钢结构连接施工-钢结连接焊接施工工艺

钢结构连接施工钢结构焊接施工工艺焊接分类手工电弧焊埋弧自动焊气体保护焊氧乙炔焊（切割）1手工电弧焊

⑵焊条：焊条供手工电弧焊用，由焊芯和药皮组成。焊条的表示方法（如E4303、E5015)：“E”代表焊条，前两位“43”、“50”表示焊缝金属的抗拉强度等级（430、500N/mm2)，第三位数字代表焊接的位置，最后一位数表示适用电源种类及药皮类型。

又称焊条电弧焊：是最普遍的熔化焊焊接方法，它是利用电弧产生的高温、高热量进行焊接的。

⑴电焊机：主要有交流弧焊机、直流弧焊机

。交流弧焊机直流弧焊机焊条⑶焊接接头与坡口

焊接前根据焊接部位的形状、尺寸、受力的不同，选择合适的接头类型。常见的接头型式有

对接、搭接、T字接和角接等。

为确保焊件能焊透，必须开一定形状的坡口。常见的接头型式对接接头的坡口型式⑷焊接工艺参数的选择

手工电弧焊的焊接工艺参数有：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。

焊条直径——根据焊件厚度、接头形式、焊缝位置和焊接层次来选择。

焊接电流——根据焊条的类型、直径、焊件的厚度、接头形式、焊缝空间位置等因素来考虑。其中焊条直径和焊缝空间位置最为关键。

电弧电压——根据电源特性，由焊接电流决定相应的电弧电压。

焊接层数——视焊件的厚度而定。除薄板外，一般都采用多层焊。每层焊缝的厚度过大，对焊缝金属的塑性有不利影响，施工中每层焊缝的厚度不应大于4～5mm。多层焊的焊缝和焊接顺序有平焊、立焊、横焊和仰焊四种。平焊易操作，劳动条件好，生产率高，焊缝质量易保证。立焊、横焊和仰焊时施焊困难，应尽量避免。⑸焊缝的空间位置焊缝的空间位置⑹焊接准备

碰击法——将焊条垂直于焊件进行碰击，然后迅速保持一定距离；

划擦法——将焊条端头轻轻划过焊件，然后迅速保持一定距离。

严禁在焊缝区以外的母材上打火引弧。包括坡口制备、焊口清理、焊条烘干、预热、预变形及高强度钢切割表面探伤等。⑺引弧引弧方法钢管打坡口⑻运条方法

①沿其中心线向下送进——焊条被电弧熔化变短，为保持弧长，须使焊条沿其中心线向下送进，以防止断弧；

焊条运条有三个运条方向，三个方向的动作应密切配合。

②沿焊缝方向移动——为形成线形焊缝，焊条要沿焊缝方向移动，移动速度应适当；

③横向摆动——为获得一定宽度的焊缝，焊条必须横向摆动。平焊焊条角度和运条基本动作2埋弧自动焊

电脑自动埋弧焊生产线定义：埋弧焊（SAW)是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其电弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。电弧焊接过程有：引燃电弧、正常焊接和熄弧收尾三个阶段。自动焊接装置:具备送丝机构（焊接机头）和行走机构（焊车或自行焊接机头），才能达到自动完成焊接操作的目的埋弧焊设备由焊接电源、焊车、控制箱三部分组成。焊车由送丝机头、行走小车、焊丝盘和焊剂漏斗等组成。

埋弧焊工作原理

焊接电源的两极分别接至导电嘴和焊件。焊接时，颗粒状焊剂由焊剂漏斗经软管均匀地堆敷到焊件的待焊处，焊丝由焊丝盘经送丝机构和导电嘴送入焊接区，电弧在焊剂下面的焊丝与母材之间燃烧。埋弧焊的焊接过程及工艺图1埋弧焊焊缝成形示意图焊接机头动作（1）引燃电弧先使焊丝与焊件接触短路，焊机启动时靠焊丝的向上回抽而引燃电弧。（2）正常焊接使焊丝按预定的焊接工艺参数向电弧区给送，并保持焊接工艺参数的基本稳定。（3）熄弧收尾先停止送丝，再切断电源，这样既可使弧坑填满，又不致使焊丝与焊件“粘住”。埋弧自动焊SAW－焊缝[v]

埋弧焊焊丝从导电嘴伸出长度较短，故可采用大电流焊接，比手工电弧焊高4倍，故适宜焊接较厚材料，也可焊接大直径筒体，如图所示。环焊缝埋弧焊示意图埋弧焊的应用

埋弧焊具有生产效率高、焊缝质量好、焊接熔深大、机械化程度高等特点

可焊接的钢种有：碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及复合钢等。此外，用埋弧焊堆焊耐热、耐腐蚀合金或焊接镍基合金、铜基合金等也能获得很好的效果。广泛应用于锅炉、压力容器、船舶、桥梁、起重机械、工程机械、冶金机械以及海洋结构、核电设备等制造，特别是当用于中厚板、长焊缝的焊接时具有明显的优越性。

⑴焊接适用的位置受到限制：由于采用颗粒状的焊剂进行焊接，因此一般只适用于平焊位置（俯位）的焊接。⑵焊接厚度受到限制：由于埋弧焊时，当焊接电流小于100A时电弧的稳定性通常变差，因此不适于焊接厚度小于1mm以下的薄板⑶对焊件坡口加工与装配要求较严：因为埋弧焊不能直接观察电弧与坡口的相对位置，故必须保证坡口的加工和装配精度，或者采用焊缝自动跟踪装置，才能保证不焊偏。埋弧焊的应用注意总结埋弧焊特点：优点：1）生产率高、节省焊接材料，成本低；2）焊接质量好；3）劳动条件好。4）节约金属及电能

缺点：1）适应性较差，只能在水平位置焊接长直焊缝或大直径的环焊缝，焊前准备工作量大；2）焊接电流强度大，不适于1mm以下薄板；3）难以完成铝、钛等强氧化性金属及合金的焊接；4）设备一次性投资较大。埋弧自动焊机3气体保护焊气体保护焊是以可熔化的金属焊丝作电极，由气体作保护的电弧焊。操作方式：半自动焊、自动焊焊丝：1、实心焊丝：一般含有脱氧用的和焊缝金属所需要的合金元素；

2、药芯焊丝：药芯成分及作用与焊条的药皮相似气体保护焊分类

气体保护焊的优缺点

优点【与焊条电弧焊相比】：1）焊接效率高。连续送丝，没有更换焊条工序，焊道之间不须清渣，节省时间；通过焊丝的电流密度大，提高了熔敷速度。2）可以获得含氢量较低的焊缝金属。3）在相同电流下，熔深比焊条电弧焊的大。4）焊接厚板时，可以用较低的焊接电弧和较快的焊接速度，其焊接变形小。5）烟雾少，可以减轻对通风要求。优点【与埋弧自动焊相比】：1）明弧焊接，焊工可以观察到电弧和熔池的状态和行为。2）可以进行全位置焊接。埋弧焊只能处在平焊位置焊接。3）可以用更窄的坡口间隙，实现窄间隙焊接，节省填充金属和提高生产率。4）熔化极气体保护焊的可焊接的金属厚度很广，最薄约1mm，最厚几乎不受限制。缺点【与焊条电弧焊相比】：1）受环境制约，为了确保焊接区获得良好的气体保护，在室外操作需有防风装置。2）半自动焊枪比焊条电弧焊钳重，不轻便、操作灵活性较差。对于狭小空间的接头，焊枪不易接近。3）设备较复杂，对使用和维护要求较高。气体保护焊按保护气体划分1、CO2焊：广泛用于普通的金属结构。2、MIG焊（MetalInertGasArcWelding，熔化极惰性气体保护焊）使用惰性气体，既可以焊接黑色金属又可以焊接有色金属，但从焊丝供应以及制造成本考虑主要用于铝、铜、钛及其合金，以及不锈钢、耐热钢的焊接。

3、MAG焊（MetalActiveGasArcWelding，熔化极活性气体保护焊）和CO2焊主要用于焊接碳钢、低合金高强度钢。【MAG焊：焊接较为重要的金属结构】（1）CO2气体保护焊

二氧化碳气体保护焊施焊时焊缝被保护，故焊缝金属纯度高、性能好；焊接加热集中，焊件变形小；电弧稳定性好，在小电流时电弧也能稳定燃烧，是一种高效率，低成本的焊接方法。缺点是：焊缝熔深浅，只适合于焊接＜6mm薄板。逆变CO2气体保护焊机

CO2气体保护焊CO2气体保护焊丝（2）MIG（meltinert-gaswelding）熔化极惰性气体保护焊MIG焊通常采用惰性气体（氩、氦或其混合气体）作焊接区的保护气体。在焊接工艺上的特点：1）惰性气体几乎不与任何金属产生化学作用，也不溶于金属中，所以几乎可以焊接所有金属。2）焊丝外表没有涂料层，焊接电流可提高，因而母材熔深较大，焊丝熔化速度快，熔敷率高。3）这样电弧稳定、熔滴过渡均匀和飞溅少，焊缝成形好。

缺点：（1）惰性气体价贵，成本较高。（2）对母材及焊丝的油、锈很敏感，容易生成气孔。（3）与CO2相比其熔深较小，抗风能力弱，不宜室外焊接。是在氩气中加入少量的氧化性气体（氧气，二氧化碳或其混合气体）混合而成的一种混合气体保护焊。【我国常用的是80%Ar+20%二氧化碳的混合气体，由于混合气体中氩气占的比例较大，故常称为富氩混合气体保护焊】Ar+O2Ar+CO2Ar+CO2+O2Ar+He（3）MAG（MetalActiveGasArcWelding)熔化极活性混合气体保护焊MAG焊主要适用于碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属的焊接，尤其在不锈钢的焊接中得到广泛的应用。气体保护电弧焊设备半自动熔化极气体保护电弧焊全套主要由：焊接电源、焊枪、送丝机、供气系统、冷却系统和控制系统组成。自动焊增加行走机构，它和焊枪及送丝机组合成焊接小车（机头)。焊接电源电流类型：气体保护焊一般采用直流电源。直流弧焊发电机和各种类型的弧焊整流器均可采用。焊接电流在15～500A之间，特种应用达1500A。空载电压在55～80V范围，负载持续率在60%～100%范围。焊枪气体保护焊的焊枪分：半自动焊枪：手握式自动焊枪：安装在有行走机构的机头上结构手握式焊枪用于半自动焊，常用的有：

鹅颈式：适于小直径焊丝，轻巧灵便，特别适合结构紧凑难以达到的拐角处和某些受限制区域的焊接；

手枪式：适合于较大直径焊丝，它对冷要求较高。对焊枪性能有如下要求：1）必须有一个将焊接电流传递给焊丝的导电嘴，焊丝能均匀连续地从其内孔通过，导电嘴的导电性能要好，耐磨、熔点高。根据焊丝尺寸和磨损情况可以更换。2）必须有一个向焊接区输送保护气体的通道和喷嘴，喷嘴应与导电嘴绝缘，而且根据需要可方便地更换。3）焊枪必须有冷却措施，可以是气冷或水冷。4）焊枪结构应紧凑、便于操作。尤其手握式焊枪，应轻便灵活。送丝系统1、组成送丝系统的组成与送丝方式有关，应用最广的推丝式送丝系统是由焊丝盘、送丝机构（包括电动机、减速器、校直轮、送丝轮等)和送丝软管组成。工作时，盘绕在焊丝盘上的焊丝先经矫直轮矫直后，再经过安装在减速器输出轴上的送丝轮，最后经过送丝软管送向焊枪。2、送丝方式目前在熔化极气体保护电弧焊中应用的送丝方式三种：（1）推丝式（2）拉丝式（3）推拉式

供气与水冷系统1、供气系统供气系统由气源（高压气瓶）、减压阀、流量计和电磁或机械气阀组成。

焊枪内的冷却方式有：1、气冷2、水冷取决于保护气体种类、焊接电流大小和接头形式。自动焊的焊枪多用水冷式。水冷系统：用水冷式焊枪，必须有水冷系统，一般由水箱、水泵和冷却水管及水压开关组成。

氧乙炔焊（切割）又叫气焊，它是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧生成的火焰为热源，熔化焊件和焊接材料使之达到原子间结合的一种焊接方法。氧乙炔切割焊接基本工艺参数1.焊条（丝）直径焊条（丝）的直径与焊接电流和焊件厚度成正比3.送丝与运条速度焊接（自动焊）时送丝或行走速度与本次焊道厚度、宽度成反比，与焊接电流成正比2.焊接电流与电压焊接电流是最重要的工艺参数，焊接电流应随焊条（丝）的直径增大而增大焊接电压是控制焊缝成型均匀和宽度的参数焊接辅助工艺焊前预热后热焊后热处理根据材料和环境温度确定，加热温度一般为50℃~400℃，铸铁热焊可达600℃~700℃。焊接缺陷（裂纹）的出现，是与冷却速度直接相关的。对于某些材料，往往在焊后对工件进行适当加热，以降低其冷却速度。对于淬硬性较高的材料，焊接时会出现较多的淬硬组织和较大的焊接残余应力，从而增大冷裂倾向。为此，对于高强钢的重要焊接结构，往往需要在焊后进行局部或整体热处理。焊后热处理的方法有焊后正火、回火、退火、脱氢处理等。焊接应力与变形焊接应力与变形的形成焊接残余变形焊接残余应力一、焊接应力与焊接变形1、焊接构件由焊接而产生的内应力叫焊接应力，焊后残留在焊件内的焊接应力叫焊接残余应力。2、焊件由焊接产生的变形叫焊接变形，焊后焊件残留的变形叫焊接残余变形。焊接应力与变形的形成二、焊接应力与变形产生的原因1.均匀加热引起应力与变形的原因焊接应力和变形产生过程示意图ａ）钢杆自由伸缩ｂ）钢杆加热时的变形ｃ）钢杆冷却后的变形2.焊接过程引起应力与变形的原因平板对接焊时的焊接应力与变形ａ）原始状态ｂ）ｃ）加热过程ｄ）ｅ）冷却以后表示拉应力表示压应力一、焊接残余变形的分类ａ）收缩变形ｂ）角变形ｃ）弯曲变形ｄ）波浪变形焊接残余变形ｅ）扭曲变形ｆ）错边变形纵向和横向收缩变形Δx—纵向收缩变形Δy—横向收缩变形2.弯曲变形弯曲变形常见于焊接梁、柱、管道等焊件，对这类焊接结构的生产造成较大的危害。弯曲变形的大小以挠度f来度量，挠度f

是焊后焊件的中心偏离原焊件中心轴的最大距离。弯曲变形的挠度由纵向收缩变形造成的弯曲变形由横向收缩变形造成的弯曲变形3.角变形几种焊接接头的角变形ａ）对接接头ｂ）Ｔ形接头ｃ）堆焊4.波浪变形薄板焊接的波浪变形5.扭曲变形工字梁的扭曲变形ａ）焊前ｂ）焊后6.错边变形错边变形ａ）长度方向的错边ｂ）厚度方向的错边二、影响焊接残余变形的因素因素1.焊缝在结构中的位置焊缝在结构上位置不对称造成的弯曲变形ａ）单道焊缝的钢管焊接ｂ）T形梁的焊接因素2.焊接结构的刚度（1）结构抵抗拉伸的刚度主要决定于结构截面积的大小。（2）结构抵抗弯曲的刚度主要看结构截面的形状和尺寸大小。（3）结构抵抗扭曲的刚度除了决定于结构的尺寸大小外，最主要的是结构截面形状。【A一般来说，短而粗的焊接结构，刚度较大；细而长的构件，抗弯刚度小。】【B结构整体刚度总是比部件刚度大。因此，生产中常采用整体装配后再进行焊接的方法来减少焊接变形。】几种梁的截面形状因素3.焊接结构的装配及焊接顺序工字梁的装配顺序和焊接顺序ａ）工字梁的结构形式ｂ）边装边焊顺序ｃ）总装后再焊接顺序1—下盖板2—腹板3—上盖板双Y形坡口对接接头的角变形ａ）合理的焊接顺序ｂ）不合理的焊接顺序4.其他因素（1）结构材料的线膨胀系数（2）焊接方法（3）焊接参数（4）焊接方向（5）焊接坡口形式三、控制焊接残余变形的措施1.采用合理的装配焊接顺序（1）对称焊缝采用对称焊接法圆筒体环形焊缝对称焊接顺序（2）不对称焊缝先焊焊缝少的一侧压型上模及其焊接顺序（3）采用不同的焊接顺序控制焊接变形长焊缝的几种焊接顺序ａ）分段退焊法ｂ）分中分段退焊法ｃ）跳焊法ｄ）交替焊法ｅ）分中对称焊法Y形坡口对接的反变形法焊接a）产生角变形b）采取反变形法2.反变形法3.刚度固定法薄板焊接的刚度固定法１—压铁２—焊件３—平台刚度固定防止法兰角变形4.散热法散热法示意图ａ）喷水散热ｂ）浸入水中散热ｃ）水冷铜块散热１—焊炬２—焊件３—喷水管４—水冷铜块四、残余变形的矫正1.机械矫正法工字梁焊后变形的机械矫正ａ）拱曲焊件ｂ）用拉紧器拉ｃ）用压头压ｄ）用千斤顶顶2.火焰矫正法火焰矫正法的加热方式ａ）点状加热ｂ）线状加热ｃ）三角形加热（3）三角形加热矫正火焰矫正法实例ａ）点状加热矫正ｂ）线状加热矫正ｃ）三角形加热矫正（1）点状加热矫正火焰加热的区域为一个点或多个点，加热点直径一般小于15mm。（2）线状加热矫正水火矫正一、焊接残余应力的分类1.按引起应力的基本原因分类（1）热应力（2）相变应力（3）拘束应力2.按应力的作用方向分类（1）纵向应力（2）横向应力3.按应力在空间的方向分类（1）单向应力（2）双向应力（3）三向应力焊接残余应力二、控制焊接残余应力的措施1.选择合理的焊接顺序（1）尽可能考虑焊缝能自由收缩大型容器底部拼接的焊接顺序（2）先焊收缩量最大的焊缝带盖板的双工字梁结构焊接顺序１—对接焊缝２—角焊缝焊接变形的收缩余量2.选择合理的焊接参数焊接时应尽量采用小的焊接热输入，选用小直径焊条、较小的焊接电流和快速焊等。3.采用预热法预热法是指在焊前对焊件的全部（或局部）进行加热的工艺措施，一般预热的温度在150

~350℃之间。4.加热减应区法加热减应区法应用示意图ａ）框架断口焊接ｂ）轮辐断口焊接ｃ）轮缘断口焊接加热减应区法,是在焊件上选定除焊补处以外的一处或几处部位进行焊前、焊中或焊后的适当加热,使该部位与焊补区焊接时同时作同样的伸长,冷却时作同样的收缩,以减小接头焊接应力的一种工艺方法。所选定的加热部位称为加热减应区。加热减应法,常配合氧一乙炔气焊或电弧焊进行。5.锤击法焊缝区金属由于在冷却收缩时受阻而产生拉伸应力，如在焊接每条焊道之后，用锤子锤击焊缝金属，促使它产生延伸塑性变形，以抵消焊接时产生的压缩塑性变形，这样便能起到减小焊接残余应力的作用。三、消除残余应力的方法1.消除应力退火14MaMoVB消除应力退火工艺曲线2.振动时效振动时效又称为振动消除应力法，简称VSR，是将焊接结构在其固有频率下进行数分钟至数十分钟的振动处理，以消除其残余应力，获得稳定的尺寸精度的一种方法。【振动时效具有投资相对较少，生产周期短；设备体积小、质量轻、便于携带，节约能源，降低成本；可避免金属零件在时效过程中产生变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺欠；操作简便，易于实现自动化等特点。】常见焊接缺陷和成因常见焊接缺陷1.未焊满2.根部收缩3.咬边4.裂纹5.电弧擦伤6.弧坑裂纹7.焊瘤8.飞溅9.夹渣10.熔深不达标11.层状撕裂12.气孔13.角焊缝厚度不足14.角焊缝焊脚不对称15.未熔合16.烧穿17.过烧18.脱碳1.未焊满2.根部收缩3.咬边在工件上沿焊缝边缘所形成的凹陷叫咬边，如图下所示。它不仅减少了接头工作截面，而且在咬边处造成严重的应力集中。4.裂纹4.裂纹类别材料因素结构因素