1、鋼結構工程焊接技術重點、難點及控制措施本文針對鋼結構工程焊接技術的重點和難點，按多年來的工程實踐經驗主要實用焊接變形的控制措施和方法；焊接殘余應力的控制措施；焊接裂紋的防治措施；焊接工藝評定的范圍；焊縫質量檢查；框架結構制作與安裝焊接；安裝焊接工藝；鋼結構變形的預防等。1、 概述鋼結構焊接時，焊接熱源對結構不均勻加熱引起的結構形狀和尺寸的變化，稱為焊接變形。在變形的同時，結構內部還產生應力、應變，因為這時結構并未承受外載時，就存在這些應力，所以這些應力居于內應力范疇，稱為焊接殘余力。屬于不均勻分布的自平衡內應力。焊接變形及應力在焊接過程中往往是難以避免的。它們將影響到焊接結構尺寸精度和焊接接頭

2、的強度，輕者需耗費不少人力、物力去矯正、修理，嚴重的會使構件報廢。此外，焊接變形和應力對焊接結構以后使用是的承載能力也產生不可低估的影響。焊接殘余應力和焊接變形是能量存在同一構件的不同形式，服從于能量存在同一構件的不同形式，服從于能量守恒定律；它們相輔相成，并互相轉化。減少一方必須增大一方：設：焊縫的總能量為E總，E總=E有+E損+殘+=1 （1）（1） 式中，E有冶金反應時的有用能；E損-無用能，損耗能；殘-焊接殘余應力；-焊接變形，當焊接完成后，構件中只存在兩種能量形式；E殘+=c<1 （2）c-常量于是（2）式有了工程應用的價值，這就是我們在工程實際中控制焊接殘余應力和焊接變形的基

3、本觀點。我們從事鋼結構設計、制作安裝的技術人員必須了解和掌握焊接變形及應力產生的原因及其基本規律、影響因素，以便在制作安裝過程中能夠控制焊接變形和應力。2、 焊接應變與變形的控制2.1 焊接變形的控制（1） 盡量減少焊縫的截面積，施焊量以滿足連接需要即可，俗話說：“不過焊”，（對一般的角焊縫）是按照有效焊角尺寸來決定其焊縫強度的，所以對于凸出很高的焊縫，多出的焊縫金屬，按規范作用并不能提高其許可強度，反而增大了應力集中系數，消弱了坡口的綜合性能。對厚板，對接焊縫，可采用U型刨邊形成U型坡口，可進一步減少焊縫金屬量。（2） 焊縫的數量愈少愈好，每條焊縫盡量采用多層多道焊，厚板焊接特別要注意。（3

4、） 焊縫盡可能稱、布置要靠近中和軸施焊（由于收縮力引起鋼板變形力臂小），因此減少變形。（4） 環繞中和軸的焊縫要平衡：應用對稱施焊的原則，時一個收縮力對另一個收縮力相互平衡的辦法，也同樣可以在設計和焊接工序中，有效的控制變形；（5） 采用逆向回焊法施焊此法：當焊接總進程從左到右時，則每一焊的施焊卻應從右到左，也就是分段側焊法。因為每道施焊后，沿焊縫板內側的熱量將導致該處膨脹，而使兩塊板暫時向外分開；但當熱量在板內側向外擴散后沿板外緣的膨脹又會使板合攏。（6） 將收縮力引至有用的方法，即采用反變形法施焊前采用焊件有意偏置的辦法有可能較好地利用收縮力，如某些組合在焊接前先裝偏一些，使其預偏量恰好可

5、使收縮后的半間回到所需求對準位置上來。將焊接前的部件進行彎曲或預拱，就是用機械方法產生反向力來抵消收縮力的簡單例子。（7） 用反向力來平衡收縮力其反向力可以是： 其他的收縮力； 夾具等產生的約束力 各構件裝配成組合件時的約束力 構件重力拱度向下所產生的反力。平衡收縮力的一種通常做法，是將同等焊接件背靠背的緊夾在一起，然后將這兩個組合件焊好，待其冷卻后再將夾具松開。預彎法也可以和這種方法結合起來，即在夾緊前，在兩個構件合適的地方打入契塊。對小型組合或零部件，控制變形量最常用的方法多半采用夾具和卡具等裝置將部件固定在一定位置上，直到全部焊好為之。如前所述，夾具引起的約束力將使焊件內應力加大，直到焊

6、縫金屬達到屈服為止。對低碳鋼板典型焊縫來說，其屈服點很可能接近311N/2.通常以為當焊好的部件從夾具上取下后，內應力會引起顯著的變形，但實際上并不會出現這種情況，因為該應力引起的應變（單位收縮量）。與無約束力焊接所產生的變形，相比是輕微的。這是因為應力大于等于屈服點時，會產生微小變形從而釋放應力所致。（8） 施焊順序的合理安排一個安排的很好的施焊順序往往有助于收縮力的相互平衡。也就是有意安排對結構不同部位進行施焊，使某一處的收縮力和已焊的收縮力相抵消。如對焊縫中的中和軸對兩側交錯施工焊、就是其中的一個簡單實例。（9） 焊接時或焊接后的收縮力消除錘擊法是一種消除收縮力的方法，只是這種方法現在還

7、有爭議，這一種在焊縫上施加外力的機械另工法，它使焊縫變薄，從而變長并消除殘余應力。在進行點垂擊時，常用“三點垂，三點不垂”的原則；即在一定的層面溫度中錘擊；在一定頻率下捶擊；在一定力道下錘擊；焊道根部不錘；等材不錘；焊道表面不錘，會狀錘擊應當嚴格掌握。2.2 焊接殘余應力的控制措施（1） 減少焊縫尺寸；（2） 減小焊縫拘束度；（3） 采用合理的焊接順序；（4） 降低焊件的剛度，創造自由收縮的條件。2.3 焊接裂紋的防治措施（1） 合理選擇焊接材料控制焊縫的化學成份，降低母材及焊接材料中形成低熔點共晶物即易于偏析的元素，如S、P含量；目的是防止熱裂紋的產生。（2） 控制焊接工藝參數，電流和焊縫速

8、度，使得焊道截面上不的寬度和深度比值符合工藝要求。（稱為焊縫成型系數B/H）以達到控制熱量輸入的目的。（3） 合理的焊前預熱和焊后緩冷，能改善焊接接頭的組織，控制t8/5,從而改善焊縫及HAZ的綜合性能。防止冷裂紋的產生。2.4 焊接工藝評定焊接工藝評定的范圍（1） 國內首次生產的鋼材、焊材或進口鋼材應用于重大、特殊鋼結構工程時；（2） 設計規定的鋼材類別、焊接材料和工藝、現場的焊接措施等綜合條件，是該工程安裝施工企業首次采用。2.5 焊縫質量檢查外觀檢查（1） 表面形狀：包括焊縫截面的不規則、弧坑處理情況、焊縫的連接點、焊腳不規則的形狀等；（2） 焊縫尺寸;包括對接焊縫的余高、寬度、角焊縫的

9、焊腳尺寸等；（3） 焊縫表面缺陷：包括咬邊、裂紋、焊瘤和弧坑氣孔等。我國建筑鋼結構焊接技術規程對焊縫外觀質量要求為：不得有裂紋未熔合、焊瘤等缺陷，焊接區應無焊接飛濺物。見表1焊縫外觀檢查質量標準（允許偏差）表1焊縫外觀檢查質量標準（允許偏差） 焊縫質量等級缺陷類別一級二級三級為滿焊不允許0.2+0.02，且1mm，每100mm焊縫內缺陷總長25mm0.2+0.04，且2mm，每100mm焊縫內缺陷總長25mm根部收縮不允許0.2+0.02，且1mm，長度不限0.2+0.04，且1mm，長度不限咬邊不允許0.05，且0.5mm,連續長度100mm.且焊縫兩側咬邊總長10%焊縫全長0.1，且1mm

10、，長度不限電弧擦傷不允許個別電弧擦傷允許存在接頭不良不允許缺口深度0.05，且0.5mm每1m焊縫不得超過1處缺口深度0.1，且1mm每1m焊縫不得超過1處表面氣孔不允許每50m長度焊縫內允許直徑0.4且3mm氣孔2個孔徑6倍孔徑表面夾渣不允許深0.2，長5，且20mm弧坑裂紋不允許允許個別存在，長0.5mm注：（1）咬邊如經磨削修平并平滑過渡，則只按焊縫最小允許厚度值評定； （2）表內為連接板處較薄的板厚。3、減少焊接應力集中設計的基本觀點（1）設計時應避免不連續，不勻順，有缺口出現；應避免焊縫的密集和交叉。焊縫間最小舉例應為100mm以上。（2）不等厚板的對稱焊接頭，無論是否中心線對齊，均

11、應將的厚板削成坡度，然后對齊。JGJ812002既定坡度1：2.5AWS規定坡度1：4TBJZ-85規定受拉或拉壓坡度1：8對于受壓接頭坡度1.4（3）焊縫應布置在工作最有效的地方，用最少量的焊接得到最佳效果。（4）焊縫位置應便于焊接及檢查。（5）在焊縫的連接板根部應當有較和緩的過渡。（6）加強筋端部的銳角應切去，板的端部應包角。（7）焊縫布置應盡可能對稱并靠近中心軸。（8）受彎曲作用的焊縫未焊側不要位于受拉力處。（9）避免將焊縫布置在應力集中處，處于動載結構尤其要注意。（10）避免將焊縫布置在載應力最大處。在工程中，我們常常會看見一些錯誤的設計，為了更進一步了解設計在減少應力架中的具體做法，

12、我們將焊接頭的正、誤作了一個簡單的對比表，見表2.接頭設計原則不合理設計改進設計焊縫應布置在工作最有交往的地方，用最少量的焊接達到最佳效果焊縫的位置應便于焊接及檢查在焊縫的連接板根部應有較緩和的過渡避免焊縫交叉焊縫布置應盡可能對稱，并靠近中性軸受彎曲作用的焊縫未焊側不要位于受拉處避免將焊縫布置在應力集中處，對于動載尤為重要避免將焊縫布置載應力最大處4、安裝焊接工藝一般根據結構平面圖形的特點，以對稱軸為界或以下通體形結構為界區，配合吊裝順序進行安裝焊接。其原則為：（1） 在吊裝、校正和栓焊混合節點的高強螺栓終擰完成若干節間以后開始焊接，以利于形成穩定框架；（2） 焊接時，應根據結構體形特點，選擇

13、若干基準柱或基準節間，開始焊接主梁與柱之間的焊縫，然后向四周擴展施焊，以避免焊縫的收縮變形向一個方向積累；（3） 一節柱中每層柱梁接點拼裝完成，依照先上后下色順序焊接接頭，保證框架穩固；（4） 栓焊混合接點中，應先栓后焊（如腹板的連接），避免焊接收縮引起的孔間位移；（5） 柱梁接點兩側對稱的兩根梁，應同時與柱相焊，減少焊接拘束度，避免焊接裂紋產生，有可防止柱腳的偏斜；（6） 柱柱節點的焊接自然是由下層網上層順序焊接。由于焊縫的橫向收縮和重力引起的沉降，可能使標高誤差積累，在安裝焊接若干節柱后，應視實際偏差情況，即時要求構件制造廠調整柱長，以保證高度方向的安裝精度。（7） 各種接點的焊接順序 柱

14、柱拼接點焊接順序，主要考慮避免柱截面對稱側焊縫的收縮不均衡而使柱發生偏斜，控制結構的外形尺寸，但同時盡量減少焊縫拘束度，防止產生焊接裂紋。 H型柱的焊接順序見圖1 有方案分析和方案論證方案1：A、B焊至1/3板厚A、B焊至1/3板厚A、BA、B焊完，適用于翼板厚度小于腹板厚度時；方案2：A、B焊完，適用于翼板厚度小于腹板厚度時； 箱型柱的焊接順序見圖2.A、C焊至1/3板厚B、D焊至1/3板厚A、C、B、D或AC、BD； 十字形柱的焊接順序見圖3。十字形柱的截面實際是有兩個H型截面組合而成。A、B焊至1/3板厚A、B焊至1/3板厚C、D焊至1/3板厚C、D焊至1/3板厚A、B焊完A、B焊完C、

15、D; 圓管柱的焊接順序見圖4 斜立圓管柱的焊接順序見圖5在鋼結構安裝施工現場的實踐中，要謹慎考慮各種因素，如預熱溫度、破口溫度、安裝誤差等共同作用，采用相應措施。以免矯正或矯正不夠，達到控制變形結果。5、鋼結構變形的預防（1）對稱零件尺寸或孔徑尺寸同一，以便加工，并有利拼裝時互換性。（2）合理的布置焊縫，避免焊縫之間的距離的靠太近，當材料的尺寸與零件長度尺寸時，盡量減少或不做拼接焊縫；焊縫布置應對稱于構件的重心或軸線對稱兩側，以減少焊接應力的集中和焊接變形。（3）零件和構件連接時應避免以下不等截面和厚度相接；相接時應按緩坡形式改變截面的形狀和厚度，使對接連接處截面或厚度相等，達到傳力平順均勻受力，可防止焊后產生過大應力及增加變形。（4）鋼結構各節點各桿件端頭邊緣之間距離不宜