建筑钢结构的焊接方法

摘 要：钢结构焊接的基本原则是安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材,接头需要有足够的强度,还要有适宜于施行连接手段的足够空间.本文对钢结构的焊接方法进行简要的分析.

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焊接就是通过一定的手段将板材或型钢组合成构件,或将若干构件组合成整体结构,以保证其共同工作.钢材或钢构件只有焊接起来,才能形成钢结构.钢结构焊接的基本原则是安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材,接头需要有足够的强度,还要有适宜于施行连接手段的足够空间.

1．焊缝连接

焊缝连接就是将钢材连接处金属加热熔化,待冷却后形成焊缝,将缝两侧钢材连成一体,焊缝连接是目前钢结构连接的主要方法.

1.1常用焊接方法

1.1.1手工电弧焊手工电弧焊是最常用的一种焊接方法.通电后,涂有药皮的焊条和焊件之间产生电弧,其温度可高达3000℃.在高温作用下,电弧周围金属熔化成液态,形成熔池.同时,焊条中的焊丝熔化滴人熔池中,与焊件金属溶液相互结合,冷却后形成焊缝.焊条药皮在燃烧过程中产生气体保护电弧和熔化金属,并形成焊渣覆盖于液态金属表面,隔绝空气中的氧、氮气体,避免形成脆性化合物.

手工电弧焊的优点在于设备简单,操作灵活方便,适用于任何空间位置的焊接,特别适于焊接短焊缝.其不足之处是生产效率低,劳动强度大,焊缝质量与焊工技术水平有关,且质量波动较大.

手工电弧焊常用的焊条分碳钢焊条和合金钢焊条两种,牌号有E43型、ES0型和E55型,其中E表示焊条,两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值(kgf／mm2).焊条的选用应与主体金属(焊件钢材)相匹配,一般情况下,对Q235钢材采用E43型焊条,对Q345钢材则采用ES0型焊条,对Q390、Q420钢材采用E55型焊条.当不同强度的两种钢材进行焊接时,宜采用与低强度钢材相适应的焊条.

1.1.2埋弧焊埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法,分自动埋弧焊和半自动埋弧焊两种方式.通电引弧后,由于电弧的作用,使埋于焊剂下的焊丝和附近的焊剂熔化,熔渣浮在熔化的焊缝金属上面,使熔化金属不与空气接触,并供给焊缝金属所需要的合金元素,随着电焊机的移动,颗粒状的焊剂不断由料斗漏下,电弧完全被埋在焊剂之内,同时焊丝边熔化边下降.如果电焊机沿轨道按设定的速度自动移动,就称为自动埋弧焊；如果电焊机的移动是由人工操作,则称为半自动埋弧焊.

埋弧焊具有的优点较多,概括起来为：工艺条件稳定,与大气隔离、保护效果好,电弧热量集中；熔深大,焊缝的化学成分均匀；焊缝质量好,塑性和韧性较高；生产效率高.但自动埋弧焊只适合于焊接较长的直线焊缝,手工埋弧焊可适合于焊接曲线焊缝.

埋弧焊采用的焊丝、焊剂要保证其熔敷金属抗拉强度不低于相应手工焊条的数值.Q235钢焊件可采用H08、H08A、H08MnA等焊丝配合高锰、高硅型焊剂；Q345钢和Q390钢焊件可采用H08A、H08E焊丝配合高锰型焊剂,也可采用H08Mn、H08MnA焊丝配合中锰型和高锰型焊剂,或采用H10Mn2焊丝配合无锰型或低锰型焊剂.

1.1.3气体保护焊气体保护焊,又称气电焊.它是利用惰性气体或二氧化碳(CO2)气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法.该法依靠保护气体在电弧周围形成局部隔离区,以防止有害气体的侵入,从而保持焊接过程的稳定.

气体保护焊的优点是电弧热量集中,焊接速度快,焊件熔深大,热影响区较小,焊接变形较小；由于焊缝熔化区不产生焊渣,焊接过程中能清楚地看到焊缝成型的全过程；气体保护焊所形成的焊缝强度比手工电弧焊高、塑性和抗腐蚀性较好,适用于全位置的焊接,特别适用于厚钢板或厚度100mm以上的特厚钢板的连接.气电焊的缺点是设备较复杂,不适于野外或有风的地方施焊.

1．2焊缝连接的主要优缺点

焊缝连接不削弱构件截面,节约钢材；构造简单,加工方便；连接的刚度大,密封性能好；易于采用自动化作业.

焊缝附近的热影响区内钢材的力学性能发生变化,导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使构件的承载力受到不利影响；焊接结构对裂纹很敏感,一旦局部发生裂纹,就容易迅速扩展到整个截面,低温冷脆现象较为突出.

2．焊接规范

焊接规范是指影响焊接质量和生产率的各个工艺参数的总称.其主要参数包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊条或焊丝直径等.由于它直接影响着焊缝的熔深、宽度与高度,因此正确选择焊接规范是保证焊缝质量的重要条件.

2．1焊接电流增大电流能提高生产率,增加熔深,适于焊厚板.但电流过大易造成咬边而影响成形质量；相反,电流过小也易造成夹渣及未焊透缺陷.总之,焊接电流既不能太小,又不能过大,只有适当选择才能保证焊接质量.

2．2电弧电压电弧电压主要影响焊缝的尺寸和形状.电弧电压过高时,会形成浅而宽的焊缝,易导致未焊透和咬边等缺陷；但电弧电压过低时,会形成高而窄的焊缝,使边缘熔合不良.选择时电弧电压应与焊接电流相适应,随着电流的提高,电弧电压也应相应增大.

2．3焊接速度焊接速度对焊缝的外观有直接的影响.焊接速度过快,易产生未焊透、咬边、气孔等缺陷；速度太慢会导致焊瘤、溢流等缺陷的形成.焊接速度必须与所选定的焊接电流、电弧电压相匹配才能形成质量良好的焊缝.

3．焊接技术要求及材料选择

一般的焊接技术要求主要有：选择焊接方法；选择焊条；焊缝布置；焊接工艺上的特殊要求；检验方面的要求；水压试验要求；气密性试验以及后处理要求等.

焊接过程中的各种填充金属及为了提高焊接质量而附加的保护物质统称为焊接材料.主要包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体和钎剂、钎料等.选择焊接材料时,一般应按焊缝和母材等强度原则来选择,其次还应考虑工艺因素及各种焊接方法的冶金特点对接头性能的影响.焊接材料标准或产品样本上所列性能都是焊材熔敷金属性能,而焊接接头性能取决于焊缝和焊接工艺,目前没有任一焊接材料在焊接过程中可以作用于焊接接头中的热影响区而改变它的性能,从选用焊接材料来说只能考虑焊缝性能,为保证焊接接头性能还需焊接工艺配合.