鋼結構連接施工-鋼結連接焊接施工工藝

鋼結構連接施工鋼結構焊接施工工藝焊接分類手工電弧焊埋弧自動焊氣體保護焊氧乙炔焊（切割）1手工電弧焊

⑵焊條：焊條供手工電弧焊用，由焊芯和藥皮組成。焊條的表示方法（如E4303、E5015)：“E”代表焊條，前兩位“43”、“50”表示焊縫金屬的抗拉強度等級（430、500N/mm2)，第三位數(shù)字代表焊接的位置，最后一位數(shù)表示適用電源種類及藥皮類型。

又稱焊條電弧焊：是最普遍的熔化焊焊接方法，它是利用電弧產(chǎn)生的高溫、高熱量進行焊接的。

⑴電焊機：主要有交流弧焊機、直流弧焊機

。交流弧焊機直流弧焊機焊條⑶焊接接頭與坡口

焊接前根據(jù)焊接部位的形狀、尺寸、受力的不同，選擇合適的接頭類型。常見的接頭型式有

對接、搭接、T字接和角接等。

為確保焊件能焊透，必須開一定形狀的坡口。常見的接頭型式對接接頭的坡口型式⑷焊接工藝參數(shù)的選擇

手工電弧焊的焊接工藝參數(shù)有：焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接層數(shù)、電源種類及極性等。

焊條直徑——根據(jù)焊件厚度、接頭形式、焊縫位置和焊接層次來選擇。

焊接電流——根據(jù)焊條的類型、直徑、焊件的厚度、接頭形式、焊縫空間位置等因素來考慮。其中焊條直徑和焊縫空間位置最為關鍵。

電弧電壓——根據(jù)電源特性，由焊接電流決定相應的電弧電壓。

焊接層數(shù)——視焊件的厚度而定。除薄板外，一般都采用多層焊。每層焊縫的厚度過大，對焊縫金屬的塑性有不利影響，施工中每層焊縫的厚度不應大于4～5mm。多層焊的焊縫和焊接順序有平焊、立焊、橫焊和仰焊四種。平焊易操作，勞動條件好，生產(chǎn)率高，焊縫質量易保證。立焊、橫焊和仰焊時施焊困難，應盡量避免。⑸焊縫的空間位置焊縫的空間位置⑹焊接準備

碰擊法——將焊條垂直于焊件進行碰擊，然后迅速保持一定距離；

劃擦法——將焊條端頭輕輕劃過焊件，然后迅速保持一定距離。

嚴禁在焊縫區(qū)以外的母材上打火引弧。包括坡口制備、焊口清理、焊條烘干、預熱、預變形及高強度鋼切割表面探傷等。⑺引弧引弧方法鋼管打坡口⑻運條方法

①沿其中心線向下送進——焊條被電弧熔化變短，為保持弧長，須使焊條沿其中心線向下送進，以防止斷??；

焊條運條有三個運條方向，三個方向的動作應密切配合。

②沿焊縫方向移動——為形成線形焊縫，焊條要沿焊縫方向移動，移動速度應適當；

③橫向擺動——為獲得一定寬度的焊縫，焊條必須橫向擺動。平焊焊條角度和運條基本動作2埋弧自動焊

電腦自動埋弧焊生產(chǎn)線定義：埋弧焊（SAW)是電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法，其電弧的引燃、焊條送進和電弧移動都采用機械來完成。電弧焊接過程有：引燃電弧、正常焊接和熄弧收尾三個階段。自動焊接裝置:具備送絲機構（焊接機頭）和行走機構（焊車或自行焊接機頭），才能達到自動完成焊接操作的目的埋弧焊設備由焊接電源、焊車、控制箱三部分組成。焊車由送絲機頭、行走小車、焊絲盤和焊劑漏斗等組成。

埋弧焊工作原理

焊接電源的兩極分別接至導電嘴和焊件。焊接時，顆粒狀焊劑由焊劑漏斗經(jīng)軟管均勻地堆敷到焊件的待焊處，焊絲由焊絲盤經(jīng)送絲機構和導電嘴送入焊接區(qū)，電弧在焊劑下面的焊絲與母材之間燃燒。埋弧焊的焊接過程及工藝圖1埋弧焊焊縫成形示意圖焊接機頭動作（1）引燃電弧先使焊絲與焊件接觸短路，焊機啟動時靠焊絲的向上回抽而引燃電弧。（2）正常焊接使焊絲按預定的焊接工藝參數(shù)向電弧區(qū)給送，并保持焊接工藝參數(shù)的基本穩(wěn)定。（3）熄弧收尾先停止送絲，再切斷電源，這樣既可使弧坑填滿，又不致使焊絲與焊件“粘住”。埋弧自動焊SAW－焊縫[v]

埋弧焊焊絲從導電嘴伸出長度較短，故可采用大電流焊接，比手工電弧焊高4倍，故適宜焊接較厚材料，也可焊接大直徑筒體，如圖所示。環(huán)焊縫埋弧焊示意圖埋弧焊的應用

埋弧焊具有生產(chǎn)效率高、焊縫質量好、焊接熔深大、機械化程度高等特點

可焊接的鋼種有：碳素結構鋼、低合金結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼以及復合鋼等。此外，用埋弧焊堆焊耐熱、耐腐蝕合金或焊接鎳基合金、銅基合金等也能獲得很好的效果。廣泛應用于鍋爐、壓力容器、船舶、橋梁、起重機械、工程機械、冶金機械以及海洋結構、核電設備等制造，特別是當用于中厚板、長焊縫的焊接時具有明顯的優(yōu)越性。

⑴焊接適用的位置受到限制：由于采用顆粒狀的焊劑進行焊接，因此一般只適用于平焊位置（俯位）的焊接。⑵焊接厚度受到限制：由于埋弧焊時，當焊接電流小于100A時電弧的穩(wěn)定性通常變差，因此不適于焊接厚度小于1mm以下的薄板⑶對焊件坡口加工與裝配要求較嚴：因為埋弧焊不能直接觀察電弧與坡口的相對位置，故必須保證坡口的加工和裝配精度，或者采用焊縫自動跟蹤裝置，才能保證不焊偏。埋弧焊的應用注意總結埋弧焊特點：優(yōu)點：1）生產(chǎn)率高、節(jié)省焊接材料，成本低；2）焊接質量好；3）勞動條件好。4）節(jié)約金屬及電能

缺點：1）適應性較差，只能在水平位置焊接長直焊縫或大直徑的環(huán)焊縫，焊前準備工作量大；2）焊接電流強度大，不適于1mm以下薄板；3）難以完成鋁、鈦等強氧化性金屬及合金的焊接；4）設備一次性投資較大。埋弧自動焊機3氣體保護焊氣體保護焊是以可熔化的金屬焊絲作電極，由氣體作保護的電弧焊。操作方式：半自動焊、自動焊焊絲：1、實心焊絲：一般含有脫氧用的和焊縫金屬所需要的合金元素；

2、藥芯焊絲：藥芯成分及作用與焊條的藥皮相似氣體保護焊分類

氣體保護焊的優(yōu)缺點

優(yōu)點【與焊條電弧焊相比】：1）焊接效率高。連續(xù)送絲，沒有更換焊條工序，焊道之間不須清渣，節(jié)省時間；通過焊絲的電流密度大，提高了熔敷速度。2）可以獲得含氫量較低的焊縫金屬。3）在相同電流下，熔深比焊條電弧焊的大。4）焊接厚板時，可以用較低的焊接電弧和較快的焊接速度，其焊接變形小。5）煙霧少，可以減輕對通風要求。優(yōu)點【與埋弧自動焊相比】：1）明弧焊接，焊工可以觀察到電弧和熔池的狀態(tài)和行為。2）可以進行全位置焊接。埋弧焊只能處在平焊位置焊接。3）可以用更窄的坡口間隙，實現(xiàn)窄間隙焊接，節(jié)省填充金屬和提高生產(chǎn)率。4）熔化極氣體保護焊的可焊接的金屬厚度很廣，最薄約1mm，最厚幾乎不受限制。缺點【與焊條電弧焊相比】：1）受環(huán)境制約，為了確保焊接區(qū)獲得良好的氣體保護，在室外操作需有防風裝置。2）半自動焊槍比焊條電弧焊鉗重，不輕便、操作靈活性較差。對于狹小空間的接頭，焊槍不易接近。3）設備較復雜，對使用和維護要求較高。氣體保護焊按保護氣體劃分1、CO2焊：廣泛用于普通的金屬結構。2、MIG焊（MetalInertGasArcWelding，熔化極惰性氣體保護焊）使用惰性氣體，既可以焊接黑色金屬又可以焊接有色金屬，但從焊絲供應以及制造成本考慮主要用于鋁、銅、鈦及其合金，以及不銹鋼、耐熱鋼的焊接。

3、MAG焊（MetalActiveGasArcWelding，熔化極活性氣體保護焊）和CO2焊主要用于焊接碳鋼、低合金高強度鋼?！綧AG焊：焊接較為重要的金屬結構】（1）CO2氣體保護焊

二氧化碳氣體保護焊施焊時焊縫被保護，故焊縫金屬純度高、性能好；焊接加熱集中，焊件變形小；電弧穩(wěn)定性好，在小電流時電弧也能穩(wěn)定燃燒，是一種高效率，低成本的焊接方法。缺點是：焊縫熔深淺，只適合于焊接＜6mm薄板。逆變CO2氣體保護焊機

CO2氣體保護焊CO2氣體保護焊絲（2）MIG（meltinert-gaswelding）熔化極惰性氣體保護焊MIG焊通常采用惰性氣體（氬、氦或其混合氣體）作焊接區(qū)的保護氣體。在焊接工藝上的特點：1）惰性氣體幾乎不與任何金屬產(chǎn)生化學作用，也不溶于金屬中，所以幾乎可以焊接所有金屬。2）焊絲外表沒有涂料層，焊接電流可提高，因而母材熔深較大，焊絲熔化速度快，熔敷率高。3）這樣電弧穩(wěn)定、熔滴過渡均勻和飛濺少，焊縫成形好。

缺點：（1）惰性氣體價貴，成本較高。（2）對母材及焊絲的油、銹很敏感，容易生成氣孔。（3）與CO2相比其熔深較小，抗風能力弱，不宜室外焊接。是在氬氣中加入少量的氧化性氣體（氧氣，二氧化碳或其混合氣體）混合而成的一種混合氣體保護焊。【我國常用的是80%Ar+20%二氧化碳的混合氣體，由于混合氣體中氬氣占的比例較大，故常稱為富氬混合氣體保護焊】Ar+O2Ar+CO2Ar+CO2+O2Ar+He（3）MAG（MetalActiveGasArcWelding)熔化極活性混合氣體保護焊MAG焊主要適用于碳鋼、合金鋼和不銹鋼等黑色金屬的焊接，尤其在不銹鋼的焊接中得到廣泛的應用。氣體保護電弧焊設備半自動熔化極氣體保護電弧焊全套主要由：焊接電源、焊槍、送絲機、供氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。自動焊增加行走機構，它和焊槍及送絲機組合成焊接小車（機頭)。焊接電源電流類型：氣體保護焊一般采用直流電源。直流弧焊發(fā)電機和各種類型的弧焊整流器均可采用。焊接電流在15～500A之間，特種應用達1500A?？蛰d電壓在55～80V范圍，負載持續(xù)率在60%～100%范圍。焊槍氣體保護焊的焊槍分：半自動焊槍：手握式自動焊槍：安裝在有行走機構的機頭上結構手握式焊槍用于半自動焊，常用的有：

鵝頸式：適于小直徑焊絲，輕巧靈便，特別適合結構緊湊難以達到的拐角處和某些受限制區(qū)域的焊接；

手槍式：適合于較大直徑焊絲，它對冷要求較高。對焊槍性能有如下要求：1）必須有一個將焊接電流傳遞給焊絲的導電嘴，焊絲能均勻連續(xù)地從其內(nèi)孔通過，導電嘴的導電性能要好，耐磨、熔點高。根據(jù)焊絲尺寸和磨損情況可以更換。2）必須有一個向焊接區(qū)輸送保護氣體的通道和噴嘴，噴嘴應與導電嘴絕緣，而且根據(jù)需要可方便地更換。3）焊槍必須有冷卻措施，可以是氣冷或水冷。4）焊槍結構應緊湊、便于操作。尤其手握式焊槍，應輕便靈活。送絲系統(tǒng)1、組成送絲系統(tǒng)的組成與送絲方式有關，應用最廣的推絲式送絲系統(tǒng)是由焊絲盤、送絲機構（包括電動機、減速器、校直輪、送絲輪等)和送絲軟管組成。工作時，盤繞在焊絲盤上的焊絲先經(jīng)矯直輪矯直后，再經(jīng)過安裝在減速器輸出軸上的送絲輪，最后經(jīng)過送絲軟管送向焊槍。2、送絲方式目前在熔化極氣體保護電弧焊中應用的送絲方式三種：（1）推絲式（2）拉絲式（3）推拉式

供氣與水冷系統(tǒng)1、供氣系統(tǒng)供氣系統(tǒng)由氣源（高壓氣瓶）、減壓閥、流量計和電磁或機械氣閥組成。

焊槍內(nèi)的冷卻方式有：1、氣冷2、水冷取決于保護氣體種類、焊接電流大小和接頭形式。自動焊的焊槍多用水冷式。水冷系統(tǒng)：用水冷式焊槍，必須有水冷系統(tǒng)，一般由水箱、水泵和冷卻水管及水壓開關組成。

氧乙炔焊（切割）又叫氣焊，它是利用可燃氣體與助燃氣體混合燃燒生成的火焰為熱源，熔化焊件和焊接材料使之達到原子間結合的一種焊接方法。氧乙炔切割焊接基本工藝參數(shù)1.焊條（絲）直徑焊條（絲）的直徑與焊接電流和焊件厚度成正比3.送絲與運條速度焊接（自動焊）時送絲或行走速度與本次焊道厚度、寬度成反比，與焊接電流成正比2.焊接電流與電壓焊接電流是最重要的工藝參數(shù)，焊接電流應隨焊條（絲）的直徑增大而增大焊接電壓是控制焊縫成型均勻和寬度的參數(shù)焊接輔助工藝焊前預熱后熱焊后熱處理根據(jù)材料和環(huán)境溫度確定，加熱溫度一般為50℃~400℃，鑄鐵熱焊可達600℃~700℃。焊接缺陷（裂紋）的出現(xiàn)，是與冷卻速度直接相關的。對于某些材料，往往在焊后對工件進行適當加熱，以降低其冷卻速度。對于淬硬性較高的材料，焊接時會出現(xiàn)較多的淬硬組織和較大的焊接殘余應力，從而增大冷裂傾向。為此，對于高強鋼的重要焊接結構，往往需要在焊后進行局部或整體熱處理。焊后熱處理的方法有焊后正火、回火、退火、脫氫處理等。焊接應力與變形焊接應力與變形的形成焊接殘余變形焊接殘余應力一、焊接應力與焊接變形1、焊接構件由焊接而產(chǎn)生的內(nèi)應力叫焊接應力，焊后殘留在焊件內(nèi)的焊接應力叫焊接殘余應力。2、焊件由焊接產(chǎn)生的變形叫焊接變形，焊后焊件殘留的變形叫焊接殘余變形。焊接應力與變形的形成二、焊接應力與變形產(chǎn)生的原因1.均勻加熱引起應力與變形的原因焊接應力和變形產(chǎn)生過程示意圖ａ）鋼桿自由伸縮ｂ）鋼桿加熱時的變形ｃ）鋼桿冷卻后的變形2.焊接過程引起應力與變形的原因平板對接焊時的焊接應力與變形ａ）原始狀態(tài)ｂ）ｃ）加熱過程ｄ）ｅ）冷卻以后表示拉應力表示壓應力一、焊接殘余變形的分類ａ）收縮變形ｂ）角變形ｃ）彎曲變形ｄ）波浪變形焊接殘余變形ｅ）扭曲變形ｆ）錯邊變形縱向和橫向收縮變形Δx—縱向收縮變形Δy—橫向收縮變形2.彎曲變形彎曲變形常見于焊接梁、柱、管道等焊件，對這類焊接結構的生產(chǎn)造成較大的危害。彎曲變形的大小以撓度f來度量，撓度f

是焊后焊件的中心偏離原焊件中心軸的最大距離。彎曲變形的撓度由縱向收縮變形造成的彎曲變形由橫向收縮變形造成的彎曲變形3.角變形幾種焊接接頭的角變形ａ）對接接頭ｂ）Ｔ形接頭ｃ）堆焊4.波浪變形薄板焊接的波浪變形5.扭曲變形工字梁的扭曲變形ａ）焊前ｂ）焊后6.錯邊變形錯邊變形ａ）長度方向的錯邊ｂ）厚度方向的錯邊二、影響焊接殘余變形的因素因素1.焊縫在結構中的位置焊縫在結構上位置不對稱造成的彎曲變形ａ）單道焊縫的鋼管焊接ｂ）T形梁的焊接因素2.焊接結構的剛度（1）結構抵抗拉伸的剛度主要決定于結構截面積的大小。（2）結構抵抗彎曲的剛度主要看結構截面的形狀和尺寸大小。（3）結構抵抗扭曲的剛度除了決定于結構的尺寸大小外，最主要的是結構截面形狀。【A一般來說，短而粗的焊接結構，剛度較大；細而長的構件，抗彎剛度小。】【B結構整體剛度總是比部件剛度大。因此，生產(chǎn)中常采用整體裝配后再進行焊接的方法來減少焊接變形?！繋追N梁的截面形狀因素3.焊接結構的裝配及焊接順序工字梁的裝配順序和焊接順序ａ）工字梁的結構形式ｂ）邊裝邊焊順序ｃ）總裝后再焊接順序1—下蓋板2—腹板3—上蓋板雙Y形坡口對接接頭的角變形ａ）合理的焊接順序ｂ）不合理的焊接順序4.其他因素（1）結構材料的線膨脹系數(shù)（2）焊接方法（3）焊接參數(shù)（4）焊接方向（5）焊接坡口形式三、控制焊接殘余變形的措施1.采用合理的裝配焊接順序（1）對稱焊縫采用對稱焊接法圓筒體環(huán)形焊縫對稱焊接順序（2）不對稱焊縫先焊焊縫少的一側壓型上模及其焊接順序（3）采用不同的焊接順序控制焊接變形長焊縫的幾種焊接順序ａ）分段退焊法ｂ）分中分段退焊法ｃ）跳焊法ｄ）交替焊法ｅ）分中對稱焊法Y形坡口對接的反變形法焊接a）產(chǎn)生角變形b）采取反變形法2.反變形法3.剛度固定法薄板焊接的剛度固定法１—壓鐵２—焊件３—平臺剛度固定防止法蘭角變形4.散熱法散熱法示意圖ａ）噴水散熱ｂ）浸入水中散熱ｃ）水冷銅塊散熱１—焊炬２—焊件３—噴水管４—水冷銅塊四、殘余變形的矯正1.機械矯正法工字梁焊后變形的機械矯正ａ）拱曲焊件ｂ）用拉緊器拉ｃ）用壓頭壓ｄ）用千斤頂頂2.火焰矯正法火焰矯正法的加熱方式ａ）點狀加熱ｂ）線狀加熱ｃ）三角形加熱（3）三角形加熱矯正火焰矯正法實例ａ）點狀加熱矯正ｂ）線狀加熱矯正ｃ）三角形加熱矯正（1）點狀加熱矯正火焰加熱的區(qū)域為一個點或多個點，加熱點直徑一般小于15mm。（2）線狀加熱矯正水火矯正一、焊接殘余應力的分類1.按引起應力的基本原因分類（1）熱應力（2）相變應力（3）拘束應力2.按應力的作用方向分類（1）縱向應力（2）橫向應力3.按應力在空間的方向分類（1）單向應力（2）雙向應力（3）三向應力焊接殘余應力二、控制焊接殘余應力的措施1.選擇合理的焊接順序（1）盡可能考慮焊縫能自由收縮大型容器底部拼接的焊接順序（2）先焊收縮量最大的焊縫帶蓋板的雙工字梁結構焊接順序１—對接焊縫２—角焊縫焊接變形的收縮余量2.選擇合理的焊接參數(shù)焊接時應盡量采用小的焊接熱輸入，選用小直徑焊條、較小的焊接電流和快速焊等。3.采用預熱法預熱法是指在焊前對焊件的全部（或局部）進行加熱的工藝措施，一般預熱的溫度在150

~350℃之間。4.加熱減應區(qū)法加熱減應區(qū)法應用示意圖ａ）框架斷口焊接ｂ）輪輻斷口焊接ｃ）輪緣斷口焊接加熱減應區(qū)法,是在焊件上選定除焊補處以外的一處或幾處部位進行焊前、焊中或焊后的適當加熱,使該部位與焊補區(qū)焊接時同時作同樣的伸長,冷卻時作同樣的收縮,以減小接頭焊接應力的一種工藝方法。所選定的加熱部位稱為加熱減應區(qū)。加熱減應法,常配合氧一乙炔氣焊或電弧焊進行。5.錘擊法焊縫區(qū)金屬由于在冷卻收縮時受阻而產(chǎn)生拉伸應力，如在焊接每條焊道之后，用錘子錘擊焊縫金屬，促使它產(chǎn)生延伸塑性變形，以抵消焊接時產(chǎn)生的壓縮塑性變形，這樣便能起到減小焊接殘余應力的作用。三、消除殘余應力的方法1.消除應力退火14MaMoVB消除應力退火工藝曲線2.振動時效振動時效又稱為振動消除應力法，簡稱VSR，是將焊接結構在其固有頻率下進行數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘的振動處理，以消除其殘余應力，獲得穩(wěn)定的尺寸精度的一種方法?！菊駝訒r效具有投資相對較少，生產(chǎn)周期短；設備體積小、質量輕、便于攜帶，節(jié)約能源，降低成本；可避免金屬零件在時效過程中產(chǎn)生變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺欠；操作簡便，易于實現(xiàn)自動化等特點?！砍Ｒ姾附尤毕莺统梢虺Ｒ姾附尤毕?.未焊滿2.根部收縮3.咬邊4.裂紋5.電弧擦傷6.弧坑裂紋7.焊瘤8.飛濺9.夾渣10.熔深不達標11.層狀撕裂12.氣孔13.角焊縫厚度不足14.角焊縫焊腳不對稱15.未熔合16.燒穿17.過燒18.脫碳1.未焊滿2.根部收縮3.咬邊在工件上沿焊縫邊緣所形成的凹陷叫咬邊，如圖下所示。它不僅減少了接頭工作截面，而且在咬邊處造成嚴重的應力集中。4.裂紋4.裂紋類別材料因素結構因素