焊接手册

1焊接概述1.1 焊接的定义被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子（分子）间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接（Welding）。

随着现代工业生产的需要和科学技术的蓬勃发展，焊接技术进步很快，到现在焊接方法已发展到数十种之多。

为了能正确选择和使用各种焊接方法，必须了解焊接的物理本质、它们的分类、基本特点和使用范围。

1.2 焊接过程的物理本质焊接促使原子或分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压，或者两者并用。

两材料原子之间不能产生结合和扩散的主要原因是材料的连接表面有氧化膜、水、和油等吸附层以及两材料原子之间尚未达到产生结合力的距离，对金属而言该距离约为3～5À（1À=10-7mm）。

焊接时，加压可以破坏连接表面的氧化膜，产生塑性变形以增加接触面，使原子间达到产生结合力和扩散的条件；加热的目的是使接触面的氧化膜破坏，降低塑性变形阻力，增加原子振动能，促进再结晶、扩散、化学反应等过程。

一般只需要加热达塑性状态或熔化状态。

对金属材料，加热温度越高，实现焊接所需的压力越小，当达到熔化温度时，可以不需要加压。

1.3 焊接方法的分类金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊、压焊和钎焊三大类，见表1—3—1。

熔焊在连接部位需加热至熔化状态，一般不加压；压焊必须施加压力，加热是为了加速实现焊接；钎焊时母材不熔化，只熔化起连接作用的填充材料（钎料）。

1.4 常用焊接方法基本特点与应用表1-4-1简要地介绍了本单位常用金属焊接方法的原理、特点及使用范围。

1.5 焊缝符号1.5.1 基本符号焊缝的基本符号见表1-5-1表1—3—1 焊接方法分类（注：常见的栓钉焊属于熔焊加压焊。

）表1-4-1 常用焊接方法基本特点与应用表1-4-1续等离子弧焊利用气体(多为Ar)和特殊装置压缩电弧获得高能量密度的等离子弧进行焊接,电极有钨极和熔化极两种具有Ar弧焊的一些特点,但等离子弧温度很高,穿透能力强,可正面一次焊透双面成形.电弧挺度好可压缩成束状焊微型件一次焊透厚度在0.025～6.4mm,低碳钢8mm以内,也适用于焊接微小精密构件气体保护CO2气体保护焊用二氧化碳保护,用焊丝做电极的弧焊热量较集中,热影响区小,变形小,成本低,生产率高,易于操作.飞溅较大,焊缝成形不够美观,余高大,设备较复杂,须避风适用于1.6mm以上由低碳钢、低合金钢制造的各种金属结构等离子弧焊利用气体(多为Ar)和特殊装置压缩电弧获得高能量密度的等离子弧进行焊接,电极有钨极和熔化极两种具有Ar弧焊的一些特点,但等离子弧温度很高,穿透能力强,可正面一次焊透双面成形.电弧挺度好可压缩成束状焊微型件一次焊透厚度在0.025～6.4mm,低碳钢8mm以内,也适用于焊接微小精密构件电渣焊利用电流通过熔渣产生的电阻热熔化金属进行焊接,可熔化的金属电极有丝状和板状两种直缝须立焊,任何厚度不开坡口一次焊成,生产率高,但热影响区宽、晶粒粗大,易生成过热组织,焊后须正火处理改善接头组织和性能适用于厚度25mm以上的重大型机件的焊接,直焊碳素钢、合金钢熔化加压焊栓钉焊(也叫螺柱焊)引弧与焊条电弧焊相似,先将栓钉的尖端与钢结构接触,通过强大焊接电流,短路,瞬间达到高温,焊枪中磁力提升栓钉、引弧、产生熔池;之后,立即释放磁力,利用弹簧使栓钉压入熔池,断电后冷却形成接头.栓钉提升高度在焊枪中提前调定加热过程是稳定的电弧燃烧过程,为了防止空气侵入溶池,恶化接头质量,要采用陶瓷环保护.焊接质量可靠,效率高,无烟雾弧光,劳动条件好在钢-混凝土结构,为了提高钢构件与混凝土间的结合力,多采用此焊接方法.也可焊接固定小器具的受柄、支脚用螺柱等.可焊材料有碳钢、高碳钢、低合金高强度钢、不锈钢和铝合金表1-5-1 焊缝的基本符号序号名称示意图符号1卷边焊缝①(卷边完全熔化)2 I 形焊缝3 V 形焊缝4 单边V形焊缝5 带钝边V形焊缝带钝边单边V形6焊缝7 带钝边U形焊缝8 带钝边J形焊缝9 封底焊缝10 角焊缝11 塞焊缝或槽焊缝12 点焊缝13 缝焊缝①不完全熔化的焊缝用I形焊缝表示，并加注焊缝有效厚度。

焊缝的辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，见表1-5-2。

表1-5-2 焊缝的辅助符号序号名称示意图符号说明1 平面符号焊缝表面齐平(一般通过加工)2 凹面符号焊缝表面凹陷3 凸面符号焊缝表面凸起不需要确切地说明焊缝的表面形状时，可以不用辅助符号。

焊缝的辅助符号的应用见表1-5-3。

表1-5-3 焊缝的辅助符号的应用名称示意图符号平面V形对接焊缝凸面X形对接焊缝凹面角焊缝平面封底V形焊缝焊缝的补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，见表1-5-4。

1.5.4焊缝尺寸符号基本符号必要时可附带有尺寸符号及数据，这些尺寸符号见表1-5-5。

1.5.5指引线及说明（见表1-5-6）1.5.6焊缝符号标注的原则和方法（见表1-5-7）1.5.7常见金属焊接方法代号（见表1-5-8）1.5.8 焊缝符号标注示例（见表1-5-9）表1-5-4焊缝的补充符号序号名称示意图符号说明1 带垫板符号①表示焊缝底部有垫板2 三面焊缝符号①表示三面有焊缝3 周围焊缝符号表示环绕工件周围焊缝4 现场符号表示在现场或工地上进行焊接5 尾部符号可以参照GB5185标注焊接工艺方法等内容①ISO2553标准中未做规定。

表1-5-5 焊缝尺寸符号①符号名称示意图符号名称示意图δ工件厚度 e 焊缝间距α坡口角度K 焊角尺寸b 根部间隙 d 熔核直径焊缝有效厚p 钝边S度相同焊缝数c 焊缝宽度N量R 根部半径H 坡口深度l 焊缝长度h 余高n 焊缝段数β坡口面角度①对焊缝尺寸符号，ISO2553标准未做规定表1-5-6指引线及说明基准线有一条实线和一条虚线,均应与图样底边平行,特殊情况允许与底边垂直.虚线可画在实线上侧或下侧.如焊缝在接头的箭头侧,则将基本符号标在实线侧;反之标在虚线侧;对称、双面焊缝时可不加虚线.箭头线一般没有特殊要求;但是在标注单边V形、带钝边单边V形和带钝边J形焊缝时,箭头线应指向带坡口一侧的工件;必要时,允许箭头线弯折一次.尾部一般剩去,只有对焊缝有附加要求或说明时才加上尾部部分.表1-5-7焊缝符号标注的原则和方法基本符号焊缝在接头的箭头侧,则将基本符号标在实线侧;反之标在虚线侧;对称、双面焊缝时可不加虚线.基本符号标在基准线两侧焊缝形状尺寸焊缝截面尺寸标在基本符号左侧;焊缝长度尺寸标在基本符号右侧;坡口角度,根部间隙等标在基本符号的上侧或下侧.其他相同焊缝符号、焊接方法代号、检验方式符号、其他要求和说明等标在尾部右侧表1-5-8常见金属焊接方法代号①① 摘自GB/T5185-85金属焊接及钎焊方法在图样上的表示代号 表1-5-9焊缝符号标注示例2焊接设计2.1 材料选用2.1.1 母材材料选用2.1.1.1 钢结构对材料的要求钢结构所用的钢必须符合下列要求： 1） 较高的抗拉强度f u 和屈服点f yfy 是衡量结构承载能力的指标，fy高则可减轻结构自重、节约钢材和降低造价。

fu是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，它直接反映钢材内部组织的优劣，同时fu高可以增加结构的安全保障。

2）较高的塑性和韧性塑性和韧性好，结构在静载和动载作用下有足够的应变能力，既可减轻结构脆性破坏的倾向，又能通过较大的塑性变形调整局部应力，同时又具有较好的抵抗交变荷载作用的能力。

3）良好的工艺性能良好的工艺性能不但能保证通过冷加工、热加工和焊接加工成各种形式结构，而且不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不良影响。

此外，根据结构的具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境能力。

按以上要求，钢结构设计规范具体规定：承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服点和碳、硫、磷含量的合格保证；焊接结构尚应具有冷弯试验的合格保证；对某些承受动力荷载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构尚应具有常温或负温冲击韧性的合格保证。

2.1.1.2 钢结构用钢的分类在钢结构中采用的钢材主要有两种：碳素结构钢（或称普通碳素钢）和低合金结构钢。

1）碳素结构钢根据国家标准《碳素结构钢》（GB700-88）的规定，将碳素结构钢分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275等五种牌号，钢的牌号有屈服强度字母（Q）、屈服强度值、质量等级符号（A、B、C和D）、脱氧方法符号等四部分顺序组成。

常见用钢具体参数见表2-1-1。

2）低合金钢根据《低合金高强度结构钢》（GB1591-94）的规定，低合金高强度结构钢分为Q295、Q345、Q390、Q420和Q460等五种，其中Q345、Q390为钢结构常用钢种，Q420已在九江长江大桥中成功使用。

具体参数见表2-1-1。

2.1.1.2 钢结构用钢选用原则钢材的选用在钢结构设计中是重要的一环，选择的目的是既要保证结构的安全，又要做到可靠和经济合理。

选择钢材时应考虑以下几点。

1）结构的重要性对重型工业建筑钢结构、大跨度钢结构、压力容器、高层或超高层民用建筑或构筑物等重要结构，应考虑选用质量好的钢材；其他按工作性质分别选用普通质量的钢材；另外，安全等级不同，要求的钢材质量也应不同。

2）载荷情况一般承受静载荷的结构，应主要以满足强度要求来选取。

直接承受交变载荷的结构，若属于低周疲劳，在保证一定强度要求下，着重考虑材料的塑性和韧性；若属于高周疲劳，这时强度队疲劳抗力起着主导作用，应选择强度高的材料。

承受冲击载荷的结构，所选材料应具有足够的延性和韧性。

按刚度条件设计的结构，其工作应力一般比较小，但其壁厚较厚，此时选材不应是高强度的，而应是塑性和韧性好的一般强度的材料。

在厚度方向受到拉伸载荷，应选择层状夹杂少，厚度方向塑性好的材料，以防止产生层状撕裂。

3）连接方法焊接结构对材质的要求应严格一些。

例如，在化学成分方面必须严格控制碳、硫、磷的含量；非焊接结构对碳当量可放宽要求。

4）结构所处的温度和环境在低温条件下工作的结构，尤其是焊接结构，应选用具有良好抗低温脆断性能的镇静钢。

露天结构易产生时效，有害介质作用的钢材易腐蚀、疲劳和断裂，应区别地选择不同的材质，宜采用耐候钢，其质量要求应符合现行国家标准GB/T4172《焊接结构有耐候钢》的规定。

5）钢材厚度厚钢材辊轧次数少，轧制压缩比相对薄板小。

所以厚度大的钢材不仅强度较小，而且塑性、冲击韧性和焊接性能也较差。

因此，厚度大的焊接结构应采用材质好的钢材。

推荐采用Z向钢，其材质应符合现行国家标准GB/T5313《厚度方向性能钢材》的规定。

6）对于需要演算疲劳的焊接结构的钢材，应具用常温冲击韧性的合格保证。

当结构工作温度不高于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具用0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。