8钢结构连接对接焊缝解析
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第17章 钢结构的连接
• 必须符合安全可靠、传力明确、构造简单、制 造方便和节约钢材的原则。 • 连接方法:焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接
焊接连接
优点: • 对钢材任何部位都可直接连接,不削弱构件截面。 • 节约钢材。 • 结构刚度大,密闭性好。 • 易于自动化生产。 缺点: • 焊接附近热影响区材质,易低温脆断,局部裂纹易扩 展。 • 焊接残余应力、残余变形存在对结构不利。 • 焊接部位塑性、韧性较差。 • 施焊产生的缺陷使疲劳强度降低。
焊接作业条件 1.焊接时,作业区,环境温度不应低于100C;相对湿度不 应大于90%;手工电弧焊和自保护药芯焊丝电弧焊,最大 风速不应超过8m/s,气体保护电弧焊最大风速不应超过 2m/s。 当超出且必须进行焊接时,应编制专项方案。 2.现场高空焊接作业应搭设稳固的操作平台和防护棚 3.焊接前,应采用钢丝刷、砂轮等工具清除待焊处表面的 氧化皮、铁锈、油污等杂物。 4.当焊接作业环境温度低于0℃但不低于-10℃时,应采 取加热或防护措施,应将焊接接头和焊接表面各方向大于 或等于2倍钢板厚度且不小于100mm范围内的母材,加热到 规定的最低预热温度且不低于20℃后再施焊。
V 270103 2 w 2 剪应力 w 93 N / m m f 125 N / m m v Aw 29.1102 380 1 124 118N / m m2 400 "1"点的折算应力
12 3 2 1182 3 932 200N / m m2 1.1 f t w 204N / m m2
d)
a) 焊条
b)
c)
平焊
立焊
横焊
仰焊
焊接材料的应用(P40)
一、焊条
1.焊条的种类
焊条型号,E表示焊条,前两位数字为熔敷金属的最小 抗拉强度(单位为kgf/mm2),第三、四位数字表示使用 焊接位置、电流以及药皮类型等。 碳钢焊条E43系列(E4300~E4316)、 E50系列(E5001~
E5004)
3.变厚度板或变宽度板对接,在板的一面或两面切 成坡度不大于1:4的斜面,避免应力集中。
二、对接焊缝连接的计算 1.轴心受力的对接焊缝 (1)正焊缝 验算截面矩形,只有正应力。
N N 矩形截面
lw t
N N
b
N f t w 或 f cw l wt
(3-1)
引弧板
lw—焊缝计算长度(有引弧扳时为焊件宽度b,无引弧扳 时为b-2t
预习角焊缝
图3.3 埋弧自动电弧焊
自动或半自动埋弧焊
门式全自动埋弧焊机
二、焊缝连接的形式 1.按两焊件的相对位置: 平接、搭接、T形连接、角部连接。见P116图17-5 盖板拼接的对接连接
2.按焊缝的性质:对接焊缝,角焊缝
对接焊缝 被连接板件1 被连接板件2
对接焊缝
角焊缝
3.按施焊时焊缝在焊件之间的位置分类: 平焊、立焊、横焊、仰焊
1 0.8(38 2 0.8)3 2 1(15 2 1)19.52 13102 cm4 12 13102 Ww 655cm3 20 w Aw 0.8(38 2 0.8) 29.1cm2 Iw 最大正应力 max M 270 30104 2 w 2 124 N / m m f 185 N / m m t Ww 655103
手工电弧焊操作及电弧焊机
直流手工电弧焊--氩弧焊 多功能焊机
2.埋弧焊(自动或半自动) 适于厚板的焊接,较长直线焊缝 3.气体保护焊 气体保护层,防止有害气体的侵入。 全位置焊接,用于厚钢板或特厚钢板
1-焊丝转盘;2-转动焊丝的电动机; 3-焊剂漏斗;4-电源;5-熔化的焊剂;
6-焊缝金属;7-焊件;8-焊剂;9-移动方向
四、焊缝连接的缺陷、质量检验和焊缝质量级别 1、焊缝连接的缺陷P28图2-16 常见的缺陷形式:裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、 夹渣、咬边、未融合、未焊透
2、焊缝质量检验 按检验方法:外观检查(焊前检验、焊中检验、成品检验) 超声波探伤检验、X射线检验。 3、焊缝质量等级 一级焊缝:对全部焊缝作外观及无损探伤检查 直接承受动力荷载和疲劳性能有较高要求 二级:对全部焊缝作外观检查,对部分焊缝作超声波等无 损探伤检查。 三级:对全部焊缝作外观检查。 一般满足要求,不需标注
一、焊接方法(电弧焊、电阻焊、气焊、栓焊等) P37 焊接准备工作、焊接顺序: 1.手工电弧焊 电焊条药皮作用:形成的熔渣和气体覆盖着熔池,防止 空气中的氧、氮等气体与熔化的液体金属接触,避免形 成脆性易裂的化合物。 适于任意空间位置的焊接,特别适于焊接短焊缝
a)电路; b)施焊过程; 1-电焊机;2-导线;3-焊件;4-电弧;5-药皮;6-起保护作用的气体; 7-熔焊;8-焊缝金属;9-主体金属;10-焊丝;11-熔池 图3.2 手工电弧焊
5)焊缝缺陷返修的预热温度应高于相同条件下正常焊接的 预热温度30~50℃,并采用低氢焊接方法和焊接材料进行 焊接; 6)焊缝返修部位应连续焊成,中断焊接时应采取后热、保 温措施; 7)焊缝同一部位的缺陷返修次数不宜超过二次。当超过两 次时,返修前应先对焊接工艺进行工艺评定,评定合格后 再进行后续的返修焊接。返修后的焊接接头区域应增加磁 粉或着色检查。
对接连接正焊缝若加引弧板施焊,且质量达到 一、二级,则无需焊缝抗拉强度验算。 需对正焊缝进行抗拉强度验算: a.未使用引弧板施焊; b.III级焊缝质量。
(2)斜焊缝
验算截面矩形,有 、 。
N sin f t w 或 f cw t lw
N
N
N lw Ncos
N
N
t
N cos f vw t lw
N
Nsin
“规范”规定
wenku.baidu.com
tg 1.5
时,不检算焊缝强度。
1.2b
b
0.67b
b 1.5 0.67 b
【例1】 试验算如图所示钢板的对接焊缝的强度。图中 b=540mm,t=22mm,轴心力的设计值为N=2150kN。钢材 为Q235—B,手工焊,焊条为E43型,三级检验标准的焊 缝,施焊时加引弧板。
保 温 桶
二、焊丝 1.牌号:碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢 “H”表示焊接用焊丝,后面的数字表示碳的质量分数, 化学元素符号及其质量分数。尾部A优质品,E高级优质 品 2.表面质量 三、焊剂“HJ” 1.作用:保护、冶金、改善焊接工艺性 2.烘焙,放入保温箱 3.焊剂与焊丝匹配 四、焊接用气体 保护气体:主要二氧化碳和氩气
低合金钢焊条E50系列(E5000-X~5027-X)、 E55系列(E5500X~5518-X)X表示熔敷金属化学成分分类代号
不同的钢材相焊接,采用与低强度钢材相适应的焊条。
2.焊条的选用 焊条化学成分 焊接材料的力学性能及化学成分 焊件的结构特点和受力状态 焊件的工作性能和环境条件(冲击荷载、腐蚀介质环境) 操作工艺性能 施焊条件(直流、交流) 3.焊条的使用 保管与存放:分类、牌号、避免混放 通风良好、干燥,离墙体和地面300㎜以上 使用:出厂合格证 焊芯锈蚀,试验合格后使用,严重受潮,报废 用前按说明书要求烘焙
带引弧板V形坡口对接焊 引弧板
引弧板、引出板和衬垫板为钢材时,应选用屈服强度 不大于被焊钢材标称强度的钢材,且焊接性相近。 焊条电弧焊和气体保护电弧焊焊缝引出长度应大于 25mm,埋弧焊缝引出长度应大于80mm。焊接完成并完 全冷却后,可采用火焰切割、碳弧气刨或机械等方法 除去引弧板、引出板,并修磨平整,严禁用锤击落。 钢衬垫应与接头母材密贴连接,其间隙不应大于1.5mm, 并与焊缝充分熔合。手工电弧焊和气体保护电弧焊时, 钢衬垫板厚度不应小于4mm;埋弧焊接时,厚度不应小 于6mm;电渣焊时,厚度不应小于25mm。
(满足)
3.轴心力、弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝计算
工字型、箱型截面腹板与冀缘交界处的折算应力
思考题 1、钢结构常用的连接方法有哪几种? 2、说明常用焊缝符号表示的意义? 3、手工焊条型号根据什么选择?Q235、Q345钢材 分别选用哪些焊条系列。 4、对接焊缝在哪种情况下须进行计算,为什么? P145习题7、8
2.承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 进行最大正应力、最大剪应力和折算应力(对于工字型截面 焊缝)的计算:
例4-1:P46计算图示牛腿与柱的对接焊缝。已知F=270KN (设计值),钢材Q235B,焊条E43系列,手工焊,无引 弧板和引出板,焊缝质量三级
解:假定剪力全部由腹板焊缝平均承受,弯矩由整个截面焊缝承受
对接焊缝连接的构造和计算
一、构造 1.对接焊缝的形式和构造 按受力的方向:正对接、斜对接 坡口形式:I形、V形、J形、U形、K形、X形等P27图2-14 2.构造处理 起落弧处易有焊接缺陷,用引弧板。 除承受动力荷载外,一般不用。 如未加引弧板,计算时将焊缝长度 b 两端各减去t(t为较薄焊件的厚度)。
焊缝缺陷返修: 1)焊瘤、凸起或余高过大用砂轮或碳弧气刨清除过量焊缝金属; 2)凹陷、弧坑、咬边或焊缝尺寸不足等缺陷应进行补焊; 3)未熔合、焊缝气孔或夹渣等在完全清除缺陷后进行补焊; 4)焊缝或母材上裂纹采用磁粉、渗透或其他无损检测确定裂纹 的范围及深度,用砂轮打磨或碳弧气刨清除裂纹及其两端各 50mm长的完好焊缝或母材,并用渗透或磁粉探伤方法确定裂纹 完全清除后,再重新进行补焊。对于拘束度较大的焊接接头上 裂纹的返修,碳弧气刨清除裂纹前,宜在裂纹两端钻止裂孔后 再清除裂纹缺陷。
焊接质量控制 一、电弧焊的焊接参数及工艺措施 1.焊条电弧焊焊接参数 焊条直径、焊接电流、焊接电压、焊条角度、焊接速度、 焊接层数 2.常用焊接工艺措施 预热(范围、温度)、后热、焊后热处理(消除残余应力)、清 根 焊条的烘焙 3.焊条电弧焊的基本操作技术 引弧、运条、焊缝的起头、收弧
二、CO2气体保护焊 1. 焊接参数 焊丝直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊丝伸出长 度、 CO2气体流量、极性(直流反接) 2. 操作技术 引弧、焊接、收弧 三、埋弧焊工艺质量控制 1.焊接材料与母材匹配 2.焊前准备:坡口加工、装配和定位焊、焊接材料的使用、 焊机的保养与检查 3.焊接工艺
• 必须符合安全可靠、传力明确、构造简单、制 造方便和节约钢材的原则。 • 连接方法:焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接
焊接连接
优点: • 对钢材任何部位都可直接连接,不削弱构件截面。 • 节约钢材。 • 结构刚度大,密闭性好。 • 易于自动化生产。 缺点: • 焊接附近热影响区材质,易低温脆断,局部裂纹易扩 展。 • 焊接残余应力、残余变形存在对结构不利。 • 焊接部位塑性、韧性较差。 • 施焊产生的缺陷使疲劳强度降低。
焊接作业条件 1.焊接时,作业区,环境温度不应低于100C;相对湿度不 应大于90%;手工电弧焊和自保护药芯焊丝电弧焊,最大 风速不应超过8m/s,气体保护电弧焊最大风速不应超过 2m/s。 当超出且必须进行焊接时,应编制专项方案。 2.现场高空焊接作业应搭设稳固的操作平台和防护棚 3.焊接前,应采用钢丝刷、砂轮等工具清除待焊处表面的 氧化皮、铁锈、油污等杂物。 4.当焊接作业环境温度低于0℃但不低于-10℃时,应采 取加热或防护措施,应将焊接接头和焊接表面各方向大于 或等于2倍钢板厚度且不小于100mm范围内的母材,加热到 规定的最低预热温度且不低于20℃后再施焊。
V 270103 2 w 2 剪应力 w 93 N / m m f 125 N / m m v Aw 29.1102 380 1 124 118N / m m2 400 "1"点的折算应力
12 3 2 1182 3 932 200N / m m2 1.1 f t w 204N / m m2
d)
a) 焊条
b)
c)
平焊
立焊
横焊
仰焊
焊接材料的应用(P40)
一、焊条
1.焊条的种类
焊条型号,E表示焊条,前两位数字为熔敷金属的最小 抗拉强度(单位为kgf/mm2),第三、四位数字表示使用 焊接位置、电流以及药皮类型等。 碳钢焊条E43系列(E4300~E4316)、 E50系列(E5001~
E5004)
3.变厚度板或变宽度板对接,在板的一面或两面切 成坡度不大于1:4的斜面,避免应力集中。
二、对接焊缝连接的计算 1.轴心受力的对接焊缝 (1)正焊缝 验算截面矩形,只有正应力。
N N 矩形截面
lw t
N N
b
N f t w 或 f cw l wt
(3-1)
引弧板
lw—焊缝计算长度(有引弧扳时为焊件宽度b,无引弧扳 时为b-2t
预习角焊缝
图3.3 埋弧自动电弧焊
自动或半自动埋弧焊
门式全自动埋弧焊机
二、焊缝连接的形式 1.按两焊件的相对位置: 平接、搭接、T形连接、角部连接。见P116图17-5 盖板拼接的对接连接
2.按焊缝的性质:对接焊缝,角焊缝
对接焊缝 被连接板件1 被连接板件2
对接焊缝
角焊缝
3.按施焊时焊缝在焊件之间的位置分类: 平焊、立焊、横焊、仰焊
1 0.8(38 2 0.8)3 2 1(15 2 1)19.52 13102 cm4 12 13102 Ww 655cm3 20 w Aw 0.8(38 2 0.8) 29.1cm2 Iw 最大正应力 max M 270 30104 2 w 2 124 N / m m f 185 N / m m t Ww 655103
手工电弧焊操作及电弧焊机
直流手工电弧焊--氩弧焊 多功能焊机
2.埋弧焊(自动或半自动) 适于厚板的焊接,较长直线焊缝 3.气体保护焊 气体保护层,防止有害气体的侵入。 全位置焊接,用于厚钢板或特厚钢板
1-焊丝转盘;2-转动焊丝的电动机; 3-焊剂漏斗;4-电源;5-熔化的焊剂;
6-焊缝金属;7-焊件;8-焊剂;9-移动方向
四、焊缝连接的缺陷、质量检验和焊缝质量级别 1、焊缝连接的缺陷P28图2-16 常见的缺陷形式:裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、 夹渣、咬边、未融合、未焊透
2、焊缝质量检验 按检验方法:外观检查(焊前检验、焊中检验、成品检验) 超声波探伤检验、X射线检验。 3、焊缝质量等级 一级焊缝:对全部焊缝作外观及无损探伤检查 直接承受动力荷载和疲劳性能有较高要求 二级:对全部焊缝作外观检查,对部分焊缝作超声波等无 损探伤检查。 三级:对全部焊缝作外观检查。 一般满足要求,不需标注
一、焊接方法(电弧焊、电阻焊、气焊、栓焊等) P37 焊接准备工作、焊接顺序: 1.手工电弧焊 电焊条药皮作用:形成的熔渣和气体覆盖着熔池,防止 空气中的氧、氮等气体与熔化的液体金属接触,避免形 成脆性易裂的化合物。 适于任意空间位置的焊接,特别适于焊接短焊缝
a)电路; b)施焊过程; 1-电焊机;2-导线;3-焊件;4-电弧;5-药皮;6-起保护作用的气体; 7-熔焊;8-焊缝金属;9-主体金属;10-焊丝;11-熔池 图3.2 手工电弧焊
5)焊缝缺陷返修的预热温度应高于相同条件下正常焊接的 预热温度30~50℃,并采用低氢焊接方法和焊接材料进行 焊接; 6)焊缝返修部位应连续焊成,中断焊接时应采取后热、保 温措施; 7)焊缝同一部位的缺陷返修次数不宜超过二次。当超过两 次时,返修前应先对焊接工艺进行工艺评定,评定合格后 再进行后续的返修焊接。返修后的焊接接头区域应增加磁 粉或着色检查。
对接连接正焊缝若加引弧板施焊,且质量达到 一、二级,则无需焊缝抗拉强度验算。 需对正焊缝进行抗拉强度验算: a.未使用引弧板施焊; b.III级焊缝质量。
(2)斜焊缝
验算截面矩形,有 、 。
N sin f t w 或 f cw t lw
N
N
N lw Ncos
N
N
t
N cos f vw t lw
N
Nsin
“规范”规定
wenku.baidu.com
tg 1.5
时,不检算焊缝强度。
1.2b
b
0.67b
b 1.5 0.67 b
【例1】 试验算如图所示钢板的对接焊缝的强度。图中 b=540mm,t=22mm,轴心力的设计值为N=2150kN。钢材 为Q235—B,手工焊,焊条为E43型,三级检验标准的焊 缝,施焊时加引弧板。
保 温 桶
二、焊丝 1.牌号:碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢 “H”表示焊接用焊丝,后面的数字表示碳的质量分数, 化学元素符号及其质量分数。尾部A优质品,E高级优质 品 2.表面质量 三、焊剂“HJ” 1.作用:保护、冶金、改善焊接工艺性 2.烘焙,放入保温箱 3.焊剂与焊丝匹配 四、焊接用气体 保护气体:主要二氧化碳和氩气
低合金钢焊条E50系列(E5000-X~5027-X)、 E55系列(E5500X~5518-X)X表示熔敷金属化学成分分类代号
不同的钢材相焊接,采用与低强度钢材相适应的焊条。
2.焊条的选用 焊条化学成分 焊接材料的力学性能及化学成分 焊件的结构特点和受力状态 焊件的工作性能和环境条件(冲击荷载、腐蚀介质环境) 操作工艺性能 施焊条件(直流、交流) 3.焊条的使用 保管与存放:分类、牌号、避免混放 通风良好、干燥,离墙体和地面300㎜以上 使用:出厂合格证 焊芯锈蚀,试验合格后使用,严重受潮,报废 用前按说明书要求烘焙
带引弧板V形坡口对接焊 引弧板
引弧板、引出板和衬垫板为钢材时,应选用屈服强度 不大于被焊钢材标称强度的钢材,且焊接性相近。 焊条电弧焊和气体保护电弧焊焊缝引出长度应大于 25mm,埋弧焊缝引出长度应大于80mm。焊接完成并完 全冷却后,可采用火焰切割、碳弧气刨或机械等方法 除去引弧板、引出板,并修磨平整,严禁用锤击落。 钢衬垫应与接头母材密贴连接,其间隙不应大于1.5mm, 并与焊缝充分熔合。手工电弧焊和气体保护电弧焊时, 钢衬垫板厚度不应小于4mm;埋弧焊接时,厚度不应小 于6mm;电渣焊时,厚度不应小于25mm。
(满足)
3.轴心力、弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝计算
工字型、箱型截面腹板与冀缘交界处的折算应力
思考题 1、钢结构常用的连接方法有哪几种? 2、说明常用焊缝符号表示的意义? 3、手工焊条型号根据什么选择?Q235、Q345钢材 分别选用哪些焊条系列。 4、对接焊缝在哪种情况下须进行计算,为什么? P145习题7、8
2.承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 进行最大正应力、最大剪应力和折算应力(对于工字型截面 焊缝)的计算:
例4-1:P46计算图示牛腿与柱的对接焊缝。已知F=270KN (设计值),钢材Q235B,焊条E43系列,手工焊,无引 弧板和引出板,焊缝质量三级
解:假定剪力全部由腹板焊缝平均承受,弯矩由整个截面焊缝承受
对接焊缝连接的构造和计算
一、构造 1.对接焊缝的形式和构造 按受力的方向:正对接、斜对接 坡口形式:I形、V形、J形、U形、K形、X形等P27图2-14 2.构造处理 起落弧处易有焊接缺陷,用引弧板。 除承受动力荷载外,一般不用。 如未加引弧板,计算时将焊缝长度 b 两端各减去t(t为较薄焊件的厚度)。
焊缝缺陷返修: 1)焊瘤、凸起或余高过大用砂轮或碳弧气刨清除过量焊缝金属; 2)凹陷、弧坑、咬边或焊缝尺寸不足等缺陷应进行补焊; 3)未熔合、焊缝气孔或夹渣等在完全清除缺陷后进行补焊; 4)焊缝或母材上裂纹采用磁粉、渗透或其他无损检测确定裂纹 的范围及深度,用砂轮打磨或碳弧气刨清除裂纹及其两端各 50mm长的完好焊缝或母材,并用渗透或磁粉探伤方法确定裂纹 完全清除后,再重新进行补焊。对于拘束度较大的焊接接头上 裂纹的返修,碳弧气刨清除裂纹前,宜在裂纹两端钻止裂孔后 再清除裂纹缺陷。
焊接质量控制 一、电弧焊的焊接参数及工艺措施 1.焊条电弧焊焊接参数 焊条直径、焊接电流、焊接电压、焊条角度、焊接速度、 焊接层数 2.常用焊接工艺措施 预热(范围、温度)、后热、焊后热处理(消除残余应力)、清 根 焊条的烘焙 3.焊条电弧焊的基本操作技术 引弧、运条、焊缝的起头、收弧
二、CO2气体保护焊 1. 焊接参数 焊丝直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊丝伸出长 度、 CO2气体流量、极性(直流反接) 2. 操作技术 引弧、焊接、收弧 三、埋弧焊工艺质量控制 1.焊接材料与母材匹配 2.焊前准备:坡口加工、装配和定位焊、焊接材料的使用、 焊机的保养与检查 3.焊接工艺