钢结构焊接培训教材

第一节、常用焊接方法及特点：一、焊接方法概述：焊件是通过加热或加压，或两者并用，并且用过不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。依据焊接原理、热源种类及母材金属所处的状态，可把焊接方法分成熔焊、压焊、钎焊三类。1、熔焊：焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加外力的焊接方法，成为熔焊。熔焊是目前应用最广泛的焊接方法，常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、非熔化极气体保护焊和气焊等。2、压焊：焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）的以完成焊接的焊接方法，成为压焊。主要有（加热）电阻焊、摩擦焊、（不加热）冷压焊、爆炸焊等。3、钎焊：采用比母材熔点低的金属材料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，连接焊件的方法，成为钎焊。主要分软钎焊、硬钎焊两种（以钎料熔点450℃为界）。二、常用熔焊方法;1、手工焊条电弧焊/ShieldedMetalArcWelding,(SMAW/111）：用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法，简称手弧焊。优点：1）设备简单，操作灵活，可在室内室外及各种空间位置焊接，能够较方便地对不同接头形式，短焊缝或曲折焊缝进行焊接；2）能够控制形状较复杂焊件的焊接变形；3）焊条品种齐全，可按技术要求选配与母材相应的焊条。缺点：1）焊条熔敷效率低；2）焊接生产效率低；3）焊接质量受操作者水平、身体状况影响大。适用范围：可焊接碳素钢、低合金高强钢、不锈钢及耐热钢，也可用于铸铁、铝、铜及其合金的焊接。注：熔敷效率：熔敷金属量与熔化的填充金属（通常指焊芯、焊丝）量的百分比。2、埋弧焊/SubmergedArcWelding.(SAW/121)电弧在焊剂层下燃烧以进行焊接的方法。优点：1）由于焊剂的保护，焊缝质量高；2）熔深大，生产效率高；3）由于焊剂的保护，不受弧光辐射，劳动条件好。缺点：1）因保护焊剂为颗粒状，所以一般只适用于平焊位置；2）焊剂成分所限，不能焊接铝、镁等氧化强的金属及其合金；3）仅适合于长焊缝焊剂；4）电弧弧柱电位梯度大，不适合于薄板的焊接。适用范围;目前主要用于碳素钢、低合金高强钢、不锈钢及耐热钢长焊缝的水平位置，特别适用于板厚20mm以上的纵、环缝焊接。也可以进行不锈钢和低合金高强钢的带极堆焊。3、药芯焊丝CO2气体保护焊/FluxedCoredArcWelding.(FCAW/136)利用药芯焊丝在CO2气体保护下进行焊接的方法，称之为药芯焊丝CO2气体保护焊。优点：1）熔敷率高：2）电弧和熔池的可见度好，便于实现焊接工程的自动化；3）焊缝金属的含氢量低，适宜于焊接对冷裂敏感的低合金钢；4）工艺适应性强，可在各种位置下进行焊接；5）焊接材料利用率高；6）能耗低；7）焊接变形小，利于薄板焊接；8）省去清渣、换焊条时间，生产效率高。缺点：1）焊接区的保护气体易受外界气流的干扰，需在施工现场增设挡风屏障；2）设备复杂，购置及维修费用较高；3）电弧光辐射较强；3）熔滴处在重力、表面张力、电磁力和斑点压力的作用下，不断在焊丝端头跳动，易产生飞溅。适用范围：可焊接碳素钢、低合金高强钢、不锈钢及耐热钢等以及某些有色金属及堆焊，适于厚度在1mm以上的各种位置焊接。4、钨极气体保护焊/GasTungstenArcWelding/(GTAW/141)用纯钨或活化钨，作为电极的惰性气体保护电弧焊。优点：1）氩气能有效隔绝周围空气，本身又不溶于金属，不和金属反应，施焊过程中还有自动清除熔池表面氧化膜的作用，因此可成功地焊接易氧化、氮化、化学活泼性强的有色金属、不锈钢及其合金；2）钨极电弧稳定，即使在焊接电流很小（＜10A）的情况下仍可稳定燃烧，特别适用于薄板、超薄材料的焊接；3）热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调节，可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法；4）由于填充焊丝不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝成型美观；缺点：1）焊缝熔深浅，熔敷速度小，生产效率低；2）钨极承载电流的能力差，过大的电流会引起钨极的熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池，造成污染（夹钨）。3）惰性气体（氩气、氮气）较贵，和其它焊接方法相比成本较高。适用范围：适用于碳素钢、低合金高强钢压力管道的打底焊接以及不锈钢、有色金属及其合金的焊接。尤其适用于上述金属的薄板、超薄材料的焊接。6、其它焊接方法分类可参见GB/T5185/ISO4063。第二节、焊接接头与坡口选择一、焊接接头及坡口形式：1、焊接接头分类焊接接头是由两个或两个以上零件用焊接方法连接的。焊接接头按接头的结构形式可分为五大类，即：对接接头、T形(十字)接头、搭接接头、角接接头和端接接头等。按作用份类;工作接头、联系接头、密封接头。焊接接头的基本类型见下图：焊接接头基本形式a)对接接头b）I形（十字）接头c搭接接头)d)角接接头e)端接接头1)对接接头;这种接头从受力角度看，受理状况好、应力集中程度小，焊接材料消耗较少，焊接变形也较小，是比较理想的接头形式，在所在的焊接接头中，对接接头应用最广泛。2)T形和十字接头：这种接头是指将相互垂直的焊件用角焊缝连接起来的接头，它有焊透和不焊透两种形式，见下图：焊透和不焊透的接头形式a)焊透的接头形式b)不焊透的接头形式3）搭接接头：这种接头是指将两个焊件部分重叠在一起，加上专门的搭接件，用角焊缝、塞焊缝、槽焊缝或压焊缝连接起来的接头。常见的搭接接头形式如下图：常见的搭接接头形式a)正面角焊缝b)侧面角焊缝c)联合焊缝d)正面角焊缝+塞焊e)正面角焊缝+槽焊f)缝焊g)电阻点焊4）角接头：这种接头是指将两个焊件的端面构成大于30°、小于135°夹角，用焊接连接起来的接头。5）端接接头：这种接头是指将两焊件重叠放置或两焊件表面之间的夹角不大于30°，用焊接连接起来的接头。端接接头形式如图：端接接头形式二、坡口的形式和尺寸1、坡口的形式1）定义：坡口，是根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽。2）选择坡口应注意以下问题：a是否具备该坡口的加工条件。b该坡口在施工现场的可焊到性。c焊接材料的消耗是否增大了生产成本。d该坡口在焊接施工中，焊接变形如何。3）常用的坡口形式：常用的坡口形式有I形、V形、Y形、双Y形和U形坡口带钝边等。坡口尺寸及符号如图：坡口尺寸及符号α-坡口角度b-根部间隙p-钝边β-坡口面角度H-坡口深度R-根部半径4）坡口的选用：当对接接头板厚在1～6mm时，用I形坡口采用单面焊或双面焊即能保证焊透；当对接接头板厚大于或等于3mm时，为了保证焊缝的有效厚度或焊透，改善焊缝成形，可将被焊部位加工成V形、Y形、双V形及U形等各种形状的坡口。在常用的坡口形式中，当板厚相同时，双面坡口比单面坡口、U形坡口比V形坡口焊接材料消耗少、焊接变形也小。随着板厚的增大，上述优点更加突出，但是，U形坡口较难加工，坡口的加工费用也大，所以，只用于重要的焊接结构。2、坡口的加工方法：1）剪边：I形坡口的板件，焊前在剪板机上剪切加工而成。2）刨边：用刨床或刨边机加工坡口，有时也可采用铣削加工。a)管坡口的（机械或火焰切割）加工b)板坡口的（机械）加工3）车削：在车床或专用车管机上加工坡口，适用于管子对接或管板对接焊的坡口加工。4）热切割：用气体火焰或等离子弧作为热源加工坡口，可以切割出V形、Y形、双Y形坡口。5）碳弧气刨：主要用于焊后清理焊根时开坡口。6）铲削或磨削：用手工或风动工具铲削坡口，或用砂轮机、角向磨光机加工坡口。3、坡口的尺寸（依据GB/T985、CB/T3190、TZJ912）1）坡口角度：两坡面之间的夹角称为坡口角度，用符号α表示。2）坡口面角度：焊件待加工坡口的端面与坡口面之间的夹角称为坡口面角度。开单面坡口时，坡口角度与坡口面角度相等；开双面对称坡口时，坡口面角度等于1/2坡口角度。坡口面角度用符号β表示。3）钝边：钝边的作用是防止焊缝根部焊穿，钝边尺寸用符号p表示。4）根部间隙：焊件装配好后，在焊缝的根部通常都留有一定的间隙，这个间隙的作用就是确保焊缝根部焊透，根部间隙用符号b表示。5）根部半径：在J形、U形坡口底部的半径称为根部半径，根部半径用符号R表示。6）坡口深度：开坡口的目的主要是保证焊件在厚度方向上全部焊透，坡口深度用符号H表示。坡口角度α、根部间隙b、钝边p被称为“坡口三要素”4、坡口的选择目的及原则：1)目的：a）使电弧容易根部，保证根部焊透，不出现未焊透和未熔合等缺陷；b)使坡口截面积尽量小，从而熔敷金属填充量最少，焊接效率最高且焊后变形最小；c）保证一定的熔合比，从而防止结晶裂纹、碳迁移等缺陷。2）主要原则：焊缝坡口应与焊接方法一起考虑，不用的焊接方法特点不同，所以坡口形式要求也不同，反之亦然；坡口与钢板或管子壁厚有关、与产品要求有关、与实际工况有关。a）按钢板厚度：Ⅰ）薄板：焊接方法-氩弧焊、气保焊、焊条电弧焊（小直径）；焊缝坡口-单面V形或不开坡口的直边形式。Ⅱ）中厚板：焊接方法-气保焊、焊条电弧焊和埋弧自动焊；焊缝坡口-U形坡口、X坡口（对称与不对称）、Y形坡口、K形坡口或开坡口的直边形式（8~14）。Ⅲ）大厚板：焊接方法-电渣焊、气保焊、焊条电弧焊和埋弧自动焊、窄间隙焊；焊缝坡口-UV形坡口、X坡口（对称与部队称）、双U形坡口，电渣焊都是I形坡口。b）按结构：Ⅰ）小口径管的对接焊缝一般采用氩弧焊或氩弧焊打底打底；而大口径管单面焊时采用氩弧焊、熔化极气体保护焊或纤维素焊条打底，焊条电弧焊或熔化极气保焊或埋弧自动焊填充、盖面，几种焊接方法混合施焊也可；双面焊时采用焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧自动焊均可。为保证焊缝焊透反面最好清根。Ⅱ）障碍焊一般采用氩弧焊或手工焊条电弧焊；Ⅲ）桥梁等钢结构一般采用焊条电弧焊、气体保护焊及埋弧自动焊。c）按材料：Ⅰ）碳钢或低合金钢-焊条电弧焊、氩弧焊、气体保护焊、埋弧自动焊、电渣焊均可采用；Ⅱ）不锈钢-焊条电弧焊、氩弧焊、气体保护焊、埋弧自动焊；Ⅲ）高合金钢-焊条电弧焊、氩弧焊、埋弧自动焊；Ⅳ）铝及铝合金、铝镁合金、铜及合金-焊条电弧焊、氩弧焊。氩弧焊管板及管对接障碍焊示意图（坡口具体形式、尺寸及接头相关尺寸见TZJ913\913）1)气焊、焊条电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式和尺寸见下表(TZJ912)：表1序号工件厚度名称标注方法坡口形式焊缝形式11~8Ⅰ形坡口22~8带衬垫Ⅰ形坡口36~30带钝边单边V形坡口mm焊缝和坡口尺寸δ11.5234568最大C681012最大C181012h1±12±1bb≈δ/2注：表1中最大焊缝宽度C为参考值，原则上坡口每边熔合2~4mm即可；坡口参数中脚标G代表气体保护焊，脚标S代表焊条电弧焊。δ234568最大C81012h2-2+1bb≈δδ681012141618202224262830最大CG12131517212324252729313234最大CS14161921222527293234323436最大C11012h2-2+12-1+2b2±13±1p1±0.52±1βG;βSβG=40°±3°;βS=45°±3°续表1序号工件厚度名称标注方法坡口形式焊缝形式48~40带衬垫单边陡边坡口512~60K形坡口66~40V形坡口mm焊缝和坡口尺寸δ810121416182022242628303234363840最大CG1517182021232426272930323335363839最大CS1618202223252729313234363840414345h2±12-1+2b3-0+2βG35°±3°βS40°±3°δ1214161820222426283032364045505560最大CG1212131415161718192021222426293133最大CS1415161718192021222325272932323437h2±12-1+2b2±1p2±1βG40°±3°βS45°±3°δ6810121416182022242628303234363840最大CG91112