钢结构的焊接介绍

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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
γ射线透照或拍片。
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《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。 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。 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。
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《钢结构设计规范》（GB50017--2003）中，对焊 缝质量等级的选用有如下规定：
(1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向
的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。 (2) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材 等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。
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（３）重级工作制和起重量 Ｑ＞５０ｔ的中级工作
当 t≤6mm时，hf,max≤t；
当 t>6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm； t
hf
t1
t
hf
t1
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为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬 硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求:
h f ,min 1.5 t 2
式中: t2----较厚焊件厚度
( 计算数值只进不舍！ )
（5）夹渣种类
答：孤立夹渣、条形夹渣 （4）解决办法
22 答：焊前仔细清理待焊处的杂物、适当调整焊接电流及焊接速度、适当调整操作手法
焊瘤 （1）焊瘤的定义 答：液态金属流淌到焊缝以外形成的瘤状熔敷金属 （2）焊瘤对焊缝的影响 答：焊瘤不但影响外在美观而且在焊瘤处应力集中，在焊瘤底部还存在未融合等缺陷。 （3）焊瘤产生的原因 答：焊接电流过大，焊接速度过慢、操作手法不正确等 （4）解决办法 答：适当调整焊接电流及焊接速度、才用正确的操作手法。
另:对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm; 对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm; 当t2≤4mm时, hf,min=t2
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侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均， 两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越 大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强
度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达
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1.焊接连接形式
对接
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搭接
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（1）对接焊缝
正对接焊缝 （2）角焊缝
斜对接焊缝
T型对接焊缝
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3. 焊缝位置
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1.焊缝缺陷
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焊缝缺陷：裂纹
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焊缝缺陷：气孔
焊缝缺陷：气孔
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焊缝缺陷：未焊透
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焊缝缺陷：缩孔
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焊缝缺陷：
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焊缝缺陷：气孔
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咬边缺陷 （1）咬边定义 答：焊接电弧将母材融化后未及时填充液态金属而留下的鸿沟称作咬边。 （2）咬边对焊缝的影响 答：咬边不但降低焊件的断面尺寸而且在咬边处应力集中，当焊件受载后易从咬边处 产生开裂。 （3）咬边产生的原因 答：焊接电流或电弧电压过高，焊接速度过慢、操作手法不正确等因素。 （4）解决办法 答：适当调整焊接电流，电弧电压及焊接速度、采用正确的操作手法。
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M V 1 焊缝截面 σ1
τmax
σmax
τ
τ1
A、对于焊缝的σmax和τmax应满足式3-2和3-3要求； 3 1.1 f ( 3 31) B、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点），其折算应 力尚应满足下式要求：
2 1 2 1 w t
1.1—考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。
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焊接变形 （1）焊接变形的定义 答：焊接后焊件产生尺寸上的变化称作焊接变形 （2）焊接变形对焊件的影响 答：焊接变形不但降低焊件的尺寸精度而且降低了焊件的使用稳定性 （3）产生原因 答：焊件收到了不同程度的加热及冷却、焊件焊接时受环境影响等 （4）解决办法 答：采用焊前预热降低焊接变形、采用合理的焊接顺序、焊件焊接时底部一定要放平 防止焊件受热塑性状态后，下垂变形。 (5)焊接变形种类 答：收缩变形、角变形、错变形、弯曲变形、扭曲变形、破浪变形等
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裂纹 （1）裂纹的定义 答：在焊缝新界面形成的裂痕 （2）裂纹对焊缝的影响 答：裂纹是焊接缺陷中最大的缺陷之一，易产生质量事故 （3）裂纹产生的原因 答：焊接应力过大、质脆因素等 （4）解决办法 答：焊前进行预热、焊中锤击、控制层间温度、焊后缓冷及热处理 （5）裂纹种类 答：有纵向裂纹、横向裂纹、（条状裂纹、星状裂纹、放射性裂纹）等。
lw
（1）板件间对接连接 因焊缝截面为矩形，M、
V M
t A
( 3 29)
σ
τ
M ftw Ww
max
VS w 3 V f Vw I w t 2 lw t
( 3 30)
VS w f vw I wt
式中：Ww—焊缝截面模量； Sw--焊缝截面面积矩； Iw--焊缝截面惯性矩。
1、对接焊缝的坡口形式:
对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和
施工条件有关。
(1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做坡
口,采用直边缝; (2)t=7~20mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口;
(3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。
t--焊件厚度
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α
C=0.5~2mm
、 、 、
、
、
熔渣
、 、 、 、、 、、 、、 、 、
焊剂 焊件
埋弧自动焊
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A、焊丝的选择应与焊件等强度。 B、优、缺点： 优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低， 焊接质量好。 缺点：设备投资大，施工位置受限等。
机 器
送 丝 器
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优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质 量好。 缺点：施工条件受限制等。
N
N
lw
试验表明侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较
低，塑性性能较好。因外力通过焊缝时发生弯折，故
剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw/hf 越大剪应力分布越不均匀。
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A. 应力分析
正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差， 但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%以上。
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习题：3-2
求解思路： （1）受力特征 （2）计算内容 (3)有效截面及截面特性 （4）应力 （5）强度
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角焊缝的构造与计算
1、角焊缝的形式: 直角角焊缝、斜角角焊缝
（1）直角角焊缝
hf hf
hf
hf 普通式
1.5hf 平坡式
hf 凹面式
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（2）斜角角焊缝
按he=hf cos α 2
对于α>135 或α<60 斜
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未焊透 （1）未焊透的定义 答：指焊件底部未完全融化结合 （2）未焊透对焊缝的影响 答：未焊透不但将级焊缝的断面尺寸而且在未融合处应力集中 （3）未焊透产生的原因 答：母材坡口不合格、焊接电流电弧电压过小、焊接速度过快、操作手法不正确等 （4）解决办法 答：合理加工母材坡口、正确选用焊接电流电弧电压，焊接速度及操作手法等
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斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角焊 缝之间。
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1、最大焊脚尺寸hf,max 为了避免焊缝处局部过热，减小焊件的焊接残余 应力和残余变形，hf,max应满足以下要求: hf,max≤1.2t1（钢管结构除外） 式中: t1---较薄焊件厚度。 对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：
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夹渣
（1）夹渣的定义 答：焊缝中过多的杂物未来得及逸出在焊缝中残留的夹杂物称作夹渣。 （2）夹渣对焊缝的影响 答：夹渣不但降低焊缝的截面尺寸而且在夹渣两端应力高度集中，当焊缝受载后易在 夹渣两端产生延伸性裂纹。 （3）夹渣产生的原因 答：焊接电流过小、焊接速度过快、操作手法不正确、待焊处的杂质过多等。
到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端， 故：
l w 60h f
注：
1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑； 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。55
o
o
hf
按he=0.7hf
α hf
α
hf
hf
按he=hf cos α 2
角角焊缝,除 钢管结构外, 不宜用作受 力焊缝。
hf
按he=0.7hf
α hf
α hf
hf
(a)
(b)
斜角角焊缝 a）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝
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2.直角角焊缝的受力分析 （1）侧面角焊缝（侧焊缝）
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A. 应力分析
剪应力τf
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气孔 （1）气孔的定义 答：焊接时有些气孔未来得及逸出焊缝而产生的空穴称作气孔。 （2）气孔对焊缝的影响 答：降低焊缝的致密性、气孔处应力集中、加剧了合金元素的氧化、致使焊缝金属翠 化等。 （3）气孔对焊缝的影响 答：待焊处油污锈垢过多、焊接电弧过长、电弧电压过高、保护气体挺度不够等。 （4）解决办法 答：焊前仔细清理待焊处的油污锈垢、尽量采用短弧焊接、适当调整电弧电压及保护 气体流量等。
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焊缝过大或过小 （1）焊缝过大或过小的定义 答：指焊缝大于或小于图样要求 （2）对焊缝的影响 答：焊缝过大不但增加了焊接工作量而且增加了焊接变形节焊接残余应力，焊缝过小 降低焊件的强度 （3）产生的原因及解决办法 答：按图样要求施焊并符合标准
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焊缝成型不良 （1）焊缝成型不良有哪些 答：焊偏、焊缝宽度、凸度不均匀、焊波过于粗大等 （2）对焊缝的影响 答：不但影响外在美观而且还存在一些焊接缺陷 （3）解决办法 答：提高焊接技术水平从而提高焊接质量
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。
C、优、缺点
优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接； 缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。
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送丝器
、、 、、 、、
焊剂漏斗
焊丝转盘
N
当不满足上式时，可采用斜对 接焊缝连接如图B。 N
N sin f t w 或f cw lw t N cos f vw lw t
Nsinθ
lw
N
θ t B
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Ncosθ
另:当tanθ≤1.5时,不用验算!
V共同作用下应力图为：
故其强度计算公式为：
max
M 6M 2 f tw Ww lw t
C=2~3mm
（ a）
（b）
α p
C=2~3mm
p （d）
C=3~4mm
（ C）
p
C=3~4mm
p
C=3~4mm
（ e）
（ f）
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2、V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊； 3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引 弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每 条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t1，t1—较 薄焊件厚度； 4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡 度不大于1:2.5(静载)或1:4(动载)的斜角，以平缓 过度，减小应力集中。
焊条 焊钳
A、焊条的选择： 焊条应与焊件
焊机
保护气体
钢材相适应。
焊件
电弧
熔池 导线
4
Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328) Q345钢选择E50型焊条(E5000--5048) Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--5518) B、焊条的表示方法： E—焊条(Electrode)
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对接焊缝分为：焊透和部分焊透（自学）两种；

动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受
力方向的连接焊缝；
N t N
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对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视 为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；

对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构 件强度计算相同。
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1、轴心力作用下的对接焊缝计算 N N f t w 或f cw ( 3 28) lw t t 式中： A N—轴心拉力或压力； t—板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度； ftw、fcw —对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。
制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆
与节点板之间的Ｔ形接头焊透的对接与角接组合焊缝，
不应低于二级。
（４）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力 荷载且需要验算疲劳和起重量Ｑ＞５０ｔ的中级工 作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。
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详细参见表3-1，图3-13
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对接焊缝的构造与计算
1.钢结构的连接方法
2.焊接连接的特性
3.对接焊缝的构造和计算 4.角焊缝的构造和计算 5.焊接残余应力与变形
2
钢结构的连接方法
一、焊缝连接 优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大； 缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。
对接焊缝连接
角焊缝连接
3
焊接连接的特性
一、钢结构常用焊接方法 1.手工电弧焊 原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形 成焊缝。