級；②作用力平行于焊縫長度方向的縱向?qū)雍缚p應為二級。（2）不需要計算疲勞的構件中，凡要求與母材等強的對接焊縫應予焊透，其

21、質(zhì)量等級當受拉時應不低于二級，受壓時宜為二級。（3）重級工作制和起重量Q≥50t的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的T形接頭焊縫均要求焊透。焊縫形式一般為對接與角接的組合焊縫，其質(zhì)量等級不應低于二（4）不要求焊透的T形接頭采用的角焊縫或部分焊透的對接與角接組合焊縫，以及搭接連接采用的角焊縫，其質(zhì)量等級為：①對直接承受動力荷載且需要驗算疲勞的結構和吊車起重量等于或大于50t的中級工作制吊車梁，焊縫的外

22、觀質(zhì)量標準應符合二級；②對其他結構，焊縫的外觀質(zhì)量標準可為三級。,鋼結構焊接中的常見問題,1、 焊接中的局部變形的原因及預防措施1.1 產(chǎn)生原因 加工件的剛性小或不均勻，焊后收縮，變性不一致;加工件本身焊縫布置不均，導致收縮不均勻，焊縫多的部位收縮大、變形也大;加工人操作不當，未對稱分層、分段、間斷施焊，焊接電流、速度、方向不一致，造成加工件變形的不一致;焊接時咬肉過大，引起焊接應力集中和過量變形;焊接放置不平，應力集中

23、釋放時引起變形。1.2 預防措施 設計時盡量使工件各部分剛度和焊縫均勻布置，對稱設置焊縫減少交叉和密集焊縫;制定合理的焊接順序，少變形。如先焊主焊縫后焊次要焊縫，先焊對稱部位的焊縫后焊非對稱焊縫，先焊收縮量大的焊縫后焊收縮量小的焊縫，先焊對接焊縫后焊角焊縫;對尺寸大焊縫多的工件，采用分段、分層、間斷施焊，并控制電流、速度、方向一致;手工焊接較長焊縫時，應采用分段進行間斷焊接法，由工件的中間向兩頭退焊，焊接時人員應對稱分散布

24、置，避免由于熱量集中引起變形;大型工件如形狀不對稱，應將小部件組焊矯正完變形后，在進行裝配焊接，以減少整體變形;工件焊接時應經(jīng)常翻動，使變形互相抵消; 對于焊后易產(chǎn)生角變形的零部件，應在焊前進行預變形處理，如鋼板v 形坡口對接，在焊接前應將接口適當墊高，這樣可使焊后變平;通過外焊加固件增大工件的剛性來限制焊接變形，加固件的位置應設在收縮應力的反面。 1.3 處理方法 對已變形的工件，如變形不大，可采用火烤矯正。如變形

25、較大，采用邊烤邊用千斤頂?shù)姆椒ǔC正。,鋼結構焊接中的常見問題,2 鋼結構焊接裂紋的原因及預防措施2.1 熱裂紋熱裂紋是指高溫下所產(chǎn)生的裂紋，又稱高溫裂紋或結晶裂紋，通常產(chǎn)生在焊縫內(nèi)部，有時也可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)，表現(xiàn)形式有：縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋和熱影響區(qū)裂紋。其產(chǎn)生原因是由于焊接熔池在結晶過程中存在著偏析現(xiàn)象，低熔點共晶和雜質(zhì)在結晶過程中以液態(tài)間層形式存在從而形成偏析，凝固以后強度也較低，當焊接應力足夠大時，就會將

26、液態(tài)間層或剛凝固不久的固態(tài)金屬拉開形成裂紋。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔點共晶和雜質(zhì)，當焊接拉應力足夠大時，也會被拉開。總之，熱裂紋的產(chǎn)生是冶金因素和力學因素共同作用的結果。針對其產(chǎn)生原因，其預防措施：限制母材及焊接材料(包括焊條、焊絲、焊劑和保護氣體) 中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量，特別應控制硫、磷的含量和降低含碳，一般用于焊接的鋼材中硫的含量不應大于0.045％，磷的含量不應大于0.055％；另外鋼材含碳量越高，焊接性能越差

27、，一般焊縫中碳的含量控制在0.10％以下時，熱裂紋敏感性可大大降低;調(diào)整焊縫金屬的化學成分，改善焊縫組織，細化焊縫品粒，以提高其塑性，減少或分散偏析程度，控制低熔點共品的有害影響; 采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的雜質(zhì)含攝，改善結晶時的偏析程度;適當提高焊縫的形狀系數(shù)，采用多層多道焊接方法，避免中心線偏析，可防止中心線裂紋;采用合理的焊接順序和方向，采用較小的焊接線能超，整體預熱和錘擊法，收弧時填滿弧坑等工藝措施。,鋼結構焊接中的常見

28、問題,2.2 冷裂紋冷裂紋一般是指焊縫在冷卻過程中溫度降到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)(300-200℃以下)產(chǎn)生的，可以在焊接后立即出現(xiàn)，也可以在焊接以后的較長時間才發(fā)生，故也稱為延遲裂紋。其形成的基本條件有3 個：焊接接頭形成淬硬組織擴散氫的存在和濃集；存在著較大的焊接拉伸應力。其預防措施主要有：選擇合理的焊接規(guī)范和線能，改善焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)，如焊前預熱、控制層間溫度、焊后緩冷或后熱等以加快氫分子逸出;采用堿性焊條或焊劑，以降低焊

29、縫中的擴散氧含量;焊條和焊劑在使用前應嚴格按照規(guī)定的要求進行烘干(低氫焊條300℃～350℃保溫1h；酸性焊條100℃～l50℃保溫1h；焊劑200℃～250℃保溫2h)，認真清理坡口和焊絲，去除油污、水分和銹斑等臟物，以減少氫的來源;焊后及時進行熱處理．一是進行退火處理，以消除內(nèi)應力，使淬火組織回火，改善其韌性；二是進行消氫處理，使氫從焊接接頭中充分逸出;提高鋼材質(zhì)量，減少鋼材中的層狀夾雜物;采取可降低焊接應力的各種工藝措施。,鋼結構

30、焊接中的常見問題,3 鋼結構焊接檢驗中的相關問題3.1 焊縫等級、檢驗等級、評定 焊縫等級的區(qū)別與聯(lián)系要求進行內(nèi)部質(zhì)量探傷，按質(zhì)量等級分一級和二級，稱一級焊縫和二級焊縫，此即為焊縫等級。檢驗等級是指檢驗檢測達到的精度，即檢測儀器與檢測方法結合而得到的檢測結果的精確程度。超聲波探傷采用GB／T11345-1989 標準按檢測等級由低到高分為A、B、C 三個級別，射線探傷采用GB／T3323-1987 標準按檢測等級由低到高分為A

31、、AB、B 三個級別，它們分別規(guī)定了手工超聲波探傷的檢測方法、探測面、檢測范圍和允許缺陷當量(dB 值)以及射線探傷所要達到的靈敏度(透照厚度與像質(zhì)計的關系)。評定級別是指探傷人員在檢出缺陷后依據(jù)標準對缺陷測量進而確定的焊縫內(nèi)部質(zhì)量級別。具體來說，超聲波探傷指對波高在測長線與判廢線之間(Ⅱ區(qū)) 缺陷測長后，依標準GB／T11345-1989 表6 進行缺陷定級；射線探傷是指測量底片上缺陷指示長度和大小，依標準GB／T3323-1987

32、 表6、表7、表9、表10 并綜合評級(見該標準16.1～16.4)，這一條是每一個探傷人員必須熟練掌握的。,鋼結構焊接中的常見問題,3.2 超標缺陷處理與復探、擴探GB 50205《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》只規(guī)定了檢測方法、檢測比例和合格級別，對于缺陷的處理沒有明確要求。參照JG 181《建筑鋼結構焊接技術規(guī)程》和其他行業(yè)焊接檢驗標準規(guī)范的要求，對于檢出的缺陷可作如下處理： 檢測出的不允許缺陷必須返修，返修后按同種檢測

33、方法檢測合格后方認為該焊縫合格。對要求抽查檢驗的焊縫，發(fā)現(xiàn)不允許缺陷后，應在被檢測區(qū)域兩端整條焊縫長度的各10％且不小于200mm(長度允許時)的區(qū)域擴檢。a.若在擴檢區(qū)域未發(fā)現(xiàn)超標缺陷，應認為該焊縫合格。b.若在擴檢區(qū)域發(fā)現(xiàn)超標缺陷，則該條焊縫全檢。對于現(xiàn)場安裝要求抽查檢驗的焊縫，發(fā)現(xiàn)不允許缺陷后，按下述原則擴檢；a. 增加該類型同一焊工焊接的兩條焊縫檢測，若此兩條擴檢焊縫未發(fā)現(xiàn)超標缺陷，應認為該批焊縫合格。b.若此兩條擴檢焊縫發(fā)現(xiàn)超

34、標缺陷，則每一條含超標缺陷的焊縫按上述原則再各抽檢兩條焊縫。c.若再次抽檢的焊縫未發(fā)現(xiàn)超標缺陷，應認為該批焊縫合格。d.若再次抽檢的焊縫仍發(fā)現(xiàn)有超標缺陷，則該焊工焊接的該類型焊縫全檢。同時，可協(xié)商適當增加其余焊縫檢測比例。,鋼結構焊接中的常見問題,4、焊接的疲勞破壞對于疲勞破壞的原因 1.內(nèi)因：客觀上講，焊接接頭的靜載承受能力一般并不低于母材；而承受交變動載荷時，其承受能力卻遠低于母材，而且與焊接接頭類型和焊接結構形式有密切的關系。

35、這是引起一些結構因焊接接頭的疲勞而過早失效的一個主要的因素2.外因：早期的焊接結構設計以靜載強度設計為主，沒有考慮抗疲勞設計，或者是焊接結構疲勞設計規(guī)范并不完善，以至于出現(xiàn)了許多現(xiàn)在看來設計不合理的焊接接頭；工程設計技術人員對焊接結構抗疲勞性能的特點了解不夠，所設計的焊接結構往往照搬其它金屬結構的疲勞設計準則與結構形式；焊接結構日益廣泛，而在設計和制造過程中人為盲目追求結構的低成本、輕量化，導致焊接結構的設計載荷越來越大；焊接結構有往

36、高速重載方向發(fā)展的趨勢，對焊接結構承受動載能力的要求越來越高，而對焊接結構疲勞強度方面的科研水平相對滯后。,鋼結構焊接中的常見問題,影響因素：1 靜載強度對焊接結構疲勞強度的影響 高強鋼具有較高的疲勞強度，基本金屬的疲勞強度總是隨著靜載強度的增加而提高但是對于焊接結構來說，因為焊接接頭的疲勞強度與母材靜強度、焊縫金屬靜強度、熱影響區(qū)的組織性能以及焊縫金屬強度匹配沒有多大的關系，只要焊接接頭的細節(jié)一樣，高強鋼和低碳鋼的疲勞強度

37、是一樣的，具有同樣的S-N曲線，這個規(guī)律適合對接接頭、角接接頭和焊接梁等各種接頭型式。2 應力集中對疲勞強度的影響2.1 接頭類型的影響 焊接接頭的形式主要有：對接接頭、十字接頭、T形接頭和搭接接頭，在接頭部位由于傳力線受到干擾，因而發(fā)生應力集中現(xiàn)象。2 焊縫形狀的影響 焊縫形狀不同，其應力集中系數(shù)也不相同，從而疲勞強度具有較大的分散性。對接焊縫的形狀對于接頭的疲勞強度影響最大。2.3 焊接缺陷的影響

38、 常見的焊接缺陷有：1)  裂紋2)  未焊透3)  未熔合4)  咬邊5)  氣孔6)  夾渣3 焊接殘余應力對疲勞強度的影響此外，能夠?qū)е落摻Y構疲勞的荷載是動力的或循環(huán)性的活荷載 ,如橋式吊車對吊車梁的作用 ,車輛對橋梁的作用 ,海浪對海洋結構的作用 ,劇烈的地震等。,鋼結構焊接中的常見問題,提高焊接接頭疲勞強度的最新技術 4.1 超聲沖擊處理方法

39、 近年來發(fā)展起來的超聲沖擊提高焊接接頭及結構疲勞強度的方法，其機理與錘擊和噴丸基本一致．但這種方法執(zhí)行機構輕巧，可控性好，使用靈活方便、噪音極小、效率高、應用時受限少，成本低而且節(jié)能，適用于各種接頭，是一種理想的焊后改善焊接接頭疲勞性能的方法，焊接接頭經(jīng)超聲沖擊處理后，疲勞強度提高了50%~170%，效果十分顯著。4.2 低相變點焊條方法 4.2.1 提高焊接接頭疲勞強度原理和發(fā)展 壓縮應力可以提高焊接接頭的疲勞強度，眾所

40、周知，由于化學成分、合金含量和冷卻速度不同，鋼鐵材料在冷卻過程中會發(fā)生不同的組織轉(zhuǎn)變或多次的組織轉(zhuǎn)變，這一組織轉(zhuǎn)變伴隨有體積膨脹，在拘束條件下將會產(chǎn)生相變應力，屬于壓縮應力。低相變點焊條（Low Transformation Temperature Welding Electrode, LTTE）就是一種利用相變應力在焊接接頭中產(chǎn)生壓縮應力提高焊接接頭疲勞強度的新型焊接材料。 近幾年，依靠Cr和Ni降低焊接材料熔敷金屬的馬氏體相變

41、點，并由于超低碳鋼材的發(fā)展，低相變點焊條得到了快速的發(fā)展，日本和中國在這方面進行了大量的研究，但目前仍然在實驗室階段4.2.2 LTTE焊條改善疲勞強度的效果（1）LTTE方法 采用低相變點焊條LTTE和普通焊條E5015分別對橫向?qū)咏宇^、非承載十字接頭、縱向環(huán)繞角焊縫接頭、縱向平行角焊縫接頭和縱向?qū)咏宇^施焊，并進行疲勞對比試驗。結果表明，相變點焊條LTTE接頭的疲勞強度分別比普通焊條E5015接疲勞強度提高11%、23

42、%、42%、46%合59%，疲勞壽命提高幅度從幾倍到上百倍（2）低相變點焊條焊趾熔修（LTTE-dressing）方法 如果使焊接接頭的焊趾部位產(chǎn)生殘余壓縮應力，則可以提高焊接接頭的疲勞強度，而并不需要全部采用低相變點焊條，這樣可以降低使用成本。從這一思路考慮，天津大學在試驗的基礎上提出了低相變點焊條焊趾熔修(LTTE-dressing)提高焊接接頭疲勞強度的方法。,新技術在鋼結構焊接中的應用,低合金高強鋼焊接技術 

43、厚板焊接技術 低溫焊接技術 組合樓板栓釘穿透焊技術  采用陶瓷襯墊的焊接技術 鋼結構埋設件壓力埋弧焊技術,低合金高強鋼焊接技術 （1） 建筑鋼結構用高強鋼獲得良好性能的途徑： ①合金強化：通過微合金元素的細晶強化、析出強化，提高鋼板的強度和韌性；通過正火細化晶粒、均勻組織，進一步提高鋼板的塑性和韌性。國產(chǎn)高強鋼（中厚板）主要是通過這種方法制造的； ②組

44、織強化（如淬火+回火）：軋后加熱溫度超過相變重結晶溫度30～50℃，經(jīng)水冷后生成的淬火過飽和固溶體為不穩(wěn)定組織，強度和硬度都很高。隨后進行600℃高溫回火則可使淬火固溶體分解軟化，達到塑性和韌性的要求，也稱為調(diào)質(zhì)處理。 ③控軋控冷工藝(TMCP)：嚴格控制鋼板冷卻及厚度下降的過程，并在接近或低于鐵素體開始生成的溫度(Ar3910攝氏度)下完成終軋。其顯微組織及力學性能不可由熱處理獲得。這種軋制方式可在較低的碳當量下獲得較高的

45、強度且焊接性好； ④淬火+自回火控制軋制（QST）：盧森堡鋼廠的軋制H型鋼（Gr60鋼曾在新保利大廈工程中使用），淬火后利用截面中部溫度散熱進行自回火，是TMCP的特殊應用。如Gr65鋼的淬火溫度為871攝氏度，自回火溫度為593攝氏度。其強度高同時焊接性好。 （2） 高強鋼用焊材選配原則 ①強匹配，強節(jié)點弱桿件：焊接材料熔敷金屬的強度、塑性、沖擊韌性高于母材標準規(guī)定的最低值。焊接接頭（焊縫及熱影響區(qū)

46、）各項性能全面要求達到母材標準規(guī)定的最低值； ②兼顧焊縫塑性：厚板焊接時按厚度效應后的強度選配焊材，節(jié)點拘束度大時可在1/4板厚以下配用低強焊材； ③滿足沖擊韌性要求：必須重點選擇焊材的韌性使焊縫及熱影響區(qū)韌性達到鋼材的標準要求。,（3） 高強鋼焊接性評價方法 ①碳當量計算評定法； ②熱影響區(qū)最高硬度試驗評定法； ③插銷試驗臨界斷裂應力評定法。 （4） 最低預熱溫度

47、確定方法 ①裂紋試驗控制：根據(jù)斜Y坡口試樣抗裂試驗確定最低預熱溫度； ②硬度控制：根據(jù)一定碳當量的鋼材，其不同板厚T形接頭角焊縫熱影響區(qū)硬度達到350HV對應的冷卻速度（540攝氏度時）查表確定焊接線能量；③根據(jù)裂紋敏感指數(shù)、板厚范圍、拘束度等級、熔敷金屬擴散氫含量確定最低預熱溫④根據(jù)接頭熱輸入、冷卻時間T8/5和鋼材的特定曲線圖確定最低預熱溫度 （5） 焊接質(zhì)量控制 ①控制熱輸入與冷卻速

48、度：控制焊接電流、電壓、焊接速度以及熔敷金屬800攝氏度~500攝氏度區(qū)間的冷卻時間（t8/5）（預熱、熱）； ②控制焊縫中碳/硫/磷/氮/氫/氧含量：選用優(yōu)質(zhì)堿性低氫焊材，采用良好的操作手法充分保護熔池金屬（短弧、限制擺動、傾角穩(wěn)定）； ③應力與變形控制：選用高能量密度、低熱輸入的焊接方法，如氣體保護焊；用小線能量，多層多道焊接；減小焊接坡口的角度和間隙，減少熔敷金屬填充量；采用對稱坡口，對稱、輪流施焊；長焊縫

49、應分段退焊或多人同時施焊；用跳焊法避免變形和應力集中。 總之，對于高強鋼的焊接，應根據(jù)鋼材本身的強化機理和供貨狀態(tài)，綜合考慮其性能要求，合理選擇焊接材料和試驗方法對其焊接性作出評價，制定合理的焊接工藝，以指導實際焊接生產(chǎn)，如國家體育場工程應用的Q460E-Z35鋼采用的是微合金強化，其碳當量Ceq高達0.47%，因此，對該鋼種的焊接應主要考慮采取措施以降低其冷裂傾向，而在新保利大廈工程中采用的是QST工藝強化的高強鋼，該鋼種

50、的碳當量Ceq僅為0.36%，焊接性相當好，但是由于它使用的是淬火加自回火的工藝，因此在焊接時應嚴格控制層間溫度和焊接線能量，防止接頭出現(xiàn)弱化現(xiàn)象。,厚板焊接技術 厚鋼板焊接的關鍵是防止由于焊接而產(chǎn)生的裂紋和減少變形，應采取以下措施： ①選用合理的坡口形式，如盡量選用雙U或X坡口，如果只能單面焊接，應在保證焊透的前提下，采用小角度、窄間隙坡口，以減小焊接收縮量、提高工作效率、降低焊接殘余應力； ②選

51、擇合理的預熱及層間溫度； ③對稱施焊，科學安排焊接順序； ④做好后熱及保溫處理。,低溫焊接技術 （1）環(huán)境溫度對焊接造成的影響有以下幾點： ①焊接接頭冷卻速度增加，冷裂紋敏感性也增加； ②預熱效果變差，在低溫環(huán)境下用相同的熱源，相同的時間，不能達到應有的預熱效果； ③焊接殘余應力的作用加劇； ④環(huán)境溫度對焊工的操作帶來不利的影響。 （2）低溫焊

52、接措施①優(yōu)選焊材：在低溫環(huán)境中，應盡量選擇低氫或超低氫焊材，對焊材嚴格執(zhí)行烘焙和保溫措施； ②焊前防護：在焊接作業(yè)區(qū)域搭防護棚，使焊接區(qū)域形成相對封閉的空間，減少熱量的損失，若無條件搭設防護棚，應該采取其他有效措施對焊接區(qū)域進行防護；氣體保護焊時，焊接氣瓶也應采取相應措施進行保溫； ③預熱與層間溫度：低溫環(huán)境下的預熱溫度應稍高于常溫下的焊接預熱溫度，加熱區(qū)域為構件焊接區(qū)各方向大于或等于二倍鋼板厚度且不小于100

53、毫米范圍內(nèi)的母材，焊接層間溫度不低于預熱溫度或標準（JGJ81-2002）規(guī)定的最低溫度20℃(兩者取高值)； ④加大定位焊時的熱輸入：適當加大定位焊的熱輸入，增大焊縫截面和長度，并采用與正式焊接相同的預熱條件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧時弧坑一定要填滿，可以有效減少由于定位焊接引起的收縮裂紋； ⑤采用合理的焊接工藝：盡量使用窄擺幅，多層多道焊，嚴格控制層間溫度； ⑥焊接后熱及保溫：焊接后及時對焊

54、接接頭進行后熱保溫處理，可以有效控制t8/5，利于擴散氫氣的逸出，防止由于冷速過快而引起的冷裂紋，同時適當?shù)暮鬅釡囟?，還可以適當降低預熱溫度。 總之，鋼結構低溫焊接施工前，一定要根據(jù)實際情況做好焊接工藝評定試驗，必要時還要針對具體鋼種進行低溫焊接性試驗，作出適合的焊接工藝指導書以指導實際焊接。在低溫環(huán)境下，對焊工操作的不良影響也應給予足夠重視，一般環(huán)境溫度不宜低于－15℃。,組合樓板栓釘穿透焊技術 高層建筑鋼

55、結構組合樓板的大量使用，使區(qū)別于普通栓釘焊的栓釘穿透焊技術得到了長足的發(fā)展，所謂穿透焊，就是焊接時通過電弧燃燒使栓釘穿透壓型鋼板焊于鋼梁表面上，此時焊接栓釘起著兩個作用，一是水平抗剪切，阻止組合樓板在鋼梁上的水平位移；二是垂直抗掀起，阻止組合樓板脫離鋼梁表面。 因此在鋼結構特別是高層、超高層鋼結構的抗震破壞中起著非常重要的作用。其焊接質(zhì)量的好壞是關乎整個鋼結構施工質(zhì)量的關鍵之一。由于栓釘穿透焊焊接受到很多因素影響，包括壓型

56、板鍍鋅層、板厚、與鋼梁表面之間的間隙以及水、銹、渣、油漆等，而且在施工現(xiàn)場，各種因素互相交織又不確定，因此，要獲得良好的焊接質(zhì)量，對焊接的工藝及施工要求很高，中冶集團建筑研究總院通過大量試驗研究，并在實際施工現(xiàn)場收集了國內(nèi)外數(shù)種栓釘焊機的上萬個焊接參數(shù)，通過波型分析和實際焊接質(zhì)量的對比分析，第一次將栓釘穿透焊焊接過程分為四個階段：起弧階段、電弧不穩(wěn)定燃燒階段、電弧穩(wěn)定燃燒階段、熄弧頂鍛階段。并以此為基礎提出了能量控制法，該方法在各大工程

57、中已成功使用，如北京LG大廈，工程采用的閉口型鍍鋁鋅壓型板，鍍層高達280克/平方米，板厚達1.5毫米，栓釘直徑19毫米，使用能量控制法指導施工，一次合格率達95％以上，取得了良好的效果。,采用陶瓷襯墊的焊接技術 陶瓷襯墊強制成型單面焊，施焊方便，背面成型良好，焊接質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，在一些領域的焊接生產(chǎn)中已逐步取代鋼制襯墊。在雙面焊中采用陶瓷襯墊，由于可使用較大的根部間隙和較強的焊接規(guī)范，背面無須清根，不僅大大提高了生產(chǎn)效率

58、，而且焊縫根部質(zhì)量也容易得到保證。由于陶瓷襯墊對坡口根部間隙不敏感，襯墊長度可任意接長、剪短，尤其適合于現(xiàn)場安裝焊縫，因此近年來，在一些鋼結構工程尤其是橋梁工程有所應用，由于在焊接時，襯墊也參與了焊縫熔敷金屬的冶金反應，對根部焊縫熔敷金屬化學成分及力學性能會產(chǎn)生一定的影響，尤其是對根部沖擊韌性的影響，鑒于目前尚無相應的標準進行界定，因此在實際應用中應給予足夠的重視。,鋼結構埋設件壓力埋弧焊技術 隨著大跨度鋼結構公共建筑的快

59、速增加，其鋼結構柱子埋設件（鋼筋）應用越來越多，因而，鋼結構埋設件壓力埋弧焊技術在工程實踐中不斷得到應用。其關鍵技術措施是： ①選定性能穩(wěn)定安全適用的焊機或改造螺柱焊機； ②認真進行焊接工藝評定試驗，根據(jù)鋼筋直徑選擇相應的焊接工藝參數(shù)； ③根據(jù)焊接接頭與母材等強的原則，選用性能良好交直流兩用的焊劑。,總結,焊縫連接是當前鋼結構的主要連接方式，手工電弧焊和自動（或半自動）埋弧焊是目前應用最多的焊縫

60、連接方法。與螺栓連接相比，焊接結構具有以下的優(yōu)點： （ 1 ）比較圖 6 -7 所示鋼板的螺栓連接和焊縫連接，可見焊縫連接不需鉆孔，截面無削弱；不需額外的連接件，構造簡單；從而焊縫連接可省工省料，得到經(jīng)濟的效果。這些可以說是它的最大的優(yōu)點。 （ 2 ）焊接結構的密閉性好、剛度和整體性都較大。此外，有些結點如鋼管與鋼管的 Y 形和 T 形連接等，除焊縫外是較難采用螺栓連接或其他連接的。,總結,焊縫連接也存在以下一些不足之處：

61、　（l）受焊接時的高溫影響?。?）焊縫易存在各種缺陷。焊縫附近的主體金屬易導致材質(zhì)變脆。因而導致構件內(nèi)產(chǎn)生應力集中而使裂紋擴大?！。?）由于焊接結構的剛度大，個別存在的局部裂紋易擴展到整體?！。?）焊接后，由于冷卻時的不均勻收縮，構件內(nèi)將存在焊接殘余應力，可使構件受荷時部分截面提前進入塑性，降低受壓時構件的穩(wěn)定臨界應力?！。?）焊接后，由于不均勻脹縮而使構件產(chǎn)生焊接殘余變形，如使原為平面的鋼板發(fā)生凹凸變形等。　　由于焊縫連接