梁及柱的焊接

1、第九章 梁及柱的焊接 学习目标：了解梁和柱的结构、 梁与梁的连接，掌握梁的组装 和焊接顺序。 l第一节 梁的焊接 l梁的结构 l在工作状态承受弯曲的杆件叫做梁。在工作状态承受弯曲的杆件叫做梁。 l梁的外形 l根据梁的断面形状的不同，主要有工字梁根据梁的断面形状的不同，主要有工字梁 和箱形梁两大类和箱形梁两大类。常用的工字梁断面形状 见图9-1，最简单的工字梁由三块板组成， 见图9-1a)，焊接四条角焊缝，结构简单， 焊接工作量小，应用最广泛；图9-1b)是 为了增加翼缘厚度而采用双层翼缘板的工 字梁 l图9-1c)是为了提高承载能力，增加型钢梁 的腹板高度，并且使焊缝避开受力复杂的 位置，将腹

2、板接宽的工字梁；当梁的上部 有较大的载荷，并需要纵向加劲提高上部 的稳定性时，可采用图9-1d)所示的工字梁； 在电站锅炉钢结构中，有些大板梁的高度 很高，为了便于制造和吊装，将两个工形 梁叠放并栓接在一起，称为叠形梁，如图9- 1 e) 所示。 l图9-1 焊接工字梁断面形状 l箱形梁的断面形状为封闭形，整体结构刚箱形梁的断面形状为封闭形，整体结构刚 性大，可以承受较大外力性大，可以承受较大外力，常用的箱形梁 的断面形状见图9-2。图9-2 a)和图9-2 b)是 由型钢和钢板组合焊接成的箱形梁，它结 构简单，焊接量小，受型钢轧制的限制， 它们截面尺寸较小；如果设计大截面尺寸 的箱形梁就需要

3、采用钢板组合焊接， l如图9-2 c) 是口字形箱形梁；图9-2 d) 是井字形 箱形梁；为了提高箱形梁的整体刚度，需要在盖 板和腹板上焊接纵向加劲肋，如图9-2 e)所示；在 公路桥钢砼结合梁上，一般采用开口箱形梁，如 图9-2 f)所示，箱形梁与混凝土桥面间采用剪力钉 连接；目前在公路桥钢箱梁设计上，一般采用正 交异性板箱形结构，在箱形梁顶板、底板、腹板 和隔板上设置U形加劲肋、板式加劲肋或球扁钢 进行补强加劲，如图9-2 g)所示。 l图9-2 焊接箱形梁断面形状 l根据梁的截面形状是否有变化，又可分为根据梁的截面形状是否有变化，又可分为 等截面梁和变截面梁两大类等截面梁和变截面梁两大类

4、。等截面梁结 构简单，制造方便，如图9-3 a)所示。变截变截 面梁主要是根据梁长度方向上的受力大小面梁主要是根据梁长度方向上的受力大小 不同，通过改变盖板的厚度、腹板的宽度不同，通过改变盖板的厚度、腹板的宽度 或腹板的外形来达到梁截面尺寸的变化或腹板的外形来达到梁截面尺寸的变化， 图9-3 b)是双层翼板梁，图9-3 c)是不等厚 翼板对接梁，图9-3 d)是鱼腹形梁，图9-3 e) 是等高空腹梁，图9-3 f)是不等高空腹梁。 l图9-3 焊接梁的外形 l梁与梁的对接 l梁与梁的对接包括上、下盖板的对接和梁腹板 的对接，一般盖板对接坡口冲上，平位施焊； 腹板对接焊缝立位施焊，腹板厚度较薄时

5、，开 单面坡口，如果腹板厚度较厚，开双面坡口。 随着陶质衬垫的开发和推广使用，通常采用陶 质衬垫单面焊双面成形工艺，避免对接焊缝背 面气刨清根，见图9-5。因为在焊接下盖板对接 焊缝时，受到腹板的遮挡，正对腹板处焊接操 作和焊缝清理受到障碍，为了保证下盖板对接 焊缝与腹板正对段的焊接质量，腹板端部应开 适当的过焊孔，如图9-5详图A所示。 l图9-5 梁对接焊缝坡口 l梁与梁对接焊缝，一般位于梁受弯矩较小 处，避免对接焊缝分布在梁跨度中间区域。 另外，在同一对接口处，盖板对接焊缝与 腹板对接焊缝可以错开布置，避免对接焊 缝位于同一截面上，见图9-6，当盖板、腹 板对接焊缝焊接完成后，再焊接主角

6、焊缝。 图9-6 梁对接焊缝的布置 l在梁与梁对接的盖板、腹板焊接顺序上，在梁与梁对接的盖板、腹板焊接顺序上， 应首先焊接下盖板、腹板、上盖板对接焊应首先焊接下盖板、腹板、上盖板对接焊 缝的根部焊道缝的根部焊道23道，然后交替焊接三条道，然后交替焊接三条 对接焊缝的填充焊道，避免盖板、腹板对对接焊缝的填充焊道，避免盖板、腹板对 接焊缝一一单独施焊，否则会产生很大的接焊缝一一单独施焊，否则会产生很大的 应力集中和焊接变形。应力集中和焊接变形。在焊接盖板与腹板 较近处焊缝时，由于焊接操作和焊缝清理 空间受到障碍，应当做到操作细心，采用 专用小型磨光机认真清理，以保证焊接质 量。 l梁与梁的T形连接

7、 l工形梁与工形梁的T形连接包括横梁盖板 与主梁盖板的对接，以及横梁腹板与主梁 腹板的角接，如图9-7 a)所示；箱形梁的T 形连接包括横梁盖板、腹板与主梁盖板间 角焊缝，如图9-7 b)所示。工形梁与工形 梁的T形连接，一般在主梁的两侧都有连 接，如果只在主梁的一侧连接，则需要在 主梁的另一侧增加加劲板结构，以增加梁 的刚度；箱形梁与箱形梁的T形连接，在 正对横梁处主梁内侧设置横向加劲隔板。 l图9-7 梁与梁的T形连接 l三. 梁的焊接 l梁的组装 l工形梁的组装 l工形梁的组装方法分为卧式组装和立式组工形梁的组装方法分为卧式组装和立式组 装装。 l图9-8 工形梁卧式组装示意图 l图9-

8、9 工形梁立式组装示意图 组 装 T形组 装 工 形 l箱形梁的组装 l箱形梁的组装方法如图9-10所示，首先将 一侧盖板置于平台上，然后组对隔板，接 着组装两侧腹板形成槽形，焊接隔板三面 角焊缝，最后在槽形上组装另一盖板，形 成箱形。 扣盖成箱形组装腹板成槽形组装隔板 l梁的焊接 l工形梁的焊接 l工形梁首先焊接四条主角焊缝，一般采用 埋弧自动焊，船位焊接，为了保证梁上拱为了保证梁上拱 度，首先焊接下盖板侧角焊缝，然后焊接度，首先焊接下盖板侧角焊缝，然后焊接 上盖板侧角焊缝上盖板侧角焊缝。对工形盖板焊接变形修 整后，组装腹板上加劲肋，采用CO2气体 保护焊焊接加劲肋角焊缝，应从梁长度方 向的

9、中间向两端对称焊接，有顶紧要求的 加劲板应从顶紧端向另一端焊接。 l箱形梁的焊接 l箱形杆件组成槽形后，采用CO2气体保护 焊焊接隔板三面角焊缝，应对称焊接，扣 盖组成箱形后，焊接箱形四条主角焊缝。 主角焊缝一般采用埋弧自动焊，为了防止 箱形杆件扭曲变形，四条主角焊缝应同向 焊接，同一腹板侧两条主角焊缝对称焊接。 如果坡口较深，焊接量大，应首先焊接四 条主角焊缝的坡口根部焊道，增加箱形的 整体刚度，然后再对称焊接填充焊道. l第二节 柱的焊接 l柱的结构 l在工作状态承受压力的杆件叫做柱。在工作状态承受压力的杆件叫做柱。 l1.柱的分类 l根据断面形状的不同，柱分为工字柱、梅根据断面形状的不同

10、，柱分为工字柱、梅 花形柱、箱形柱、圆形柱等，断面形状花形柱、箱形柱、圆形柱等，断面形状 l图9-12 柱的断面形状 箱 形 柱 梅 花 形 柱 工 形 柱 圆 形 柱 l根据结构不同，柱分为实腹柱和格构柱。 实腹柱见图9-13，采用型钢或钢板组成， 型钢实腹柱焊接量小，加工简单，但受到 型钢尺寸的限制。钢板实腹柱适应性强， 可根据要求制作各种大小尺寸的柱，但焊 接量大，制造比较复杂。格构柱见图9-14， 一般采用型钢拼焊而成，格构柱构造简单， 质量轻，省材料，风的阻力小，但焊缝短， 不利于自动化焊接。 l图9-13 实腹柱 型钢实腹柱 隔板 隔板隔板 钢板实腹柱 l图9-14 格构柱 l柱头

11、 柱头主要与被支撑梁相连接，或焊接端部封 头板，见图9-18。 图9-18 柱头结构 l柱脚 l柱脚主要承受外力和整个柱的质量。柱脚 需要具有较大的刚度，一般在柱脚处采用 加劲板补强，柱脚结构见图9-19，柱脚与 基础通过螺栓或焊接与基础相连。 l图9-19 柱脚结构 l二.柱的焊接 l实腹柱的焊接 l工形实腹柱和箱形实腹柱的焊接要求与工 形梁和箱形梁的焊接要求相近，一般主角 焊缝采用埋弧自动焊，加劲板或隔板采用 CO2气体保护焊。对于要求隔板四面全焊 的箱形柱，最后采用电渣焊焊接隔板与盖 板间角焊缝。 l格构柱的焊接 l格构柱的焊接一般较简单，焊缝长度较短， 组装定位后，主要采用焊条电弧焊或

12、CO2 气体保护焊方法焊接，尽可能对称施焊。 l第三节 梁、柱焊接缺陷产生原因及防 止措施 l一、梁、柱焊接变形 l（一） 梁、柱焊接变形产生原因 l梁、柱焊接变形主要有弯曲变形和扭曲变形。产 生梁、柱弯曲变形的原因是，当焊缝分布不在构当焊缝分布不在构 件截面的中性轴上或不对称，由于焊缝焊接后会件截面的中性轴上或不对称，由于焊缝焊接后会 产生纵向收缩或横向收缩，会产生弯曲变形，图产生纵向收缩或横向收缩，会产生弯曲变形，图 13-1是箱形杆件的焊接弯曲变形，当焊缝距离构是箱形杆件的焊接弯曲变形，当焊缝距离构 件截面的中性轴越远，或不对称分布越严重，造件截面的中性轴越远，或不对称分布越严重，造 成

13、的梁、柱焊接弯曲变形量越大成的梁、柱焊接弯曲变形量越大。造成梁、柱扭 曲变形的原因是，由于梁、柱的焊接顺序和焊接 方向不当，由于在杆件截面各部位上的焊缝沿杆 件长度方向产生的收缩变形不一致，就会产生扭 曲变形，图13-2是工形杆件的焊接扭曲变形。 l图13-1 箱形杆件的焊接弯曲变形 l图13-2 工形杆件的焊接扭曲变形 l（二） 梁、柱焊接变形防止措施 l1.设计措施 l1）确定合理的焊缝尺寸和坡口形式确定合理的焊缝尺寸和坡口形式 l焊缝尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变 形量的大小，焊缝尺寸大，不但焊接量增 加，而且焊接变形也大。如果设计者对焊 缝不够了解，对焊缝信心不足，片面地认 为只有增

14、大焊缝尺寸才能够保证构件安全， 不合理地增大焊缝尺寸，增大了构件的焊 接变形。因此在保证结构承载能力的条件 下，应尽可能减小焊缝尺寸。 l2）尽可能减少不必要的焊缝尽可能减少不必要的焊缝 l在焊接结构中，应力求焊缝数量少，避免 不必要的焊缝。在设计焊接结构时，常常 采用加劲肋板来提高结构的稳定性和刚度， 比如有的结构件，为了减轻钢板的重量， 采用厚度较薄的钢板，而通过增加加劲板 的数量来提高结构刚度，这样加劲板增加 太多，并且很密集，会造成很大的焊接变 形，增加组装和修整的工作量，反而不如 适当增加钢板厚度，减少加劲肋板更经济。 l3）合理安排焊缝位置合理安排焊缝位置 l在进行结构设计时，焊缝

15、尽可能对称于截 面中性轴，这样，有可能使焊缝产生的焊 接变形相互抵消，对减小梁、柱的焊接变 形有利。另外焊缝尽量靠近中性轴分布， 焊缝距离中性轴越近，产生的焊接变形越 小。 l2.工艺措施 l1）采用正确的组装和焊接顺序采用正确的组装和焊接顺序 l采用合理的组装和焊接顺序对减小焊接变 形具有重要意义，同一个焊接构件，如果 采用不同的组装和焊接顺序，焊后产生的 焊接变形不一样。如图13-3所示的焊接梁， 是由两根槽钢、盖板和若干隔板组成，槽 钢与盖板间焊接角焊缝1，隔板与盖板间焊 接角焊缝2，隔板与槽钢间焊接角焊缝3， 这个构件可采用三种不同的组装焊接 l图13-3 带盖板的双槽钢箱形梁 盖 板

16、 槽 钢 隔 板 焊 缝 1 焊 缝 2 焊 缝 3 l先把隔板与槽钢装配在一起，然后焊接角 焊缝3，再将盖板与槽钢加隔板装配起来， 焊接焊缝1，最后焊接焊缝2 l焊接变形焊缝3、2、1均在中性轴以下，造 成杆件上拱 焊 缝 1 焊 缝 2 焊 缝 3 先把槽钢与盖板装配在一起，焊接焊缝1， 再装配隔板，焊接焊缝2，最后焊接焊缝3 焊缝1、2均在中性轴以下，造成上拱焊接 变形，而焊缝3绝大部分在中性轴以上，造 成下弯焊接变形 焊缝1 焊缝3 焊缝2 l先将隔板与盖板组装起来，焊接焊缝2，然 后装配两侧槽钢，焊接焊缝1和焊缝3 l由于焊缝2距离中性轴很近，产生的焊接变 形很小 焊缝2 焊缝1 焊

17、缝3 l对于工形梁的焊接，为了保证梁上拱，应 首先焊接下盖板侧角焊缝，然后焊接上盖 板侧角焊缝，见图13-4 a），如果梁的焊脚 尺寸较大，需要多道施焊，应首先焊接四 条主角焊缝的根部第一焊道，然后再逆序 焊接其余焊道，见图13-4 b）。 l图13-4 b） 工形梁主角焊缝焊接顺序 l如果焊接T形梁，角焊缝焊后会产生很大的 弯曲变形，如图13-5 a)为了减小梁的弯曲 变形，可以将两个T形梁连接成工形，如图 13-5 b)所示，然后进行工形角焊缝的焊接， 待工形杆件焊接完成后，再将工形拆成两 个T形梁。 l图13-5 T形梁的焊接方案 定位焊（主焊缝焊后拆开） l2）采用正确的焊接方向 l对

18、于梁、柱主角焊缝，应同向施焊，箱形 杆件同一腹板侧两条主角焊缝应对称焊接。 箱形隔板、工形杆件上加劲肋应从梁的中 间向两端对称焊接，有顶紧要求的加劲肋 应从顶紧端向另一端焊接。 l3）选择焊接变形小的焊接方法选用线能将 较小的焊接方法，可以有效地防止焊接变 形。例如，对于薄板多加劲板的梁和柱结 构件，采用CO2气体保护半自动焊代焊条 电弧焊，是减小焊接变形的有效焊接方法， 另外还提高了焊接效率，降低焊接成本。 l二. 梁、柱焊接其它缺陷 l1. 梁、柱焊接其它缺陷产生原因 l1）纵向收缩变形 l对于长细梁和柱，纵向焊缝引起杆件的纵 向收缩，一般工形杆件的角焊缝尺寸越大 或箱形杆件棱角焊缝的坡口越大，产生的 纵向收缩变形越大；焊接线能量越大产生 的纵向收缩变形越大；焊缝长度越长，产 生的纵向收缩变形越大。 l2）盖板角变形 l在焊接工形杆件时，往往会发生盖板角变 形，如图13-6所示，产生角变形的根本原 因是焊接产生的横向收缩变形在钢板厚度 方向上的不均匀分布所致，焊缝面钢板产 生的收缩量大，焊缝背面钢板产生的收缩