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1、,钢结构的焊接,章 介,1.钢结构焊接连接特性,2,2.焊缝形式及缺陷,3,一、钢结构常用焊接方法,1.手工电弧焊,A、焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应。,原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形 成焊缝。,焊接连接的特性,4,Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500-5518),Q345钢选择E50型焊条(E5000-5048),B、焊条的表示方法：,E焊条(Electrode),第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2),第3、4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。,缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率
2、低。,优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；,Q235钢选择E43型焊条（E4300-E4328),C、优、缺点,二、焊缝形式及缺陷,5,（1）对接焊缝,（2）角焊缝,6,3.焊缝位置,三、焊缝缺陷及焊缝质量检查,7,1.焊缝缺陷,2.焊缝质量检查,8,外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。,内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方法。还可以采用X射线或射线透照或拍片。,焊接检测尺,9,焊接检测尺,10,焊接检测尺,11,焊接检测尺,12,13,钢结构工程施工及验收规范规定：,焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。,三级焊缝只要求
3、对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准。,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。,3.焊缝代号,14,详细参见表3-1，图3-13,三、焊接残余应力和变形,一、焊接残余应力的分类及其产生的原因 1、焊接残余应力的分类 A、纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向;B、横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向;C、沿厚度方向的焊接残余应力。2、焊接残余应力产生的原因（1）纵向焊接残余应力,15,16,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1600oC，而邻近区域温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生热态塑性压
4、缩，焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到屈服强度。焊接残余应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。,（2）横向焊接残余应力,产生的原因:1、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形的趋势，导致两焊件在焊缝处中部受拉，两端受压；2、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生横向塑性压缩变形。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，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应力；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。,17,
5、18,（3）沿厚度方向的焊接残余应力,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，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性压缩变形。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，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，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x,y 外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力z，这三种应力形成同号(受拉)三向应力，大大降低连接的塑性。,19,二、焊接残余应力对结构性能的影响,1、对结构静力强度的影响,20,因焊接残余应力自相平衡，故：,当板件全截面达到fy，即N=Ny时：,2、对结构刚度的影响,21,A、当焊接残余应力存在时，因
6、截面的bt部分拉应力已经达到fy，故该部分刚度为零（屈服），这时在N作用下应变增量为：,B、当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为：,因为B-b 2。,22,结论：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。,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。,3、对低温冷脆的影响,对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。所以，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。,23,4、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钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹
7、的敏感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。,四、减小焊接残余应力和焊接变形的措施,1、设计上的措施；（1）焊接位置的合理安排（2）焊缝尺寸要适当（3）焊缝数量要少，且不宜过分集中（4）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉（5）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力2、加工工艺上的措施（1）采用合理的施焊顺序（2）采用反变形处理（3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理,24,高强螺栓,25,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45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢、35CrMoA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
8、可重复使用，高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。扭矩扳手，在使用前必须校正。,高强度螺栓连接和焊接的区别,26,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，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。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。,
