全熔透焊缝的合理应用

全熔透焊缝的合理应用标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]

全熔透焊缝的合理应用

摘要: 在建筑钢结构中对熔透焊的应用存在一些的误区,本文试对问题的实质进行分析、探索,为其合理应用提出一些实质性意见和建议

关键词：等强应力集中角焊缝部分熔透焊缝全熔透焊缝工艺纪律

一、问题的提出

全熔透焊缝通常指平对接焊缝和T形连接焊缝，本文是针对T形接头而言。该类接头多为双面角焊缝或坡口角焊缝（部分熔透焊）。然而在现行的钢结构设计图纸上出现T形接头有许多要求是全熔透焊。主要原因之一是现行的有关规范上的一些要求。

在GB50017—2003 《钢结构设计规范》的7.1.1中,“1.在需进行要疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透，…不需要计算疲劳的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝应予焊透…”。因在JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》中把T形接头称作对接与角接组合焊缝，容易给人造成误解，把T形接头也作为对接接头来要求。

在GB50017—2003 《钢结构设计规范》的7.4.3 梁柱连接节点处柱腹板横向加劲肋应满足下列要求：“…横向加劲肋…，用焊透的T形对接焊缝与柱翼缘连接。当梁与H形或工字形截面柱的腹板垂直相连形成刚接时，横向加劲肋与柱腹板的连接也宜采用焊透对接焊缝。”

在CECS102：2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》上的条中，有“刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝，…”。

由于要求范围大，有强制性，就容易使设计者走进误区.致使在现在的钢结构工程设计中动辄就是熔透焊,给工程造成很大的损失。在我国建筑钢结构设计中之所以熔透焊缝会大量采用，除在规范上的要求外，笔者认为主要是：

一是认为全熔透焊缝至少保证了焊缝的截面积与翼板的横载面相同，这样就保证了焊缝与母材等强，就不会有问题了。

二是认为全熔透焊缝的质量可靠，因它规定要用探伤的方法来检查，而部分熔透焊缝与角焊缝只是外观检查，不作探伤检查，内部质量不够可靠。以至许多本来可以用部分熔透焊或角焊缝来实现的，也都用全熔透焊来要求。

三是规范中把角焊缝定为三级焊缝更加深了其误解。

设计人员的不负责任的保守设计是多用全熔透焊缝的主要根源。

二、熔透焊的缺点

1．T形熔透焊缝施焊成本高，工艺性差

在实际的构件施焊时，为保证接头和T形全熔透焊焊缝的质量, 在一般情况下是采取一侧焊缝焊好后，用碳弧气刨的方法在反面进行清根，然后再焊接的办法。

而这种焊接后反面碳弧气刨清根再焊接的方法一般是在返修时才采用的，在正式施工时应尽量避用。因该方法存在以下缺点：

⑴．清根时把装配时用作定位的钝边部分刨掉后，使原来钝边的限止焊缝收缩的支撑力失去，

使原来对坡口焊缝横向收缩的约束失去，接头在残余收缩应力作用下进一步产生收缩。所以焊缝的横向收缩量增大，使构件精度控制难度加大。而由于经三次热循环（正面焊、反面气刨，反面焊接）接头热影响区的性能降低，特别是粗晶加重，翼板的层间结合力降低，Z向性能下降。

⑵．在对H型钢的翼板进行气刨清根时，有时由于腹板的阻挡,熔渣屑将反喷向焊工，所以可操作性很差。在梁柱连接节点处柱腹板的横向加劲肋与柱翼缘、腹板的连接，在清根时反喷也很严重。

⑶．由于碳弧气刨用的是压缩空气砍，气刨表面全部是氧化铁，由于气刨后的槽道狭窄，清理打磨困难，不能有效磨掉，使焊接后焊缝金属中氧化铁含量偏高。特别是焊接采用二氧化碳气保焊，因脱氧性差，就更不利。

⑷．气刨后焊接，被焊金属多次加热，对热影响区组织和性能影响较大，接头性能下降。

⑸．该焊缝的施工要比焊缝计算厚度与母材等强的部分熔透焊缝或双面角焊缝用的总工时（包括开坡口、装配定位焊、焊接、矫正、气刨、探伤）多2-4倍。

2．T形熔透焊接点的力流线弯曲半径小，应力集中程度大于部分熔透焊缝和角焊缝，由于熔透焊的焊脚小（通常焊脚为t/4，），所以接头在焊趾处更容易形成结构的应力集中区。

从图2中可见受力后很大一部分力主要通过焊缝的外层，角焊缝的力流线明显比熔透焊过渡平缓。而接头的应力集中有时是比动载和疲劳更容易造成开裂的原因。

三、选择焊缝应考虑的因素

选择焊缝应考虑的因素是一个很大的题目。笔者认为一个T形接头是采用熔透焊缝、坡口角焊缝还是角焊缝不能单从是否要求等强来规定，而应根据情况作具体分析后才能确定。考虑的因素主要有以下几个方面：

1．焊缝强度

首先必须纠正只有熔透焊才能是等强、抗疲劳、抗震的错误观点。无论是角焊缝、坡口角焊缝都可承担等强、抗疲劳、抗震、抗裂的作用。角焊缝在焊脚和熔深一定时也完全可使与母材等强或超强。

对于焊缝强度设计值，在GB50017-2003中，角焊缝的强度设计值远小于三级对接焊缝，例如≤16mm的Q345钢的焊缝的强度设计值，一、二级对接焊缝为310 N/mm2，三级为265N/mm2，而角焊缝的强度设计值仅为200

N/mm2。这样很容易带来误解，认为角焊缝的强度差。规范中这样不设任何前提，没有可比性的两种焊缝放在一个表上是不妥的。它易误导了设计人员对角焊缝的合理使用。实际上角焊缝的焊缝金属的强度并不比对接焊缝差。如是考虑到把角焊缝由于不便于探伤而只能将其定为三级焊缝，这是不科学不合理的，必须纠正。

有资料表示，梁与端板的连接，其端板与梁的翼板的连接都是采用双面角焊缝，其焊缝厚度a=t/2，a为焊缝厚，t为梁翼板厚。［1］。

“在T形（或十字）接头中角焊缝尺寸：按等强考虑，双面角焊缝的焊脚尺寸应为：

就是直接承受动载荷或疲劳的T型熔透焊缝，在焊缝的端部是最容易发生开裂的地方，所以端部的焊脚高要按t/2来要求，也可用增加筋板来实现(见图3)。使该节点的总的强度、抗震抗裂性超过其连接件（母材）。或在

工艺上要求包边包角或带加强高的焊缝封头(见图4 )，使总的强度应超过接头中部。该措施应是比单要求熔透焊更为重要。许多钢结构厂为了美观，错误的把该焊缝在最后磨成与板边一样平，应纠正。

2．板厚与刚度

在考虑到接头形式与结构状态情况下，板厚小用角焊的原则在上面已有说明，对于薄板如采用熔透焊不但是个成本上的浪费，而且对装配质量，接头质量也是不利的。而采用角焊缝工艺性好。节头的综合质量也比熔透焊好。

连接焊缝的设计，除强度外，还必须考虑刚度，焊缝连接接头的刚度尽量与被连接件一致，或略大于连接件，使整个结构的刚度过渡是平滑的。

美国的轻钢厂房结构，H型钢均采用薄板（＜6mm）、大高度，它的翼板与腹板的焊接均采用单面角焊缝，其焊缝厚度远小于腹板的板厚。就是从构件的刚度考虑的。因为该焊缝受力后产生屈曲前，腹板的刚性已经失稳产生弯曲。

但当T形接头的板厚过大时，就要考虑采用熔透焊，目的主要是为避免产生层状撕裂。

虽在规范中有“凡要求与母材等强的对接焊缝应予焊透”，但它指的是平对接焊缝，而对于T型焊缝，如在结构的连接设计中要求与母材等强，除直接承受动载和需要验算疲劳的以外，通常宜按焊缝计算厚度与母材等强的部分熔透焊缝或等强的角焊缝来实现。

四、设计上应正确使用熔透焊