焊接结构范文

焊接结构范文（精选12篇）

焊接结构 第1篇

1 焊接结构件变形分类

焊接结构件变形的原因有很多, 其中就包括母材的材质导致的变形、填充材料导致的变形、焊接方法不娴熟或者方法不正确导致的变形、焊接参数 (WPS文件参数) 导致的变形[1]、焊接顺序不正确导致的变形、还有冷却时间及焊接过程中是否有约束等问题导致的焊接结构件变形等原因, 但是这些原因归根结底是由于焊接残余应力造成的, 而焊接结构变形又可以分为以下几类:收缩变形其包括垂直于焊缝方向引起的横向收缩和焊缝方向引起的纵向收缩;弯曲变形这个包括由于横向收缩引起的弯曲变形和由于纵向收缩引起的弯曲变形;扭曲变形构件绕自身轴线的扭曲;波浪边形波浪变形时由于薄板焊接产生残余压缩应力使得构件出现因为压缩而形成的。

2 焊接结构件变形的预防措施和手段

以CRH3型及CRH5型动车组转向架焊接构架为例, 来提出本文研究的焊接结构件变形的预防措施和手段主要有以下方面。

2.1 完善和改进焊接的结构是其中一方面

如果想要控制和预防焊接结构件的变形, 首当其冲就得在设计方面下功夫, 前提设计好合理的结构, 只有把设计做好了, 才能为下面的步骤打好基础。做好设计的具体措施有:选择合理的焊缝形式和大小合适的尺寸;若是遇到不必要的焊缝要尽量减少;为了避免焊缝太集中就必须合理安排焊缝的位置。

2.2 刚性固定法的使用[2]

一般说来, 刚性大的结构件经过焊接后发生变形的可能都会比较小, 而刚性比较小的结构件经过焊接后可能会产生大的变形, 那么对待这种容易变形的结构件就得采用专用的夹具、支撑杆、胎具或点固在工作台上来提高它的刚性, 以此来减小变形情况的发生, 这种方法在实践中比防止角变形和波浪变形更加有效, 但必须指出的是, 工人在工件焊接后, 得等焊接后工件温度下降到室内温度后, 才能拿开固件, 否则就容易出现事故。再则一方面, 拿掉刚性固定前一定得采用锤击敲打的方式来消除部分应力, 减小变形。

2.3 收缩变形余量的预留

根据焊接收缩理论, 得出计算值 (箱形梁四周施焊收缩量2mm/m, 其他结构依此类推) 和经验值 (参数的统计时根据同一部件数个产品焊接后或类比以往相似结构来统计参数) , 收缩余量是在工件下料及加工时预先考虑的问题, 这是为了便于达到焊接工件所要求的形状、尺寸等, 在焊缝收缩的方向上预先留出收缩量, 保证焊接后的构件满足要求的尺寸。

应值得一提的是, 如果焊缝的形状在实际生产中达不到规则形状, 预留的焊接收缩量就不能用平常的理论公式来计算, 而是需要进行多个实际产品的焊接试验来确定焊接的收缩量[3]。

2.4 反变形法的使用

理论计算值和经验可以预先估计出结构焊件变形的大小和方向, 以保证在焊接装配时能给予一个方向相反大小也相等的人为的变形, 焊接的不对称会导致收缩变成角变形, 那么就可以在装配时加上一个与变形相反的角度, 这样就使得焊接后的变形与反变形相互抵消, 那么工件也就满足要求的尺寸。

2.5 焊接方法必须合理

合理的焊接方法在机械制作中是极其重要的, 焊接采用的方法不同, 产生的线能量也会有不同, 如果选用线能量比较低的焊接方法的话, 变形就可以得到有效的控制, 还能减小焊接塑性压缩区, 而目前主要采用三种焊接方法焊接转向架构架:二氧化碳气体保护焊 (135) 、手工电焊弧 (111) 、无极氩弧焊 (141) [4], 目前这三种是比较常见的焊接方法, 这些焊接方法都可以降低焊接变形量。

2.6 焊接预热、焊接后消应力热的处理

焊接预热使得焊缝周围的母材温度升高会降低焊缝金属与周围母材的温差, 如此一来, 降低焊接收缩内应力将会减少焊接的变形程度, 焊缝区温度的不均匀将难免造成很高的内应力, 而这样的焊接内应力又会使得焊件在加工过程中产生变形甚至爆裂, 若通过适当的预热, 再对焊件加工处理, 就可以减少焊件变形或爆裂事故的发生。

3 如何纠正焊接变形

焊件变形不仅对于工作人员有很大影响, 而且对整个工作的进行都会产生不利的反应, 而若能将变形纠正过来, 将会使得工作得以顺利地进行, 纠正焊接变形的方法主要有2种机械纠正和火焰加热纠正, 他们实质上都是使得焊接结构件产生新的变形来抵消焊接变形。

3.1 机械纠正方法

给构件施加来自外部的机械力, 使得构件产生与原来的焊接变形的方向相反的塑性变形, 以便于能够抵消焊接变形, 这样的方法叫做机械纠正。而来自外部机械力的施加则可以通过锤击、压力机及碾压等方法来实现, 但这种方法只适合刚性较小且不太厚的板结构。

工作人员在使用机械纠正的过程中一定要注意采用校直机进行, 因为这种校直方法生产效率较高, 但是工作人员必须具有丰富的工作经验, 否则就容易导致将构建表面弄出压痕或焊缝区域出现裂纹等。

3.2 火焰加热的纠正方法

利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形使得构件较长的部分在冷却过后缩短以抵消变形, 这种方法叫火焰加热纠正, 不过这种方法一般主要适用于各种低碳钢和大部分的低合金结构钢, 却不适用于有晶间腐蚀倾向的不锈钢和淬硬倾向较大的钢, 工作人员在进行火焰加热过程中, 也可以同时施加机械力, 这样可以有效地提高矫正效果, 构件的结构特点和焊接变形的实际情况决定了是选择点状加热、线状加热还是三角形加热等方式。

工作人员在操作过程中, 应当严格控制火焰的温度, 温度较低或较高都无法适度地进行调配和控制, 温度较低无法调整尺寸, 温度过高又会造成加热区域硬度降低从而导致整体强度下降, 因此操作的工作人员必须具有丰富的经验, 但是与机械纠正相比, 火焰加热纠正的效率较低但适用范围较广。

4 结语

关于对焊接变形的讨论和改进研究对大型的焊接结构件的制造, 如:轨道车辆转向架;钢、铝合金结构的车体等的制造具有十分重要的意义和价值。根据理论结合实践的指导方法, 把理论计算结合到实际产品的实验分析结果, 由此再来制定出相应的工艺措施, 这样不断能保证质量问题, 还能对生产效率和降低生产成本产生较大的影响。

参考文献

[1]熊大胜.减少大型焊接结构件变形的措施[J].金属加工 (热加工) , 2010 (2) :20.

[2]罗满香.焊接变形工艺校正方法的研究[J].科技创新导报, 2010 (18) :44.

[3]彭尚.一种矫正钢模焊接弯曲变形的新工艺[J].铁道建筑技术, 2003 (4) :32.

焊接结构教案 第2篇

焊接应力与变形

本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接应力的分布规律；焊接过程中如何降低焊接应力和焊后如何消除焊接残余应力；焊接变形的种类，焊接过程中如何控制焊接变形和焊后的矫正措施。

第一节 焊接应力和变形的形成过程

一、应力与变形的基本知识

1．应力

物体在单位截面上表现的内力称为应力。根据引起内力的原因不同，应力可分为：工作应力：物体由于外力作用在其单位截面上出现的内力。

内应力：物体在无外力作用下而存在于内部的应力。内应力按其产生的原因不同分为热应力、装配应力、相变应力和残余应力。

2．变形

物体在外力或温度等因素的作用下，其内部原子的相对位置发生改变，其宏观表现为形状和尺寸的变化，这种变化称为物体的变形。

按变形性质可分为：弹性变形和塑性变形；

按变形的拘束条件可分为：自由变形和非自由变形。

二、研究焊接应力与变形的基本假定

（1）平截面假定

（2）金属性能不变的假定

（3）金属屈服点的假定

三、焊接应力与变形的产生原因

影响焊接应力与变形的因素很多，如焊件受热不均匀、焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件刚性与拘束的影响等，其最根本的原因是焊件受热不均匀。

为便于了解焊接应力与变形产生的基本原因，首先对均匀加热时产生的应力与变形进行讨论。

1．均匀加热时引起应力与变形的原因

（1）不受约束的杆件，均匀加热

属于自由变形，无残余应力，无残余变形。

（2）受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形

如果加热温度较低，材料的变形在弹性范围内，根据虎克定律，应力与应变符合线性关系，当温度恢复到原始温度时，杆件自由收缩到原来的长度，压应力全部消失，即不存在残余应力与残余变形。

如果加热温度比较高，达到或超过材料屈服点温度时，杆件的压缩变形量增大，产生塑性变形，此时的内部变形率由弹性变形率和塑性变形率两部分组成。当温度恢复到原始温度时，弹性变形部分恢复，塑性变形部分不能恢复。① 若杆件能自由收缩，则由于压缩塑性变形的出现，杆件将比原来长度缩短，出现缩短的残余变形，但无残余应力存在。② 如果杆件不能自由收缩，则不存在外观的残余变形，但杆件中会产生残余拉应力。

2．不均匀加热时引起的应力与变形

（1）长板条中心加热引起的应力与变形

（2）长板条一侧加热引起的应力与变形 综上所述：

① 金属不均匀受热时，只要加热温度高于屈服点温度，加热时产生压缩塑性变形，焊后就会产生残余应力与残余变形；

② 焊接过程中的变形与焊接残余变形方向相反；

③ 焊接加热时，焊缝附近产生压缩塑性变形，冷却后收缩，如果收缩充分，则变形大，应力小；否则变形小，应力大。

④ 焊接瞬时及残余应力分布不均匀，焊缝及其附近区域通常为残余拉应力。

第二节 焊接残余应力

一、焊接残余应力的分类

1．根据应力性质划分：拉应力、压应力

2．根据引起应力的原因划分：热应力、组织应力、拘束应力

3．根据应力作用方向划分：纵向应力、横向应力、厚度方向应力

4．根据应力在焊接结构中的存在情况划分：单向应力、两向应力、三向应力

5．根据内应力的发生和分布范围划分：第一类应力、第二类应力、第三类应力

二、焊接残余应力的分布规律

1．纵向应力бx的分布

бx在焊件横截面上的分布规律为：焊缝及其附近区域为残余拉应力，一般可达材料的屈服强度，随着离焊缝距离的增加，拉应力急剧下降并转为压应力。

бx在焊件纵截面上的分布规律为：在焊件纵截面端头，бx=0，越靠近纵截面的中间，бx越大，逐渐趋近于бs。如图2-9所示。

图2-11为板边堆焊时，бx在焊缝横截面上的分布。

T形接头的бx分布与立板和水平板尺寸有很大关系，δ/h越小，接近于板边堆焊的情况；δ/h越大，接近于等宽板对接的情况。

2．横向应力бy的分布

бy =бy′+бy″

бy′：焊缝及其塑性变形区的纵向收缩引起的横向应力；

бy″：焊缝及其塑性变形区的横向收缩不均匀、不同时引起的横向应力。

3．特殊情况下的焊接残余应力

① 厚板中的焊接残余应力

② 拘束状态下焊接残余应力

③ 封闭焊缝中的残余应力

④ 焊接梁柱中的残余应力

⑤ 焊接管道中的残余应力

三、焊接残余应力对焊接结构的影响

1．对结构强度的影响

只要材料具有足够的塑性，焊接残余应力的存在并不影响结构的静载强度。

对脆性材料制造的焊接结构，由于材料不能进行塑性变形，随着外力的增加，构件不可能产生应力均匀化，所以在加载过程中应力峰值不断增加。当应力峰值达到材料的强度极限时，局部发生破坏，而最后导致构件整体破坏。所以焊接残余应力对脆性材料的静载强度有较大的影响。

2．对构件加工尺寸精度的影响 3．对梁柱结构稳定性的影响

四、减小焊接残余应力的措施

一般来说，可以从设计和工艺两方面着手：

1．设计措施

① 尽可能减少焊缝数量；

② 合理布置焊缝；

③ 采用刚性较小的接头形式。

2．工艺措施

（1）采用合理的装配和焊接顺序及方向

① 钢板拼接焊缝的焊接；

② 同时存在收缩量大和收缩量小的焊缝时，应先焊收缩量大的焊缝；

③ 对工作时受力较大的焊缝应先焊；

④平面交叉焊缝的焊接。

（2）缩小焊接区与结构整体之间的温差

（预热法、冷焊法）

（3）加热“减应区”法

（4）降低接头局部的拘束度

（5）锤击焊缝

五、消除焊接残余应力的方法

1．热处理法

热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象来达到松驰焊接残余应力的目的，同时热处理还可以改善接头的性能。

（1）整体热处理

整体炉内热处理、整体腔内热处理

整体加热热处理消除残余应力的效果取决于热处理温度、保温时间、加热和冷却速度、加热方法和加热范围。保温时间根据板厚确定，一般按每毫米板厚1~2 min计算，但最短不小于30 min，最长不超过3h。

碳钢及中、低合金钢：加热温度为580~680℃；

铸铁：加热温度为600~650℃。

（2）局部热处理

局部热处理只能降低残余应力峰值，不能完全消除残余应力。加热方法有电阻炉加热、火焰加热、感应加热、远红外加热等，消除应力效果与加热区的范围、温度分布有关。

2．加载法

加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分，达到松驰应力的目的。

（1）机械拉伸法

（2）温差拉伸法

（3）振动法

六、焊接残余应力的测定

目前，测定焊接残余应力的方法主要可归结为两类，即机械方法和物理方法。

1．机械方法

利用机械加工将试件切开或切去一部分，测定由此而释放的弹性应变来推算构件中原有的残余应力。包括切条法、钻孔法和套孔法。

2．物理方法

是非破坏性测定焊接残余应力的方法，常用的有磁性法、超声波法和X射线衍射法。

（1）磁性法是利用铁磁材料在磁场中磁化后的磁致伸缩效应来测量残余应力的。（2）X射线衍射法是根据测定金属晶体晶格常数在应力的作用下发生变化来测定残余应力的无损测量方法。

（3）超声波法是根据超声波在有应力的试件和无应力的试件中传播速度的变化来测定残余应力的。

第三节 焊接残余变形

一、焊接残余变形的种类及其影响因素

按变形对整个焊接结构影响程度分类：局部变形、整体变形

按变形特征分类：收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形、错边变形

1．收缩变形

焊件焊后其尺寸的缩短称为收缩变形。它可分为纵向收缩变形和横向收缩变形。

（1）纵向收缩变形Δx

产生原因：焊缝及其附近区域在焊接高温的作用下产生纵向的压缩塑性变形。

焊件在假想力的作用下产生的纵向收缩量可用下式表示：

影响因素：

① 焊缝长度L

② 焊件的截面积A

③ 压缩变形区的面积Ap

④ 压缩塑性应变εp（与焊接方向、焊接线能量、焊接工艺有关）

（2）横向收缩变形Δy

横向收缩变形的过程比较复杂，影响因素很多，现分述如下：

1）堆焊焊缝及角焊缝的横向收缩

影响因素：

① 焊接线能量：焊接线能量越大，横向收缩量越大；

② 板厚：板厚增加，横向收缩量减小。

③ 沿焊缝长度方向Δy逐渐增大，但到一定长度后趋于稳定，不再增大。

2）对接焊缝的横向收缩

影响因素：

Δy的大小与板厚、材质、拘束情况、焊接工艺、焊接顺序有关。

2．角变形

中厚板对接焊、堆焊、搭接焊及T形接头焊接中会产生角变形。

原因：熔化金属在厚度上收缩量不一致而引起的。

（1）平板堆焊的角变形

影响因素：

① 焊接线能量

② 板厚

堆焊引起的角变形沿堆焊焊缝长度方向开始比较小，随后增加，直至达到稳定。

（2）对接接头的角变形

影响因素：

①坡口形式

②坡口尺寸

③焊接层数

④焊接顺序

（3）T形接头角变形

T形接头角变形可以看成是由立板相对于水平板的回转角变形β′与水平板本身的角变形β″两部分组成。

减小T形接头角变形的方法有：

① 采用开坡口，减小立板与水平板之间焊缝夹角，减小β′；

② 通过减小焊脚尺寸以减小焊缝金属量，降低β″。3．弯曲变形

产生原因：焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称，焊缝的收缩沿构件宽度方向分布不均匀引起的。

（1）纵向收缩引起的弯曲变形

（2）横向收缩引起的弯曲变形

4．波浪变形

波浪变形是一种失稳变形，一般产生于薄板结构中。

产生原因：板中远离焊缝区的压缩残余应力超过了失稳的临界应力值。

防止措施：

① 能降低焊接残余压应力的措施都可以减小波浪变形；

② 提高板的刚度或增大板的拘束度均可减小或防止波浪变形。

5．扭曲变形

产生原因：焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀。

6．错边变形

错边变形可分为长度方向错边和厚度方向错边。

产生原因：

① 装配不良；

② 组成焊件的零件装配时夹紧不一致；

③ 两零件的刚度或热物理性质不一样；

④ 电弧偏离坡口中心。

以上6种变形是焊接变形的基本形式，其中收缩变形是最基本的变形形式，所有焊件都不可避免地会产生收缩变形，而其它几种变形在有些焊接结构中容易出现，而在有些焊接结构中不容易出现。

二、焊接变形对焊接结构生产的影响

首先，零部件的焊接变形给装配带来困难，进而影响后续焊接质量；

其次，焊接变形增加了结构的制造成本；

另外，焊接变形也会降低焊接接头性能和承载能力。

三、控制焊接变形的措施

1．设计措施

（1）尽量选用对称的构件截面和焊缝位置

（2）合理地选择焊缝长度和焊缝数量

（3）合理选择焊缝截面尺寸和坡口形式

2．工艺措施

（1）留余量法

主要是用于补偿焊件的收缩变形。

（2）反变形法

主要用于控制角变形及弯曲变形。

例：V形坡口单板对接；（图2-52）

锅炉集箱；（图）

工字梁翼板；（图2-53）

板式起重机主梁，腹板预制上拱度（图2-54）

（3）刚性固定法

① 焊件固定在刚性平台上（图2-55）

② 将焊件组合成刚性更大或对称的结构（图2-56）

③ 利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束（图2-57）

④ 利用临时支撑增加结构的拘束（图2-58）（4）选择合理的装配焊接顺序

① 正在施焊的焊缝应尽量靠近结构截面的中性轴。（图2-54）

② 对于焊缝非对称布置的结构，装配焊接时应先焊焊缝少的一侧。（图2-59）

③ 焊缝对称布置的结构，应由偶数焊工对称地施焊。（图2-60）

④ 长焊缝焊接时，应采用合理的分段焊接顺序。（图2-61）

⑤ 相邻两条焊缝，为防止产生扭曲变形，应注意焊接方向与顺序。（图2-62）

（5）合理地选择焊接方法和焊接工艺参数（图2-63）

（6）热平衡法（图2-64）

（7）散热法（图2-65）

四、矫正焊接残余变形的方法

矫正焊接变形的实质是使构件产生新的变形，以抵消焊接残余变形。矫正的方法一般有机械矫正法和火焰加热矫正法。

1．机械矫正法

机械矫正法是在机械力的作用下使部分金属得到延伸，产生拉伸塑性变形，使变形的构件恢复到所要求的形状。（如图2-66）

2．火焰加热矫正法

火焰加热矫正，是利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形使较长的部分在冷却后缩短来消除变形。

加热方式：

① 点状加热

用于矫正薄件的波浪变形。

② 线状加热

用于矫正焊件的角变形及大厚度板的弯曲变形。

③ 三角形加热 用于矫正刚度大，厚度大的焊件的弯曲变形。

第十四章 焊接接头强度及计算

本章主要介绍焊接接头的作用和基本形式；焊接接头的工作应力分布状况及其静载强度计算；影响焊接接头的疲劳强度因素有提高疲劳强度的措施；焊接接头脆性断裂、影响脆性断裂的因素及防止措施。

第一节 焊接接头的特点及形式

一、焊接接头的基本形式

1．电弧焊接头的基本形式

（1）对接接头

把同一平面上的两被焊工件相对焊接起来而形成的接头。这是一种比较理想的接头形式，受力状况好，应力集中小，材料消耗小。

（2）角接接头

是两被焊工件端面间构成大于30º、小于150º夹角的接头。多用于箱形构件上。

（3）T形接头

是把互相垂直的被焊工件用角焊缝连接起来的接头，可承受各种方向的力和力矩。

（4）搭接接头

是把两被焊工件部分地重叠在一起，以角焊缝连接，或加上塞焊缝、槽焊缝连接起来的接头。

（5）端接接头

是两被焊工件重叠放置或两被焊工件之间夹角不大于30º在端面进行连接的接头。

2．电阻焊接头的基本类型

（1）对接接头

（2）点焊接头（3）缝焊接头

二、电弧焊焊缝的类型

1．按工作特点分

①承载焊缝

②非承载焊缝

③密封焊缝

④定位焊缝

2．按接头的结构特点分

①对接焊缝 ②角焊缝 ③端接焊缝 ④塞焊缝 ⑤组合焊缝

第二节 焊接接头的工作应力分布

一、应力集中

1．应力集中概念

在几何形状突变处或不连续处应力突然增大的现象称为应力集中。应力集中程度的大小，常以应力集中系数KT表示：

KT=бmax/бm

2．焊接接头中产生应力集中的原因

（1）焊缝中的工艺缺陷

如气孔、夹渣、裂纹和未焊透等。

（2）焊接接头处几何形状的改变

（3）不合理的接头形式和不合理的焊缝外形

二、电弧焊接头的工作应力分布

1．对接接头的工作应力分布

对接接头的应力集中位于由焊缝向母材过渡的转角处，KT的大小取决于焊缝宽度c、余高h、焊趾处的θ角及转角半径r。在其它因素不变的情况下，余高h增加、焊缝宽度c减少、θ角增加、r减小等都会使KT增加。

2．搭接接头的工作应力分布

（1）正面角焊缝的工作应力分布

如图3-5所示，在角焊缝的根部A点和焊趾B点有较大的应力集中，B点的应力集中系数随角焊缝的斜边与水平边的夹角θ而变，减小θ、增大熔深及焊透根部等都可降低应力集中系数。

搭接接头的正面角焊缝受偏心载荷时，在焊缝上会产生附加弯曲应力，导致弯曲变形，见图3-6。为了减少弯曲应力，两条正面角焊缝之间的距离l应不小于其板厚的4倍。

（2）侧面角焊缝的工作应力分布

在用侧面角焊缝连接的搭接接头中，其应力分布更加复杂。切应力沿焊缝长度上分布是不均匀的，它与焊缝尺寸、断面尺寸和外力作用点的位置等因素有关。

外力作用如图3-7a所示时，其沿侧面焊缝长度上切力分布见图3-8，因为搭接板材不是绝对刚体，在受力时本身产生弹性变形，所以形成两端切力大，中间切力小的分布状态。

外力作用如图3-7 b所示时，两板各对应点的相对位移从左至右逐渐下降，因而焊缝传递的切力以左端为最高，向右逐渐减小。当侧面角焊缝长度超过某一长度时，焊缝中间部分的切力就会接近零，因此，采用过长的侧面角焊缝是不合理的。一般工艺规定侧面角焊缝长度不得大于50K。

（3）联合角焊缝搭接接头工作应力分布

如图3-9b所示，在B—B截面上正应力的分布比较均匀，最大切应力ηmax 降低，所以在B—B截面两端点的应力集中得到改善。

3．T形接头的工作应力分布

T形接头在角焊缝的过渡处和根部都有很大的应力集中，如图3-10所示。

（1）未开坡口的T形接头

如图3-10a所示，焊缝根部应力集中很大，在焊趾截面B—B上应力分布也不均匀，B点的应力集中系数随角焊缝θ角减小而减小，也随焊脚尺寸增大而减小；但非承载焊缝在B点的KT随焊脚尺寸增大而增大。

（2）开坡口并焊透的T形接头

如图3-10b所示，这种接头的应力集中大大降低。可见，保证焊透是降低T形接头应力集中的重要措施之一。

第三节 焊接接头强度计算基础

一、焊接接头的设计

1．焊接接头设计要点

（1）应尽量使接头形式简单、结构连续，且不设在最大应力作用截面上。

（2）要特别重视角焊缝的设计。

（3）尽量避免在厚度方向传递力。

（4）接头的设计要便于制造和检验。

（5）一般不考虑残余应力对接头强度的影响。

2．常见不合理的接头设计及改进

见表3-3

二、电弧焊接头静载强度计算

1．焊接接头静载强度计算的几个假设

2．电弧焊接头的静载强度计算

静载强度计算方法，目前仍采用许用应力法，强度计算时许用应力均为焊缝的许用应力。

焊缝的强度计算一般表达为：

б≤[б′]或η≤[η′]

(1)对接接头的静载强度计算

对接接头强度计算时，不考虑焊缝余高，焊缝长度取实际长度，计算厚度取两板中较薄者。

全部焊透的对接接头如图3-17所示。其各种受力情况的计算公式如下：

1）受拉时

2）受压时

3）受剪切时

4）受板平面内弯矩

5）受垂直板面弯矩

（2）搭接接头静载强度计算

受拉、压的搭接接头计算公式如下：

正面焊缝

侧面焊缝

联合焊缝

第十五章 焊接结构的脆性断裂

第一节 金属材料或结构的断裂及其影响因素

一、疲劳破坏

重复应力所引起的裂纹起始和缓慢扩展而产生的结构部件的损伤。焊接结构在交变应力或应变作用下，也会由于裂纹引发扩展而发生疲劳破坏。疲劳破坏一般从应力集中处开始，而焊接结构的疲劳破坏又往往从焊接接头处产生。

1．影响焊接接头疲劳强度的因素

（1）应力集中的影响

（2）残余应力的影响（3）缺陷的影响

2．提高焊接接头疲劳强度的措施

（1）降低应力集中

1）采用合理的结构形式，减少应力集中，以提高疲劳强度。

2）尽量采用应力集中系数小的焊接接头，如对接接头。

3）当采用角焊缝时，应采取综合措施来提高接头的疲劳强度。

4）用表面机械加工方法消除焊缝及其附近的各种刻槽，通过降低应力集中程度来提高接头的疲劳强度。

（2）调整残余应力场

消除焊接接头应力集中处的残余拉应力或使该处产生残余压应力，都可以提高疲劳强度。

1）整体处理。包括整体退火或超载预拉伸法。

2）局部处理。采用局部加热或挤压可以调节残余应力场，在应力集中处产生残余压应力。

（3）改善材料的力学性能。

（4）特殊保护措施

二、焊接结构的脆性断裂

在应力不高于结构的设计应力和没有明显塑性变形的情况下发生，并瞬时扩展到结构整体的破坏方式。

1．影响金属脆断的主要因素

（1）应力状态的影响

实验证明，许多材料处于单轴或双轴拉伸应力下，可呈塑性状态。当处于三轴拉伸应力时，因不易发生塑性变形而呈脆性。

（2）温度的影响

对于一定的加载方式，当温度降至某一临界值时，将出现塑性到脆性断裂的转变，这个温度称为脆性转变温度。脆性断裂通常发生在体心立方和密排六方点阵的金属和合金中，只有在特殊情况下，如应力腐蚀条件下才在面心立方点阵金属中发生。

（3）加载速度的影响

提高加载速度能促使材料脆性破坏，其作用相当于降低温度。

（4）材料状态的影响

1）厚度的影响

①厚板在缺口处容易形成三轴应力，因为沿厚度方向的收缩和变形受到较大的限制，产生三轴应力使材料变脆。

②冶金因素。厚板轧制次数少、终轧温度高，组织疏松，内外层均匀性差。

2）晶粒度的影响。对于低碳钢和低合金钢来说，晶粒度越细，其转变温度越低。

3）化学成分的影响。钢中C、N、O、H、S、P均增加钢的脆性。Mn、Ni、Cr、V加入适量，有助于减少钢的脆性。

2．预防焊接结构脆性断裂的措施

（1）正确选用材料

①在结构工作条件下，焊缝、热影响区、熔合区的最脆部位应有足够的抗开裂性能，母材应具有一定的止裂性能。

②材料的选择可通过缺口韧性试验或断裂韧性评定试验来确定。

（2）采用合理的焊接结构设计

1）尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中。

2）在满足结构的使用条件下尽量减少结构的刚度，以降低应力集中和附加应力。

3）不应通过降低许用应力值来减少脆性的危险性。

4）对于附件或不受力焊缝的设计，应与主要承力焊缝一样给予足够重视。

5）减少和消除焊接残余拉伸应力的不利影响。在制订工艺过程中，应当考虑尽量减少焊接残余应力值，在必要时应考虑消除应力热处理。第二节 金属材料和焊接结构断裂的评定方法

转变温度

金属材料有两个重要的强度指标，即屈服强度ζs和断裂强度ζf。温度降低，ζs上升速率大于ζf上升速率，两线交点对应温度Tk称为韧脆转变温度，当T

防止结构产生脆性破坏有两种设计原则

防止开裂原则：

止裂原则：设计的结构在可能出现的最低温度下工作，必须能阻止裂纹的自由扩展。

根据断裂力学理论，能够止裂的条件是裂纹起源于局部脆化区内，且处于较高的应力场中，当裂纹扩展进入韧性区和低应力场时，该裂纹如果小于失稳断裂的临界长度，则该裂纹被阻止。

转变温度评定方法(冲击试验)(一)冲击试验

分为夏比V形缺口冲击试验和梅氏U形缺口冲击试验。

夏比V形缺口冲击试验评定：

1． 能量准则：以冲击断裂功αk值降低到某一特定数值时的温度作为临界温度Tk。

断口形貌准则：按断口中纤维状区域与结晶状区域某一相对面积对应的温度来确定临界温度Tk。

延性准则：按断口在缺口根部横向相对收缩变形急剧降低的温度来作为临界转变温度Tk。转变温度评定方法(威尔斯宽板试验)

在实验室里再现低应力脆性断裂的开裂情况，同时又能在板厚、焊接残余应力、焊接热循环方面模拟实际结构。

该试验脆性断裂有三种情况： 1． 低应力产生裂纹并立即断裂

2． 低应力产生裂纹扩展一定长度后自行停止

3． 在较高温度下，要有高达屈服强度的应力才会产生

裂纹，最后产生断裂。转变温度评定方法(落锤试验)

测定厚度大于16mm钢板的NDT(无塑性转变温度)的试验方法，可替代大型止裂试验研究材料的止裂性能，其缺点是试样尺寸不能反映大型焊接结构的尺寸效应和较大拘束效应，表面堆焊脆性焊道，对热敏感的合金材料难以使用。

转变温度评定方法(动态撕裂试验)

确定材料断裂韧性的全范围的试验方法，属于大型冲击试验。除了确定NDT温度之外，还能确定最高塑性断裂温度及相应的冲击功。适用于高强钢及厚板和特厚板焊接结构。这类钢与低强度钢相比，各向异性受钢中杂质的影响，难以保证稳定的抗脆断性能；晶粒大小及碳化物金相组织的大小、分布等对显微裂纹的形成有较大的影响。

转变温度评定方法(双重拉伸)

前述各种方法试件中的脆性裂纹都是在冲击载荷作用下开裂的，但大多数焊接结构工作在静载下，所以开裂条件不够真实。

通过试验确定止裂应力与温度的关系。利用一块耳板在低温和拉伸负载下将试样拉断，使裂纹向有均匀拉伸负载的试件主体扩展。第三节 焊接结构的特点及其对脆断的影响

设计影响

焊接结构的整体性及大刚度 1． 引起较大的附加应力 2． 对应力集中因素特别敏感

3． 一旦有不稳定脆性裂纹出现，很可能会穿越接头扩展至整个结构，从而造成整个结构的破坏。不应在高应力集中区布置焊缝。制造影响(应变时效)人工时效：钢材在剪切、冷作、弯曲成型之后，如果在150~450℃范围内加热，材料性能会产生脆化，即产生应变时效。该应变时效较动应变时效的影响弱的多。

动应变时效：材料在热循环和热塑性变形循环的作用下，在缺陷处和产生较严重的应变集中，具有较大的热应变量，降低了材料的延性，提高了材料的转变温度。

制造影响(接头金相组织、焊接缺陷)在焊接热循环的作用下，焊缝及近缝区的组织会发生一系列的变化，使接头各部位的缺口韧性不同。金相组织变化取决于材料原始组织、化学成分、焊接方法和焊接线能量。过小的线能量，引起淬硬组织，易产生裂纹；过大的线能量，使晶粒粗大，造成韧性降低。焊接缺陷是造成结构产生脆断的重要因素。其影响程度与缺陷的性质、尺寸、形状及部位有关，其中裂纹、未焊透等影响最为严重。制造影响(角变形、错边、残余应力)产生附加弯曲力矩和新的应力应变集中，在拉伸载荷和附加弯曲力矩的共同作用下，易造成接头破坏。

平面缺陷―裂纹、分层、未焊透

非平面缺陷―气孔、夹渣

1)试验温度在材料的转变温度以上时对脆断无影响

2)试验温度在材料的转变温度以下时，和拉伸载荷叠加，造成脆断的产生。

第四节 预防焊接结构脆性断裂的措施

设计方面

(一)掌握结构工作条件：最低温度、介质温度和工作载荷的性质。(二)减少结构和接头的应力集中

1． 选择结构传力截面及接头形式要尽量使力线均匀分布，避免截面尺寸突变，防止应力集中。

2． 尽量减小结构刚性，大型结构采用较薄的材料。3． 充分考虑到可焊到性。4． 避免焊缝密集和焊缝相交 正确选用材料

按缺口韧性试验验收材料

一般对选定的材料用V形缺口冲击试验的结果来验证其适应性，即所选材料和焊接填充金属保证在工作温度下有合格的缺口韧性。

按断裂韧性和屈服极限之比选择材料

断裂韧性尚不足以说明材料的脆-塑性，断裂韧性(KIC)与材料屈服极限之比才能好好地说明这一问题，因为两者之比反映了裂纹尖端处在断裂前塑性区的大小。严格制造工艺和质量监督

1．严格按规定的工艺参数施工，禁止使用过大的线能量 2．较强质量检验，及时消除严重缺陷

3．尽可能利用焊接工夹具和机械化装置进行施工

4．对于重要的和危险的结构应通过试验决定是否需要焊后热处理

第十六章 焊接接头和焊接结构的疲劳强度

第一节 疲劳断裂的基本概念

疲劳断裂分类

按疲劳破坏的原因分为：腐蚀疲劳；热疲劳；机械疲劳 按应力大小和应力循环次数分为

1．低周高应变疲劳：作用的应力超过弹性范围，疲劳循环次数小于104~105 2．高周低应力疲劳：公称循环应力小于材料的屈服极限，疲劳破坏的应力循环次数大于104~105 疲劳裂纹形成过程

1.疲劳形核：疲劳裂纹首先在应力最高、强度最弱的基体上形成。

2.扩展阶段；初始裂纹在交变载荷作用下，当裂纹尖端处在拉伸应力场时，由于裂纹尖端极大的应力集中，使该处晶粒发生滑移，裂纹张开，尖端向前延伸

3.瞬时断裂阶段：当疲劳裂纹扩展到材料的强度极限时，疲劳裂纹达到临界裂纹尺寸而产生瞬时断裂。

疲劳断口可分成三个区域

1.疲劳裂纹源：肉眼可见晶粒的粗滑移。

2．疲劳裂纹扩展区：宏观有条带和贝壳状花纹，每一条辉纹代表一次应力(应变)循环及裂纹逐次向前推进的位置。对于高强钢来说，很难辨认明显的疲劳条纹

3.瞬时断裂区：一般呈粗晶状断口或出现放射棱线，外观与脆性失稳断裂相似。

第二节 疲劳破坏机理

裂纹亚临界扩展

裂纹受到一个低于ζc但有足够大的循环应力时，则初始裂纹会由起始尺寸a0逐渐扩展到临界尺寸ac，这一过程称为疲劳裂纹的亚临界扩展。

可以分为两种类型来研究裂纹的亚临界扩展：裂纹在裂纹尖端弹性区的扩展和裂纹在塑性区的扩展。在前一种情况，裂纹长度远远超过裂纹尖端塑性区的尺寸，承受低载荷、高循环、低裂纹扩展速率的属于该情况；当裂纹尺寸远小于塑性区尺寸，并承受高载荷、低循环、高裂纹扩展速率属于后者情况。裂纹扩展速率

当外加应力强度因子幅度达到临界值ΔKth后，裂纹扩展速率急剧上升，此线段几乎与纵坐标平行；此后，da/dN与ΔK成指数关系变化，断口平直，与拉应力成900，穿晶断裂，疲劳辉纹明显；继续增加ΔK出现斜率转折点I，过此点斜率n2斜率，出现切变斜断口，为解理断裂和疲劳断裂的混合型；继续增加ΔK接近材料的KIC时，到了材料的第Ⅱ转折点，过此点后，斜率增加，点Ⅱ是裂纹扩展加速转变点，此区内断口全为切变断口。

帕瑞斯表达式

ΔK―应力强度因子幅度(ΔK=Kmax-Kmin)

c、n―由试验确定的材料、环境、频率和循环特形等的函数

帕瑞斯表达式不足：没有考虑平均应力对da/dN影响；没有考虑当裂纹尖端应力强度因子趋近于其临界值KIC时，裂纹加速扩展效应

da

dNn第三节 疲劳断裂力学的基本概念

疲劳设计方法分类

1． 许用应力设计法：把各种构件和接头试验疲劳强度除以特殊安全系数作为许用应力(疲劳极限、非破坏概率95％的2×106次疲劳强度等)，使设计载荷引起应力最大值不超过其许用应力，从而确定构件断面尺寸设计方法。

2． 安全寿命设计：传统疲劳设计方法都是安全寿命设计。所谓安全寿命指在某一环境下，在已知小于疲劳破坏许用应力的最大负载概率时工作的循环次数。由ζ-N曲线获得ζr，并利用ζmax-ζmin疲劳图进行设计。

应力应变循环图(小载荷)

应力应变循环图(大载荷)

第四节 疲劳强度的常用表示法

在静强度计算中，所用材料的强度指标是屈服极限ζS和强度极限ζb，静载强度计算的出发点是名义应力(或称基本应力)，而疲劳强度计算中，所用材料的强度指标是疲劳极限ζr，计算的出发点是是局部应力(或称峰值应力)。

将破坏应力与加载循环次数N绘成如图5-7所示的曲线，曲线上对应的某一循环次数N的破坏应力即为该循环次数条件下的疲劳强度，曲线的水平渐近线代表疲劳极限。

第五节 影响焊接结构疲劳强度的因素

(一)应力集中的影响

当局部峰值应力达到材料屈服极限时，在断裂前局部材料将产生塑性变形，造成应力重新分布，故实际峰值应力低于理论峰值应力。在这种情况下，应该用有效应力集中系数Kf来估计，其值为光滑试样的疲劳强度ζp与有效应力集中试样的疲劳强度ζp’之比

对接接头焊缝形状变化不大，因此和角接接头及十字等相比，应力集中程度要小，接头疲劳强度最高。

(二)焊接残余应力的影响

在ζa和ζm表示的疲劳图中，曲线ACB代表不同平均应力时的极限应力振幅值ζa。当构件中的应力振幅值大于极限振幅值时，将发生疲劳破坏。随着ζm的增加，极限应力幅值有所下降。

(三)材料表面状态

材料表面有缺陷易造成疲劳强度降低。疲劳裂纹开始产生于材料表面，尤其在拉伸载荷作用下，表层应力最高。

(四)焊接缺陷的影响

焊接缺陷在焊件中会引起应力集中，在交变载荷作用下，很容易引发疲劳裂纹。缺陷对疲劳强度的影响比对静载强度的影响大得多。(五)不同强度金属的影响 强度极限越高，材料对应力集中就越敏感，只有表面抛光的试件其疲劳强度才能随强度极限的提高而增大。

(六)其他影响因素

1．试样尺寸的影响：尺寸增大，疲劳极限降低； 2．负载特点：交变弯曲疲劳破坏的寿命最短。3．温度升高，裂纹扩展速率随之增高。

第六节 提高焊接接头疲劳强度的措施

(一)降低应力集中

1.采用合理的结构形式

2．尽量采用应力集中系数小的焊接接头。3．改善非连续的几何形状，缓和应力集中

(二)调整残余应力场

在易产生裂纹的缺口部位预制残余压应力，消除接头应力集中处的残余拉应力。

建筑钢结构焊接质量控制 第3篇

关键字：建筑钢结构；焊接；质量控制

一、现代建筑钢结构特点及焊接难点

（1）、钢结构特点

随着建筑结构造型的日趋新颖，钢结构体型也日益多样，导致犬跨度复杂空间形状的钢结构建筑不断涌现以及管结构的不断推广，钢结构构件形状多变，节点构造复杂多样且钢板厚度加大；钢结构材料由低碳钢发展到高强合金钢、铸钢等新型材料，近年来铝合金材料也逐步应用到钢结构网架。

（2）、钢结构焊接难点

多角度全方位高空焊接。钢结构复杂的体型及繁琐的节点位置和构造决定了现场焊接工作的操作点多、操作面广、操作量大以及需进行多角度全方位和高空焊接施工的难点；应力大，接头处易产生质量缺陷。钢结构施工中的节点复杂、板厚加大等导致焊缝密集甚至出现立体交叉最终导致焊接接头刚性拘束大的后果，使焊缝不能自由收缩而导致双向甚至三向产生应力，因此在很大程度上增加了焊接接头产生裂纹和层状撕裂的可能性；工艺不完善。

减少焊缝截面积。在焊接施工过程中若出现凸出很高的焊缝，其多出的焊缝金属并不能提高许可强度，反而增加了应力集中系数同时消弱了破口的综合性能，因此在焊接施工中应采用U型刨边以便形成U型破口以尽量减少焊缝金属量；

多层多道焊接。施工中应坚持焊缝数量愈少愈好的原则，并在每条焊缝内尤其是在厚板焊接时采用多层多道焊接。

焊缝平衡。应尽量保证焊缝尽可能对称，并要靠近中和轴施焊，实现一个收缩力对另一个收缩力相互平衡以有效控制减少变形；

逆向回焊法。若焊接的总进程为从左到右，则施焊过程中每个焊缝应从右到左，即分段侧焊，以免由于在每道焊缝施焊后沿焊缝板内侧的热量导致该处膨胀使两侧板向外分开，而当热量在板内侧向外扩散后板外边缘膨胀致使其重新合拢。

反变形法。采取在施焊前将需焊接构件刻意偏置的方法来有效利用收缩力，诸如将某些组合在焊接前装偏，待焊接时其预偏量能够恰好回到所需位置，或用机械方法产生反向力来将构件进行弯曲或预拱以抵消收缩力。

采用反力平衡收缩力。采用夹具产生的约束力或构件装配为组件时的约束力以及构件在重力作用下产生的拱度等所产生的反力来平衡焊接过程中产生的收缩力。其中夹具法是将同等焊接件背靠背紧夹在一起后用夹具将其夹好，待其焊接完成并冷却后将夹具松开。

锤击法。锤击法也是消除收缩力的方法一种，其本质是在焊缝上施加外力的方法将焊缝变薄变长来消除残余应力，在锤击过程中应坚持在一定层面温度中锤击、在一定频率下锤击、在一定力道下锤击和焊道根部不锤、等材不锤、焊道表面不锤的。三点锤、三点不锤”的原则，合理布置焊缝。对焊缝进行合理布置避免焊缝间距离太近现象，当材料尺寸与零件长度尺寸不同应尽量减少或不做拼接焊缝的措施来减少焊接应力集中和焊接变形。

焊接方式。钢结构焊接过程中交流点焊机适用于普通刚才焊接，直流点焊机则适用于要求较高的钢材焊接，埋弧焊和自动焊则适用于梁柱较长的对角或角焊缝，CO气体保护焊则适用于要求较高的薄钢板结构焊接；

二、建筑钢结构的焊接质量控制的主要措施

随着我国建筑钢结构技术的不断发展，钢种的应用也随之增加，在材料的选择上，更趋向于高强度、大厚度的钢材。钢结构在外观的上的张扬、个性的特点。在建筑钢结构的焊接工程中，无论是安装还是制作，焊接工作对工程的安全、质量都起到了举足轻重的作用。在我国以钢结构为代表的，国家体育场“鸟巢”钢结构的焊接工程中，开发研究了焊接技术的针对性极强，将我国的建筑钢结构迅速进入到了成熟期，使技术水平提升到了—个新的台阶。但结合工程的实际情况，根据对以上影响焊接质量的因素的分析，其控制钢结构焊接的质量的主要措施有：

（1）、制订出切实可行的焊接施工计划，必须根据现场钢结构安装的技术要求、实际情况，并对其技术进行经济分析。施工计划主要包括以下项目：

a.焊接的方法、材料、人员管理焊接条件、焊接材料及其管理、使用钢材（复验）、考试及管理、焊工培训、质量控制制度、质量控制机构、安全措旌、防护措施。

b.加工。坡口加工要领、坡口要领、组装及焊接顺序、引弧板安装要领。

c.组装。引弧板处理、预热要领、清根要领、定位焊要领、后热要领、焊缝及加工要领、焊缝返修要领、产生不良时的矫正要领。

d.检查。无损检查方法、标准、要领，外观检查标准、方法、要领。

（2）、“焊前准备好了等于已焊接了一半！”因此准备质量控制焊接前，应当做好充足、认真的准备，焊接前必须对以下的项目进行确认：

a焊接的环境。其中包括焊接环境、作业环境、安全卫生等注意事项。

b.焊接的加工拼装。坡口的尺寸、坡口的形状、错边、根部的间隙、定位焊、背面垫板的安装状态、引弧板的安装状态。

c.材科及器具。焊接材料种类及组合、电源的容量、使用器具状态、焊接材料的状态。

d.其它。焊接的坡口表面的预热、清理和加工。

（3）、焊接的过程中，质量控制焊接过程中，施焊人员应当严肃工艺纪律，严格的按照焊接计划书、焊接工艺指导书来执行，对下列项目进行确认。焊接电源、焊接顺序、焊接速度、电弧电压、焊缝的设置方法、运条方法、前层的焊缝状态、电弧的位置、层间温度、清根、后热、保温、焊条或焊丝直径的选择等。

（4）、焊接后质量控制的焊接后，应按照有关标准、设计要求对焊缝进行严格的检查，对焊缝的尺寸、焊缝的外观、焊缝的表面缺陷、焊缝的内部缺陷等进行确认，其最主要的项目有：a.尺寸。焊接长度、余高尺寸、补强角焊的大小、角焊焊脚长度、角焊的不等脚长。

b.外观及表面缺陷。压坑、焊瘤、焊缝表面规整与否、咬边、悬垂物、表面气孔、火口状态、表面裂纹。

c.内部缺陷。未熔合、裂纹、未焊透、气孔、夹渣。

d.处理。飞溅物清除合格与否、引弧板的处理、焊缝返修、端部周边焊。

三、总结

总而言之，焊接质量的好坏直接决定了一个钢结构工程质量的好坏。我们必须从前期就要合理组织，选出优秀的施工方案。而施工企业在施工前首先要确认的就是刚才的质量是否达标，并进行必要的焊接工艺评定试验，严格保证整个工程的质量。

参考文献：

【1】张金 建筑钢结构焊接施工工艺【J】-企业技术开发（下半月）2009，28（11）

【2】李开浚.张晓慧 浅谈建筑钢结构焊接检验应注意的问题【J】-科协论坛（下半月）2008（3）

钢结构焊接质量控制 第4篇

焊接是被焊工件的材质 (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间的结合而形成永久性连接的工艺过程。在钢结构焊接过程中, 其焊接的质量决定了整个工程的质量, 因此应对钢结构焊接的质量进行有效的控制。

2 焊前准备

2.1 焊工

目前, 钢结构主要还是以手工焊接为主, 焊工的操作水平决定了钢结构的焊接质量。因此, 应对焊工进行强化培训和考核, 提高焊工的专业技能和素养, 使焊工熟练掌握焊接的操作要求, 必须经考试合格并取得证书后方可上岗。实施奖惩制度, 不断激发焊工的积极性, 提高钢结构焊接的质量。

2.2 焊接设备

焊工在进行钢结构焊接时应对焊接设备进行检测, 保证电流、电压的准确性。配备专门的检修人员, 定期对焊接设备进行检修和维护, 做好日常记录, 保证焊接工作的顺利进行, 确保焊接的质量。

2.3 坡口加工和清理

依据施工的要求和指标, 通过利用氧气和乙炔加工方法, 对钢的坡口进行加工处理, 完成后进行坡口表面的清理, 对不平的地方进行打磨, 保证坡口接头表面的质量, 待焊工检查认可后才可进入下道工序。

2.4 定位、组对

在接头组对时, 应确保坡口的质量, 组对的间隙经均匀, 并且使接口整齐、平整, 避免错边发生缺陷、少口等情况, 如果发现壁厚不一致, 应及时采取相应的措施, 进行修整, 防止在焊接的过程中发生变形, 损害焊接的质量。

3 焊接过程控制

在焊接过程中, 应制定详细的方案, 对各方面进行有效的质量监督, 保证金属材料、实物表面的质量。

3.1 焊接环境的检查

3.1.1 (1) 风速:由于焊接的方法不同, 对于风速的控制也不同, 在进行气体保护焊时, 应使风速控制在1m/s, 对于其他的焊接方式应不能大于8m/s, 必要的时候应采取相应的保护措施。

3.1.2 对于焊接电弧应确保周围的湿度, 保证焊接的质量。

3.1.3 当外界因素, 如雨雪风霜等恶劣天气, 直接影响了焊接工作进行, 如果不能对焊接施工采取保护措施, 就不能进行焊接工作。

3.2 焊接记录的检查

焊接记录的内容: (1) 产品编号、规格、图号; (2) 现场使用的工艺文件编号; (3) 母材和焊接材料的牌号、规格、入场检验编号; (4) 焊接方法、焊工姓名、焊工钢印; (5) 实际预热温度、后热温度、消氢温度和时间; (6) 检验方法、检验结果, 包括外观检验、无损探伤、水压实验和焊接试样检查; (7) 检验报告编号 (理化实验室、无损检测室等专业部门出具的书面报告) ; (8) 焊接返修方法、返修部位、返修次数; (9) 记录日期、记录人签字。对焊接记录应保证及时性、真实性和完整性;应按照制造工序依次进行使记录规范化;必须经有关检验人员签字或审批。

4 焊接工艺评定及施焊工艺

在评定的程序上, 首先, 产品进行焊接之前, 专门负责人员需要制定焊接工艺指导书;其次, 施工单位对焊接施工进行培训辅导;再次, 专业检测人员对焊接产品进行性能测试, 检验产品是否合格;最后, 专业评定人员对前面的检测过程做出评定报告, 对不合格的焊接重新进行评定。

焊接工艺因素可分为重要因素和次要因素, 这是判断是否需要重新进行焊接工艺评定的条件。当重要因素发生变更时, 必须重新进行评定;次要因素发生变更时可不重新进行评定。重要因素是指影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能的焊接工艺因素。次要因素是指对要求测定的力学性能无明显影响的焊接工艺因素。质量监督对焊接工艺评定监督检查的时机是在材料的焊接性确定之后, 工程焊接之前。

5 焊缝返修

与制定焊接工艺时的要求一样, 制定的焊缝返修工艺也必须要有相应的返修工艺评定。焊缝首次修补, 由项目焊接责任师编制返修方案, 确定返修工艺措施。同一部位两次次以上的返修, 返修方案需总质量保证工程师批准。焊缝的返修工作要由合格焊工担任, 一般情况下, 首次返修由焊接责任者担任, 二次以上返修由施焊中的优秀焊工担任。焊接质检员对返修的部位做好《焊缝返修记录》并做好相应保存。

6 焊后检查

6.1 焊缝外观检查

在无损检测之前进行焊缝外观检测, 避免焊缝表面出现严重的质量问题。焊缝的检查应包括接头的表面是否均平、焊缝尺寸是否存在偏差。外观是否清洁整齐, 表面是否存在裂纹等缺陷, 防止熔渣等飞溅物损坏焊缝的质量, 科学合理的进行检查。

6.2 焊缝内部质量的检验

检测方法的选择上, 应根据不同焊缝质量要求等级及检验标准, 选择为射线、超声波、磁粉 (表面裂纹) 、渗透 (非铁性表面缺陷) 。

做好焊缝内部质量的检验是保证焊接质量的关键, 因此需要选择恰当的检验方法。无损检测采用的方法和检测比例应需要按照设计要求规定, 并且应符合有关施工规范。抽检的焊口应在监理人员在现场的情况下选定, 并记下焊口的编号。无损检测结束后, 施工单位焊口图上准确标明编号、材质、规格、焊口位置、焊工代号、无损检测位置、无损检测方法。检验人员应及时对无损检测报告以及射线底片进行检查。如有些焊接需要返工, 在返工的时候也必须按照返修标准, 严格执行返修的要求。同时, 需要工作人员对返工的过程做好施工记录, 及时审查扩深的射线底片报告, 在焊口图上准确标记好返修的扩深部位。

7 结束语

钢结构焊接在某项工程中属于基础程序, 钢结构焊接的工艺质量关系到工程的总体质量。工艺质量较高的钢结构焊接从整体上提高工程质量, 相反, 如果从最基础的钢结构焊接开始质量不过关, 就会影响工程总体质量, 严重的会导致更大的危险和伤害。总而言之, 为了保证钢结构的焊接质量, 应对焊接的外形尺寸、焊接位置、焊接工艺等进行全面控制, 避免出现焊接变形、焊接缺陷等情况的发生。对焊工人员进行培训工作, 提高焊工人员的专业技能和素养, 促进钢结构不断地应用。

参考文献

[1]庞红印.我国油气管道焊接技术发展综述[J].现代焊接, 2009, (02) .

[2]廖庆喜.管道焊接质量控制方案[J].油气田地面工程, 2007, (04) .

建筑钢结构焊接论文 第5篇

随着我国经济的发展，我国在钢结构施工中，无论是技术手段还是施工材料，都取得了很大的突破，我国虽然早期在铁结构方面有卓越的成就，但由于多年的封建制度的束缚，科学不发达，因此，长期停留于铁制建筑物的水平。

直到19世纪末，我国才开始采用现代化钢结构。

新中国成立后，钢结构的应用有了很大的发展，不论在数量上或质量上都远远超过了过去。

在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平，掌握了各种复杂建筑物的设计和施工技术，在全国各地已经建造了许多规模巨大而且结构复杂的钢结构厂房、大跨度钢结构民用建筑及铁路桥梁等。

随着社会的进步和科学技术不断创新，建筑钢结构焊接方面的的工艺以及技术也在不断的更新和完善，近些年新的焊接技术不断的被创造和使用到工程施工中去，不仅为建筑钢结构焊接施工带来了更加简单快捷的方法，而且实现了钢结构技术在建筑领域的快速发展，以及钢结构在建筑方面的质量保证，钢结构的焊接水平提高起到了至关重要的作用。

本文主要结合实际操作过程，对钢结构焊接工艺进行详细的论述。

一、高强钢焊接的施工工艺

1.焊接材料的选择及匹配

(1)强匹配。

强节点弱杆件，即与母材规定的最低标准相比，焊接材料熔敷金属在强度、韧性、塑性等方面要明显高于标准;并且焊接接头位置的各种基本的性能指标至少要与母材料规定的最低标准相匹配;

(2)焊缝的塑性。

在进行厚板焊接时，应该根据厚度效应后的强度来选择适当的焊材，通常当节点的拘束度比较大的时候，可以在1/4 板厚以后选择强度稍低的焊材;

(3)满足冲击韧性的要求。

对焊材韧性的选择是一项非常重要的工作，好韧性的焊材能够使焊缝以及热影响区的韧性满足钢结构的规定标准。

比如在焊接无裂纹钢种的时候 ，可以选取低 H 或者超低 H 的焊接材料，同时在钢板厚度低于50mm 或者温度在0℃以上的时候，可以不对钢结构进行预热。

这一方法的明显优势就是它的力学指标突出，尤其是在区强比的冲击性能方面更显优越;

2.高强钢焊接性能的评价方法

现阶段，建筑施工主要采取的评价方法有：碳当量计算评定法;热影响区最高硬度试验评定法;插销试验临界断裂应力评定法

3.确定最低预热温度的常用方法

(1)通过裂纹实验来进行控制，即通过进行斜 Y 坡口试样抗裂方面的试验对最低的预热温度进行确认;

(2)通过硬度控制预热温度，通常采用的方法是根据一定碳含量的钢材，其不同板厚 T形接头角焊缝热影响区硬度达到 350HV 对应的冷却速度(540℃时)，查表确定焊接线能量;

(3)根据裂纹敏感指数、板厚范围、拘束度等级、熔敷金属扩散氢含量确定最低预热温度;

(4)根据接头热输入、冷却时间和钢材的特定曲线□确定最低预热温度;

4.对焊接质量的控制方法;

(1)对热输入以及冷却速度进行控制。

此方法主要是通过对焊接时的电压、电流以及焊接时的焊接速度和熔敷金属在800℃～500℃区间内的冷却时间的控制，进而完成焊接质量的控制;

(2)对焊缝中各种元素的质量百分比进行必要的控制，主要是指碳、硫、磷、氢、氧等。

为了达到这一目的，除了要选择质量优越的低氢焊接材料外，还要求操作人员拥有较好的操作手法，从而对熔池金属进行很好的保护;

(3)应力与变形控制。

选用高能量密度、低热输入的焊接方法，如气体保护焊;用小线能量，多层多道焊接;减小焊接坡口的角度和间隙，减少熔敷金属填充量;采用对称坡口，对称、轮流施焊;长焊缝应分段退焊或多人同时施焊;用跳焊法避免变形和应力集中;

在进行高强钢的焊接作业时，应从钢材料自身的强化机理以及供货时的所处特征出发，全面考察各项性能的指标要求，从而选择适合的焊材以及评价焊接质量的试验方法。

最后得到适合于生产的焊接工艺，起到相应的指导生产的要求。

在进行这一钢材的焊接时，为了避免其产生冷裂现象，应该注意采取相应的措施。

同时为了出现接头弱化的现象，焊接时应该对层间温度以及焊接线能量进行较为严格的筛选和控制。

总的原则还是应该在较低的成本下，尽可能完成高质量的焊接任务。

二、低温焊接时的施工工艺

1.焊接材料的选取

由于是在低温环境中进行焊接作业，所以为了更好的完成焊接任务，应该尽量选取氢含量较低的焊接材料，并且对焊接材料进行必要的烘焙以及保温措施。

2.焊接前的防护措施

为了达到尽量减少热量的损失，可以在进行焊接作业的地方构建相应的保护房，从而形成相对密闭的空间。

如果条件不允许构建防护房，也可以采取其他一些措施来起到防护热量损失的作用。

在进行一些气体保护焊接操作时，气瓶也要进行必要的保温措施。

3.对焊接质量的控制

(1)预热和层间温度。

相比较于常温条件下的焊接预热，低温焊接时的预热温度要稍高，并且需要预热的.区域范围较大，通常情况下是焊接点周围大于等于两倍钢厚度的范围 ，并且这一范围不小于 100mm。

焊接层的温度通常要高于预热温度，或者是不低于相应规定中的最低温度 20℃，二者之间取较高温度者;

(2)采用合理的焊接方法。

尽量使用窄摆幅，多层多道焊，严格控制层间温度;

(3)焊接后热及保温。

焊接后及时对焊接接头进行后热保温处理。

利于扩散氢气的逸出，防止因冷速过快而引起的冷裂纹，同时适当的后热温度还可以适当降低预热温度;

三、厚钢板焊接技术

1.建筑钢结构中厚钢板得到最大的使用，大量钢结构工程采用厚钢板，促进了厚钢板焊接技术的发展，同时也丰富了建筑用钢的范围。

2.厚钢板焊接的关键是防止由于焊接而产生的裂纹和减少变形，应主要考虑以下几点 ：

(1)选用合理的坡口形式。

如尽量选用双 u 或 X 坡口，如果只能单面焊接，应在保证焊透的前提下，采用小角度、窄间隙坡口，以减小焊接收缩最、提高工作效率、降低焊接残余应力;

(2)合理的预热和层间温度;

(3)后热和保温处理;

四、结束语

在建筑工程中，钢结构的主要连接方式就通过焊接来完成，焊接技术在建筑工程中发挥着重要的作用。

随着社会的进步和科学技术不断创新，不论是在物理、化学、冶金，还是在电子、计算机等领域，新技术、新设备、新材料不断被发现和使用，作为主要的钢结构连接技术――焊接技术，在我国的建筑钢结构建设过程中发挥着不可替代的作用。

根据相关的资料显示，在建筑领域一半以上的钢结构在使用前都需要进行必要的焊接处理加工，由此可见，为了实现钢结构技术在建筑领域的快速发展，以及钢结构在建筑方面的质量保证，不断提高钢结构的焊接水平就显得尤为重要。

参考文献：

[1] 姚晋勇.论钢结构焊接现场施工工艺.科技情报开发与经济，，17(13).

[2] 徐鹏毅.钢结构焊接现场施工工艺探讨.中国高新技术企业，(10).

[3] 景明勇;大跨度空间钢管结构的设计分析和施工技术研究[D];清华大学;

钢结构焊接变形防治方法 第6篇

关键词:钢结构;焊接;变形

中图分类号:TG441.7 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)20-0151-01

1焊接变形的基本类型分析和原因分析

{1}焊接变形的基本类型。所谓焊接变形是指钢结构在焊接过程中,由于施焊电弧高温引起的变形,以及焊接完成后在构件中的残余变形现象。在这两类变形中,焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素,也是破坏性最强的变形类型。焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形;根据变形的不同特点则可分为:角变形、弯曲变形、收缩变形、扭曲变形、波浪变形和错边变形。在这些变形类型中,角变形和波浪变形属于局部变形,而其他类型的变形属于整体变形。钢结构发生较多的变形类型是整体变形。②焊接变形产生的原因分析。钢结构刚度:钢结构的刚度主要取决于结构截面形状和尺寸的大小。焊接连接缝位置和数量:当钢结构刚度不足时,在设计焊接连接缝位置和数量时,应在结构体对称安排,且焊接顺序是合理的,构件只能产生线性变形;当焊缝为不对称的安排,产生的多为弯曲变形。焊接工艺:焊接电流偏大、焊条直径较粗,使得焊接速度缓慢,可能导致焊接变形大;厚钢板焊接时,手工焊接方法比自动焊接方法引起的变形量较小;采用多层焊接工艺时,首层的焊缝收缩变形最大,第二和第三层焊接变形量分别是首层的20%和5%10%。也就是说,多层焊接的层数越多,焊接变形越明显;断续式焊缝与连续焊缝相比收缩变形量小;对接式焊缝的横向收缩变形量比纵向收缩变形量大2至4倍;焊接顺序不当或在没有焊接妥当分部构件时就进行整体组装焊接,很容易产生焊接变形。因此,为了防治焊接变形,在焊接施工过程中必须制订合理的工艺措施。

2钢结构焊接变形防治

2.1焊接节点构造设计

①控制焊缝的数量和大小。钢结构焊缝数量多、尺寸大,焊接时的热输入量也越多,造成的焊接变形也更大。因此,在钢结构焊接节点构造设计时,应设法控制焊缝的数量和大小,尽可能减少焊接变形。②根据焊接工艺选择适合的焊缝坡口的形状和尺寸。对焊缝坡口形成与大小合理的选择应能够确保钢结构整体的承载能力充分。适当的坡口形状和大小,可以通过减少截面积,进一步减少结构的焊接变形量。③焊接节点的位置应处于构件截面的对称处。结构中性轴焊接节点的位置应尽可能在构件截面的中性轴对称位置,或尽量接近中性轴,同时应避免在高应力区。④对于节点形式的选择,应选用的刚性小的节点形式。节点应避免在双向、三向交叉处,这样避免由于焊缝集中而导致的高温和焊缝应力集中,从而减少焊接变形。

2.2工艺措施

①组装和焊接顺序。钢结构的制作、组装应该在一个标准的水平面上进行。该平台应确保所受的自重压力的程度足够大,不会出现钢构件失稳和下沉的现象,以满足构件组装的基本要求。在焊接小型构件时可一次完成,即在焊接固定好位置后,用合适的焊接顺序组装完毕。而大型钢结构组装与焊接需要先将小件组焊接完毕,然后再进行最后的组装和焊接。在进行部件组装时,为了防止组装过程中产生过度的应力和变形,应该使不同型号的零配件符合构件规定的规格、形状大小和样板的要求,并且组装时不能有较大外力强制拼装,以防止零部件过度焊接应力和较大约束力带来的变形。此外,组装与焊接过程中应使焊接接头热量均匀,消除应力并减少变形;焊缝应做到对接间隙、坡口角度、搭接长度和T形贴角的尺寸无误,且形式、大小应与构件的设计和焊接规范一致。②反变形。由于在冷却过程焊缝会产生收缩反应,结果使得减少了工件焊接后的尺寸。针对这个问题,为了弥补热胀冷缩带来的变形,在大型构件焊接时常用反变形的方法。反变形方法是在进行焊接前使构件预先发生变形,使变形方向和焊接变形方向相反、变形量大小基本相等。例如,为了防止工字钢梁上下盖板的焊接角变形,可以在焊前用油压机或折边机在相反方向预先压弯盖板。③焊件夹具。大型结构件在焊接接头时各个工件和零件在自重和焊接应力的作用下,要想使其位置固定是比较困难的。所以,每件焊接工件和零件除了要用焊接平台固定位置外,还需要用到焊件夹具有效地夹紧。

3结 语

在大多数的情况下,通过采取适当的焊接节点构造设计措施和技术措施,可以有效地控制钢结构的焊接变形。但由于材料、结构以及焊接施工现场环境等因素的复杂多变,还应该在实践中不断总结和积累焊接经验,提高控制焊接应力和焊接变形技术水平。

参考文献:

浅谈《焊接结构》课程改革 第7篇

随着现代工业生产的发展, 以焊接为成型方法的结构应用越来越广泛, 在特种机械制造、交通、能源、钢铁冶炼、化工、建筑工程, 甚至航空航天等行业中均有建树。焊接已成为当代工业生产的重要技术之一[1,2]。据调研, 本校材料成型及控制工程专业从事焊接类工作的毕业生在核工业、能源、化工等行业的就业人数比例为75%。其中, 核工业方向就业学生主要从事前期设备安装和后期的定期检验与维修;能源、化工方向就业学生主要从事与压力容器和管道的制造有关。此外, 近两年汽车、船舶、钢铁行业对焊接与检测方向的毕业生需求也不断增加[3,4]。因此, 学好焊接方向的主干课程《焊接结构》是从事该类工作的学生获得理论基础及技术支持的重要途径。但是, 该课程内容繁多、复杂, 涉及知识面广, 实践操作性强, 传统的高等院校本科教学所采用的“教师讲授, 学生听学”模式无法获得理想的教学效果。而且, 高等院校本科教学所教授《焊接结构》课程的内容与高职院校相比较, 课程涉及内容更加深入、更加细致, 可研究性也更强, 内容与技术理论知识衔接更紧密。为了适应研究型高等院校的教育特点, 培养研究+技能型的人才, 使学生理论密切联系实际, 特提出小组合作学习模式。

小组合作学习模式是指在老师引导, 小组成员合作、互助的情况下共同讨论、解决、完成任务[5,6,7]。这种形式可以根据不同章节或者不同方向的学生学习目标划分小组或依据小组成员匹配分配不同任务。这样既能高标准、高效率、更有针对性、更灵活地完成教学任务, 又能培养学生的团队协作意识和能力。学生在目标各异、小组异质小组中合作, 既达到学习的目标, 也充分锻炼了合作交往、共同工作的能力和认知。

在教学试验中结合用人单位岗位需求, 推行同类型就业兴趣小组合作学习模式, 让学生们有针对性地重点学习专业知识, 互相督促、竞赛, 达到促进其自主学习能力的发展, 实现个体终身学习习惯的培养。据此, 本文对课程学习过程中的一些问题进行了阐述、分析、探讨, 并提出了相应的改革建议。

二、课程教学过程中存在的问题

当前, 在《焊接结构》课程的教学过程中, 主要存在以下几个方面的问题。

1.传统教学方法难改。本课程在传统教学过程中因内容烦琐、复杂, 涉及的学科较多, 覆盖知识面广, 老师迫于教学压力大部分采用了灌输式的教学方法, 而这使学生不能积极参与到课堂学习过程中, 不敢对教师的教学内容提出自己的质疑, 只会被动接受教师传授的知识, 不敢表达自己的独特想法, 从而不利于学习兴趣的培养。过于强调书本知识的灌输, 对实践操作能力和理论联系实际的能力不够重视。

2.理论教学与实践教学分离。在课程的教学中, 理论教学与实践操作是脱节的, 不能很好地配合。而且, 若理论教师和实践教师之间沟通不善, 则很可能会导致课程进度的不同, 学生在学习的过程中就会容易产生学习困难, 理论学习和实践操作不能很好地相互促进, 降低课程的教学效率。

3.师资力量不足。目前高等院校的教学队伍基本情况是理论型教师过多, 实践型教师太少。理论型教师过于强调书本理论知识的灌输, 涉及的实践内容非常少, 不能列举出一些现实生活中的实际例子来佐证。实践型教师也只是过去强调实践环节, 不能通过实践环节去梳理理论知识, 实践教师不能提出问题让学生思考, 并去解决问题。由此, 导致理论教学与实践教学互相脱节。

三、课程教学改革思路

依据以上分析, 我们可以推行以小组合作学习为表现的学生自主学习法。

1.课堂教学方法改革。自主学习法的核心思想是将单纯的教师讲授改变为教师适当地引导, 学生充分地自学。其中的关键作用点在于学生能够充分发挥个体主观能动性进行创新性学习。例如, 在讲授“焊接应力”这部分内容时, 老师对理论知识点进行讲授———如简单杆件应力与变形、焊接残余应力分布等;学生以小组合作的形式自学理论知识与实践操作结合的部分———如焊接结构的设计分类及应用。学生通过研读教材、查阅相关文献资料, 或者利用网络引擎等工具进行小组合作地探究、分析归纳、总结反思, 掌握各类复杂工件在焊接过程中的不同变形原因, 并且共同设计、完成实验课程———焊接残余应力的测量及焊接残余变形的调整与控制, 以巩固自学部分的内容。在此过程中, 小组合作的学习模式, 既可以促使学生在自主探究分析问题的过程中独立思考, 还可以在合作解决问题的过程中互相查漏补缺, 由此可以激发学生主动学习的积极性, 学生在小组讨论过程中可以畅所欲言, 充分表达自己的观点和质疑, 有利于建立自己学习知识的兴趣和信心, 因此, 这种小组合作的教学模式在教学中不可或缺。

此外, 针对一些典型的案例可以采用讨论法进行教学。例如, 教师提出典型案例和几个解决方案让学生们积极讨论, 寻找最佳解决方案。教师在这个过程中可以适当引导, 鼓励每个小组成员都有发言表达自己观点的机会, 小组成员对每个成员的观点在进行积极讨论, 努力达成一致意见, 并最终确定最佳方案。在讨论的过程中, 要注意引导方法, 激发学生的学习兴趣, 要鼓励每一位学生都积极发言, 表达自己的观点, 并提示其他学生对这个观点是否有异议, 同样, 在小组之间也要采用这种相互激励的方式。这样, 既可以培养每个学生的独立性, 又能够培养其相互的合作精神。

2.课程考核形式改革。鉴于《焊接结构》课程为考试课程, 因此该门课程的评分方法是采用总评成绩=平时成绩 (30%) +考试成绩 (70%) 的方式。其中, 平时成绩的评定又包括课堂提问或小组讨论 (40%) 、作业完成质量 (20%) 以及考勤 (20%) 。重视平时成绩的目的主要是为了促进学生学习兴趣和自主学习能力的培养, 让学生综合运用已学过的基础理论知识去分析和解决工程实际问题的能力, 并巩固、深化和拓展知识面。具体的操作方式为在适当的教学过程中, 由学生自由组成若干个小组, 对每小组分配一定的课程内容, 学生就分配的内容利用各种工具查阅相应资料;再经组员共同分析、讨论、备课后, 派出一名或多名代表进行课程讲授;教师对讲授情况进行总结后, 再根据每个小组的综合情况评分。这样不仅能够充分发挥学生的主观能动性, 锻炼其查阅文献资料和语言表达能力, 增加竞争意识。同时, 还可使课堂气氛变得活跃, 使学生由被动学习变为主动学习。而在期末考试试卷中, 除了对教材中所包括的基础与重要知识点的进行考核外, 还可另增加20%的课外内容, 让学生依据课本中所学知识进行拓展发挥。只有理论联系实际才能加深学生的知识记忆, 才能发挥学生的想象力, 激发学生的潜能, 让学生在主动学习的过程中逐渐对学习产生浓厚的兴趣。

四、结束语

在当今社会, 初见端倪的知识经济, 科学技术不断创新, 这也对《焊接结构》教学提出了更高的要求。近年来, 我们以培养学生的自主学习能力和创新精神为目的, 本着“高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才, 发展科学技术文化, 促进社会主义现代化建设”的指导精神, 通过对材料成型及控制工程专业焊接方法主干课程教学模式的不断深化改革和实践, 对“小组合作学习”教学模式的日臻丰富与完善, 期望能够寻找出在专业课教学的各个环节上如何有效运用小组合作学习培养大学生相应的自主学习能力的方法, 构建一种在工科专业课教学中培养大学生自主学习能力的教学模式, 为工科类教育工作者在自己的实际工作中培养学生自主学习能力提供一些参考。

参考文献

[1]马世辉.《焊接结构》工学结合教学模式的改革与实践[J].承德石油高等专科学校学报, 2012, 14 (1) :45-46.

[2]方洪渊.焊接结构学[M].北京:机械工业出版社, 2010.

[3]张彦华.焊接结构原理:前言[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2011.

[4]胡福志, 闫瑞海, 孔庆玲.高职院校《焊接结构》课程教学模式改革的探讨[J].中国科教创新导刊, 2009, (26) :195.

[5]杨建中.项目教学法教学模式与传统教学模式的比较研究[J].昆明冶金高等专科学校学报, 2008, 24 (2) :12-15.

[6]王建勋, 宋学平, 郑复晓.项目引导、任务驱动型课程及教学模式创新研究——《焊接结构生产》课程教学模式创新研究[J].兰州石化职业技术学院学报, 2011, 11 (1) :50-54.

压力容器焊接结构的研究 第8篇

1焊接技术基于压力容器焊接结构

今天各个行业都在使用压力容器。了解压力容器的焊接结构, 基于压力容器焊接结构的焊接技术成为我们使用的关键。由于压力容器内部材料的存储更为特殊, 之所以说它特殊是因为它存储的物质无论是气体物质还是液体物质基本上都是容易燃, 容易爆炸或具有毒害物质的。所以无论是在国内还是国外, 都特别重视这个特殊的密封容器的焊接和制作工序, 尤其是压力容器质量监督问题的解决更是各国重中之重, 如果发生一次严重的事故对人们的生命安全造成很大的威胁, 因为容器应用的特殊性, 后果是相当大的, 而且可能会对经济和环境导致一系列的连锁反应的影响。焊接技术基于压力容器焊接结构的设计是通过VBA语言在CAD模型空间中完成的。在设计该模块的工程中需要注意工艺的位置要与焊接接头的位置分配好, 这就需要在编写语言的过程中, 取点坐标要准确, 合理, 避免出现焊接接头和工艺卡在模型空间出现重叠的现象, 使整体的图形看起来不美观。

2压力容器焊接结构的分类

压力容器最常见的结构形式为圆柱形, 球形和锥形。大多数压力容器的部件组成包括封头、端盖、筒体和接管。封头在压力容器中可以分为三类, 椭圆形, 蝶形和球形的压力容器形状。在20mm薄壁封头的厚度可以采用冷压或旋压成形。20mm以上的壁厚头一般采用热压成型制作。大直径封头可瓜瓣和圆顶盖的焊接成型。在厚壁容器顶盖及换热器管板由大型锻造工艺加工而成。圆柱形筒体与椎体可冷弯成型或或热卷制作成型, 也可以用来抑制制造业的形成过程。封头、端盖、筒体 (椎体) 和接管都是焊接而成。对压力容器焊接结构的分类是多种多样的, 它分为压力容器的使用、压力容器的生产和检测。

(1) 按承受压力的等级分为:低压容器, 承压范围在0.1MPa到1.6MPa之间、中压容器, 承压范围在1.6MPa到10MPa之间、高压容器, 承压范围在10MPa到100MPa之间和超高压容器, 承压范围在100MPa以上。

(2) 按使用过程中的作用不同分为:1) 主要用于进行介质化学反应的容器——反应容器;2) 主要用于进行介质热量交换的容器——换热容器;3) 主要用于进行介质质量交换的容器——分离容器;4) 主要用于装气体或气体物料, 起平衡缓冲作用的容器——贮运容器。

3压力容器焊接结构的焊接方法

最常用的压力容器的焊接方法:手工电弧焊, 埋弧焊, 氩弧焊接。手工电弧焊:手工电弧焊也称为焊条电弧焊的焊接方法, 是一种可用于焊缝金属与母材在焊缝金属和母材形熔化形成焊缝的一种焊接方法。此种焊接方法设备简单, 成本低的交流或直流焊接电源。此种焊接方法灵活方便, 可用于各种位置的焊接, 甚至适用于各种焊接工件的厚度和形状。焊条范围广泛可用于不同钢材的焊接。焊接质量的好坏主要取决于工人的技术水平和焊条的质量。埋弧焊是焊接的焊剂保护层下电弧进行燃烧焊接的一种焊接方法。在造船, 压力容器, 重型机械、军工等制造业中应用的非常广泛, 它是现在应用最广泛的焊接方法。其显著特点是生产效率高, 这是因为一方面, 焊丝的长度短, 电流和电流密度增加, 因此弧深效率大大提高。另一方面, 由于磁通和炉渣保温和电弧基本无辐射热损失, 减少飞溅的溶液, 虽然对熔剂熔融热损失有所增加, 但总的热效率仍然大大增加。高质量的焊缝, 熔渣隔绝空气的保护效果好, 焊接参数可以通过自动调节保持得到, 在要求焊工技术水平不高, 焊缝成分稳定, 力学性能好。除了减少手工焊接操作的劳动强度, 它没有弧光辐射, 这是埋弧焊的独特优势。氩弧焊接是在传统电弧焊接的基础, 采用的焊接材料和燃烧反应保护惰性气体氩, 用电热流产使焊接熔化成液体焊料基体对焊接熔池的形成中, 基体金属, 在焊接技术焊接材料的原子结合的一种焊接技术。这个过程包括:压力容器的焊接打底、中层施焊、盖面、焊后热处理、焊缝的无损检测。在实际生产中, 在管壳式换热器的压力容器是最常见的, 最广泛使用的。根据管壳式换热器结构特点, 管壳式换热器可分为固定管板换热器, U型管式换热器, 填料函式换热器和浮头式换热器。压力容器焊接结构的焊接方法主要包括:原材料和焊接材料的检验、结构材料的预处理、放样划线和号料、下料与边缘加工、成型与弯曲加工、装配与焊接、焊后热处理、焊件的质量检查、焊接结构的涂装等。对于不同用途的压力容器就有不同的焊接要求, 也有相应的检测标准。

4利用VBA进行压力容器焊接接头模块设计

对所有压力容器焊接接头图进行VBA编程, 使程序运行时CAD界面能自动绘出压力容器焊接接头图, 从而组成基于VBA的CAD二次开发的压力容器焊接接头图库, 以后进行压力容器焊接工艺设计时想选哪种接头就把相应VBA程序运行即可生成相应焊接接头图。对接接头图库程序设计、角接接头图库程序设计、搭接接头图库程序设计、T型接头图库程序设计、接管与壳体间焊接接头图库程序设计所用的VBA编程语言基本相同。编辑程序时, 首先根据焊接接头图形编辑一个个闭合的区域, 编辑区域的程序主要是画直线程序和画弧程序, 然后编辑图案填充程序, 对闭合的区域进行填充, 接着对焊接接头图进行标注, 编辑尺寸标注程序, 尺寸标注主要包括对齐标注, 半径标注, 角度标注。依照VBA语言来编程, 编图程序初步完成后, 运行, 看程序是否正常运行, 如果运行出现错误, 则系统会自动提示, 需进行调试;如果运行正常, 则可得到接CAD图, 然后观察该图与图库的图是否相差很多, 如果相差很多, 则再通过改变坐标作调整, 最终得到符合要求的程序。

目前, 大多数焊接工艺都是记录在本上的, 当用户查找数据时会带来诸多不便, 维护起来也不方便。成功设计出该焊接工艺系统将会减少因焊接工艺规范太过复杂而造成生产中出现的问题。使用Access作为记录数据的后台数据库, Auto CAD中的VBA作为程序开发语言, 设计出一套可以应用于实际生产的焊接工艺专家系统。它不仅能够条理地, 系统地整理和存储焊接工艺数据, 而且界面方便简洁, 可以使用户快速地查询焊接工艺参数并进行有效合理的数据管理。通过研究, 了解压力容器的分类及其焊接工艺;将所学的知识进行条理化, 提高综合运用专业知识分析和解决实际问题的能力。对压力容器焊接结构过程有一个整体认识及运用, 如焊接强度计算、材料的选择、焊接接头的设计、焊接方法的选择、工艺参数的确定等;制作焊接工艺卡;学习运用Access数据库对焊接数据进行归类整理;掌握Auto CAD绘图方法和VBA语言二次开发技术等。

参考文献

[1]徐铮.压力容器焊接结构与工艺CAD设计方法的研究[D].沈阳工业大学硕士论文, 2013.

[2]焊接手册二材料的焊接[S].北京:机械工业出版社, 2003.

[3]陈祝年.焊接工程师手册[S].北京:中国机械工业出版社, 2002.

[4]肖玉平, 汪苏, 李晓辉.焊接工艺管理中的专家系统[M].电焊机, 2004, 34 (11) :116-119.

[5]王永庆.人工智能原理与方法[M].北京:北京航空大学出版社, 1998.

浅谈控制钢结构焊接变形 第9篇

关键词：钢结构,焊接,变形,控制

钢结构工程因其具有跨度大、利用空间大、施工速度快、经济且实用等特点被广泛利用于企业厂房及跨度较大的建筑上。钢结构工程质量直接影响着建筑结构及使用安全。作为钢结构制作和连接的主要技术, 焊接已经被广泛应用于钢结构的制作和安装工艺之中。然而, 焊接中产生的变形问题不仅影响了钢结构的外观和使用性能, 如果严重的话甚至会导致焊件报废, 给企业造成直接经济损失。特别是在大型钢结构件的焊接作业中, 这一问题表现得尤其突出。有鉴于此, 必须对焊接变形不同类型和原因进行全面分析, 并采取有力措施控制焊接变形量, 以确保不断提高生产效率和钢结构工程质量, 降低企业生产成本。

1 焊接变形的基本类型分析和原因分析

1.1 焊接变形的基本类型

所谓焊接变形是指钢结构在焊接过程中, 由于施焊电弧高温引起的变形, 以及焊接完成后在构件中的残余变形现象。在这两类变形中, 焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素, 也是破坏性最强的变形类型。焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形;根据变形的不同特点则可分为:角变形、弯曲变形、收缩变形、扭曲变形、波浪变形和错边变形。在这些变形类型中, 角变形和波浪变形属于局部变形, 而其他类型的变形属于整体变形。钢结构发生较多的变形类型是整体变形。

1.2 焊接变形产生的原因分析

1.2.1 钢结构刚度

刚度是指结构体对拉伸方向和弯曲变形的抵抗能力。钢结构的刚度主要取决于结构截面形状和尺寸的大小。例如, 工字钢截面和纵向桁架变形量, 主要取决于其横截面面积的弦杆截面大小的部分。再如, 工字型、丁字型或其他形状的型钢的弯曲变形量主要取决于截面的抗弯刚度。焊接连接缝位置和数量:当钢结构刚度不足时, 在设计焊接连接缝位置和数量时, 应在结构体对称安排, 且焊接顺序是合理的, 构件只能产生线性变形;当焊缝为不对称的安排, 产生的多为弯曲变形。

1.2.2 焊接工艺

焊接电流偏大、焊条直径较粗, 使得焊接速度缓慢, 可能导致焊接变形大;厚钢板焊接时, 手工焊接方法比自动焊接方法引起的变形量较小;采用多层焊接工艺时, 首层的焊缝收缩变形最大, 第二和第三层焊接变形量分别是首层的20%和5%～10%。也就是说, 多层焊接的层数越多, 焊接变形越明显;断续式焊缝与连续焊缝相比收缩变形量小;对接式焊缝的横向收缩变形量比纵向收缩变形量大2～4倍;焊接顺序不当或在没有焊接妥当分部构件时就进行整体组装焊接, 很容易产生焊接变形。因此, 为了防治焊接变形, 在焊接施工过程中必须制订合理的工艺措施。

2 钢结构焊接变形防治

2.1 焊接节点构造设计

2.1.1 控制焊缝的数量和大小

钢结构焊缝数量多、尺寸大, 焊接时的热输入量也越多, 造成的焊接变形也更大。因此, 在钢结构焊接节点构造设计时, 应设法控制焊缝的数量和大小, 尽可能减少焊接变形。

2.1.2 根据焊接工艺选择合适的焊缝坡口的形状和尺寸

对焊缝坡口形成与大小合理的选择应能够充分确保钢结构整体的承载能力。适当的坡口形状和大小, 可以通过减少截面积, 进一步减少结构的焊接变形量。

2.1.3 焊接节点的位置应处于构件截面的对称处

结构中性轴焊接节点的位置应尽可能在构件截面的中性轴对称位置, 或尽量接近中性轴, 同时应避免在高应力区。

2.1.4 对于节点形式的选择, 应选用刚性小的节点形式

节点应避免在双向、三向交叉处, 这样避免由于焊缝集中而导致的高温和焊缝应力集中, 从而减少焊接变形。

2.2 控制焊接变形的工艺措施

1) 采用合理的焊接顺序控制变形

(1) 对于对接接头、T形接头和十字接头坡口焊接, 在工件放置允许或易于翻身的情况下, 宜采用双面坡口对称顺序焊接;对于有对称截面的构件, 宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接。

(2) 对双面非对称坡口焊接, 焊接顺序应为先焊深坡口侧部分焊缝、后浅坡口侧、最后深坡口侧焊缝。

(3) 长焊缝采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用。

(4) 采用跳焊法, 避免工件局部加热集中。

2) 在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定的情况下, 宜采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自动保护电弧焊等能量密度相对比较高的焊接方法, 并采用较小的热输入。

3) 采用反变形法控制角变形。由于在冷却过程焊缝会产生收缩反应, 结果使得减少了工件焊接后的尺寸。针对这个问题, 为了弥补热胀冷缩带来的变形, 在大型构件焊接时常用反变形的方法。反变形方法是在进行焊接前使构件预先发生变形, 使变形方向和焊接变形方向相反、变形量大小基本相等。例如, 为了防止工字钢梁上下盖板的焊接角变形, 可以在焊前用折边机在相反方向预先压弯盖板。

4) 焊件夹具。大型结构件在焊接接头时各个工件和零件在自重和焊接应力的作用下, 要想使其位置固定是比较困难的。所以, 每件焊接工件和零件除了要用焊接平台固定位置外, 还需要用到焊件夹具有效地夹紧, 以便防止工件发生变形。

5) 对于大型结构宜采取分部组装焊接、分别矫正变形后再进行总装焊接或连接。

3 实际应用

兰州石化催化汽油加氢装置建设期间, 钢结构吨位达到2500t, 其中最高的钢结构达到33m, 这就需要将近3根H型钢 (厂家供货12m/根) 通过对接的方式组对成型。在现场施工过程中我们采用T型对接接头的形式, 分别在H型钢的翼板和腹板进行对接焊缝的焊接。为了严格控制焊接的变形量, 采用了CO2气体保护电弧焊的方式, 焊接的同时在组对的H型钢焊缝两侧400mm处, 利用钢管 (DN50) 将型钢的两翼板顶住, 进一步减少了焊接的变形量。

由于钢框架较高, 相应的平台层面变多, 无疑增多了立柱的节点量。在节点焊接的过程中, 选用2名焊工对一根立柱对称焊接, 或者由一名焊工使用跳焊的方式, 这样的控制措施也减少了焊接的变形量。

钢结构安装最后阶段就是安装每根立柱和顶部横梁连接处的柱顶板。由于直接焊接柱顶板时最后易发生角变形, 造成焊接的难度加大。实际应用中在柱顶板下料完成后用卷板机或大锤做相应的反变形, 这样在焊接柱顶板时, 已经被人为变形的柱顶板受到焊接变形的影响, 恢复到预期的平整度, 方便了焊接, 提高了焊接质量。

4 结语

在大多数的情况下, 通过采取适当的焊接节点构造设计措施和技术措施, 可以有效地控制钢结构的焊接变形, 以达到确保工程质量的目的。但由于材料、结构以及焊接施工现场环境等因素的复杂多变, 还应该在实践中不断总结和积累焊接经验, 提高控制焊接应力和焊接变形技术水平。

参考文献

[1]JGJ81-2002, 建筑钢结构焊接技术规程[S].

建筑钢结构焊接技术发展探讨 第10篇

1.1 建筑钢结构焊接难度简介

(1) 焊接难度一般。主要是一些简单的对接和角接且能自由收缩不存在太多的拘束度, 其受力状态则一般是静载拉、压且板厚小于30毫米钢材的碳含量小于0.38%。

(2) 焊接难度较难。主要是复杂节点或者已经施工了限制收缩变形措施且动载是间接的, 其板厚介于30毫米至80毫米且钢材的碳含量介于0.38%至0.45%。

(3) 焊接难度很难。主要是复杂节点或者因为局部返修使得焊缝无法进行自由收缩且动载是直接的, 而抗震的设防烈度也是大于8度, 其板厚大于80毫米且钢材碳含量大于0.45%。

1.2 建筑钢结构焊接要求简介

(1) 在施工图中要明确规定结构构件使用的焊接材料和钢材类型以及焊缝质量等级高低, 要标明焊接材料和钢材的品种和性能极其相关的现行标准等, 对相应的焊接方法和要求作出详细的规定要求。

(2) 焊接技术人员必须是受过专门培训且有一定实践经验才能胜任, 而焊接技术责任人员则要对焊接工艺的评定进行组织并对施工过程中存在的焊接技术问题进行处理。此外焊接质检人员也要控制和检查焊接作业全过程, 以此来及时采取相应的整改措施避免一些不规范行为产生。

( (3) 在选材上要符合设计图相关要求并具有检验报告或者质量说明书等, 而钢材的化学成分和力学性能及其他质量要求都必须符合国家的现行规定和标准。如果选用新材料也必须经过鉴定才能使用, 通过对其相关参数和数据等由专家进行评定。

2 建筑钢结构焊接技术发展

2.1 从业人员

(1) 焊工作为焊接技术相关工作的执行者直接影响焊接质量优劣, 其敬业程度和技术水平也有着很大程度上的影响。我国焊工总体数量和个体的技能水平在世界居于领先的同时, 有关焊工的敬业程度和职业道德却比发达国家稍微逊色一些。但是我国目前建筑钢结构领域存在过度竞争、艰苦的工作环境、对技术要求高但待遇却较低等对以上两点的有效实施存在一定的影响, 因此提高职业道德教育和改善焊工待遇需要引起重视并进行有效的实施。

(2) 技术人员资格认定有企业内部职称评定和全国范围内统一职业资格考试这两种体系存在, 存在的问题是前者多半是企业内部行为且标准难以统一化, 而后者拥有相对统一的标准和较为严格的考核, 对一些技术特点突出和技术要求较高的领域或者行业更为适用。而焊接技术作为相对独立的技术在我国只能在一些固定领域中使用, 针对建筑行业还没有纳入相关体系范围内的问题要尽快将焊接技术人员的资格考核体现进行建立和健全。

(3) 有关焊接技术的质量检验人员就目前来说分为无损检测人员和工程项目监理这两类, 而前者在一般情况下都有专业技术资格的培训并拥有各类证书具备一定的保障, 后者则存在虽有培训但相关知识并未了解透彻就直接上岗, 难免显得滥竽充数没有保障, 所以对于质量检验人员的相关考核必须严格控制才能对检查工作做到有效进行。

2.2 综合技术

(1) 相关标准和标准体系。就目前来说我国的相关标准和标准体系都存在还不够健全甚至有些混乱的问题, 而这是受到社会体制影响的, 我国从计划经济到市场经济进行转型的时间较短尚未发展成熟, 其中行业自成体系的问题使得各行各业间难以沟通协调, 这需要各行各业在转变过程中执行国标的同时根据自身的特点进行完善和补充。

(2) 复杂节点和特种材料。随着建筑领域的发展其相关要求要得到满足便带动了复杂节点和特种材料的发展, 而这些复杂节点和特种材料为制造和施工的难度都进行了增加, 因此需要通过相关的研究来解决一些特定的技术难题确保焊接施工的顺利实施。

(3) 建筑结构评定和修复。在建筑钢结构的评定和修复工作中, 无论是国内还是国外都处在探索的阶段, 这主要是因为建筑钢结构的节点形式比压力容器以及管道要复杂许多的问题, 这就需要不断研究并拥有自主的知识产权。

2.3 工艺方法

相对国外发达国家, 我国的焊接工艺方法存在起步相对较晚的问题, 一些焊接方法并没有得到大规模应用而是仍在研发。而随着社会不断发展带来的一些问题, 焊接工艺方法的未来趋势对于自动化将是一大要求, 因为自动化的实现可以有效提高效率。

2.4 材料设备

就材料而言大致可以分为钢材和焊材两类进行讨论, 钢材的未来发展是要在保证期综合性能没有被降低的情况下向高强度进行迈进, 此外还要将能够满足某种特殊需求的特种材料进行研发;而焊材现存的问题就是其品种和钢材品种的不匹配, 针对这个问题需要做的就是对焊接材料强度等级进行扩展, 此外为了保护环境实现绿色生产还要对环保的无镀铜焊丝进行大力研发和推广使用。

就设备来说我国目前仍存在半手工半机械的现象, 为了适应科技和时代发展焊接设备需要不断研发并逐步取代人工, 因为相关的机械设备能对焊接质量和生产效率进行有效的提高, 尤其是自动化的焊接设备适用于现场的安装和使用。

3 结合建筑钢结构窄间隙焊接技术进行简要分析

就窄间隙焊接技术而言减少焊缝金属截面积是其核心所在, 而由于钢结构厚板焊接的难度较高且工程量较大的问题存在, 因而要在坡口有所减少的同时应用组合焊接新工艺和多层多道焊接技术进行辅助从而得到不断的发展。以下就组合焊接新工艺进行一些介绍:

组合焊接新工艺大致分为打底焊、填充焊、盖面焊这三种, 打底焊采用的是焊条电弧焊用来解决伸出过长的干丝影响焊接的质量的问题且其拥有相对较低的焊缝稀释率, 在对焊缝成形质量有所提高的同时也有利于焊缝金属综合指标的达成;填充焊采用的是实芯CO2气体保护焊利用自身相对较大的熔深对侧壁熔化可靠性进行了一定的保障, 对焊接的效率和质量也有一定的提高;盖面焊采用的是药芯CO2气体保护焊为焊缝表面质量的提高提供一定的保障, 对观感效果也能起到一定的保障作用。

4 结语

经过了几十年发展我国的建筑钢结构焊接技术有一定的进步之处, 但和国外相比也存在一些不足, 就文中提到的几个因素进行分析和研究, 实现提高焊工职业技能以及职业道德素养、建立健全相关规定制度、不断开发新技术新设备等, 为我国的建筑钢结构焊接技术的不断发展提供动力。

摘要：建筑钢结构的特点是多样的结构和错综复杂的焊接点, 其结构的成败是受到焊接技术直接影响的, 而焊接技术也随着钢结构行业的发展而需要进一步的优化, 要提出新的观点指明技术路线方向并制定出相关课题进行研究, 文中将举例窄间隙焊接技术进行一些讨论。

关键词：建筑钢结构焊接,发展现状,发展趋势,窄间隙焊接技术

参考文献

[1]段斌, 孙少忠.我国建筑钢结构焊接技术的发展现状和发展趋势[J].焊接技术, 2012, 41 (5) :1-7.

结构工程焊接质量的控制措施分析 第11篇

在焊接过程中钢结构会发生一定程度的变化，出现缺陷会造成极为恶劣的影响。尤其是在冬季施工时，因为气温较低、湿度较大，因此更容易发生萃取裂纹等问题。所以钢结构工程焊接质量中对质量的控制十分重要，最大程度的减少对钢结构工程焊接过程中存在的消极问题，才可能达到钢结构工程焊接质量提升的目的。

1 焊接应力和变形的控制

1.1 焊接变形的控制 ①缩小焊接截面积。施焊量只要和连接要求相符就可以，正所谓“不过焊”就是说的焊接合适即可，一般的角焊缝是依照有效焊脚大小确定的焊缝强度，因此突出很高的焊缝、多出的金属焊缝，依照规范化要求无法达到许可强度提升的目的，相反的甚至会加大应力的集中系数，打消了坡口综合性功能。厚板、焊接缝可以使用U型创边组成的U型坡口，而减少焊缝金属量。②平衡环绕中和轴。施焊过程中遵循的一项原则为对称性，让一个收缩力平衡于另外一个收缩力，也可以实现在设计与焊接过程中对变形问题的有效控制。③使用逆向回焊法施焊。焊接的总进程从左往右递进时，那么必须要求每一个焊道的施焊都是由右到左，这就是分段侧焊法。因为对每道施焊之后，沿着焊缝板内缘的热量会造成这个位置出现膨胀问题，而两个板之间又会暂时的朝着外部分离，但是热量在板内侧朝着外部扩散后沿着外缘膨胀又会出现使板合拢的问题。

1.2 焊接裂纹的防范措施 选择合适的焊接材料以对焊接的化学成分进行控制，降低母材和焊接材料中出现的低熔点共晶物容易被偏析的问题，例如S、P含量的目的是防止出现热裂纹。焊接过程中工艺参数的控制，电流与焊接的速度，需要让各个焊道的截面上缘宽度与深度都与工艺运行要求相适应，也就是通常所说的焊缝成形系数B/H要达到控制热输入量的目的[1]。

2 结构工程安装质量控制

2.1 施工放线 不管是钢筋混凝土工程或者是钢结构工程，都无法避免施工放线这一步工序，施工放线对于整个工程建设的质量影响都是十分巨大的，要是放线工作过程中出现任何问题，或者无法和标准要求相适应，变会造成各项连锁反应出现，从而造成整个工程质量不达标。所以在开展钢结构安装的时候，首先要做好的一步工作便是施工放线，要对设计图纸有清楚的了解，在图纸之上将放线坐标点做标注，循序渐进一步一步的开展找点连接工作。

2.2 预埋地脚螺栓 预埋地脚螺栓属于钢结构工程安装过程中一项难点工程，从实际工作经验中总结发现，一般出现的问题都是整体的偏移或者局部的偏移，或者标高不正确、锚栓偏移等等。这些问题的存在会直接造成钢柱底板的螺栓孔发生问题，影响整体的钢柱标高，从而造成后续的安装无法顺利进行。所以在开展地脚螺栓预埋的工作过程中，需要保持足够的警惕。钢结构施工单位需要和土建单位一同合作进行预埋工作，首先需要先测量，之后再开展预埋，浇捣前要对地脚螺栓的大小做核查，做好坚实固定工序。为了避免出现锚栓不垂直的问题，在浇筑之前需要使用角钢行固定动作，将其焊接成笼状达到支撑优化的功能，完成混凝土浇筑工作之后，要将螺栓上存在的杂物清理干净。

2.3 构件的吊装和安装 完成上述几个步骤之后，需要开展的便是钢梁、钢柱与其他钢构件的安装。在钢柱、钢梁等的吊装过程中，需要对垂直偏差进行良好处理，钢柱需要依照准确计算之后的吊挂点执行吊装操作。

3 实际施焊过程中要注意的问题

3.1 预热中厚板焊接 碳素铜厚度超过34mm与低合金铜厚度超过30mm的情况下需要进行提前预热，预热温度最好控制在100℃至150℃之间，预热区域应该包括在焊接坡口两边各80～100mm的范围内。

3.2 尺寸偏离的控制 焊接几何尺寸和中心线等需要对其做严格合理的控制，仔细检查焊接位置相对范围，确认没有任何问题之后才能够开始焊接操作，焊接过程中需要保持细心的态度，不可以有任何的疏忽。

3.3 检查焊接外观与超声波 一级和二级的焊接，要求对焊缝实施超声波的探伤检查，使其与《钢结构施工和验收规范》的一般要求相适应，对试验报告中的各项数据进行检查，不能够有气孔、夹渣、弧坑裂缝与电焊烧伤等问题存在，一级焊缝中不能够存在咬边和未焊满的问题，使用渗透方式或磁粉探伤检查的方式确定无任何问题，工序操作完成后需要对焊缝做好检查并且进行详细记录。

3.4 对接与T形接口的焊缝 需要在焊件的两边配置上输出和输入板，材料的使用与坡口的具体形式需要保证与焊件的内容保持一致，焊接工作完成之后使用气将多余棱角切除并且修理整齐，不能够大力的用锤子击落。

3.5 焊缝的返修处置 使用无损探伤对焊缝进行检查，发现存在超标缺陷等问题时，需要对返修焊接的缺陷产生原因进行分析，并且针对具体的问题提出与之对应的解决措施，并且依照焊接工艺对返修工艺进行编制，经过返修之后的焊缝性能与一般质量要与之前的焊缝保持一致，完成焊缝返修工作之后，需要让其与原焊缝探伤要求与标准相同的模式开展复探，同一个焊缝位置的返修次数不可以大于2次。

通过对以上几个方面工作内容的强化，对焊接工艺不断的优化改进，切实提升工作人员的操作水平，对质量检验与跟踪行为进行质量优化，以保证焊接质量效果达到优质水平。

4 结语

我国国民经济水平不断稳定发展的过程中，受到发展沿海、西部大开发与振兴东北等基地战略部署的要求影响，我国的钢结构技术正以全新的面貌出现。钢结构施工质量在最近几年不断提升，特别是焊接质量的逐渐提升，对于保证人民财产与人身安全等起到了极大的促进作用。在开展钢结构工程的施工管理过程中，不但要合理的控制质量，还需要对技术人员等进行规范化的培训，做好各项准备工作以保证整体的钢结构工程能够达到一个绝佳的质量建设要求。

参考文献：

谈钢结构焊接施工质量控制 第12篇

1 焊接施工过程控制

1.1 母材准备要求

待焊接的母材材质, 首先应符合技术文件图纸的要求及国家现行相关标准的规定, 并且材料入厂时, 应随车附有钢厂出具的钢材质量证明书, 并盖有钢厂的红色检验印章。对未附有质量保证书, 或虽附有质量保证书, 但其内容与实物不符的原材料应拒绝使用。质量保证书一般不得使用传真件, 如使用复印件, 则复印件必须清晰、完整, 并盖有材料经销商的“质量证明专用章”或经销商的公章, 且印章均为红色原始印章, 质量证明书的内容应符合GB/T 247和GB/T 2101规范的规定。

其次, 母材上准备焊接的部位30 mm~50 mm范围内应清理干净, 不得有影响焊接质量的缺陷, 例如轧制氧化皮、水分、冰渣、泥土、锈皮、油漆、油脂、火焰切割渣、切割痕、剪切毛刺、裂纹、错台等。焊接坡口表面的加工质量应符合现行行业标准的有关规定。其中, 坡口采用火焰热切割加工时, 热切割纹的深度均不得大于0.3 mm, 否则应进行修补。当坡口表面割痕深度较浅时, 应采用机械加工或砂轮打磨完全清除, 当割痕较深时, 应先打磨清理干净割痕表面, 再采用与母材材质相适应的焊条补焊割痕处, 最后再用机械加工或砂轮打磨方法与原坡口表面平齐。

焊接坡口表面母材上的原始轧制缺陷, 应分缺陷不同类型及大小区别对待。当母材上缺陷为夹层时, 且夹层缺陷长度超过规范规定, 应采用测深仪或超声波探伤方法确定其深度, 较浅的用机械方法清除, 较深的可用机械方法或碳弧气刨方法清除后, 焊接修补填满。当母材上缺陷为裂纹时, 因裂纹缺陷危害比较大, 它会随着时间、应力不同而延伸长大, 必须将其完全清除掉。当裂纹长度不大于规范规定长度时, 应采用机械加工、砂轮打磨或碳弧气刨等方法完全清除, 并利用无损检测方法确定清除干净程度, 再用焊接方法修补平齐, 否则应将该段板完全割掉废弃。

1.2 焊材准备要求

焊接材料的材质, 应符合设计图纸的要求及国家现行相关标准的规定, 并在焊材入厂时, 应随材料附有专业检验机构出具的材料质量证明文件, 并盖有检测的红色检验印章, 质量证明书的内容应符合现行国家标准的规定, 其中规格、数量、有效日期、检验项目等必须与实物相吻合, 否则不得入厂使用。质量证明书一般不得使用传真件, 如使用复印件, 则复印件必须清晰, 内容完整, 原始检验印章必须能完全呈现, 并且复印件还必须加盖焊材经销商的“质量证明专用章”或经销商的公章, 此印章必须为红色原始印章, 不得与检测机构印章相叠加。此外, 焊接材料在使用前, 焊接材料生产单位还应提供该焊材的化学成分及焊接工艺性能鉴定参数等资料, 用以指导焊接厂家使用。

对于设计图纸要求焊接材料在使用前必须做抽样复验的, 或该批焊材质量证明资料内容不全的, 或对该批焊材质量存有疑义的, 或使用的该建筑结构安全等级为一级, 焊缝质量等级为二级以上的, 或该建筑结构安全等级为二级, 焊接质量等级为一级的, 或使用的该构件为A6级的吊车梁中的一级焊缝, 或该建筑为大跨度结构 (60 m以上) , 设计要求焊缝质量等级为一级, 都必须对该焊接材料进行见证取样, 抽样复验, 且复验结果应符合现行国家相关产品标准要求和设计图纸要求。

焊接材料的仓储管理应建立专用库房, 库房内配有专用焊条烘干机、焊剂烘干机、焊条保温桶、焊剂保温桶, 焊条、焊剂保温桶应按焊条、焊剂的规格型号分别设置明显标识, 还应配有温湿度计, 堆放货架, 台秤等。该焊材库房应由专人负责管理, 建立管理制度, 规定焊材的出入库、烘干、领用、回收等流程方法, 并且每一环节都应有详细的登记记录。对于入库记录内容至少应包含材料名称、规格型号、数量、日期;烘干记录至少包含材料名称、规格型号、数量、烘干温度、烘干时间、保温时间、日期;领用记录至少包含工程项目名称、材料名称、规格型号、数量;回收记录至少包含工程项目名称、材料名称、规格型号、数量等信息, 且每一环节都应履行签字手续。在焊材的存储过程中, 还应记录库房内的温度、湿度, 做到材料周转领用, 避免材料仓储时间过长超过有效期。退库焊条应采用专用颜色标示, 以便新旧区分, 重新烘干后应优先出库领用。焊材的烘干温度、保温时间、存储温度、存储湿度要求应按厂家提供的资料进行, 当无资料时, 可按规范GB50661—2011要求进行烘干、保温。

焊接材料在使用时应置于便携式保温桶中, 按需领用, 随用随取。保温桶应接电源, 温度保持在规定范围内, 桶盖封闭, 从桶中取用时最多一次不超过5支, 并且取用的5支应在4 h内用完, 否则应进行退库重新烘干。用于埋弧焊的焊剂及栓钉焊的瓷环, 也应按厂家提供资料进行烘干处理, 如厂家无资料可按规范规定要求进行烘干, 已受潮或结块的焊剂及其他杂质污染了的焊剂严禁使用, 烘干后的焊剂及瓷环在大气中放置时间也不应超过规范规定的时间要求, 否则应重新进行退库烘干。

1.3 焊接环境要求

焊接作业时, 作业环境温度一般不应低于0℃以下, 相对湿度不应大于90%, 焊条电弧焊时, 最大风速不应超过8 m/s, 气体保护焊时, 最大风速不应超过2 m/s。

当作业环境温度在0℃以下, -10℃以上时, 应对焊接接头的母材进行预热, 保证母材两倍板厚且不小于100 mm范围内温度不低于规范规定的最低预热温度, 并且在施工过程中保持这一温度不低于规范要求。在-10℃以下温度焊接施工时, 应先做该温度下的焊接工艺评定, 合格后再按评定的工艺进行施工, 否则严禁施工。现场高空焊接作业应搭设稳固的操作平台和防护棚。

1.4 焊接相关人员要求

在焊接施工过程中, 与焊接相关的人员按性质不同主要有五类, 其分别为焊接技术人员、焊接操作人员、焊接检验人员、无损检验人员及焊接热处理人员。这五类人员在上岗前应具备与岗位相适应的工作实践经验和技术水平, 接受过专门的岗位培训, 并取得相应岗位的上岗资格证书。对技术人员还应取得相应的技术职称, 对焊接及无损检验人员还应取得国家承认的专业机构颁发的资格证书。此外, 各岗位上岗人员身体素质应适合本岗位的作业特点和环境要求, 例如眼睛高度近视的人员不应从事焊接操作、检验测量、变形校正岗位, 色盲人员不应从事热处理、校正工作。对不接受公司组织纪律和管理制度约束, 劳动态度差、注意力不集中、情绪差、责任心不强的人员应避免从事上岗作业, 以免质量和安全事故的发生。

1.5 焊接技术要求

焊接作业施工前, 应由焊接技术人员负责编制详细的焊接施工作业指导书或焊接工艺规范 (WPS) , 用于指导焊接施工。

焊接作业指导书的内容应符合现行GB 50755—2012钢结构工程施工规范和GB 50661—2011钢结构焊接规范的规定要求。焊接作业文件编制时的工艺参数, 应依据合格的焊接工艺评定报告结果 (PQR) 或现行规范规定的免除工艺评定条件的数据编制, 严禁无依据或参考不合格的, 无可靠来源的数据编制。

1.6 焊接设备及辅助设备要求

焊接设备及辅助工具主要指用于焊接作业的焊机、焊钳、焊枪及焊接电缆等, 以及用于保证焊件尺寸, 防止焊接变形的焊接夹具、千斤顶、变位机、翻转机、回转台等辅助设备。

焊接设备及辅助设备应完好, 工作正常, 设备上的电器仪表 (电压表、电流表、速度表、气体流量表) 应定期进行标校, 并在标校合格范围内使用。设备应经常检查、保养、维修, 操作时不准超载运行, 避免负荷过大使设备损伤, 还应进行日常点检和定期保养检查, 操作时不准带“病”工作, 不准违章运行。在施工过程中, 应加强设备的维护, 特别是加强对关键质量特性有影响的设备的维护保养, 以保持其性能参数的正确性, 确保其工作能力。

2 焊接质量的控制

2.1 焊接作业相关人员控制

在焊接施工过程中, 影响质量的主要因素是人, 因此施工前对相关人员的职责应明确分工, 严格执行。对负责焊接作业的技术、操作、检验人员在上岗前应对其具备的能力进行考核确认, 保证其具备的能力与岗位资格要求相适应, 对能力不符合要求者, 应进行相关培训并考核, 严禁不合格人员上岗。

对焊接操作人员和无损检验人员应取得国家专业机构颁发的上岗资格证书, 并在有效期内, 按考核合格项目及权限从事相应焊接及无损检测或审核工作, 严禁超越资格证书规定的范围作业, 严禁无证上岗作业。为了进一步实现工序质量的合格和稳定, 应对相关作业人员上岗前作必要的相关知识培训, 包括技能培训、工程规范、作业指导、工艺要求等的了解及工序自主检查的方法和要求。只有这些工作规定及培训实施后, 才能确保焊接工序质量, 提高一次合格率, 降低工序成本。

此外对直接从事焊接作业的持证焊工, 应进行严格管理, 只容许其担任考试合格项目规定范围内的焊接工作, 整理其实际生产施焊记录, 统计焊接质量检验结果, 登记焊接质量事故, 建立焊工业绩档案。对中断焊接工作6个月以上者, 则取消其施焊资格, 如还想从事焊接工作, 则需重新参加技能考试, 合格后方能上岗。有效持证焊工在施工期内, 如果因操作失误或技能不熟练, 导致所焊产品割除重焊或焊件报废处理, 或经常或连续出现焊接质量事故, 或所焊产品焊缝连续3个月射线检测或超声波检测的一次合格率在85%以下者, 该焊工相应项目的合格资格证即被取消, 需重新参加技能培训考试。

2.2 焊接检验控制

焊缝施工质量的保证, 不但要焊后进行检查验收, 还应在焊接施工前及焊接施工过程中进行检验, 实现全过程控制。一般焊接检验的程序包括焊前检验、焊中检验和焊后检验三个检验段。在各个检验段中, 检验工作的内容应符合现行GB 50755—2012钢结构工程施工规范和GB 50661—2011钢结构焊接规范及GB 50205—2001钢结构工程施工质量验收规范的相关规定要求。

焊接质量检验按实施方的不同可分为, 制作者的自检 (第一方检验) , 下道工序接受方的复检 (第二方检验) , 专职检验员的检验 (第三方检验) 。三方检验协同作业, 层层把关, 筛查漏洞, 避免不合格。在不同检验段的实施过程中, 应及时做好检验记录, 记录数据真实、内容全面, 并由操作人员和检验人员双方签字认可检验结果。在完成施工单位的自主检验内容外, 为进一步保证产品质量, 客观地评价产品质量, 预防质量缺陷, 可邀请订货方 (业主) 或业主委托的监理工程师、政府部门的质监站对产品质量进行验证检查、试验。

3 结语

钢结构焊接工序, 是整个钢结构建筑施工项目中的核心内容之一。在施工全过程控制中, 要做好焊接施工前、施工中及施工后的检查验收工作, 除严格遵照规范和操作程序施工外, 同时还要重视关键节点处各工序质量的检查验收。在焊接施工过程中, 只有实行全过程的监测管理, 才能保证每一道焊缝的施工质量, 才能最终搞好整个工程质量。

摘要：从材料质量、施工工艺、施工管理等方面出发, 分析了建筑钢结构在焊接施工过程中应注意的操作要点, 并提出了有效的焊接施工质量控制措施, 以保证焊接施工质量, 节约工期, 降低成本。

关键词：钢结构,焊接施工,质量控制,施工过程

参考文献

[1]GB 50755—2012, 钢结构工程施工规范[S].

[2]GB 50661—2011, 钢结构焊接规范[S].