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1、钢结构的焊接工艺及变形矫正,11601332 张苏建,焊接工艺规范：,建筑钢结构工程焊接难度可分为一般、较难和难三种情况。施工单位在承担钢结构焊接工程时应具备与焊接难度相适应的技术条件。,焊接技术要求:,1 应明确规定结构构件使用钢材和焊接材料的类型和焊缝质量等级，有特殊要求时，应标明无损探伤的类别和抽查百分比；1.2 应标明钢材和焊接材料的品种、性能及相应的国家现行标准，并应对焊接方法、焊缝坡口形式和尺寸、焊后热处理要求等作出明确规定。对于重型、大型钢结构，应明确规定工厂制作单元和工地拼装焊接的位置，标注工厂制作或工地安装焊缝符号。,2制作与安装单位承担钢结构焊接工程施工图设计时，应具有与工
2、程结构类型相适应的设计资质等级或由原设计单位认可。 3钢结构工程焊接制作与安装单位应具备下列条件：3 .1应具有国家认可的企业资质和焊接质量管理体系；3.2 应具有2.0.5条规定资格的焊接技术责任人员、焊接质检人员、无损探伤人员、焊工、焊接预热和后热处理人员；3.3 对焊接技术难或较难的大型及重型钢结构、特殊钢结构工程，施工单位的焊接技术责任人员应由中、高级焊接技术人员担任；3.4 应具备与所承担工程的焊接技术难易程度相适应的焊接方法、焊接设备、检验和试验设备；,3.5 属计量器具的仪器、仪表应在计量检定有效期内；3.6 应具有与所承担工程的结构类型相适应的企业钢结构焊接规程、焊接作业指导书
3、、焊接工艺评定文件等技术软件；3.7 特殊结构或采用屈服强度等级超过390的钢材、新钢种、特厚材料及焊接新工艺的钢结构工程的焊接制作与安装企业应具备焊接工艺试验室和相应的试验人员。,焊接工艺流程：,焊接方法：,金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。 1熔焊:熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。 在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊
4、缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。 为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率；又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。,2压焊：压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。 各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩
5、散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。,3钎焊：钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。 焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件
6、材料、焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。,焊接工艺注意要点,1、 施工前要加深对设计施工图阅读理解；做好施工图会审工作，对有些施工图未注明焊接的坡口形式，焊缝隙间、纯边坡口角度、UT探伤等级、是否单面焊等，在图纸会审过程中一定要搞清，杜绝盲目施工 2 施工单位对首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理及不同型材品种的焊接，应进行焊接工艺评定，并应根据评定报告确定焊接工艺。 3、 对钢结构在工厂制作时要加强检查，对应在工厂加工
7、制作的钢构不得在现场加工制作。如；焊接H型钢应在工厂条件下切割下料和焊接，现场下料、焊接无法控制焊缝质量和焊缝变形，在现场焊接就会出现无法保证仰焊质量。对工厂制作的杆件在现场安装不上时，不得在安装现场截短或接长。 4规范要求的质量验收项目必须执行。根据焊接钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）钢结构分部工程进行竣工验收前，应按规范要求附录G进行焊接钢结构安全及功能的检验和见证检测，其中焊缝质量应按焊缝处（该焊缝处数应包括在工厂制作的半成品和现场拼接及安装焊缝，在钢结构分部现场安装完毕后，按设计图纸及规范要不必须进行检查的焊缝总数）随机抽检3%，且不少于3处。,钢结构变形,变形的
8、原因：1、受外力作用引起的变形 1）钢结构件长期承受载荷后而残存的变形。 2）钢结构不正常的外力作用后造成的变形。 这些变形都是外力作用后的永久变形，属于塑性变形。导致产生这些变形的外力，包括弯曲力、扭力、冲击力、拉力、压力等多种。 2、由于内应力作用引起的变形 在物体受到外力作用发生变形的同时，在其内部会出现一种抵抗变形的力，这种力就叫做内力。物体受外力作用，在单位截面积上出现的内力叫应力。当没有外力作用时，物体内部所存在的应力叫做内应力。内应力并不是由外力引起的，焊接过程对金属构件来说，是一种不均匀的加热和冷却，是容易造成构件产生内应力而引起变形的主要原因。因此，不论何种形式的好焊接变形，
9、都遵循同一规律，即焊缝冷却后，在焊缝区域内产生收缩，而使焊件产生内应力，当焊件本身的刚度不能克服焊缝的收缩作用时，便造成焊接件的变形。,变形实例：,钢结构变形的因素：,影响钢结构焊接变形的因素较多，大致可以分为设计和工艺两方面因素。 设计方面主要指结构设计的合理性、焊缝的位置以及焊接坡口的形式等。 工艺方面主要指合理的焊接工艺规程、合理的装焊顺序、各种防变形和反变形的采用以及设法消除焊接结构的应力等。 钢结构件都是将多种零件通过焊接、铆接或用螺栓连接等方式连成一体的，相互联系而又相互制约的一个有机的整体。因此，对产生变形的钢结构件进行矫正前，必须首先了解变形产生的原因，分析钢结构件的内在联系，
10、找出矛盾的主次关系，确定了正确的矫正部位和相应的矫正手段，才可着手进行矫正工作。切不可孤立地看待问题而贸然下手。,钢结构的矫正：,矫正原理：矫正原理就是利用金属的塑性，通过外力或局部加热的作用，迫使铆焊结构件上钢材变形的紧缩区域内较短的“纤维”伸长，或使疏松区域内较长的“纤维”缩短，最后使钢材各层“纤维”的长度趋近相等而平直，其实质就是通过对钢材变形的反变形来达到矫正铆焊结构件的目的。 矫正方法确定：矫正的方法很多，根据矫正时钢材的温度不同分为冷矫正和热矫正两种。冷矫正是在常温下进行的矫正，冷矫正时会产生冷作硬化现象，适用于矫正塑性较好的钢材，对变形十分严重或脆性很大的钢材不能用冷矫正。热矫正
11、是将钢材加热至700-1000C左右的高温时进行矫正，当钢材的弯曲变形大、塑性差，或在缺少足够动力设备的情况下应用热矫正。,钢结构矫正,另外，根据矫正时作用外力的来源与性质来分，矫正可分为手工矫正、机械矫正、火焰矫正与高频热点矫正等几种。 通过以上对钢结构变形原因的分析，便可得出对钢结构件变形进行矫正的要领： 1）要分析构件变形的原因，弄清构件变形究竟是受外力引起的还是由内应力引起的。 2）分析构件的内在联系，搞清各个零部件相互间的制约关系。 3）选择正确的矫正部位，先解决主要矛盾，然后再解决次要矛盾。 4）要掌握构件所用钢材的性质，以防止矫正时造成工件折断、产生裂纹或回弹等。 5）按照实际情
12、况来确定矫正的方法及多种方法并用时的先后顺序。,矫正机械设备：,火焰矫正：,火焰矫正变形一般只用于低碳钢。其基本操作过程是先在钢 构件变形处用火焰加热升温，之后通过缓慢冷却或采用大锤敲打矫正变形。按火焰加热方式 的不同，可分成三种形式：点状加热、线状加热和三角加热，分别使用于矫正各类不同形式 的变形。 火焰矫正引起的应力与焊接内应力一样都是内应力。不恰当的矫正产生的内应力与焊接内应力和负载应力迭加，会使柱、梁、撑的纵应力超过允许应力，从而导致承载安全系数的降低。因此在钢结构制造中一定要慎重，尽量采用合理的工艺措施以减少变形，矫正时尽量可能采用机械矫正,火焰矫正的注意点：,1） 烤火位置不得在主
13、梁最大应力截面附近； 2） 矫正处烤火面积在一个截面上不得过大，要多选几个截面； 3） 宜用点状加热方式，以改善加热区的应力状态； 4） 加热温度最好不超过700度。,防止和减少焊接变形的措施：,防止和减少焊接变形的措施可以从设计和工艺两个方面来解决。 工艺措施： 1）反变形法 这是生产中常用的预防变形的方法，在装配前估算出焊接变形的大小和方向，在装配时给予构件一个相反方向的变形，使其与焊接变形相抵消。 2）刚性固定法 此方法是在没有使用反变形的情况下，将构件加以固定来限制焊接变形。用这种方法来预防构件的挠曲变形，其效果远不及反变形法。但是利用这种方法来防止角变形和波浪变形，其效果还是比较好的
14、。,焊后消除焊接应力的方法：,目前，铆焊结构件常用的消除焊接残余应力的采用焊后热处理及震动法等。 1、焊后热处理 焊后热处理是消除焊接残余应力的方法的主要方法。热处理时把铆焊结构件的整体或局部均匀加热至材料相变点以下的某一温度范围（一般为550-600C），再进行一定时间的保温（一般钢材按每毫米厚度2.5min计算，超过）50mm，每增加25mm加15min）。此时金属虽未发生相变，但在这样的温度下，其屈服极限降低，在金属内部由于残余应力的作用而产生一定的塑性变形，从而使应力得到消除。然后再均匀，缓慢的冷却下来。可消除80%-90%以上的残余应力，并可改善焊缝热影响区的组织与性能。 整体热处理一般是在加热炉内进行的，局部热处理时可采用局部加热设备或氧、乙炔火焰加热。 2、振动消除应力法 这是一种利用振源使工件产生共振以消除焊接应力，稳定焊件尺寸的新方法。 振动除应力法的优点是设备简单价格低廉，成本低，且消除应力时间比较短，没有热处理时产生的金属的金属氧化问题。但也有一些问题有待进一步研究。,谢谢观看,