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，将腹板接宽的工字梁；当梁的上部有较大

2、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采用钢板组合焊接， l如图9-2 c) 是口字形箱形梁；图

3、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。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

4、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，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

5、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

6、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

7、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9-9 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

8、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

9、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，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，

10、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

11、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

12、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）

13、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

14、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

15、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 板槽 钢隔 板焊 缝 1焊 缝 2焊 缝 3l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2l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2l先将隔板与盖板组装起来，焊接焊缝

16、2，然后装配两侧槽钢，焊接焊缝1和焊缝3l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焊缝3l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

17、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

18、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量小。焊接热输入越大，产生的盖板角变形越大。如果腹板开坡口或要求熔透焊接，则产生的盖板角变形更大。l图13-6 工形梁盖板角变形l1）纵向收缩变形的防止措施l对于梁、柱焊接产生的纵向收缩变形，一方面从设计上，尽量减小焊缝尺寸或坡口深度，减小焊接量。另一方面，焊接时应注意焊接顺序，防止因焊接变形太大造成火焰修整时引起收缩变形量大。在钢板下料时，梁的长度方向应预留足够的焊接收缩量，避免因收缩量太大造成杆件长度不能满足技术要求。l2）盖板角变形的防止措施l对于工形杆件盖板角变形，一方面从设计上，尽量减小焊缝尺寸或坡口深度，减小焊接量。另一方面，焊接时可以在焊缝背面配合火焰修整，