H型钢结构的焊接.docx

1、H型钢结构的焊接摘要：本文对H型钢焊接进行阐述，因为钢结构的材料力学性能及特点决定了其焊接性，所以必须采用适宜的焊接顺序、焊接方法和焊接工艺参数。此外，对较长的H型钢在生产过程中产生变形还要预防，必要情况下采取二次矫正。最后分析了焊接过程中容易出现的缺陷，并提出有效的防止措施。1. H型钢简述1.1 钢结构主要组成局部钢结构主要构架一般由钢梁、钢柱及钢架与钢架之间的钢支撑组成。各构件之间采用焊接、螺栓或钾钉连接。而在各种连接方式中，焊缝连接用的较多。1.2 H型钢的特点建筑刚结构是以热轧H型钢为主要根本构件的，它的翼缘较宽，侧向钢度较大，抗弯能力比拟强。除此之外还有以下特点：1 .塑性和韧性好

2、适宜于承受振动和冲击荷载；2 .钢材容重与强度的比值一般小于混凝土和木材，因而H型钢的重量轻；3 .结构简单便于机械化制造，精确度较高，安装方便，是工程结构中工业化程度最高的一种结构；4 .施工较快，可尽快地发挥投资的经济效益。作为主要支撑和连接件的H型钢制作质量，对钢结构的质量与性能影响很大，有时可影响到整体结构的承载平安，因此，对H型钢的制作工艺必须严格要求。2.钢结钢H型钢制作工艺2.1 适用范围本规程适用于钢结构构件采用焊接H型钢的施工工艺。2.2 施工准备1、主要材料(1)钢材的品种、规格、性能应符合设计要求和国家现行有关产品标准的规定；进口钢材产品的质量应符合设计和合同规定的要求

3、均应具有产品质量合格证明文件。材料进厂后，公司检测中心应及时对钢材的外表质量、化学成分及机械性能进行检验。钢材进入车间时，应对其规格、外表质量进行复查合格前方可施工。(2)焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂和焊接保护气体等；均必须具有产品质量合格证明文件及产品使用说明书等。 焊条应符合国家现行标准碳钢焊条GBT5117低合金钢焊条GB/T5118的规定； 焊丝和焊剂：埋弧自动焊和气体保护焊焊丝的各项性能指标，应分别符合埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂GB/T5293.埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂GB/12470.熔化焊用钢丝GB/T14957气体保护焊用焊丝GB/T8110的各项规定。被选用的焊丝牌号必须与相

4、应的钢材等级、焊剂和保护气体的成分相匹配。 CO2气体应符合焊接用二氧化碳HG/T2537的规定。2、 配套材料：引弧、引出板、定位板等。3、 主要机具：H型钢组立机、组装胎架、定位焊用焊机、砂磨机、烤枪、割炬、碳刨钳等。4、 主要量具：钢尺、平尺、塞尺、角尺、焊缝量规等。5、 3操作工艺1零件下料(1)零件下料采用数控火焰切割机及数控直条切割机进行切割加工，切割质量应符合下表要求：项目允许偏差备注零件宽度，长度2.0切割面平面度0.05T,且不大于1.5T为板厚割纹深度0.2局部缺口深度1.0与板面垂直度不大于0.025T条料侧弯不大于3mm(2)对H型钢的翼板、腹板采用直条切割机两面同时垂

5、直下料，对不规则件采用数控切割机进行下料。(3)对H型钢的翼板、腹板的长度加放50rn余量，宽度不放余量；在深化的下料图中，其尺寸系按净尺寸标注，但应在图纸中说明，“本图中尺寸不含任何余量，准备车间下料时应按工艺要求加放余量。(4)当H型钢主体因钢板长度不够而需拼接时，其翼板对接长度应不小于翼板板宽的2倍,腹板的最小长度应在60Omm及以上，同一零件中接头的数量不超过2个；同时，在进行套料时必须保证腹板与翼板的对接焊缝错开距离满足200mm以上。(5) H型钢附件(如H型钢牛腿)应由生产部进行长度套料，并由H型钢流水线进行组焊、下料及钻孔等加工工序，如下列图所示；当H型钢梁两端与牛腿连接时,宜

6、将梁与牛腿组焊成一根H型钢,再将两端牛腿整体下料、钻孔、可防止梁与牛腿出现高度差。(6)下料完成后，施工人员应按材质进行色标移植，同时对下料后的零件标注工程名称、钢板规格、零件编号，并归类存放。2、H型钢的组装、钻孔及锁口(1)施工前期准备工作核对各待组装零部件的零件号，检验零件规格是否符合图纸及切割标准要求，发现问题及时反响；检查焊接或装配设备等的完好性，发现问题及时上报返修； 根据H型钢的截面尺寸，可采用H型钢流水线及人工胎架法，当采用人工胎架法时，根据腹板与水平面的位置关系，将胎架分为水平组装胎架和竖直组装胎架，胎架示意图如下所示：H型钢竖直组装胎架图 检查零件的外观切割质量，对零件外观

7、质量不符合要求处进行修补或用磨光机进行打磨； 根据H型钢的板厚、坡口要求制备引弧板及引出板，引弧板及引出板的坡口形式应与H型钢的坡口形式相同，引弧及引出长度应不小于60mm,其材质应与母材相同； 当H型钢的腹板需要开坡口时，应采用半自动火焰切割机进行，其主体坡口形式应符合图纸要求； 坡口加工完后，必须对坡口面及附近50mm范围内进行修磨，去除割渣及氧化皮等杂物，同时，对全熔透焊和局部熔透焊的坡口，在其过渡处应修磨出过渡段，使其平滑衔接，过渡按L2的比例。(2) H型钢组装的施工工艺流程如下列图所示：(3) H型钢的组装： H型钢的组装可采用H型钢流水线组装机或人工胎架进行组装,定位焊采用气保焊

8、定位焊缝尺寸和间距见本规程的4.5节。其中，起始焊点距离端头距离为30mm,当零件长度较短，其长度在20Omm以下时，定位焊点分为两点，分布位置分别为距离端头20mm。定位焊示意图如下列图所示： H型钢在进行组装定位焊时，母材上不允许有电弧擦伤，定位焊咬边应在Imm以内； H型钢翼板与腹板对接焊缝应错开20Omm以上，以防止焊缝交叉和焊缝缺陷应力集中； H型钢翼板与腹板之间的组装间隙4Wlmm03、H型钢的焊接(1) H型钢在焊接前，应在H型钢的两端头设置“T形引弧板及引出板，引弧板及引出板长度应大于或等于150mm,宽度应大于或等于100mm,焊缝引出长度应大于或等于60mm。引弧板及引出

9、板应用气割切除，严禁锤击去除。(2) H型钢的焊接采用门型埋弧焊机及小车式埋弧焊机两种方式进行。焊接顺序如下列图所示：(3)H型钢船型位置角焊缝自动埋弧焊的焊接参数可按下表选取:板厚间隙电源极性焊丝直径(mm)电流（八）电压(v)速度(mh)伸出长度(mm)61反4mm500-55030-32232525-3081反4mm550-60030-32222425-30101反4mm550-60030-32222430-35121反4mm600-65032-3422330-35141反4mm650-70032-34202330-35(4) H型钢流水线埋弧焊不清根全熔透焊接技术(限于流水线采用)：

10、焊缝要求及形式：根据H型钢的腹板板厚，其焊缝形式如下列图所示： 坡口加工：坡口的加工采用半自动火焰切割机进行，切割后的坡口外表宽度应一致并应进行割渣及氧化物清理； H型钢组装可由H型钢组立机进行，定位焊采用气保焊，6L2mm焊丝； 埋弧自动焊丝的选择应与钢材材质相匹配，当钢板材质为Q235时，选用64.Omm的H08A焊丝配合HJ431焊剂；当钢板材质为Q345时，选用64.0Innl的HlOMn2焊丝配合SJlOl焊剂； 焊接胎架：将H型钢放置在胎架上后，其斜置角度应按下列图所示。(5) 焊接标准：采用门型埋弧焊机进行焊接，正式焊接前应去除焊接区的油污、铁锈及其它污物。根据工艺试验的结果可采

11、用埋弧焊直接焊接反面不清根工艺措施。 当采用单面坡口形式时，方法之一是：正、反面均用埋弧焊焊接，在坡口面，埋弧焊打底一道，盖面一道；在非坡口面，埋弧焊角焊缝一道。焊接时，注意焊丝对准坡口中心略偏腹板。方法之二是：在坡口面，先利用气保焊打底，打底厚度根据钝边大小而定，打底后，其钝边总厚度以5mm为宜，翻身后对非坡口面进行埋弧焊焊接，为角焊缝一道，再翻身焊接坡口面一侧，进行中间层及盖面的焊接； 焊接标准：I=800820A,U=33-35V,V=500-550mmmin; 埋弧焊焊接完后，应认真清理焊缝区的熔渣和飞溅物，冷却后，割去引出板及引弧板，并修磨平整。4、 H型钢的矫正：(1) 当翼板厚度

12、在28Inm及以下时，可采用H型钢翼缘矫正机进行矫正。(2) 当翼板厚度在28mm以上时，采用合理焊接工艺顺序辅以手工火焰矫正。矫正后的外表，不应有明显的凹面或损伤，划痕深度不得大于05mm。5、 H型钢的两端余量切割，应先划线定位，有条件时应采用锯切，目前可采用半自动切割，切割完应修磨平整。6、 H型钢的锁口，先进行划线，采用手工切割，再磨光顺。7、 当翼缘板需开内坡口时，为防止割伤腹板，应先将腹板上的过焊孔(锁口)先行切害J,再切割翼板上的坡口，修磨过焊孔、坡口及过焊孔余渣等。如下列图：附：H型钢组装尺寸过程控制允许偏差(mm)偏移e其它部位2.0翼缘板垂直度b/100且不应大于2.0直角

13、尺腹板局部平t143.0rFLInl钢直尺面度腹板t2142.041-1塞尺3.焊接缺陷及防止措施3.1 焊缝尺寸不合要求焊波粗、外形上下不平、焊波宽度不一及角焊缝单边或下陷量过大等均为焊缝尺寸不合要求，其原因是：1、焊件坡口角度不当或装配间隙不均匀。2、焊接电流过大或过小，焊接标准选用不当。所以应在焊接前先调整好焊接工艺参数，根据板厚需要开破口的要适当的开坡口。3.2 裂纹焊缝中原子结合遭到破坏,形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。通常情况下，埋弧焊接头有可能产生两种类型裂纹，即结晶裂纹和氢致裂纹。前者只限于焊缝金属，后者则可能发生在焊缝金属或热影响区。1、结晶裂纹钢材焊接时，焊缝中的S、P等

14、杂质在结晶过程中形成低熔点共晶。随着结晶过程的进行，它们逐渐被排挤在晶界，形成了“液态薄膜。焊缝凝固过程中，由于收缩作用，焊缝金属受拉应力，“液态薄膜，不能承受拉应力而形成裂纹。可见产生“液态薄膜和焊缝的拉应力是形成结晶裂纹的两方面原因。钢材的化学成分对结晶裂纹的形成有重要影响。硫对形成结晶裂纹影响最大，但其影响程度又与钢中其他元素含量有关，如Mn与S结合成MnS而除硫，从而对S的有害作用起抑制作用。Mn还能改善硫化物的性能、形态及其分布等。因此，为了防止产生结晶裂纹,对焊缝金属中的Mn/S值有一定要求。Mn/S值多大才有利于防止结晶裂纹，还与含碳量有关。含C量愈高，要求Mn/S值也愈高。2、

15、氢致裂纹较多的发生在低合金钢、中合金钢和高碳钢的焊接热影.它可能在焊后立即出现，也可能在焊后几时、几天、甚至更长时间才出现。这种焊后假设干时间才出现的裂纹称为延迟裂纹。氢致裂纹是焊接接头含氢量、接头显微组织、接头拘束情况等因素相互作用的结果。在焊接厚度IOmm以下的工件时，一般很少发现这种裂纹。工件较厚时，焊接接头冷却速度较大，对淬硬倾向大的母材金属，易在接头处产生硬脆的组织。另一方面，焊接时溶解于焊缝金属中的氢，由于冷却过程中溶解度下降，向热影响区扩散。当热影响区的某些区域氢浓度很高而温度继续下降时，一些氢原子开始结合成氢分子，在金属内部造成很大的局部应力，在接头拘束应力作用下产生裂纹。焊接

16、某些超高强度钢时，这种裂纹也会出现在焊缝金属中。针对氢致裂纹产生的原因，可以从以下几方面采取措施。a.减少氢的来源及其在焊缝金属中的溶解，采用低氢焊剂；焊剂保管中注意防潮，使用前严格烘干；对焊丝、工件焊口附近的锈、油污、水分等焊前必须清理干净。通过焊剂的冶金反响把氢结合成不溶于液态金属的化合物，如高Mn高Si焊剂可以把H结合成HF和OH两种稳定化合物进入熔渣中，减少氢对生成裂纹的影响。b.正确的选择焊接工艺参数，降低钢材的淬硬程度并有利于氢的逸出和改善应力状态，必要时可采用预热。c.采用后热或焊后热处理焊后后热有利于焊缝中的溶解氢顺利的逸出。有些工件焊后需要进行熟处理，一般情况下多采用回火处理

17、这种热处理的效果一方面可消除焊接剩余应力，另一方面使已产生的马氏体高温回火，改善组织。同时接头中的氢可进一步逸出，有利于消除氢致裂纹，改善热影响区的延性。d.改善接头设计，降低焊接接头的拘束应力在焊接接头设计上，应尽可能消除引起应力集中的因素，如防止缺口、防止焊缝的分布过分密集等。坡口形状尽量对称为宜，不对称的坡口裂纹敏感性较大。在满足焊缝强度的根本要求下，应尽量减少填充金属的用量。3.3 未熔合未熔合是指焊缝金属与母材金属,或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。按其所在部位,未熔合可分为坡口未熔合,层间未熔合根部未熔合三种。（一）产生未熔合缺陷的原因1、焊接电流过小2、焊接速度过快3、焊条

18、角度不对4、产生了弧偏吹现象5、焊接处于下坡焊位置,母材未熔化时已被铁水复盖6、母材外表有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合等（二）未熔合的危害未熔合是一种面积型缺陷,坡口未熔合和根部未熔合对承载截面积的减小都非常明显,应力集中也比拟严重,其危害性仅次于裂纹。（三）未熔合的防止采用较大的焊接电流,正确地进行施焊操作,注意坡口部位的清洁。3.4 未焊透母材之间或母材与熔敷金属之间存在局部未熔合现象。它一般存在于单面焊的焊缝根部，对应力集中很敏感，对强度疲劳等性能影响较大。（一）未焊透产生的原因是：1、坡口设计不良，角度小、钝边大、间隙小。2、焊条、焊丝角度不正确。3、电流过小，电压过低，

19、焊速过快，电弧过长，有磁偏吹等。4、焊件上有厚锈未去除干净。5、埋弧焊时的焊偏。（二）未焊透的危害1、是减少了焊缝的有效截面积,使接头强度下降。2、未焊透焊透引起的应力集中所造成的危害，比强度下降的危害大得多。3、未焊透严重降低焊缝的疲劳强度。4、未焊透可能成为裂纹源,是造成焊缝破坏的重要原因。（三）未焊透的防止使用较大电流来焊接是防止未焊透的根本方法。另外,焊角焊缝时,用交流代替直流以防止磁偏吹,合理设计坡口并加强清理,用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的产生。3.5 气孔对于低碳钢埋弧焊来说，最主要的冶金反响有硅、锌的复原，碳的氧化（烧损）反响，以及焊缝中氢和硫、磷含量的控制。所以就比拟容易

20、产生气孔。1、形成气孔的气体主要是一氧化碳、氢和氮。（1） 一氧化碳气孔：FeO+CFe+CO焊丝中参加足够的脱氧剂和限制焊丝的含碳量，就可有效地防止Co气孔产生。（2）氢气孔氢主要来源于焊丝、工件外表的油污及铁锈，以及C02气体中所含的水分。C02气体的氧化性可制约氢的危害H2+C02fH20+CO所以在生产中，为了防止经常出现的氢气孔，一定要在焊接前清理干净工件外表的油污和铁锈。(3)氮气孔N2的来源：空气侵入焊接区；C02气体不纯(可能性不大)焊缝中产生N气孔的主要原因是由于保护气层遭破坏，大量空气侵入焊接区所致。造成保护气层失效的因素有：过小的C02气流量；喷嘴被飞溅物局部堵塞；喷嘴与

21、工件的距离过大；焊接场地有侧向风等。保证气层稳定、可靠是防止焊缝中N气孔的关键。2、气孔的危害气孔减少了焊缝的有效截面积,使焊缝疏松,从而降低了接头的强度，降低塑性,还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。36夹渣在焊缝金属内部或熔合线部位存在非金属夹杂物。夹渣对力学性能有影响，影响程度与夹杂的数量和形状有关。埋弧焊时，焊缝的夹渣除与焊剂的脱渣性能有关外，还与工件的装配情况和焊接工艺有关。对接焊缝装配不良时，易在焊缝底层产生夹渣。1、其产生的原因是：1 .焊件上留有厚锈。2 .焊层形状不良，坡口角度设计不当。3 .焊缝的熔宽与熔深之比过小，咬边过深。4 .电流过小，焊

22、速过快，熔渣来不及浮出。2、夹渣的危害点状夹渣的危害与气孔相似,带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中,尖端还会开展为裂纹源,危害较大。3、夹渣的防止措施多层焊时清理干净每层焊渣及其锈蚀物，保证外表的清洁，合理选择坡口形状，调整焊接参数。结论：采用焊接方法制作H型钢，是钢结构生产中较为普遍的方法。严格按照工艺流程来组织施焊，形成流水作业线，可大大提高生产率。准确的装配和采用合理的焊接顺序，严格地控制焊接变形，是H型钢施工中的关键。参考文献1焊接方法与设备：雷世明主编，机械工业出版社，19992自动埋弧焊弧长自动控制系统：李开斌著，电焊机，19883焊接与连接工程学导论：何德孚主编，上海交通大学出版社，19984实用焊接手册：北京市技术协作委员会编，水利电力出版社，19855气体保护焊工艺及设备：王震薇等主编，西北工业大学出版社，19916气体保护焊工艺：殷树言等编，哈尔滨工业大学出版社，19897钢结构工程施工质量验收标准GB50205-20018钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法GBl13459建筑钢结构焊接技术规程JGJ81