【導(dǎo)讀】焊接過程的物理本質(zhì)[1]----------------------------------------------------------------------------------------5. 焊接方法的分類[2]----------------------------------------------------------------------------------------------5. 常用焊接方法基本特點與應(yīng)用[2][3]-------------------------------------------------------------------------5. 焊縫符號標(biāo)注示例-----------------------------------------------------------------------------------10. 鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求[5]-----------------------------------------------------------------------------------------------13. 鋼結(jié)構(gòu)用鋼選用原則[5][6]----------------------------------------------------------------------------------------14. 焊接應(yīng)力的特點和分類----------------------------------------------------------------------------------------------19. 焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響----------------------------------------------------------------------------------------20

　　

【正文】 料下焊接厚度 (mm) 接頭形式 焊接位置 費用 自動化程度 對接 T接 搭接 平焊 立焊 橫焊 仰焊 設(shè)備費 焊接費 手工電弧焊 碳鋼 單道 2～ 6 多道 6 以上 A A A A B B C 少 少 差 低合金鋼 單道 2～ 6 多道 6 以上 二氧化碳氣保焊 碳鋼 射流過渡 :單道 3～ 10。多 道 10以上 短路過渡 :單道 ～ 6。多道6～ 20 A A A A A B C 中 少 好 低合金鋼 射流過渡 :單道 3～ 10。多道 10以上 短路過渡 :單道 ～ 6。多道 6～20 埋弧焊 碳鋼 單道 5～ 24 多道 24 以上 A A A A D B D 中 少 好 低合金鋼 單道 5～ 24 多道 24 以上 栓釘焊 碳鋼 ① ② 少 少 好 低合金鋼① 電渣焊 碳鋼 24 以上 A A B C A D D 大 少 好 低合金鋼 24 以上 ① ②栓釘?shù)牟牧蠟?ML15 和 ML15Al。（ GB/T64782020 《冷鐓和冷擠壓用鋼》）； 栓釘?shù)囊?guī)格有： M M1 M1 M1M2 M25 等（ GB/T104332020 《電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘》） ⑵ 工件厚度 工件的厚度可在一定程度上決定所適用的焊接方法。每種焊接方法由于所用熱源不同，都有一定的適用的材料厚度范圍。對于熔焊而言，是以焊透而不燒穿為前提。可焊最小的厚度是指穩(wěn)定狀態(tài)下單面單 道焊恰好焊透而不發(fā)生燒穿的厚度。顯然，焊件越薄，越須注意燒穿問題；可焊最大厚度則決定于該焊接方法在最大熱輸入下單面單道焊的最大熔深。焊件越厚，越須注意焊透問題。如果該結(jié)構(gòu)允許開坡口又能采用雙面多層多道焊，則可焊的最大厚度在技術(shù)上不再有困難，此時焊接方法由生產(chǎn)率和經(jīng)濟因素決定。在推薦的*內(nèi)部資料 請勿翻印 * 19 編制： 厚度范圍內(nèi)焊接時較易控制焊接質(zhì)量和保持合理的生產(chǎn)率。 ⑶ 接頭形式和焊接位置 焊接接頭形式通常由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式、使用要求和母材的厚度等因素決定。對接、搭接、T形接和角接是最基本的形式，這些接頭形式對大部分熔焊方法均適用。 ⑷ 焊接位 置 在不能變位的情況下焊接焊件上所有的焊縫，就會因焊縫處于不同空間位置而須采用平焊、立焊、橫焊、或仰焊等四種不同的位置的焊接。一種焊接方法能進行這四種位置的焊接稱可全位置焊的方法。就熔焊而言，埋弧焊只適用于平焊位置，電渣焊適用于立焊。其他如焊條電弧焊、各種氣體保護電弧焊均能全位置焊。各種焊接方法中以平焊最容易操作，生產(chǎn)率高，焊接質(zhì)量容易保證，而仰焊操作最難，極易產(chǎn)生焊接缺陷。因此有條件的應(yīng)是焊件變位，讓焊縫都處于平焊位置施焊。 ㈡ 母材特性 母材的特性考慮的包括母材的物理性能、力學(xué)性能和冶金性能。由于 焊接結(jié)構(gòu)中最常用是普通碳鋼和低合金鋼，幾乎所有焊接方法都能選用，但隨著含碳量或合金含量的增加，其焊接性能變差。高碳鋼或碳當(dāng)量高的合金結(jié)構(gòu)鋼宜采用冷卻速度慢的焊接方法，已減少熱影響區(qū)開裂傾向。 選擇好焊接方法的影響因素還包括技術(shù)水平、設(shè)備和焊接用消耗材料等。所有的因素須綜合考慮，選擇最經(jīng)濟最適用的方法。表 212 提供了綜合各種因素而適用的焊接方法，以供參考。 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計 焊接應(yīng)力 [5] [12] [13] 焊接應(yīng)力的特點和分類 ⑴ 特點 沒有外力作用 的情況下，平衡于物體內(nèi)的應(yīng)力稱內(nèi)應(yīng)力。引起內(nèi)應(yīng)力的原因很多，由焊接引起的內(nèi)應(yīng)力稱焊接應(yīng)力。 焊接應(yīng)力也和其他原因引起的內(nèi)應(yīng)力一樣，有一個基本特點，即在整個焊件內(nèi)構(gòu)成一個平衡力系，其內(nèi)力與內(nèi)力矩的總和都為零： 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 因此，在焊件橫截面上內(nèi)應(yīng)力的分布（圖 231），總是既有拉應(yīng)力，又有壓應(yīng)力，是雙值同時出現(xiàn)的。而且應(yīng)力分布圖上拉應(yīng)力的面積（圖中用 表示的影線面積）等于壓應(yīng)力得面積（ 用表示的影線面積）。 圖 231 長板對接焊后橫截面上的縱向應(yīng)力 錯誤 !未找到引用源。 的分布 *內(nèi)部資料 請勿翻印 * 20 編制： ⑵ 分類（見表 231） 表 231焊接應(yīng)力分類 焊接應(yīng)力 分類 說明 按應(yīng)力在焊件內(nèi)的空間位置分 一維空間應(yīng)力 單向（或單軸）應(yīng)力。應(yīng)力沿焊件一個方向作用 二維空間應(yīng)力 雙向（或雙軸）應(yīng)力。應(yīng)力在一個平面內(nèi)不同方向作用 三維空間應(yīng)力 三向（或三軸）應(yīng)力。應(yīng)力在空間所有方向作用 按應(yīng)力產(chǎn)生的原因分 熱應(yīng)力 焊接過程中焊件內(nèi)部溫度有差異所引起的應(yīng)力，故又稱溫差應(yīng)力，它隨溫差消失而消失。熱應(yīng)力是引起熱裂紋的力學(xué)原因 相變應(yīng)力 焊接過程中局部金屬發(fā)生相 變，其比容增加或減小而引起的應(yīng)力 塑變應(yīng)力 金屬局部發(fā)生拉伸或壓縮塑性變形后引起的內(nèi)應(yīng)力。焊接過程中在近縫高溫區(qū)德金屬熱膨和冷縮受阻時產(chǎn)生這種塑性變形，從而引起焊接的內(nèi)應(yīng)力 按應(yīng)力存在的時間分 焊接瞬時應(yīng)力 在焊接過程中，某一瞬時的焊接應(yīng)力，隨時間而變化。它和焊接熱應(yīng)力沒有本質(zhì)區(qū)別，當(dāng)溫度也隨時間而變化時，熱應(yīng)力也是瞬時應(yīng)力。統(tǒng)稱暫時應(yīng)力。 焊接殘余應(yīng)力 焊完冷卻后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力。圖 231 所示即為殘余應(yīng)力。它對焊接結(jié)構(gòu)的強度、腐蝕和尺寸穩(wěn)定性等使用性能有影響。 焊接殘余應(yīng)力 對結(jié)構(gòu)的影響 熔化焊必然會帶來焊接殘余應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力在鋼結(jié)構(gòu)中并非都是有害的。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)在工程中的受力情況、使用的材料、不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計等，正確選擇焊接工藝，將不利的因素變?yōu)橛欣囊蛩?。同時要做到具體情況具體分析。 1）對靜載強度的影響 塑性良好的金屬材料，焊接殘余應(yīng)力的存在并不影響焊接結(jié)構(gòu)的靜載強度。在塑性差的焊件上，因塑性變形困難，當(dāng)殘余應(yīng)力峰值達到材料的抗拉強度時，局部首先發(fā)生開裂，最后導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)整體破壞。由此可知，焊接殘余應(yīng)力的存在將明顯降低脆性材料鋼結(jié)構(gòu)的靜載強度。 2）對構(gòu)件加工尺寸精度的影響 對尺寸精度要求高的焊接結(jié)構(gòu)，焊后一般都采用切削加工來保證構(gòu)件的技術(shù)條件和裝配精度。通過切削加工把一部分材料從構(gòu)件上去除，使截面積相應(yīng)減小，同時也釋放了部分殘余應(yīng)力，使構(gòu)件中原有殘余應(yīng)力的平衡得到破壞，引起構(gòu)件變形。 圖 232帶氣割邊及帶蓋板的焊接桿 件的內(nèi)應(yīng)力 *內(nèi)部資料 請勿翻印 * 21 編制： 3）對受壓桿件穩(wěn)定性的影響 焊接后工字梁（ H 形）中的殘余壓應(yīng)力和外載引起的壓應(yīng)力疊加之和達到材料的屈服點時，這部分截面就喪失進一步承受外載的能力，削弱了有效截面積。這種壓力的存在，會使工字梁的穩(wěn)定性明顯下降，使局部或整體失穩(wěn)，產(chǎn)生變形 。 焊接殘余應(yīng)力對桿件穩(wěn)定性的影響大小，與內(nèi)應(yīng)力的分布有關(guān)，若能使有效截面遠離壓桿的中性軸，如圖 232 所示的 H 形焊接桿件，可以改善其穩(wěn)定性。圖中 ?是用氣割翼板外邊緣，圖中 ｂ 是翼板上加蓋板在邊緣進行焊接，均使邊緣存在較大拉內(nèi)應(yīng)力。這樣的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力狀態(tài) 其失穩(wěn)臨界應(yīng)力比一般焊接的 H形截面高。 4）對應(yīng)力腐蝕裂紋的影響 金屬材料在某些特定介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下發(fā)生的延遲開裂現(xiàn)象，稱為應(yīng)力腐蝕裂紋。應(yīng)力腐蝕裂紋主要是由材質(zhì)、腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用的結(jié)果。 采用熔化焊焊接的構(gòu)件，焊接殘余應(yīng)力是不 可避免的。焊件在特定的腐蝕介質(zhì)中，盡管拉應(yīng)力不一定很高都會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。其中殘余拉應(yīng)力大小對腐蝕速度有很大的影響，當(dāng)焊接殘余應(yīng)力與外載荷產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加后的拉應(yīng)力值越高，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向就高，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的時間就越短。所以，在腐蝕介質(zhì)中服役的焊件，首先要選擇抗介質(zhì)腐蝕性能好的材料，此外對鋼結(jié)構(gòu)的焊縫及其周圍處進行錘擊，使焊縫延展開，消除焊接殘余應(yīng)力。對條件允許焊接加工的鋼結(jié)構(gòu)，在使用前進行消除應(yīng)力退火等。 從設(shè)計方面調(diào)節(jié)和控制焊接殘余應(yīng)力（工藝措施見下章） 焊接內(nèi)應(yīng)力是可 以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和焊接工藝措施等進行調(diào)節(jié)與控制。工藝措施將在下一章詳細介紹。 1） 盡量減少結(jié)構(gòu)上焊縫的數(shù)量和焊縫尺寸。多一條焊縫就多一處內(nèi)應(yīng)力源；過大的焊縫尺寸，焊接時受熱區(qū)加大。使引起殘余應(yīng)力與變形的壓縮塑變區(qū)或變形量增大。 2） 避免焊縫過分集中，焊縫間應(yīng)保持足夠的距離。焊縫過分集中不僅使應(yīng)力分布更不均勻，而且可能出現(xiàn)雙向或三向復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。 3） 采用剛性較小的接頭形式。 焊接變形 [5] [12] [13] 焊接變形的特點和分類 ⑴ 特點 焊件由于焊接而產(chǎn)生的變形稱焊接變形。 焊接變形與焊件形狀尺寸、材料的熱物理性能及加熱條件等因素有關(guān)。如果是簡單的金屬桿件在自由狀態(tài)下均勻的加熱或冷卻，該桿件將按熱膨冷縮的基本規(guī)律在長度上產(chǎn)生伸長或縮短的變形，焊接時不均勻加熱過程，熱源只集中在焊接部位，且以一定速度向前移動。局部受熱金屬的膨脹能引起整個焊件發(fā)生平面內(nèi)或平面外的各種形態(tài)的變形。變形是從焊接時便產(chǎn)生，并隨焊接熱源的移動和焊件上溫度分布的變化而變化。一般情況下一條焊縫在施焊處受熱發(fā)生膨脹變形，后面開始在凝固和冷卻處發(fā)生收縮。膨脹和收縮在這條焊縫上不同部位分別產(chǎn)生，直至焊接結(jié)束并冷*內(nèi)部資料 請勿翻印 * 22 編制： 至室溫 ，變形才停止。 ⑵分類 焊接過程中隨時間而變的變形稱焊接瞬時變形，它對焊接施工過程發(fā)生影響。焊完冷后，焊件上殘留下來的變形稱焊接殘余變形，它對結(jié)構(gòu)質(zhì)量和使用性能發(fā)生影響。 我們關(guān)心最多的是焊接殘余變形，因為它直接影響結(jié)構(gòu)的使用性能。所以在沒有特別說明情況下，一般所說的焊接變形，多是指焊接殘余變形。按變形后的形態(tài)分，焊接殘余變形可歸納成表 232所示的幾種類型。它們與焊件的形態(tài)、尺寸、焊縫在焊件上的位置、焊縫坡口的幾何形狀等因素有關(guān)。 表 232焊接殘余變形分類 類型 示意圖 說明 板平面內(nèi)的變形 橫向收縮 垂直焊接方向的收縮 縱向收縮 焊接方向的收縮 回轉(zhuǎn)變形 在開坡口焊接時，焊接過程中坡口間時而張開時而閉合的變形。在熱源前方完全沒有拘束的情況下，因連接焊接坡口間隙常常張開，焊接熱輸入量越大，張開量越大 板平面外的變形 橫向彎曲變形（角變形） 在板厚方向由于焊接而使溫度分布不均勻時，沿板厚方向橫向收縮不同，使板件在焊縫中心線處發(fā)生彎曲變形。又叫角變形 縱向彎曲變形 焊接方向偏心收縮引起的彎曲變形 波浪變形 在薄板焊接時，由于焊接產(chǎn)生的壓 縮殘余應(yīng)力，使板件出現(xiàn)因壓曲形成的波浪變形 扭曲變形 細長構(gòu)件，縱向焊縫的橫向收縮不均勻或備料與組裝質(zhì)量不良，使構(gòu)件繞自身軸線扭轉(zhuǎn) *內(nèi)部資料 請勿翻印 * 23 編制： 焊接變形收縮余量計算 1）縱向收縮 從理論上精確計算變形量目前比較困難。工程上對于鋼制細長焊件，如梁、柱等結(jié)構(gòu)單層焊的縱向收縮量△ L，可利用以下經(jīng)驗公式估算： △ L=k1AHL∕ A 式中 △ L—— 單層焊縱向收縮量， mm； k1—— 系數(shù)見表 233； AH—— 塑性變形區(qū)面積， mm2； L —— 焊件長度， mm； A —— 焊縫的截面積， mm2。 表 233 k1與焊接方法的關(guān)系（材料為低碳鋼） 焊接方法 二氧化碳焊 埋弧焊 焊條電弧焊 系數(shù) ～ 多層焊的縱向收縮量，將上式中的塑性變形區(qū)面積 AH 改為一層焊縫金屬的截面積，并將所計算的結(jié)果再與系數(shù) k2相乘。 k2=1+85 錯誤 !未找到引用源。 n?