焊接培訓(xùn)中心焊接鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PPT課件

1、IIW Authorized Training Body1、概述、概述輕型材料的應(yīng)用（特別是鋁材）使輕型結(jié)構(gòu)的制輕型材料的應(yīng)用（特別是鋁材）使輕型結(jié)構(gòu)的制造成為可能。鋁及其合金焊接技術(shù)的快速發(fā)展?jié)M足了造成為可能。鋁及其合金焊接技術(shù)的快速發(fā)展?jié)M足了鋁結(jié)構(gòu)焊接的要求。鋁結(jié)構(gòu)焊接的要求。第1頁/共41頁IIW Authorized Training Body鋁結(jié)構(gòu)焊接和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)主要由三份標(biāo)準(zhǔn)組成鋁結(jié)構(gòu)焊接和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)主要由三份標(biāo)準(zhǔn)組成。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)既沒有。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)既沒有EN標(biāo)準(zhǔn)，也沒有標(biāo)準(zhǔn)，也沒有ISO標(biāo)準(zhǔn)。僅在標(biāo)準(zhǔn)。僅在母母材和填充材料有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或者在起草階段。材和填充材料有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或者在起草階

2、段。DIN4113-1：1980主要靜載荷鋁結(jié)構(gòu)；載荷分析和設(shè)計(jì)主要靜載荷鋁結(jié)構(gòu)；載荷分析和設(shè)計(jì)DIN4113-2：1993主要靜載荷鋁結(jié)構(gòu)；計(jì)算和鋁結(jié)構(gòu)焊接接頭制造主要靜載荷鋁結(jié)構(gòu)；計(jì)算和鋁結(jié)構(gòu)焊接接頭制造建筑研究院規(guī)程：建筑研究院規(guī)程：1987鋁結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程鋁結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程DVS1608：1983軌道車輛鋁結(jié)構(gòu)焊接軌道車輛鋁結(jié)構(gòu)焊接ISO9692-3：2001坡口準(zhǔn)備；鋁及其合金的坡口準(zhǔn)備；鋁及其合金的MIG焊和焊和TIG焊焊未來歐洲標(biāo)準(zhǔn)是歐洲未來歐洲標(biāo)準(zhǔn)是歐洲9號(hào)（號(hào)（EN1999），此標(biāo)準(zhǔn)在投票階段。），此標(biāo)準(zhǔn)在投票階段。ANSI/AWS D1.2：2003 結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程 鋁

3、鋁相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)DIN18800-1：1990鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)-計(jì)算和設(shè)計(jì)計(jì)算和設(shè)計(jì)第2頁/共41頁IIW Authorized Training Body鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，雖然在計(jì)算方法上與鋼結(jié)構(gòu)基鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，雖然在計(jì)算方法上與鋼結(jié)構(gòu)基本本相同（強(qiáng)度設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和剛度設(shè)計(jì)），但由于相同（強(qiáng)度設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和剛度設(shè)計(jì)），但由于其焊接接頭性能的特殊性，在接頭設(shè)計(jì)、許用應(yīng)力等其焊接接頭性能的特殊性，在接頭設(shè)計(jì)、許用應(yīng)力等方面又不同于鋼結(jié)構(gòu)。方面又不同于鋼結(jié)構(gòu)。鋁與鋼相比重要的區(qū)別：鋁與鋼相比重要的區(qū)別：比較低的強(qiáng)度；比較低的強(qiáng)度；低彈性模量低彈性模量焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū)擠壓型材的

4、成型擠壓型材的成型有減少輕型結(jié)構(gòu)質(zhì)量可能性有減少輕型結(jié)構(gòu)質(zhì)量可能性第3頁/共41頁IIW Authorized Training Body鋁鋁結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼密度密度2.7g/cm37.8 g/cm3彈性模量彈性模量70,000N/mm2210,000 N/mm2剪切模量剪切模量26,500 N/mm281, 000 N/mm2橫向延伸率橫向延伸率0.330.30熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)23.5*106 1/K12*106 1/K屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度20-470 N/mm2240-960 N/mm2抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度70-520 N/mm236-1100 N/mm2第4頁/共41頁IIW Authorize

5、d Training Body鋁梁和鋼梁的區(qū)別鋁梁和鋼梁的區(qū)別 第5頁/共41頁IIW Authorized Training Body第6頁/共41頁IIW Authorized Training Body2、鋁結(jié)構(gòu)應(yīng)用、鋁結(jié)構(gòu)應(yīng)用 鋁及鋁合金具有重量輕、防腐性能好、低溫韌性好鋁及鋁合金具有重量輕、防腐性能好、低溫韌性好和易于壓力加工等特點(diǎn)，因此在工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)方面和易于壓力加工等特點(diǎn)，因此在工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)方面都有大量應(yīng)用。都有大量應(yīng)用。由于其優(yōu)良的防腐性能和低溫韌性好的特點(diǎn)，由于其優(yōu)良的防腐性能和低溫韌性好的特點(diǎn)，因此在石油、化工、深冷行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。因此在石油、化工、深冷行業(yè)得到廣泛應(yīng)

6、用。在建筑行業(yè)，由于鋁的重量輕、防腐性能好，在建筑行業(yè)，由于鋁的重量輕、防腐性能好，因此鋁結(jié)構(gòu)代替鋼結(jié)構(gòu)也有大量應(yīng)用。因此鋁結(jié)構(gòu)代替鋼結(jié)構(gòu)也有大量應(yīng)用。在軌道交通行業(yè)，大量的使用鋁代替鋼制造軌在軌道交通行業(yè)，大量的使用鋁代替鋼制造軌道車輛，并且呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。道車輛，并且呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。包括航空、電子技術(shù)、包裝、機(jī)器制造、煉鋼包括航空、電子技術(shù)、包裝、機(jī)器制造、煉鋼等行業(yè)都是用鋁及其合金。等行業(yè)都是用鋁及其合金。第7頁/共41頁IIW Authorized Training Body應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn)能否降低成本，相似結(jié)構(gòu)使用其它材料代替能否降低成本，相似結(jié)構(gòu)使用其它材料代替?能否節(jié)省材料，例如相似

7、結(jié)構(gòu)，鋁結(jié)構(gòu)相對(duì)鋼結(jié)構(gòu)能否節(jié)省材料，例如相似結(jié)構(gòu)，鋁結(jié)構(gòu)相對(duì)鋼結(jié)構(gòu)可以節(jié)省至少可以節(jié)省至少40的材料的材料?減輕重量而節(jié)省成本，如節(jié)省火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用燃料。減輕重量而節(jié)省成本，如節(jié)省火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用燃料。能否因減輕重量增加容積；能否因減輕重量增加容積；使用鋁結(jié)構(gòu)無須考慮防腐保護(hù)，由于鋁結(jié)構(gòu)的這種使用鋁結(jié)構(gòu)無須考慮防腐保護(hù)，由于鋁結(jié)構(gòu)的這種優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省了防腐費(fèi)用；優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省了防腐費(fèi)用；能否改變產(chǎn)品外觀，例如在建筑上；能否改變產(chǎn)品外觀，例如在建筑上；結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)在100以上的性能；以上的性能；擠壓型材的發(fā)展，節(jié)省制造費(fèi)用；擠壓型材的發(fā)展，節(jié)省制造費(fèi)用；考慮鋁的重要性能，例如低彈性模量、高塑性、高考慮鋁的重要性

8、能，例如低彈性模量、高塑性、高導(dǎo)電率等導(dǎo)電率等第8頁/共41頁IIW Authorized Training Body第9頁/共41頁IIW Authorized Training Body材料鋁及其合金的產(chǎn)品形式材料鋁及其合金的產(chǎn)品形式 鋁盡其合金的供貨形式主要包括普通的板材、鋁盡其合金的供貨形式主要包括普通的板材、管材、型材和特殊擠壓型材管材、型材和特殊擠壓型材第10頁/共41頁IIW Authorized Training Body3、材料特點(diǎn)、材料特點(diǎn)可以看出，非熱處理強(qiáng)化的鋁合金在焊接狀態(tài)下的斷裂強(qiáng)度和可以看出，非熱處理強(qiáng)化的鋁合金在焊接狀態(tài)下的斷裂強(qiáng)度和0.2%屈服屈服強(qiáng)度與供貨狀

9、態(tài)幾乎沒有區(qū)別，而對(duì)一可熱處理化鋁合金則有明顯的差別。強(qiáng)度與供貨狀態(tài)幾乎沒有區(qū)別，而對(duì)一可熱處理化鋁合金則有明顯的差別。非熱處理強(qiáng)化鋁合金的非熱處理強(qiáng)化鋁合金的 比值大約比值大約0.5至至0.6之間，在焊接狀態(tài)要稍之間，在焊接狀態(tài)要稍低一些，對(duì)于熱處理強(qiáng)化鋁合金鋼在低一些，對(duì)于熱處理強(qiáng)化鋁合金鋼在0.7至至0.8之間。之間。zP/2 . 0第11頁/共41頁IIW Authorized Training BodyAlZn4.5Mg（7xxx）鋁合金的強(qiáng)度值只比鋁合金的強(qiáng)度值只比St37鋼鋼(S235)低低25%。特別適。特別適用于高層建筑和車輛制造用于高層建筑和車輛制造中的承載焊接構(gòu)件。中的承

10、載焊接構(gòu)件。鋁合金的斷裂延伸率鋁合金的斷裂延伸率還沒有達(dá)到普通結(jié)構(gòu)鋼的還沒有達(dá)到普通結(jié)構(gòu)鋼的一半（一半（S235大約為大約為25%）。）。焊后接頭軟化焊后接頭軟化b；Al-Zn-Mg合金合金b較高，較高，適于建筑及承載構(gòu)件；適于建筑及承載構(gòu)件；鋁合金的延伸率不到鋁合金的延伸率不到普通結(jié)構(gòu)鋼的普通結(jié)構(gòu)鋼的1/2；鋁合金基本沒有低溫鋁合金基本沒有低溫脆性脆性.第12頁/共41頁IIW Authorized Training Body 許用應(yīng)力的選擇許用應(yīng)力的選擇焊縫的許用應(yīng)力焊縫的許用應(yīng)力第13頁/共41頁IIW Authorized Training Body接頭形式接頭形式接頭形式與焊縫計(jì)算厚

11、度；接頭形式與焊縫計(jì)算厚度；第14頁/共41頁IIW Authorized Training Body第15頁/共41頁IIW Authorized Training Body 焊接接頭的強(qiáng)度特點(diǎn)焊接接頭的強(qiáng)度特點(diǎn) 鋁結(jié)構(gòu)焊接接頭的熱影響區(qū)有強(qiáng)度普遍下降的問題鋁結(jié)構(gòu)焊接接頭的熱影響區(qū)有強(qiáng)度普遍下降的問題 第16頁/共41頁IIW Authorized Training Body第17頁/共41頁IIW Authorized Training Body4、焊縫準(zhǔn)備及結(jié)構(gòu)形式、焊縫準(zhǔn)備及結(jié)構(gòu)形式 鋼和鋁的坡口有兩個(gè)區(qū)別：鋼和鋁的坡口有兩個(gè)區(qū)別：鋁由于熔點(diǎn)較低一般熔深較大鋁由于熔點(diǎn)較低一般熔深較大焊

12、鋁時(shí)由熱傳導(dǎo)較快要求較大的坡口張開焊鋁時(shí)由熱傳導(dǎo)較快要求較大的坡口張開角度以避免可能產(chǎn)生的未熔合角度以避免可能產(chǎn)生的未熔合第18頁/共41頁IIW Authorized Training Body對(duì)所有氣體保護(hù)焊方法要求根部焊透。為了使根部更對(duì)所有氣體保護(hù)焊方法要求根部焊透。為了使根部更好地熔合，應(yīng)在根部一側(cè)開斜邊見圖好地熔合，應(yīng)在根部一側(cè)開斜邊見圖11。建議使用熔。建議使用熔池保護(hù)裝置。池保護(hù)裝置。第19頁/共41頁IIW Authorized Training Body銅質(zhì)或高合金保護(hù)銅質(zhì)或高合金保護(hù)Cr-Ni鋼絲鋼絲 型材保護(hù)型材保護(hù) 第20頁/共41頁IIW Authorized Tr

13、aining Body第21頁/共41頁IIW Authorized Training Body5 5、計(jì)算準(zhǔn)則、計(jì)算準(zhǔn)則 焊接鋁結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理上可以與按焊接鋁結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理上可以與按DIN18800T1DIN18800T1進(jìn)行的鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算相比較。但母材和焊縫的許用應(yīng)進(jìn)行的鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算相比較。但母材和焊縫的許用應(yīng)力卻不一樣，必須按不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程選取。對(duì)于母材力卻不一樣，必須按不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程選取。對(duì)于母材的許用應(yīng)力在的許用應(yīng)力在DIN4113DIN4113第一部分中給出，對(duì)焊縫則按第一部分中給出，對(duì)焊縫則按建筑技術(shù)研究所的規(guī)程選取。建筑技術(shù)研究所的規(guī)程選取。第22頁/共41頁IIW Autho

14、rized Training Body應(yīng)該考慮到，焊接時(shí)在熱影響區(qū)的橫截面內(nèi)要應(yīng)該考慮到，焊接時(shí)在熱影響區(qū)的橫截面內(nèi)要產(chǎn)生強(qiáng)度的降低。焊接結(jié)構(gòu)的熱影響區(qū)是從焊縫中點(diǎn)產(chǎn)生強(qiáng)度的降低。焊接結(jié)構(gòu)的熱影響區(qū)是從焊縫中點(diǎn)及根部算起向各個(gè)方向延伸及根部算起向各個(gè)方向延伸30mm的區(qū)域。的區(qū)域。第23頁/共41頁IIW Authorized Training Body5.2動(dòng)載時(shí)的計(jì)算準(zhǔn)則動(dòng)載時(shí)的計(jì)算準(zhǔn)則動(dòng)載鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算需按動(dòng)載鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算需按DVS1608規(guī)程并規(guī)程并結(jié)合結(jié)合DS952規(guī)程一私人企業(yè)金屬材料焊接規(guī)程。規(guī)程一私人企業(yè)金屬材料焊接規(guī)程。受動(dòng)載的鋁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域是車輛，飛機(jī)和船受動(dòng)載

15、的鋁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域是車輛，飛機(jī)和船舶制造等。舶制造等。目前唯一適用于受動(dòng)載鋁結(jié)構(gòu)的規(guī)程是目前唯一適用于受動(dòng)載鋁結(jié)構(gòu)的規(guī)程是DVS1608規(guī)程。其它制造上的技術(shù)數(shù)據(jù)（焊接材料的規(guī)程。其它制造上的技術(shù)數(shù)據(jù)（焊接材料的選擇，焊接時(shí)熱輸入等）則應(yīng)根據(jù)計(jì)算的特性值結(jié)合選擇，焊接時(shí)熱輸入等）則應(yīng)根據(jù)計(jì)算的特性值結(jié)合應(yīng)力極限比應(yīng)力極限比=+1至至=-1時(shí)的二載荷曲線來給出。時(shí)的二載荷曲線來給出。載荷循環(huán)次數(shù)載荷循環(huán)次數(shù)N的最大值為的最大值為N=1107。第24頁/共41頁IIW Authorized Training BodyN=1*107表面未處理表面未處理 t10A 未焊接未焊接D 焊接焊接 缺口等級(jí)缺

16、口等級(jí)DMIG SG AlMg5第25頁/共41頁IIW Authorized Training Body6、鋁結(jié)構(gòu)焊接、鋁結(jié)構(gòu)焊接合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 受力簡(jiǎn)單明確，便于制作、安裝、維護(hù)受力簡(jiǎn)單明確，便于制作、安裝、維護(hù)采取措施減少熱影響對(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件強(qiáng)度的影響采取措施減少熱影響對(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件強(qiáng)度的影響鋁合金表面長(zhǎng)時(shí)間受熱輻射在鋁合金表面長(zhǎng)時(shí)間受熱輻射在80以上時(shí)，應(yīng)采以上時(shí)，應(yīng)采取取有效措施防護(hù)有效措施防護(hù)注意防腐注意防腐第26頁/共41頁IIW Authorized Training Body 盡量減小結(jié)構(gòu)或焊接接頭部位的應(yīng)力集中；盡量減小結(jié)構(gòu)或焊接接頭部

17、位的應(yīng)力集中； 盡量減小結(jié)構(gòu)的剛度，以減小應(yīng)力集中和附加盡量減小結(jié)構(gòu)的剛度，以減小應(yīng)力集中和附加應(yīng)力的影響；應(yīng)力的影響； 不采用過厚的截面；不采用過厚的截面； 對(duì)于附件或不受力焊縫的設(shè)計(jì)，應(yīng)與主焊縫同對(duì)于附件或不受力焊縫的設(shè)計(jì)，應(yīng)與主焊縫同樣重視；樣重視； 焊縫位置應(yīng)具有可達(dá)性焊縫位置應(yīng)具有可達(dá)性便于施焊和焊前現(xiàn)便于施焊和焊前現(xiàn)場(chǎng)清理。場(chǎng)清理。第27頁/共41頁IIW Authorized Training Body6.1 一般結(jié)構(gòu)焊接一般結(jié)構(gòu)焊接焊縫在較小應(yīng)力區(qū)，例如：焊縫在較小應(yīng)力區(qū)，例如：焊縫處在對(duì)稱軸焊縫處在對(duì)稱軸第28頁/共41頁IIW Authorized Training Bod

18、y避免附加應(yīng)力的焊接接頭形式，例如：避免附加應(yīng)力的焊接接頭形式，例如：不同板厚焊接接頭不同板厚焊接接頭第29頁/共41頁IIW Authorized Training Body產(chǎn)生最小內(nèi)應(yīng)力焊接接頭，例如：產(chǎn)生最小內(nèi)應(yīng)力焊接接頭，例如：避免內(nèi)應(yīng)力焊接接頭避免內(nèi)應(yīng)力焊接接頭第30頁/共41頁IIW Authorized Training Body改善焊接熱影響區(qū)性能下降的接頭，例如：改善焊接熱影響區(qū)性能下降的接頭，例如：增加板厚的焊接接頭增加板厚的焊接接頭第31頁/共41頁IIW Authorized Training Body動(dòng)載荷下，降低缺口效應(yīng)的接頭，例如：動(dòng)載荷下，降低缺口效應(yīng)的接頭，例

19、如：減小界面變化的接頭減小界面變化的接頭第32頁/共41頁IIW Authorized Training Body與板材厚度相適應(yīng)的焊縫厚度與板材厚度相適應(yīng)的焊縫厚度第33頁/共41頁IIW Authorized Training Body帶背面保護(hù)的焊接接頭帶背面保護(hù)的焊接接頭第34頁/共41頁IIW Authorized Training Body節(jié)點(diǎn)接頭節(jié)點(diǎn)接頭第35頁/共41頁IIW Authorized Training Body第36頁/共41頁IIW Authorized Training Body美國(guó)鋁擠壓材年表觀消費(fèi)量保持在美國(guó)鋁擠壓材年表觀消費(fèi)量保持在140140多萬多萬噸，加噸，加拿大拿大25萬噸。北美地區(qū)交通運(yùn)輸業(yè)是其最大的鋁型材萬噸。北美地區(qū)交通運(yùn)輸業(yè)是其最大的鋁型材使用部門，約占鋁型材總用量的使用部門，約占鋁型材總用量