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1 浙江省高校 十一五 重点建设教材高职高专建筑工程技术专业综合实训系列教材 钢结构制造与安装 向芳主编 赵海凤王琳 副主编 科学出版社职教技术出版中心 北京

2 内容简介 本书为建筑工程技术专业钢结构建造技术技能实训教材, 根据 钢结构工程施工质量验收规范 (GB ) 编写 本书共 10 个单元, 内容包括建筑钢结构的应用 建筑钢材的选用 钢结构焊接连接施工 钢结构螺栓连接施工 钢结构加工制作 轻钢厂房安装 高层钢结构安装 网架结构工程安装 钢结构涂装工程施工 压型金属板工程 本书可作为高等职业教育建筑工程技术专业钢结构制造技术教学与实训用书, 也可供相关专业技术人员参考 图书在版编目 (CIP) 数据 钢结构制造与安装 / 向芳主编. 北京 : 科学出版社,2013 ( 浙江省高校 十一五 重点建设教材 高职高专建筑工程技术专业综合实训系列教材 ) ISBN Ⅰ.1 钢 Ⅱ.1 向 Ⅲ.1 钢结构 - 结构构件 - 制作 2 钢结构 - 建筑安装 Ⅳ.1TU3912TU 中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2013) 第 号 责任编辑 : 何舒民李欣 / 责任校对 : 王万红责任印制 : 吕春珉 / 封面设计 : 美光制版有限公司 科学出版社发行 北京东黄城根北街 16 号 出版 邮政编码 : 双青印刷厂印刷 各地新华书店经销 * 2013 年 11 月第一版开本 : / 年 11 月第一次印刷印张 :14 字数 : 定价 :34.00 元 ( 如有印装质量问题, 我社负责调换 双青 ) 销售部电话 编辑部电话 (VA03) 版权所有, 侵权必究 举报电话 : ; ;

3 浙江省高校 十一五 重点建设教材 高职高专建筑工程技术专业综合实训系列教材 编写指导委员会 顾问 : 郑文忠教授, 博导, 教育部长江学者特聘教授 哈尔滨工业大学土木工程学院副院长 金睿教授级高级工程师, 浙江省建工集团有限责任公司总工程师 主任 : 丁夏君教授级高级工程师, 浙江建设职业技术学院院长 浙江省高职高专教育建设水利类专业教学指导委员会主任委员 副主任 : 刘俊龙教授, 浙江建设职业技术学院建筑工程系主任浙江省高职高专教育建设水利类专业教学指导委员会秘书长项建国教授, 浙江建设职业技术学院建筑工程技术专业省级带头人 委员 :( 以姓氏笔画为序 ) 马景善教授, 浙江同济科技职业学院王建华副教授, 浙江同济科技职业学院教务处处长李小敏副教授, 浙江工业职业技术学院建筑工程学院副院长朱兆平副教授, 浙江同济科技职业学院建筑系主任向芳讲师, 浙江建设职业技术学院刘学应教授, 浙江水利水电专科学校束炜高级工程师, 浙江杭萧钢构股份有限公司沙玲副教授, 浙江建设职业技术学院建筑工程系副主任周向阳副教授, 台州职业技术学院建筑工程学院院长周晓龙副教授, 杭州科技职业技术学院城市建设学院副院长钟振宇教授, 浙江工业职业技术学院建筑工程学院院长高健教授, 浙江水利水电专科学校市政工程系副主任蔡敏教授, 浙江水利水电专科学校建筑工程系主任颜传法高级工程师, 台州职业技术学院建筑工程学院党总支书记 秘书长 : 黄永焱助理研究员, 浙江建设职业技术学院 科学出版社职教技术出版中心

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5 序 进普通高校教材建设, 及时更新教学内容, 确保高质量教材进课堂, 提推高人才培养水平和质量, 是教育部以及地方各级教育行政部门提高高校办学质量的一个重要抓手 浙江省教育厅于 2009 年启动了新一轮省重点教材建设工作, 浙江省高职高专教育建设水利类专业教学指导委员会组织编写的 高职高专建筑工程技术专业综合实训系列教材 作为高职高专重点建设系列教材之一, 列入了此项重点教材建设工作 经过近 3 年持续不断地调研 课程改革以及教学实践的探索, 这套系列教材在参与人员的共同努力下正式出版了 浙江省高职高专教育建设水利类专业教学指导委员会充分发挥研究 咨询 指导 服务等功能, 在推动浙江省高职高专建设类专业内涵发展, 提升人才培养质量方面进行了积极的探索和实践, 特别是在专业人才培养模式的研究和实践方面取得了成效 目前, 浙江省内建筑工程技术专业均采用了三段式人才培养模式, 创设了综合实训教学阶段, 通过学生自主综合运用专业知识和技能解决具有一定技术复杂性的实训任务, 提升其实践能力, 为学生进行工程实践打下良好的基础 建筑工程技术专业综合实训教学阶段, 在教学目的 教学内容 教学手段 教学组织等方面具有鲜明的特色, 对所使用的教材也提出了新的要求 浙江省高职高专教育建设水利类专业教学指导委员会组织浙江建设职业技术学院 浙江水利水电专科学校 浙江工业职业技术学院 浙江同济科技职业学院和台州职业技术学院等高职院校, 协调各校之间在建筑工程技术专业综合实训教学阶段开展的不同实训任务共同编写了 建筑专项施工方案编制 建筑施工工艺实训 建筑工程资料管理 建筑工程质量管理实务 建筑施工现场组织与管理 和 钢结构制造与安装 综合实训系列教材共六种 该系列教材以职业活动为导向, 以能力培养为重点, 以项目任务为载体, 以学生为主体, 融教 学 做为一体, 用于指导学生在综合实训阶段的实践教 科学出版社职教技术出版中心

6 序 学活动 在内容的选择上以工程项目为基础, 通过工程训练项目引入, 学生主动参与完成 做中学, 调动学生学习的积极性和主动性, 鼓励学生独立思考, 引导学生运用已经掌握的知识和技能, 拓展 提高 深化, 形成新的专业能力, 培养学生的创新意识, 最大限度地发挥学生的潜能, 促进学生形成专业综合能力 高职高专建筑工程技术专业综合实训系列教材 的正式编写出版, 是浙江省高职高专教育建设水利类专业教学指导委员会发展中取得的又一项标志性成果, 综合实训系列教材的出版必将推动建筑工程技术专业综合实训教学环节教学质量的提升, 进而推动建筑工程技术专业人才培养质量的提高 浙江省高职高专教育建设水利类专业教学指导委员会主任委员浙江建设职业技术学院院长 2012 年 12 月 钢结构制造与安装 ii

7 前言 书是高职高专建筑工程技术专业钢结构制造技术技能实训教材 全书以本提高学生的职业实践能力和职业素质为宗旨, 以钢结构制造及安装为主线进行编写 实训内容贴近钢结构工程实际, 包括建筑钢结构的应用 建筑钢材的选用 钢结构焊接连接施工 钢结构螺栓连接施工 钢结构加工制作 轻钢厂房安装 高层钢结构安装 网架结构工程安装 钢结构涂装工程施工 压型金属板工程, 实训内容具有较高的可操作性和一定的实用价值 本书在内容安排上有如下特点 : 在编写结构上, 以职业能力为目标, 构建基于工作任务和工作过程的课程内容体系 全书划分为 10 个单元, 每个单元以岗位任务和工作过程为线索, 以任务实施为导向作为编写思想, 突破了传统的以理论知识为线索的编写思路 本书体现以学生为主体的教学思想和实践教育思想, 注重理论与实践相结合, 立足把实训操作过程与理论学习融为一体 本书通过整合职业岗位工作任务中涉及的专业知识与技能, 让学生在真实的岗位工作情境中来完成实际工作任务, 并通过实训 真实工作场景的体验, 满足企业实际岗位的需求 全书内容充实, 对于工作任务的完成, 其操作步骤表述细致全面 通过实训操作模拟实际工作岗位, 使学生在实际工作中锻炼动手能力, 锻炼能够独立完成企业实际工作任务的能力, 为今后的就业打下坚实的基础 本书单元 1 单元 2 单元 5 由浙江建设职业技术学院赵海凤编写, 单元 3 由杭州建工集团有限责任公司詹根华高级工程师编写, 单元 4 单元 6 单元 9 由浙江建设职业技术学院向芳编写, 单元 7 单元 8 单元 10 由浙江建设职业技术学院王琳编写, 向芳负责统稿 全书由浙江建设职业技术学院项建国教授主审 由于编者水平有限, 书中疏漏及不足之处在所难免, 恳请广大读者提出宝贵意见, 以便进一步补充和完善 科学出版社职教技术出版中心

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9 目录 序 前言 单元 1 建筑钢结构的应用 任务 1.1 认识钢结构基本形式及选型 钢结构基本形式 钢结构的选型 钢结构特点 4 任务 1.2 认识钢结构的应用 5 单元 2 建筑钢材的选用 大跨度结构 高层 超高层建筑 工业建筑 轻钢结构 6 科学出版社职教技术出版中心 高耸结构 可拆卸或移动的结构 高压容器和大直径管道 抗震要求高的结构 特种结构 8 任务 2.1 了解和识别建筑钢材的种类和规格 建筑钢材的种类 建筑钢材的牌号 13

10 目录 钢材性能及其影响因素 建筑钢材品种及规格 19 任务 2.2 钢材的进场验收 进场验收要求 进场验收标准 实践训练 : 热轧 H 型钢进场验收 27 3 单元钢结构焊接连接施工任务 3.1 手工电弧焊 手工电弧焊的基本原理及其设备与焊接材料 手工电弧焊焊接方法 实践训练 : 手工电弧焊焊接 42 任务 3.2 埋弧焊 埋弧焊的基本原理及其设备与焊接材料 埋弧焊焊接方法 实践训练 : 埋弧焊焊接 50 任务 3.3 CO 2 气体保护焊 CO 2 气体保护焊的基本原理及其设备 CO 2 气体保护焊方法 实践训练 :CO 2 气体保护焊焊接 58 任务 3.4 焊接质量检验 焊前检验 焊接的中间检验 焊后的成品检验 实践训练 : 焊缝外观质量检验 68 4 单元钢结构螺栓连接施工任务 4.1 普通螺栓连接施工 普通螺栓连接类型与性能 实践训练 : 普通螺栓连接的施工及质量验收 71 任务 4.2 高强螺栓连接施工 高强度螺栓 高强螺栓连接的施工准备 实践训练 : 高强度螺栓连接的施工 79 钢结构制造与安装 vi

11 目录 5 单元钢结构加工制作任务 5.1 钢构件加工施工前的准备 钢材的储存与连接材料的准备 会审图纸 节点构造细化 88 任务 5.2 钢结构加工制作 编制加工工艺流程 按照加工工艺及质量标准进行施工 成品保护 实践训练 : 焊接 H 型钢的放样与下料 98 单元 6 轻钢厂房安装 任务 6.1 轻型钢结构安装准备工作 技术准备 资源准备 现场准备 106 任务 6.2 钢柱安装 放线 钢柱的吊装 110 任务 6.3 吊车梁及屋面梁的安装 吊装 吊车梁校正 最后固定 钢吊车梁安装的允许偏差 梁的安装 118 任务 6.4 次结构及维护系统的安装 119 单元 7 高层钢结构安装 科学出版社职教技术出版中心 轻钢厂房安装质量控制 维护系统安装 120 任务 7.1 认识高层钢结构安装用起重设备 塔式起重机的基本类型及工作原理 塔式起重机的安装 拆卸及爬升 127 任务 7.2 高层钢结构的安装施工 高层钢结构安装的施工准备 131 vii 钢结构制造与安装

12 目录 钢柱的安装 钢梁的安装 构件间连接 实践训练 : 压型钢板施工 单元网架结构工程安装任务 8.1 钢网架节点加工与制作 钢网架节点的基本构造形式 实践训练 : 节点的制作 146 任务 8.2 钢网架杆件布置 钢网架的基本结构形式 实践训练 : 网架结构杆件布置 153 任务 8.3 钢网架拼装 钢网架拼装作业条件与拼装顺序 实践训练 : 钢网架拼装施工 156 任务 8.4 钢网架安装 实践训练 : 钢网架绑扎 钢网架吊装 网架空中移位 网架分条分块安装 网架高空散装 网架高空滑移安装 网架提升法安装 网架顶升安装 单元钢结构涂装工程施工任务 9.1 防腐涂装 防腐涂料与涂装机具 实践训练 : 防腐涂装的施工 177 任务 9.2 防火涂装 防火涂装的材料及选用 防火涂装质量验收 实践训练 : 防火涂装施工 187 钢结构制造与安装 viii

13 目录 10 单元压型金属板工程任务 10.1 压型金属板材料的选用 压型金属板的类型与质量要求 实践训练 : 压型金属板的选用 194 任务 10.2 压型金属板安装 压型金属板的安装基本要求 实践训练 : 压型金属板的安装施工 198 任务 10.3 压型金属板腐蚀处理 钢板的使用寿命 实践训练 : 压型钢板的腐蚀处理 204 主要参考文献 207 科学出版社职教技术出版中心 ix 钢结构制造与安装

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15 1 单元 建筑钢结构的应用 单元概述依据建筑钢结构和钢材的实际应用情况, 通过钢结构特点介绍, 学生在教师指导下掌握各种钢结构体系的特点 能力目标根据 钢结构设计规范 (GB ) 和 钢结构工程施工 质量验收规范 (GB ), 能够根据工程特点选择合适 的钢结构体系 训练场景所需资料 : 施工图 施工合同及相关规范标准 所需硬件 : 施工 现场办公室或者学院实务模拟室 ( 每个学生应该具有独立的电 脑, 且具有上网查资料的功能 ) 规范标准 1. 钢结构设计规范 (GB ) 2. 钢结构工程施工质量验收规范 (GB ) 结构是各类工程结构中应用比较广泛的一钢种建筑结构, 按照使用功能及结构组成方 式的不同, 钢结构主要分为厂房类钢结构 多高层钢结构 超高层钢结构 桥梁类钢结构 海上采油平台钢结构及卫星发射钢塔架等 随着设计技术和施工技术的发展, 多高层钢结构 超高层钢结构的应用越来越广泛 科学出版社职教技术出版中心

16 1 单元1 任务 1.1 建筑钢结构的应用 认识钢结构基本形式及选型 任务描述 认识钢结构 了解钢结构及其特点 掌握钢结构基本形式及其基本特点 了解钢结构的发展史 了解 钢结构设计规范 GB 程 了解钢结构的历史与现状 流 结构的应用 思 掌握钢结构的基本结构 特点 了解钢 了解 钢结构设计规范 GB 考 钢结构的特点是什么 回答问题 1. 钢结构的基本形式有哪几种 2. 列举两座重要的钢结构高层 超高层建筑 两座著名钢结构大桥 钢结构基本形式 1. 门式刚架轻型结构 门式刚架轻型结构体系是近年来在钢结构建筑中应用很广泛的结构形 式 它是用等截面或变截面 H 型钢作为梁柱 以冷弯薄壁型钢作檀条 墙梁 以彩钢板作为屋面板和墙面板 以现场采用焊接或螺栓拼接的门式钢架为 主要承重结构 再配以零件 扣件等形成的建筑体系 即为门式刚架轻型 结构体系 单层厂房结构是较常见的门式轻型刚架结构 如图 1.1 所示 门式刚架轻型结构体系的特点 优点 工期短 造价低 施工容 易 构件可批量生产 缺点 隔音差 围护结构容易漏 水 寿命短 保温效果差 2. 钢框架结构 钢框架结构是指由钢梁和钢柱 以 刚 接 或 铰 接 而 成 构 成 承 重 体 系 的 结 构 即 由 钢 梁 和 钢 柱 组 成 框 架 来共同抵抗使用过程中出现的水平 荷 载 和 竖 向 荷 载 如 图 1.2 所 示 图1.1 钢结构制造与安装 2 单层厂房结构 钢结构住宅体系是国内比较常见的

17 任务 1.1 认识钢结构基本形式及选型 钢框架结构形式 钢框架结构体系的特点 : 优点质量轻 强度高, 用钢量为钢筋混凝土框架结构的一半左右, 可以满足大开间需要, 使用面积比混凝土框架结构高 5% 左右 ; 安全可靠性高, 抗震 抗风性能好 ; 构件在工厂制作, 现场作业少 工期短, 符合产业化要求 缺点部分柱子截面尺寸过大, 会凸出墙外, 影响美观 3. 钢网架结构 网架结构是由很多杆件通过节点, 并按照一定规律组成的空间杆系结构 网架结构根据外形可分为平板网架和曲面网架 通常情况下, 平板网架称为网架 ; 曲面网架称为网壳, 如图 1.3 和图 1.4 所示 钢网架结构设计理论经过多年的研究和大量实践, 已经比较成熟 钢网架结构常用作体育馆 展览厅 影剧院 飞机库 候车厅 双向大柱距车间等建筑的屋盖 钢网架结构体系的特点 : 优点三维受力, 网架能承受各方向的作用 ; 杆件协同工作, 整体性和抗震性好, 空间刚度大 ; 在节点荷载作用下, 能充分发挥材料的强度 ; 支座构造较为简单, 受力合理, 建筑外形美观 缺点汇交于节点上的杆件数量较多, 杆件和节点的加工精度要求较高, 加工难度大 4. 桁架结构桁架指的是桁架梁, 是格构化的一种梁式结构 桁架结构常用于大跨度的厂房 展览馆 体育馆和桥梁等公共建筑中 桁架结构中的杆件均在节点处采用焊接连接 与网架结构相比, 其杆件较少, 节点美观, 不会出现较大的球节点 利用大跨度空间管桁架结构, 可以建造出各种体态 图 1.2 钢框架结构 图 1.3 平面网架结构 科学出版社职教技术出版中心 图 1.4 曲面网架结构 3 钢结构制造与安装

18 1 单元 1 建筑钢结构的应用 轻盈的大跨度结构, 图 1.5 为正在建的钢桁架厂房 桁架结构体系的特点 : 优点轻巧 灵活 安全可靠, 可随意组合, 拆装方便 外形美观 结构灵活 ; 刚度大 跨度大 造型宏伟等 缺点桁架结构的横向刚度较差 图 1.5 桁架结构 钢结构的选型在钢结构选型设计的过程中应强调 概念 设计, 它在结构选型与布置阶段尤其重要 对难以得到精确理性分析或规范未规定的问题, 可依据整体结构体系与分体系之间的力学关系 破坏机理 震害 试验现象和工程经验所获得的设计思想, 从全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造 钢结构选型时, 主要考虑它们结构的特点 钢结构通常有框架 平面 ( 桁 ) 架 网架 ( 壳 ) 轻钢 塔桅等结构形式 随着实践与施工技术的成熟, 结构形式越来越多, 网架 ( 壳 ) 索膜结构使用越来越普遍 钢结构特点钢结构的特点如下 : 1) 钢材的重量较轻, 抗拉 抗压及抗剪强度相对较高, 适用于跨度大 高度大 承载大的结构, 也适用于抗地震 可移动 易装拆的结构 2) 钢材的塑性和韧性较高, 可靠性好, 不会因偶然超载或局部超载而发生断裂 3) 钢结构的密封性好, 适宜气密性及水密性要求较高的高压容器 大型油库 输送管道等的建造 4) 钢结构制作简便, 施工工期短, 可降低投资成本 5) 钢构件面积小, 相应建筑物的使用面积大, 增大了建筑物的使用价值和经济效益 6) 钢结构耐腐蚀性差, 应采取防护措施 钢材在潮湿的环境中易腐蚀, 需进行防腐蚀处理, 并要经常进行维护, 所以会增加投资成本 7) 钢结构耐火性差 钢材耐热而不耐高温, 随着温度的升高, 钢结构的强度会降低, 故应在钢结构表面喷涂防火材料 钢结构设计规范 (GB ) 明确规定, 当温度环境达到 150 及以上温度时钢结构必须围护 钢结构制造与安装 4

19 任务 1.2 任务1.2 认识钢结构的应用 认识钢结构的应用 任务描述 了解钢结构体系的实际应用 能够根据工程特点选择合适的钢结构体 系 了解 钢结构工程施工质量验收规范 GB 流 程 学习钢结构的应用 了解如何根据工程特点选择合适的钢结构体系 了解 钢结构工程施工质量验收规范 GB 回答问题 1. 简述目前在我国工业与民用建筑中 钢结构的应用范围 2. 你最喜欢的钢结构建筑有哪些 钢结构的应用范围除须根据钢结构的特点作出合理选择外 还须结合 我国国情 针对具体情况进行综合考虑 目前钢结构在我国工业与民用建 筑中的应用大致有如下几种结构 大跨度结构 大跨度结构建筑是横向跨越 30m 以上空间的各类结构形式的建 筑 大跨度结构多用于民用建筑中 的体育馆 影剧院 大会堂 展览 馆 航空港候机大厅及其他大型公 共建筑 工业建筑中的大跨度厂房 飞机装配车间和大型仓库等 图 1.6 所示为大跨度网架结构 高层 超高层建筑 高 层 超 高 层 建 筑 是 指 超 过 一定高度和层数的多层建筑 国内 规定超过 10 层的住宅建筑和超过 社 心 版 中 出 学 出版 cn 科 术 k. 技 boo 教.a 职 ww w 图1.6 大跨度网架结构 24m 高的其他民用建筑为高层建筑 当建筑高度超过 100m 时 称为超高 层建筑 如 深 圳 的 地 王 商 业 大 厦 总 高 368m 和 上 海 金 茂 大 厦 总 高 420.5m 都属于超高层钢结构建筑 如图 1.7 和图 1.8 所示 5 钢结构制造与安装

20 1 单元 1 建筑钢结构的应用 图 1.7 深圳地王大厦 图 1.8 上海金茂大厦 工业建筑工业建筑是指供人民从事各类生产活动的建筑物和构筑物 常见的工业建筑物有设有大吨位吊车的重型厂房 炼钢车间 船体车间 水压机车间等 ; 常见的工业构筑物有水塔 烟囱 厂区内栈桥 囤仓等, 图 1.9 所示为重型厂房 图 1.9 重型厂房 轻钢结构 轻钢结构是一种年轻而极具生命力的钢结构体系, 已广泛应用于一般工农业 商业 服务性建筑, 如办公楼 别墅 仓库 体育场馆 娱乐 旅游建筑和低 多层住宅建筑等领域, 还可用于旧房增层 改造 加固和建材缺乏地区 运输不便地区 工期紧 活动式可拆迁建筑等, 图 1.10 所示为轻型钢结构厂房 图 1.10 轻型钢结构厂房 钢结构制造与安装 6

21 任务 1.2 认识钢结构的应用 高耸结构高耸结构指的是高度较大 横断面相对较小的结构, 它以水平荷载 ( 特别是风荷载 ) 为结构设计的主要依据 根据其结构形式可分为自立式塔式结构和拉线式桅式结构, 所以高耸结构也称塔桅结构 常见的塔桅结构有高压输电塔 微波站 雷达站 火箭发射塔 电视塔等, 图 1.11 所示为广州电视塔 可拆卸或移动的结构 可拆卸或移动式的钢结构是指从原建筑位置拆卸下来移动到其他位置可继续拼装的结构形式 常见可拆卸或移动的结构有钢栈桥 移动式平台, 发挥钢结构重量轻 便于运输和安装的优点, 如图 1.12 所示为一海上采油钢平台 图 1.11 广州电视塔 高压容器和大直径管道 高压容器和大直径管道主要利用钢结构的气密性和水密性好的特点, 常用于压力钢管 储油罐等容器, 图 1.13 所示为储油罐容器 图 1.12 海上采油钢平台图 1.13 储油罐 抗震要求高的结构 钢结构是以钢材为主要结构材料 钢材的特点是强度高 重量轻, 同 时由于钢材料的匀质性和强韧性, 可有较大变形, 能很好地承受动力荷载, 具有很好的抗震能力 在 2008 年汶川地震之后的援建工作中, 多个项目采用钢结构建筑, 正是因其具有施工周期短 抗震性能好的优点 科学出版社职教技术出版中心 7 钢结构制造与安装

22 1 单元1 建筑钢结构的应用 特种结构 特种结构是指具有特种 用途的工程结构 包括高耸 结构 海洋工程结构 管道 结构和容器结构等 常见的 特种结构有钢烟囱 钢水塔 纪念性建筑 北京中华世纪 坛 城 市 大 型 雕 塑 南 海 大佛 等 钢烟囱如图 1.14 所示 图1.14 钢烟囱 知识拓展 钢结构的现状与发展 一 钢结构的发展历史 我国是最早用铁建造承重结构的国家之一 在公元前二百多年 秦始皇时代 就已经用铁建 造桥墩 在公元前六七十年前 就成功地用熟铁 建 造 铁 链 桥 以 后 建 造 的 铁 链 桥 不 下 数 十 座 之 多 其中以云南的沅江桥 四百多年前 贵州 的盘江桥 三百年前 及四川泸定大渡河桥 建 于 1696 年 最 典 型 大 渡 河 铁 链 桥 净 跨 长 达 100m 桥宽 2.8 m 可并列两辆马车 由九根桥 面铁链和四根桥栏铁链构成 铁链是由生铁铸成 每根铁链重达一吨半 锚固在直径为 20cm 长 图1.15 四川大渡河桥 为我国历代著名的佛教寺院之一 如图 1.16 所示 欧洲在 18 世纪下半叶开始修建生铁桥 由于 4m 的 锚 桩 上 如 图 1.15 所 示 此 外 我 国 还 生铁性脆 在桥梁中没有得到推广 主要用于拱桥 建造了不少铁塔 如湖北荆州玉泉寺铁塔 山东 世界上第一座铸铁桥是英国科尔布鲁克戴尔厂所 济宁寺铁塔和镇江甘露寺铁塔等 湖北荆州玉泉 造的赛文河桥 建于 1779 年 为半圆拱 由五片 寺铁塔 共 13 层 17.9m 高 位于湖北当阳城西 拱肋组成 跨径 30.7m 欧洲第一座铁链吊桥是英 15km 的玉泉山东麓 建成于公元 1061 年 宋代 国的蒂斯河桥 建于 1741 年 跨径 20m 宽 0.63m 钢结构制造与安装 8

23 任务 1.2 认识钢结构的应用 路 公路两用特大桥, 铁路桥长 6772m, 公路桥 图 1.16 湖北玉泉寺铁塔 1855 年, 美国建成尼亚加拉瀑布公路铁路两用桥 这座桥是采用锻铁索和加劲梁的吊车, 跨径为 250m 第二次世界大战后, 随着强度高 韧性好 抗疲劳和耐腐蚀性能好的钢材以及用焊接平板钢和正交异性钢板的出现, 钢桥有了很大发展 随着冶炼技术的进步, 钢材逐渐在桥梁中大量应用 近代钢桥不但在跨径上大大突破原来的纪录, 而且在钢材使用方面向高强 耐锈蚀的特种钢发展, 在施工工艺上向全焊结构方面发展, 使现代化钢桥自重更轻 跨越能力更强, 形成更多优美 合理 实用的桥梁体系 我国早在 1888 年就开始了铁路钢桥的建设, 到现在已经有 100 多年的历史了, 但建国以前所建的钢桥, 跨度都很小, 建桥的钢材是进口的, 结构是铆接的, 工艺很简陋 稍大一点的桥梁多由外国商人承建, 本国技术人员自行建造 具有代表性的钢桥是 1937 年建成的浙赣铁路钱塘江公路 铁路两用桥 中华人民共和国成立后, 钢桥技术发展很快,1956 年借用原苏联进口的低碳钢及其桥梁制造技术, 建成京广铁路武汉长江公路 铁路大桥 南京长江大桥是我国自行设计与建造的, 于 1960 年 1 月 18 日正式动工,1968 年 9 月铁路桥通车, 同年 12 月公路桥通车, 是铁 长 4588m, 桥下可通行万吨轮船 20 世纪 60 年代中期, 为加快铁路建设, 在西南的成昆铁路修建中, 系统地研究发展了栓焊钢新技术, 一举建成各种不同结构形式的栓焊钢桥 44 座, 结束了在我国使用了近 100 年的铆接钢桥的历史, 这在钢桥发展史上是一个很大的进步, 为我国栓焊钢桥技术发展开创了新纪元 改革开放以来, 特别是进入 20 世纪 90 年代, 我国钢桥建设取得了举世瞩目的发展, 修建了一批具有世界先进水平的大桥 特大桥 例如衔接镇江 扬州两地的润扬大桥, 它由悬索桥和斜拉桥结合而成, 跨江长度 7.3km, 总长 km 刷新了中国桥梁史上八项纪录 其中悬索桥主跨达到 1490m, 位居中国第一, 世界第三 苏通大桥位于江苏省东部的南通市和苏州 ( 常熟 ) 市之间, 创造四项世界之最, 最大主跨 (1088m), 最深基础 ( 桩长 120m, 承台长 114m 宽 48m ), 最高桥塔 (300.4m), 最长拉索 (577m), 苏通大桥如图 1.17 所示 科学出版社职教技术出版中心 图 1.17 苏通大桥 钢结构的发展有赖于钢产量的提高 建国后 二三十年, 我国冶金工业虽有了很大的发展, 但 产量还不高, 使钢结构在我国的采用受到了客观条件的限制, 只在必需采用钢结构的重要建筑物中才得到应用 在公用和民用建筑中, 主要应用的有首都人民大会堂 60m 跨度的钢屋架, 北京工人体育馆 94m 直径的悬索结构, 首都体育馆 99m 9 钢结构制造与安装

24 1 单元 1 建筑钢结构的应用 跨度的平板网架结构, 上海体育馆 110m 直径的圆形平板网架结构, 西安秦始皇陵兵马俑陈列馆 70m 跨度的三铰拱钢结构 在高耸结构中, 先后建成 600m 高的广州电视塔,325m 高的背景环境气象桅杆等 随着我国经济建设的迅速发展, 钢产量的提高, 钢结构在我国建设事业中得到了更加广泛的应用 我国建成一批世界排名前十的高层建筑, 例如上海环球金融中心 上海金茂大厦 南京紫峰大厦等 另外, 先进的钢结构构筑物也得到广泛的应用 二 钢结构发展现状钢结构的主要发展方向为 : 加强高性能钢材的研究与应用 ; 提高强度和耐腐蚀性, 增加经济断面钢材, 如 H 型钢 冷弯薄壁型钢 压型钢板 方钢管 ; 结构的革新 ( 空间结构的研究与应用 ; 组合结构的研究与应用 ; 高层钢结构的研究与应用 ); 优化理论和计算机辅助设计的应用 1. 应用高强度 特种钢材近几年, 国内的高层钢结构建筑, 大跨度空间结构的发展, 对钢材的强度等指标提出了更高的要求, 像国家体育场就使用了 Q460E, 水立方工程使用了 Q420,CCTV 新址使用了 Q460, 均是经专门论证而使用的 欧美国家以及日本, 对高强度钢材的发展及应用均十分重视, 像欧洲的建筑用高强度钢材规范 EN , 描述了高强度钢材的力学性能, 化学成分以及冲击韧性等, 从而保证钢材具有良好的焊接性能, 及其他使用条件, 为结构优化提供了保障 例如 : 德国柏林索尼中心大楼 (Sony Center) 为了保护已有的一个砌体结构建物, 将大楼的一部分楼层悬挂在屋顶桁架上, 屋顶桁架跨度 60m, 高 12m, 其杆件用 600mm 100mm 矩形实心截面, 采用了 S460 和 S690 钢材 ( 强度标准值 460MPa 和 690MPa) 特种钢材有别于传统钢材, 它主要由合金形式构成, 普遍具有很好的抗氧化 耐腐蚀 耐高温等特性, 可在极为苛刻的环境下使用 我国的特种钢材包括耐候钢 耐火钢和 Z 向钢 2. H 型钢 彩涂钢板大量应用 H 型钢由于截面经济合理 性能优越 加工制作和施工安装工艺简单 方便 快捷, 成为建筑钢结构体系中重要的材料组成部分, 从而被广泛应用于国民经济建设的各个领域, 例如工业厂房, 特别是重工业厂房中的承重框架梁 柱构件 H 型钢的受力性能好于工字钢, 在 20 世纪 90 年代末逐渐取代了工字钢在建筑结构中的使用 彩色涂层钢板是将一种有机涂层涂敷于钢材表面, 具有外表美观 色彩艳丽 强度高 耐蚀性好 加工成型方便等优点, 而且还可以使用户降低成本 减少污染 3. 新型结构体系的应用 1) 大跨空间结构 网架和网壳结构 张弦桁架 悬挂结构 2) 轻钢结构 变截面轻钢门式刚架 金属拱型波纹屋盖 轻钢结构住宅 3) 直接焊接钢管结构 4) 钢结构的高层建筑 5) 钢 混凝土组合结构和混合结构 6) 索膜结构 7) 预应力钢结构 钢结构制造与安装 10

25 2 单元 建筑钢材的选用 单元概述本单元以 钢结构工程施工质量验收规范 (GB ) 为主要依据, 结合 钢结构设计规范 (GB ) 碳素结构钢 (GB/T ) 低合金高强度结构钢 (GB/ T ) 高耐候结构钢 (GB/T ) 等相关专业规范, 对建筑钢材的类型 特点 选用 验收进行了全面介绍 本单元实训内容主要是热轧型钢的进场验收 要求学生针对热轧型钢的验收程序 验收内容和验收规则做好实训工作 能力目标 1. 能根据需要合理选择钢材的种类 规格及型号 2. 能对进场钢材进行质量检验 知识目标 1. 了解钢材机械性能和工艺性能 2. 掌握选用钢材的条件 3. 熟悉钢材质量验收内容 规范标准 1. 钢结构工程施工质量验收规范 (GB ) 2. 钢结构设计规范 (GB ) 3. 高耐候结构钢 (GB/T ) 4. 碳素结构钢 (GB/T ) 科学出版社职教技术出版中心

26 2 单元2 任务 2.1 建筑钢材的选用 了解和识别建筑钢材的种类和规格 任务描述 掌握建筑钢材牌号表示方法 了解钢材各项性能指标及其影响因素 掌握 建筑钢材的品种及规格 了解 碳素结构钢 GB/T 低合 金高强度结构钢 GB/T 高耐候结构钢 GB/T 专业规范 流 程 了解钢材机械性能和工艺性能 学习各种钢材品种及规格 学习建筑钢材的种类与钢号表达方法 了解相关专业规范 掌握钢材选材 条件并能够合理选用 回答问题 1. 钢材的力学性能和工艺性能有哪些 2. 常用的建筑钢材品种有哪些 列举5种 如何表示 建筑钢材的种类 钢材分类方法有很多种 一般我们把建筑钢材分为两大类 即碳素钢 和合金钢 1. 碳素钢 钢材按照含碳量的高低分为三种 含碳量在 0.25% 以下 C 0.25% 的钢材称为低碳钢 含碳量在 0.25% 0.60% C 0.25% 0.60% 的钢材称为中碳钢 含碳量超过 0.60% 的 C 0.60% 的钢材称为高碳钢 建筑结构钢材常用低碳钢 2. 合金钢 在钢的含量中除含铁 碳和少量不可避免的硅 锰 磷 硫元素以外 还含有一定量的合金元素 钢中的合金元素有硅 锰 钼 镍 硌 矾 钛 铌 硼 铅 稀土等其中的一种或几种 这种钢材称作合金钢 根据添加 元素的不同 并采取适当的加工工艺 可获得高强度 高韧性 耐磨 耐 腐蚀 耐低温 耐高温 无磁性等特殊性能 在钢中加入的合金元素总含量 5% 的钢材为低合金钢 在钢中加入 的合金元素总含量在 5% 10% 的钢材为中合金钢 在钢中加入的合金元 素总含量 10% 的钢材为高合金钢 钢材在铸锭过程中要进行脱氧处理 由于脱氧方法不同 钢的内部状 态和性能也就不同 又分为沸腾钢 镇静钢 半镇静钢和特殊镇静钢 钢结构制造与安装 12

27 任务 2.1 了解和识别建筑钢材的种类和规格 (1) 沸腾钢沸腾钢一般皆为低碳钢 它是脱氧不完全的钢, 浇注时钢水在锭模中放出大量一氧化碳气体, 造成沸腾现象, 故称之为沸腾钢 与镇静钢比较, 这种钢的成本低 表面质量好, 但其内部质量不均匀, 质量较差 (2) 镇静钢炼钢时采用锰铁 硅铁和铝锭等作为脱氧剂, 脱氧完全后, 这种钢液铸锭能平静地充满锭模并冷却凝固, 故称为镇静钢 镇静钢虽成本较高, 但其组织致密 成分均匀 含硫量较少 性能稳定, 故质量好 优质钢和合金钢一般都是镇静钢 (3) 半镇静钢半镇静钢为脱氧较完全的钢, 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间, 浇注时有沸腾现象, 但较沸腾钢弱 这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点, 在冶炼操作上较难掌握 (4) 特殊镇静钢特殊镇静钢比镇静钢脱氧程度更充分彻底, 特殊镇静钢的质量最好, 适用于特别重要的结构工程 建筑钢材的牌号 1. 钢材牌号一般表示方法 钢材牌号由 Q 数字 质量等级 脱氧方法四部分组成 Q : 屈 字拼音首位字母, 意为 屈服强度 ; 数字 : 屈服点数值 ; 质量等级 :A B C D E 五级 ( 字序越高质量越好 ); 脱氧方法 :F 沸腾钢 ;Z 镇静钢 ( 一般省略 );b 半镇静钢 ; TZ 特殊镇静钢 2. 碳素结构钢 (1) 普通碳素结构钢普通碳素结构钢简称碳素结构钢, 现行国家标准 碳素结构钢 (GB/T ) 具体规定, 碳素结构钢分为 Q195 Q215 Q235 Q255 和 Q275 五个牌号, 质量等级按照硫 磷等杂质含量由多到少分为 A B C D 四级, 如 Q235-BF, 表示屈服强度为 235MPa, 质量等级为 B 级的沸腾钢 Q215-B, 表示屈服强度为 215MPa, 质量等级为 B 级的镇静钢 (2) 优质碳素结构钢优质碳素结构钢是含碳量小于 0.8% 的碳素钢, 这种钢中所含的硫 科学出版社职教技术出版中心 13 钢结构制造与安装

28 2 单元 2 建筑钢材的选用 磷及非金属夹杂物比碳素结构钢少, 机械性能较为优良 此类钢是依靠调整含碳 (C) 量来改善钢的力学性能, 因此, 根据含碳量的高低, 此类钢又可分为 : 低碳钢 含碳量一般小于 0.25%, 如 钢等 ; 中碳钢 含碳量一般在 0.25% ~ 0.60%, 如 钢等 ; 高碳钢 含碳量一般大于 0.60%, 此类钢一般不用于制造钢管 实际上, 它们之间的含碳量并没有明显的界限 我国的优质碳素结构钢材牌号表示方法是用两位阿拉伯数字表示优质碳素结构钢, 两位阿拉伯数字代表平均含碳量的万分之几, 故 45 钢表示含碳量为 0.45% 的钢,30 钢表示平均含碳量为 0.30%,20 钢表示含碳量为 0.20% 等 3. 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是普通低合金结构钢的简称, 它是在普通碳素钢的基础上, 添加少量的一种或几种合金元素而成 常用合金元素有硅 锰 钒 钛 铌 铬 镍及稀土元素 其目的是提高钢的屈服强度 抗拉强度 耐磨性 耐蚀性及耐低温性能等 低合金高强度结构钢共有 5 个牌号 其牌号的表示方法由屈服点字母 Q 屈服点数值 质量等级三个部分组成, 屈服点数值分 295MPa 345MPa 390MPa 420MPa 460MPa 五种, 质量等级按照硫 磷等杂质含量由多到少分为 A B C D E 五级 合金钢只有镇静钢和特殊镇静钢, 其中 A B 属于镇静钢,C D E 属于特殊镇静钢, 如 Q345-C 表示屈服强度为 345MPa 的特殊镇静钢 4. 耐候钢耐候钢即耐大气腐蚀性用钢, 是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列 耐候钢由普碳钢添加少量铜 镍等耐腐蚀元素而成, 具有优质钢的强韧 塑延 成型 焊割 磨蚀 高温 抗疲劳等特性 (1) 焊接结构用耐候钢焊接结构用耐候钢能保持钢材具有良好的焊接性能, 适用于桥梁 建筑和其他结构, 适用厚度可达 100mm 按国家标准 焊接结构用耐候钢 (GB/T ) 的规定, 焊接结构用耐候钢分 4 个牌号, 其表示方法为 : 牌号分 Q235NH Q295NH Q355NH Q460NH(NH 为耐候的字母首写 ), 质量等级分 C D E (2) 高耐候结构钢高耐候结构钢的耐候性能比焊接结构用耐候钢好, 所以称作高耐候性结构钢, 适用于建筑 塔架等高耐候性结构, 但作为焊接结构用钢, 厚度 钢结构制造与安装 14

29 任务 2.1 了解和识别建筑钢材的种类和规格 一般应不大于 16mm 按国家标准 高耐候结构钢 (GB/T ) 的规定, 高耐候性结构钢分为 5 个牌号, 其表示方法为 Q295GNH Q295GNHL Q345GNH Q345GNH Q390GNH(GNH 为高耐候的字母首写, 含 Cr Ni 的加代号 L) 钢材性能及其影响因素 1. 钢材的破坏形式 (1) 塑性破坏 塑性变形很大 经历时间又较长的破坏为塑性破坏, 也称延性破坏 塑性破坏的特征是构件应力超过屈服点, 并达到抗拉极限强度后构件产生 明显的变形并断裂, 它是钢材晶粒中对角面上的剪应力值超过抵抗能力而 引起晶粒相对滑移的结果 ; 断口与作用力方向常呈 45, 断口呈纤维状, 色泽灰暗而不反光, 有时还能看到滑移的痕迹 钢材的塑性破坏是由于剪 应力超过晶粒抗剪能力而产生的 (2) 脆性破坏 脆性破坏在破坏前无明显变形, 平均应力小, 往往比屈服点低很多 脆性断裂没有任何预兆, 破坏断口平直并呈有光泽的品粒状 从力学观点 来分析, 脆性破坏是由于拉应力超过晶粒抗拉能力而产生的 脆性破坏是 突然发生的, 危险性大, 应尽量避免 (3) 疲劳破坏 钢材在连续反复荷载作用下发生破坏, 这时应力还低于极限强度, 甚 至还低于屈服点, 而发生的断裂就叫疲劳破坏 钢材在破坏之前, 不出现 明显的变形和局部收缩, 和脆性破坏一样, 是一种突然发生的断裂 疲劳 破坏可划分为裂纹的形成, 裂纹缓慢扩展和最后迅速断裂三个阶段 疲劳 强度与反复荷载引起的应力种类 ( 拉应力 压应力 剪应力和复杂应力等 ) 应力循环形式 应力循环次数 应力集中程度和残余应力等有关 2. 钢材的力学性能 力学性能又称机械性能, 是钢材最重要的使用性能 在建筑结构中, 对承受静荷载作用的钢材, 要求具有一定的力学强度, 并要求所产生的变形不致影响到结构的正常工作和安全使用 对承受动荷载作用的钢材, 还要求具有较高的韧性而不致发生断裂 (1) 强度指标钢材的强度指标是由钢材的单向拉伸试验确定的, 是钢材的一个重要指标 钢材的强度指标主要包括屈服强度和抗拉强度 科学出版社职教技术出版中心 15 钢结构制造与安装

30 2 单元 2 建筑钢材的选用 屈服强度 钢材开始丧失对变形的抵抗能力, 发生屈服现象时的屈服 极限, 用符号 f y 表示 对于无明显屈服的钢材, 规定以产生 0.2% 残余变形 的应力值为其屈服极限, 称为条件屈服极限或屈服强度, 用符号 f 0.2 表示 抗拉强度 是钢材在拉断之前所承受的最大拉应力值 钢材出现屈服到 一定程度后, 由于内部晶粒重新排列, 其抵抗变形能力又重新提高, 此时变 形虽然发展很快, 但却只能随着应力的提高而提高, 然后达到应力最大值 此后, 钢材抵抗变形的能力明显降低, 并在最薄弱处发生较大的塑性变形, 此处试件截面迅速缩小, 出现颈缩现象, 直至断裂破坏 我们把钢材受拉断 裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度, 抗拉强度用 f u 表示 (2) 塑性指标 塑性表示钢材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力 它也是钢 材的一个重要指标 钢材的塑性通常用拉伸试验时的伸长率或断面缩减率 来表示 伸长率 伸长率反映钢材拉伸断裂时所能承受的塑性变形能力, 是衡 量钢材塑性的重要技术指标 伸长率是以试件拉断后标距长度的增量与原 标距长度之比的百分率来表示 伸长率按下式计算 : 式中,l 1 试件拉断后标距部分的长度 (mm); l 0 试件的原标距长度 (mm) l δ = 1 -l % (2.1) l 0 钢材拉伸时塑性变形在试件标距内的分布是不均匀的, 颈缩处的伸 长较大, 故试件原始标距 (l 0 ) 与直径 (d 0 ) 之比愈大, 颈缩处的伸长值 在总伸长值中所占比例愈小, 计算所得伸长率也愈小 通常钢材拉伸试 件取 l 0 =5d 或 l 0 =10d, 其伸长率分别以 δ 5 和 δ 10 表示 对于相同钢材,δ 5 大于 δ 10 断面缩减率断面缩减率按下式计算 : 式中,A 0 试件原始截面积 ; A 1 试件拉断后颈缩处的截面积 (3) 冲击韧性 A 0 -A ψ 1 = (2.2) A 0 冲击韧性是钢材在冲击荷载作用下抵抗塑性变形的能力, 吸收较多能 量才断裂的钢材是塑性较好的钢材 钢材的冲击韧性用试件冲断时单位面 积上所吸收的能量来表示 ( 或用摆锤冲断 V 型缺口试件时单位面积上所 消耗的功来表示 ) 工程中钢结构在动力荷载下, 脆性断裂总是发生在钢 材内部缺陷处或有缺口处 钢结构制造与安装 16

31 任务 2.1 了解和识别建筑钢材的种类和规格 3. 钢材的工艺性能良好的工艺性能可以保证钢材顺利通过各种加工, 而使钢材制品的质量不受影响 冷弯及焊接性能均是建筑钢材重要的工艺性能 (1) 冷弯性能冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力 冷弯性能是衡量钢材在常温下冷加工弯曲产生塑性变形时对裂缝的抵抗能力 试验图如图 2.1, 将测定的试样按规定的弯心直径弯曲 180, 其表面和侧面无裂纹 裂缝或者断裂情况则为冷弯试验合格 钢材的冷弯性能与伸长率一样, 也是反映钢材在静荷载作用下的塑性, 而且冷弯是在更苛刻的条件下对钢材塑性的严格检验, 它能反映钢材内部组织是否均匀 是否存在内应力及夹杂物等缺陷 在工程中, 冷弯试验还被用作对钢材焊接质量进行严格检验的一种手段 d d+2a a d α=180 d α=90 (a) (b) (c) 图 2.1 冷弯试验图 d 弯心直径 ; 试件厚度或直径 ; α 冷弯角度 (2) 焊接性能 钢材的焊接性能又称可焊性 焊接是把两块金属局部加热并使其接缝 处迅速呈熔融或半熔融状态, 从而使之更牢固地连接起来 焊接性能是指 钢材在通常的焊接方法与工艺条件下获得良好焊接接头的性能 可焊性好 的钢材易于用一般焊接方法和工艺施焊, 焊接时不易形成裂纹 气孔 夹 渣等缺陷, 焊接接头牢固可靠, 焊缝及其附近受热影响区的性能不低于母 材的力学性能 在建筑工程中, 焊接结构应用广泛, 如钢结构构件的连接 钢筋混凝土的钢筋骨架 接头及预埋件 连接件等, 这就要求钢材要有良好的焊接性能 低碳钢有优良的可焊性, 高碳钢的焊接性能较差 钢材的性能在建筑材料课程的相关内容进行详细系统的叙述, 这里不再赘述 4. 影响钢材性能的因素 影响钢材性能的因素有化学成分 冶金缺陷 热处理 应力集中 温度的影响和钢材硬化 科学出版社职教技术出版中心 17 钢结构制造与安装

32 2 单元 2 建筑钢材的选用 (1) 化学成分钢材经冶炼后仍存在于钢材内部或冶炼时特别加进的各种合金元素对钢材性能会产生一定影响 碳 (C) 含碳量增加, 钢材屈服强度和抗拉强度提高, 但塑性和冲击性降低, 当碳量超过 0.23% 时, 钢的焊接性能变坏, 因此用于焊接的低合金结构钢, 含碳量一般不超过 0.20% 含碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力, 在露天料场的高碳钢就易锈蚀 此外, 碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性 一般建筑用钢要求碳含量在 0.22% 以下, 焊接结构中应限制在 0.20% 以下 硅 (Si) 硅为还原剂和脱氧剂, 硅能显著提高钢材的弹性极限 屈服强度和抗拉强度 一般镇静钢的含硅量为 0.10% ~ 0.30%, 含量过高 ( 达 1%) 会降低钢材塑性 冲击韧性 抗锈性和可焊性 锰 (Mn) 锰是良好的脱氧剂和脱硫剂, 可以提高钢材的韧性 强度和硬度, 改善钢的热加工性能 普通碳素钢中锰的含量为 0.3% ~ 0.8% 含量过高 ( 达 1.0% ~ 1.5% 以上 ) 使钢材变脆变硬, 并降低钢材的抗锈性和可焊性 硫 (S) 硫在通常情况下是有害元素, 使钢材产生热脆性, 降低钢材的延展性和韧性, 在锻造和轧制时造成裂纹 硫对焊接性能也不利, 降低耐腐蚀性 一般建筑用钢含硫量要求不超过 0.055%, 在焊接结构中应不超过 0.050% 磷 (P) 一般情况下, 磷是钢材中的有害元素, 增加钢材的冷脆性, 使焊接性能及冷弯性能变坏, 降低塑性 磷元素含量需严格控制, 一般不超过 0.050%, 焊接结构中不超过 0.045% 为改善钢材力学性能, 可适量增加锰 硅含量, 还可掺入一定数量的铬 镍 铜 钒 钛 铌等合金元素, 炼成合金钢 钢结构常用合金钢中合金元素含量较少, 属于低合金钢 (2) 冶金缺陷钢材冶炼后因浇注方法不同可分为沸腾钢 半镇静钢 镇静钢和特殊镇静钢, 钢材的冶炼缺陷越少 质量越好, 主要的冶炼缺陷有偏析 非金属夹杂 裂纹和起层等 (3) 热处理一般钢材以热轧状态交货, 某些高强度钢材则在轧制后经热处理才出厂, 热处理的目的在于取得高强度的同时能够保持良好的塑性和韧性 (4) 应力集中钢构件当中不可避免地存在着孔洞 刻槽 凹角 裂纹以及厚度或宽度的突然改变, 此时构件中的应力不再保持均匀分布, 而是在某些区域产生高峰应力, 另外一些区域则应力降低, 即所谓应力集中的现象 钢结构制造与安装 18

33 任务 2.1 了解和识别建筑钢材的种类和规格 应力集中处常常产生三向的同号拉应力, 易使钢材开裂时也没有明显 的塑性变形 ( 脆断 ) (5) 温度的影响 一般在 200 以内钢材的性能变化不大, 但在 250 左右钢材的抗 拉强度有所提高, 而塑性 冲击韧性变差, 钢材变脆, 钢材在此温度范 围内破坏时常呈脆性破坏特征, 成为 蓝脆 ( 表面氧化呈蓝色 ) 当 260 ~ 320 时会发生徐变现象, 此阶段钢材应力基本不变, 变形缓慢增长 ; 温度继续升高, 钢材强度急剧下降 ; 温度达 600 时, 钢材强度几乎为零, 不能继续承受荷载 当温度从常温开始下降时, 钢材的强度稍有提高, 但脆性倾向变大, 塑性和冲击韧性下降 ; 当温度下降到某一数值时, 钢材的冲击韧性突然显 著下降, 使钢材产生脆性断裂, 该现象叫低温冷脆 (6) 钢材硬化 钢材的硬化主要是指钢材的冷作硬化和时效硬化 钢材在常温或在结 晶温度以下的加工, 能显著提高强度和硬度, 降低塑性和冲击韧性, 称为 冷作硬化 随时间的发展, 其屈服强度和抗拉强度提高, 伸长率和冲击韧 性降低的现象, 称为时效硬化 不同种类钢材的时效硬化过程和时间长短 不同, 范围可以从几小时到数十年 建筑钢材品种及规格 钢结构采用的型材有热轧成型的钢板和型钢及冷弯 ( 或冷压 ) 成型的 薄壁型钢 1. 钢板 钢板是用钢水浇注, 冷却后压制而成的平板状钢材 钢板按轧制类型可以分为热轧钢板和冷轧钢板 热轧钢板按厚度可分为厚钢板 (4.5 ~ 60mm) 薄钢板(0.35 ~ 4mm) 和扁钢 ( 厚度为 4 ~ 60mm, 宽度为 30 ~ 200mm), 还有特厚钢板 (60 ~ 150mm) 其规格用符号 - 和宽度 厚度的毫米数表示, 如 : 表示宽度为 400mm, 厚度为 12mm 的钢板 钢板表面不得有气泡 结疤 拉裂 裂纹 褶叠 夹杂和压入的氧化铁皮, 钢板不得有分层 热轧钢板和钢带的规格尺寸应符合国家标准 热轧钢板和钢带的尺寸 外形 重量及允许偏差 (GB/T ) 的规定, 同时符合 热轧钢板表面质量的一般要求 (GB/T ) 的规定, 其技术要求要符合 碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带 (GB/T ) 科学出版社职教技术出版中心 19 钢结构制造与安装

34 2 单元 2 建筑钢材的选用 和 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带 (GB/T ) 的规定 冷轧钢板的规格应符合 冷轧钢板和钢带的尺寸 外形 重量及允许偏差 (GB/T ) 的规定, 技术要求应符合 碳素结构钢和低合金结构钢冷轧薄钢板及钢带 (GB/T ) 的规定 2. 型钢热轧型钢是一种有一定截面形状和尺寸的条型钢材 按照钢的冶炼质量不同, 型钢分为普通型钢和优质型钢 普通型钢按其断面形状又可分为工字钢 H 型钢 槽钢 角钢 T 型钢等 (1) 工字钢工字钢有普通工字钢和轻型工字钢之分, 分别用符号 I 和 QI 及号数表示, 号数代表截面高度的厘米数 I20 号以上的普通工字钢根据腹板厚度和翼缘宽度的不同, 同号工字钢又有 a b 类型 ;I32 号以上的普通工字钢分为 a b c 三类, 其中 a 类腹板最薄 翼缘最窄,b 类较厚较宽, c 类最厚最宽 如 :I36a 表示截面高度为 360mm 腹板厚度为 a 类的普通工字钢 工字型钢不论是普通型还是轻型的, 由于截面尺寸竖向均相对较长 较窄, 故对截面两个主轴的惯性矩相差较大, 因此, 一般仅能直接用于在其腹板平面内受弯的构件或将其组成格构式受力构件 对轴心受压构件或在垂直于腹板平面还有弯曲的构件均不宜采用, 这就使其在应用范围上有着很大的局限, 工字钢如图 2.2 所示 (2)H 型钢 H 型钢是一种截面面积分配更加优化 强重比更加合理的经济断面高效型材, 因其断面与英文字母 H 相同而得名, 如图 2.3 所示 宽翼缘 H 型钢 (HW) 是 H 型钢高度和翼缘宽度基本相等的型钢 ; 主要用作钢筋混凝土框架结构柱中的钢芯柱, 也称劲性钢柱 ; 在钢结构中主要用于柱结构 中翼缘 H 型钢 (HM) 是 H 型钢高度和翼缘宽度比例大致为 1.33 ~ 1.75 的型钢, 主要用在钢结构中, 图 2.2 工字钢在承受动力荷载的框架结构中用做框架梁, 例如设备平台 窄翼缘 H 型钢 (HN) 是 H 型钢高度和翼缘宽度比例大于等于 2 的型钢 ; 主要用于梁 ( 由于其截面看似大写英文字母 I, 也被称为 I 型钢 ) H 型钢属于高效经济截面型材 ( 其他还有冷弯薄壁型钢 压型钢板等 ), 由于截面形状合理, 它们能使钢材更高地发挥效能, 提高承载能力 不同于普通工图 2.3 H 型钢 钢结构制造与安装 20

35 任务 2.1 了解和识别建筑钢材的种类和规格 字型的是 H 型钢的翼缘进行了加宽, 且内 外表面通常是平行的, 这样可便于用高强度螺栓和其他构件连接 国内可生产的最大轧制 H 型钢高度为 800mm H 型钢表示方法 : 高度 H 宽度 B 腹板厚度 t 1 翼板厚度 t 2 如 H 型钢 HW 表示为高 200mm 宽 200mm 腹板厚度 8mm 翼板厚度 12mm 的宽翼缘 H 型钢 (3) 槽钢槽钢是截面为凹槽形的长条状钢材, 一般槽钢分普通槽钢和轻型槽钢, 如图 2.4 所示 热轧普通槽钢的规格为 5# ~ 40#, 即相应的高度为 5 ~ 40cm 槽钢经常和工字钢配合使用 槽钢表示方法 : 腰高 h 腿宽 b 腰厚 d 的毫米数如 槽钢, 即为腰高为 120mm 腿宽为 53mm 的槽钢 腰厚为 5mm 的槽钢 腰高相同的槽钢, 如有几种不同的腿宽和腰厚也需在型号右边加 a b c 予以区别 通常, 槽钢以腰高的厘米数表示其型号, 如上槽钢称 12# 槽钢 (4) 角钢角钢俗称角铁, 是两边互相垂直成角形的长条钢材, 如图 2.5 所示, 分为等边角钢和不等边角钢两种 角钢可按结构的不同需要组成各种不同的受力构件, 也可作构件之间的连接件 表示方法 : 角钢的规格用边长和边厚的尺寸表示, 如等边角钢的型号用 符号 和肢宽 肢厚的毫米数 表示, 如 50 5 为肢宽 50mm 肢厚 5mm 的等边角钢 不等边角钢的 型号用符号 和长肢宽 短肢宽 肢厚的毫米数 表示, 如 为长肢宽 100mm 短肢宽 80mm 肢厚 10mm 的不等边角钢 角钢以边长的厘米数为号数 (5)T 型钢因其断面与英文字母 T 相同而得名, 如图 2.6 所示 T 型钢分两种 : 一种是将 H 型钢直接剖分而成 T 型钢, 是替代双角钢焊接的理想材料, 具有抗弯能力强 施工 图 2.4 槽钢 图 2.5 角钢 科学出版社职教技术出版中心 图 2.6 T 型钢 21 钢结构制造与安装

36 2 单元 2 建筑钢材的选用 简单 节约成本和结构重量轻等优点 另一种是两块钢板焊接而成的 T 形截面 T 型钢表示方法 :T 型钢分宽翼缘 T 型钢 (TW) 中翼缘 T 型钢 (TM) 窄翼缘 T 型钢 (TN) 三类 其规格型号用高度 h 宽度 b 腹板厚度 (t 1 ) 翼缘厚度 (t 2 ) 表示, 如 T , 表示截面高 248mm, 翼缘宽 180mm, 腹板厚 8mm, 翼缘厚 12mm T 型钢规格应符合 热轧 H 型钢和剖分 T 型钢 (GB/T ) 的规定 3. 钢管钢管按截面形状可以分为圆钢管和方钢管, 分别如图 2.7 和图 2.8 所示 钢管按生产方法可分为图 2.7 圆钢管图 2.8 方钢管两大类 : 无缝钢管和焊接钢管 焊接钢管又有直缝焊接和螺旋焊接两种方式 热轧钢管外径为 32 ~ 630mm, 壁厚为 2.5 ~ 75mm; 冷拔钢管外径为 6 ~ 200mm, 壁厚为 0.25 ~ 14mm 钢管表示方法 : 圆钢管用外直径和壁厚来表示, 如 φ273 5, 表示外直径为 273mm 钢管壁厚为 5mm 的圆钢管 方钢管用边长和壁厚来表示, 如 50 2, 表示边长为 50mm 壁厚为 2mm 的方钢管 4. 压型钢板压型钢板是薄钢板经冷压或冷轧成型的钢材 根据不同功能使用要求, 压型钢板可压成波形 双曲波形 肋形 V 形等 按基板镀层又可以分为镀锌钢板 镀铝钢板 镀铝锌钢板 镀锌合金化钢板 电镀锌钢板六种 常用规格 : 彩色镀锌钢板及镀铝锌钢板基板的厚度为 0.25 ~ 2.3mm ; 宽度为 600 ~ 1270mm ; 通常是卷材, 长度视钢厂最低起订量而定 彩色镀锌钢板及镀铝锌钢板厚度为 0.42mm 0.48mm 0.50mm 0.55mm 0.60mm 压型钢板用 YX H S B 表示, 其中,YX 压 型的汉语拼音第一个字母 ; H 压型钢板的波高 ; S 压型钢板的波距 ; B 压型钢板的有效覆盖宽度 钢结构制造与安装 22

37 任务 2.1 了解和识别建筑钢材的种类和规格 如 :YX 表示压型钢板的波高为 173mm, 波距为 300mm, 有效覆盖宽度为 300mm, 如图 2.9(a) 所示 ;YX 表示压型钢板的波高为 100mm, 波距为 300mm, 有效覆盖宽度为 600mm, 如图 2.9(b) 所示 (a) 单波压型钢板截面图 (b) 双波压型钢板截面图图 2.9 压型钢板截面图 5. 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢指用钢板在常温状态下弯曲成的各种断面形状的成品钢材 冷弯型钢是一种经济的截面轻型薄壁钢材, 也称为钢质冷弯型材或冷弯型材 常见的冷弯薄壁型钢有 C 型钢 U 型钢 Z 型钢等, 如图 2.10 所示 常用作屋面檩条 墙架梁柱 龙骨 门窗 屋面板 墙面板 楼板等次要构件和围护结构 常见 C 型钢表示方法, 如 C , 表示 C 型钢的高为 180mm, 翼缘宽为 60mm, 卷边长度为 20mm, 肢厚为 3.0mm 6. 厚度方向性能钢板 钢板分层使其在厚度方向的力学性能降低, 焊接或受力后极易发生厚 度方向层状撕裂 为此, 人们对用于建筑钢结构某些重要焊接构件的钢板, 除要求其沿宽度方向和长度方向有良好的力学性能外, 同时要求沿厚度方 向也具有良好的抗层状撕裂性能 这种钢板即 厚度方向性能钢板, 也 就是业内通常所说的 Z 向钢 图 2.10 冷弯薄壁型钢截面 厚度方向性能钢板 (GB/T ) 就是对钢板厚度方向性能提 出具体要求的国家标准 该标准将钢板沿厚度方向性能分为三个级别, 分 别采用等级标志 Z15 Z25 和 Z35 表示, 其中 Z 为厚度方向性能的符号, 其后的两位数字分别为各级别钢板断面收缩率三个试样平均值的百分数 我国 建筑抗震设计规范 (GB ) 和 建筑钢结构焊接技术规程 (JGJ ) 均规定厚度大于 40mm 时应采用厚度方向性能钢板 科学出版社职教技术出版中心 23 钢结构制造与安装

38 2 单元2 任务 2.2 建筑钢材的选用 钢材的进场验收 任务描述 热轧H型钢进场验收 要求: 熟悉 钢结构工程施工质量验收规范 GB 熟悉钢材质量验收内容 能对进场钢材进行质量检验 流 程 验收前准备 管质量检验 检验是否有质量保证书 测量尺寸 进场检验记录单 检验产品名称 重量 弯 填写 钢材入库检验单 和 热轧H型钢 合格入库 不合格将表格和钢板返回进货人 训练场景 在钢结构实训室 采用教师示范 学生操作 教师引导的学生主体 工 学一体化教学方法 教师以热轧型钢进场验收为实例 把验收任务完成 过程进行逐步演示示范 学生根据钢材验收的演示操作过程和教材设计 步骤进行逐步操作 完成本次验收任务工作内容后 教师对学生操作过 程和成果进行评价和总结 并布置与本次任务相关的实践训练进行拓展 和巩固 随着钢材使用数量的增多 钢材品种 规格 性能也在日益增多 为 了保证工程主体的结构安全 必须对进场钢材规格和质量提出明确规定 进场验收的检验批原则上应与各分项工程检验批一致 也可以根据工程规 模及进料实际情况划分检验批 进场验收要求 进场钢材与钢铸件的品种 规格 性能等应符合现行国家产品标准和 设计要求 另外 各国进口钢材标准不尽相同 所以规定对进口钢材应按 设计和合同规定的标准验收 钢板的厚度 型钢的规格尺寸是影响钢结构和构件承载力的主要因素 进场验收时应该重点抽查钢板厚度和型钢规格尺寸 由于许多钢材基本上 是露天堆放 受风吹雨淋和污染空气的侵蚀 钢材表面会出现麻点和片状 锈蚀 钢材表面受损严重者不得使用 因此 对钢材表面缺陷进行检查 应符合国家现行有关标准规定 钢材的验收是保证钢结构工程质量的重要环节 应该按照规定执行 钢材验收应达到以下要求 钢结构制造与安装 24

39 任务 2.2 钢材的进场验收 1) 钢材的品种和数量是否与订货单一致 2) 钢材的质量保证书是否与钢材上打印的记号相符 3) 核对钢材的规格尺寸, 测量钢材尺寸是否符合标准规定, 尤其是钢板厚度的偏差 4) 钢材表面质量检验时, 表面不允许有结疤 裂纹 折叠和分层等缺陷, 钢材表面的锈蚀深度不得超过其厚度负偏差值的一半, 出现问题的钢材应另行堆放, 以便研究处理 符合下列情况的, 钢结构工程用的钢材须同时具备材质质量保证书和试验报告 : 1) 国外进口的钢材 2) 钢材不同批次混淆 3) 钢材质量保证书的项目少于设计要求 ( 应提供缺少项目对应的试验报告单 ) 4) 设计有特殊要求的钢结构用钢材 有些钢材进场时, 只进行常规项目的检查是不够的, 还需要对钢材的化学成分和力学性能进行复验 在工程实际中, 对于哪些钢材需要复验不是太明确, 在 钢结构工程施工质量验收规范 (GB ) 中规定了下列 6 种情况应进行复验, 且应是见证取样 送样的试验项目 : 1) 对国外进口的钢材, 应进行抽样复验 ; 当具有国家进出口质量检验部门的复验商检报告时, 可以不再进行复验 2) 由于钢材经过转运 调剂等方式供应到用户后容易产生混炉号, 而钢材是按炉号和批号发材质合格证, 因此对于混批的钢材应进行复验 3) 厚钢板存在各向异性 (X Y Z 三个方向的屈服点 抗拉强度 伸长率 冷弯 冲击值等各指标, 以 Z 向试验性能最差, 尤其是塑料和冲击功值 ), 因此当板厚等于或大于 40mm, 且承受沿板厚方向拉力时, 应对钢材进行复验 4) 对大跨度钢结构来说, 弦杆或梁用钢板为主要受力构件, 应对钢材进行复验 5) 当设计中提出对钢材有复验要求时, 应对钢材进行复验 6) 对质量有疑义主要是指 : 对质量证明文件有疑义时的钢材 ; 质量证明文件不全的钢材 ; 质量证明书中的项目少于设计要求的钢材 对钢材化学成分的复验, 按国家标准 钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差 (GB ) 的规定, 对钢材力学性能的复验, 按国家标准 钢材力学及工艺性能试验取样规定 (GB ) 及相关规范和标准的要求进行 科学出版社职教技术出版中心 25 钢结构制造与安装

40 2 单元 2 建筑钢材的选用 进场验收标准用于钢结构工程的钢板 型钢和管材的外形 尺寸 重量及允许偏差, 应符合表 2.1 所示国家现行标准的要求 表 2.1 钢材的外形 尺寸 重量及允许偏差国家标准 序号 标准名称 标准号 1 碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带 GB/T 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带 GB/T 热轧钢板和钢带的尺寸 外形 重量及允许偏差 GB/T 热轧工字钢尺寸 外形 重量及允许偏差 GB/T 热轧槽钢尺寸 外形 重量及允许偏差 GB/T 热轧等边角钢尺寸 外形 重量及允许偏差 GB/T 热轧不等边角钢尺寸 外形 重量及允许偏差 GB/T 热轧圆钢和方钢尺寸 外形 重量及允许偏差 GB/T 结构用无缝钢管尺寸 外形 重量及允许偏差 GB/T 热轧扁钢尺寸 外形 重量及允许偏差 GB/T 冷轧钢板和钢带的尺寸 外形 重量及允许偏差 GB/T 通用冷弯开口型钢尺寸 外形 重量及允许偏差 GB/T 花纹钢板 GB/T 3277 钢材进场验收分为主控项目和一般项目验收 主控项目指建筑工程中对安全 卫生 环境保护和公众利益起决定性作用的检验项目 一般项目指除主控项目以外的检验项目 主控项目与一般项目的区别 : 对有允许偏差的项目, 如果有允许偏差的项目是主控项目, 则其检测点的实测值必须在给定的允许偏差范围内, 不允许超差 ; 如果有允许偏差的项目是一般项目, 允许有 20% 的检测点的实测值超出给定的允许偏差范围 1. 主控项目钢材主控项目内容及验收要求见表 2.2 表 2.2 钢材主控项目内容及验收要求 项次规范编号验收要求检验方法检查数量 钢材 钢铸件的品种 规格 1 第 条 性能等应符合现行国家产品标准和设计要求 进口钢材产品的质量应符合设计和合同规定标准的要求 检查质量合格证 明文件 中文标志 及检验报告等 全数检查 钢结构制造与安装 26

41 任务 2.2 钢材的进场验收 续表 项次规范编号验收要求检验方法检查数量 对属于下列情况之一的钢材, 应 2 第 条 进行抽样复验, 其复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求 : 1. 国外进口钢材 2. 钢材混批 3. 板厚等于或大于 40mm, 且设计有 Z 向性能要求的厚板 4. 建筑结构安全等级为一级, 大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材 5. 设计有复验要求的钢材 6. 对质量有疑义的钢材 检查复验报告 全数检查 2. 一般项目 钢材一般项目内容及验收要求见表 2.3 表 2.3 钢材一般项目内容及验收要求 项次规范编号验收要求检验方法检查数量 1 第 条 2 第 条 3 第 条 钢板厚度及允许偏差应符合其产品标准的要求 型钢的规格尺寸及允许偏差符合其产品标准的要求 钢材的表面外观质量除应符合国家现行有关标准的规范外, 尚应符合下列规范 : 1. 当钢材的表面有锈蚀 麻点或划痕等缺陷时, 其深度不得大于该钢材厚度允许偏差值的 1/2 2. 钢材表面的锈蚀等级应符合现行国家标准 涂装前钢材表面锈蚀等级的除锈等级 (GB 8923) 规定的 C 级及 C 级以上 3. 钢材端边或断口处不应有分层 夹渣等缺陷 实践训练 : 热轧 H 型钢进场验收 1. 验收前准备 用游标卡尺测量 用钢尺和游标卡尺测量 观察检查 每一品种 规格的钢板抽查 5 处每一品种 规格的钢板抽查 5 处 全数检查 准备检验钢材用的钢卷尺 游标卡尺等检测工具和检验单等 2. 验收程序 (1) 合格入库 1) 热轧型钢材进厂, 由进货人员填写 钢材入库检验单 ( 表 2.4) 科学出版社职教技术出版中心 27 钢结构制造与安装

42 2 单元 2 建筑钢材的选用 表 2.4 钢材入库检验单 供货单位 : 日起规格材质数量 检验记录 炉批号 质保书号 入厂材料标记 生产厂家 检验责任人 检验结论 钢结构制造与安装 28

43 任务 2.2 钢材的进场验收 并通知质量部进货检验员按 钢结构施工质量验收规范 规定项目逐项检 验, 结果记录于 热轮 H 型钢进场检验记录单 ( 表 2.5) 上 表 2.5 热轧 H 型钢进场检验记录单 单位工程名称 建设单位名称 材料规格 施工单位名称 验收依据 施工质量验收规范 施工自检记录 主控项目 1 2 钢材和钢铸件的品种 规格 性能等应符合现行国家标准和设计要求 进口钢材产品的质量应符合设计和合同规定标准的要求对属于下列情况之一的钢材, 应进行抽样复验, 其复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求 : 1) 国外进口钢材 2) 钢材混批 3) 板厚等于或大于 40mm, 且设计有 Z 向性能要求的厚板 4) 建筑结构安全等级为一级, 大跨度结构中主要受力构件所采用的钢材 5) 设计有复验要求的钢材 6) 对质量有疑义的钢材 一般项目 施工单位 1 钢板厚度及允许偏差应符合其产品标准的要求 2 型钢的规格尺寸及允许偏差应符合其产品标准的要求 3 钢材的表面外观质量除应符合国家现行有关标准的规定外, 尚应符合下列规定 : 1) 当钢材厚度的表面有锈蚀 麻点或划痕等缺陷时, 其深度不得大于该钢材厚度负允许偏差值的 1/2 2) 钢材表面锈蚀等级应符合现行国家标准 涂装前钢材表面锈蚀等级和锈蚀等级 (GB 8923) 规定的 C 级及 C 级以上 3) 钢材端边或断口处不应有分层 夹渣等缺陷 2) 检验合格后, 质检员在 钢材入库检验单 上签字, 库管员凭质检 员签字后的 钢材入库检验单 验数入库, 并在 钢材入库检验单 上签字 3) 钢材入库检验单 分存于办公室 ( 采购进货人员 ) 质量部 库 管员处各 1 份 热轧 H 型钢进场检验记录单 由质量部保存 (2) 不合格处理 如质检员检验不合格, 应立即将签字后的 热轧 H 型钢进场检验记 录单 钢材入库检验单 随同不合格钢板一起返回给进货人, 由进货 人负责与供方联系处理事宜 科学出版社职教技术出版中心 29 钢结构制造与安装

44 2 单元2 建筑钢材的选用 3. 检验规则 1 检验方式 抽检 2 抽检办法 批数量在 20 件及以下时抽检 2 件 批数量在 20 件以 上时抽检 14 件 3 接收质量 抽检 4 件时允许其中某件内有 2 根不合格 4. 检验项目及要求 1 目测热轧型钢是否有质量保证书 2 目测产品名称 重量 件数 是否与采购单 送货单 相符 3 外观质量 目测热轧型钢表面应无锈蚀斑点 凹凸不平 锌层无 明显色差 无起皮 裂纹等缺陷测量 4 尺寸 用卷尺 游标卡尺测量 测量尺寸应符合采购单要求 要点与提示 验收时要注意 1. 型钢的规格尺寸及允许偏差符合其产品标准的要求 每一品种 规格的型钢抽查 5 处 用钢尺 和游标卡尺量测 2. 钢材的表面外观质量除应符合国家现行有关标准的规定外 尚应符合下列规定 1 当钢材的表面有锈蚀 麻点或划痕等缺陷时 其深度不得大于该钢材厚度负允许偏差值的 1/2 2 当钢材表面的锈蚀等级应符合现行国家标准 涂装前钢材表面修饰等级和除锈等级 规定的 C 级及 C 级以上 3 钢材端边或断口处不应有分层 夹渣等缺陷 实训能力评价 项目 要求 记录 分值 不了解 抽检数量的确定 一般 5分 熟悉 不了解 外观质量检查内容 一般 5分 熟悉 不了解 外观质量检查标准 一般 熟悉 钢结构制造与安装 30 10分 扣分 备注

45 任务 2.2 钢材的进场验收 项目要求记录分值扣分备注 不了解 续表 不合格处理情况操作期间的表现和学习态度是否独立完成总分 一般熟悉完整 及时清晰 规范真实 无涂改认真独立完成非独立完成 5 分 20 分 10 分 55 分 相关链接 参考网站 : 科学出版社职教技术出版中心 31 钢结构制造与安装

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47 3 单元 钢结构焊接连接施工 单元概述本单元以 钢结构工程施工质量验收规范 (GB ) 为主要依据, 结合有关专业规范 规程和行业标准的规定以及 近几年钢结构工程中应用的新材料 新技术 新工艺的实践经 验, 对钢结构常用的焊接方法进行了全面叙述 实训内容包括 手工电弧焊 埋弧焊 气体保护焊焊接施工 每一任务内容的编写从施工准备阶段开始, 以较为独立的工作过程分别介绍了各施工工艺和验收要点 要求学生针对不同的焊接方法, 能够正确选择相应的焊接材料及焊接设备, 焊接施工时选择合理的焊接参数, 焊接完成后按规范要求对焊缝进行外观检查及无损探伤检测 能力目标 1. 能正确选择手工电弧焊焊接材料及焊接参数, 并进行手工电弧焊焊接工艺指导 2. 能正确选择埋弧焊焊接材料及焊接参数, 并进行埋弧焊焊接工艺指导 3. 能正确选择 CO 2 气体保护焊焊接材料及焊接参数, 并进行 CO 2 气体保护焊焊接工艺指导 4. 能正确组织焊接验收 知识目标 1. 熟悉各种焊接设备及工具 2. 了解焊接接头和坡口形式 焊接位置 3. 掌握焊接材料 焊接参数的选择 4. 了解焊缝常见缺陷产生的原因和防止措施 5. 掌握焊接检验方法 科学出版社职教技术出版中心 规范标准 1. 钢结构工程施工质量验收规范 (GB ) 2. 建筑钢结构焊接技术规程 (JGJ )

48 3 单元3 任务 3.1 钢结构焊接连接施工 手工电弧焊 任务描述 根据 钢结构工程施工质量验收规范 GB 和 建筑钢结构焊 接技术规程 JGJ 要求 完成给定厚度钢板的板 板对接接头手工 电弧焊连接 操作中 正确选择焊接电源 焊接电流 焊条直径 电弧电压 训练目标 1. 掌握手工电弧焊的原理及特点 2. 了解手工电弧焊的设备及所用工具 3. 掌握手工电弧焊接头 坡口 焊缝的表示方法 4. 能正确选择手工电弧焊焊接工艺参数 5. 掌握手工电弧焊的基本操作技术 安全要求 1. 焊工是特殊工种 其操作技能和资格对工程质量起到保证作用 因此 必须经考试合格并取得合格证书 且必须在其考试合格项目及其认可 范围内持证上岗 2. 焊工操作时必须穿戴好工作服 绝缘鞋和焊工手套 3. 弧焊设备的外壳必须接地或接零 不可私自随便拆修电焊机 4. 更换焊条时 避免身体与焊件接触 5. 焊钳应有可靠的绝缘 工作中断时 切记不可将焊钳放在焊架或工件之上 以免发生短路 训练场景 在钢结构焊接实训室 采用教师示范 学生操作 教师引导的学生主 体 工学一体化教学方法 教师以板 板焊接为实例 把任务完成过 程进行逐步演示示范 学生根据教师演示操作和教材设计步骤进行逐 步操作 完成本次任务工作内容后 教师对学生操作过程和成果进行 评价和总结 并布置与本次任务相关的实践训练进行拓展和巩固 手工电弧焊的基本原理及其设备与焊接材料 1. 手工电弧焊的基本原理 手工电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法 其施焊原理如 图 3.1 所示 通电后 在涂有药皮的电焊条和焊件间产生电弧 电弧提供 热源 使焊条中的焊芯熔化 滴落在焊件被电弧所吹成的小凹槽熔池中 由电焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖着熔池 防止空气中的氧 氮等有害 气体与熔化的液态金属接触 生成易脆易裂的化合物 焊缝金属冷却后把 钢结构制造与安装 34

49 任务 3.1 手工电弧焊 被连接件连成一体 手工电弧焊施焊灵活, 适于各种结构形状 不同位置的焊接, 如平焊 横焊 立焊和仰焊 其焊接设备简单, 操作和维修方便, 可在生产厂内及施工现场等不同作业环境下进行施焊 但因焊条长度限制, 在长焊缝中形成较多的起弧和落弧坑, 且焊缝质量随焊工的技术水平而变化, 生产效率低, 劳动强度大, 主要适于短焊缝的焊接 固态渣壳 液态熔渣 气体 焊条芯 焊条药皮 2. 手工电弧焊设备及工具 (1) 对焊条 电弧焊设备的要求 焊接电源是手工电弧焊的主要设备 手工电弧焊电源应满足下列要求 : 具有陡降的外特性这是对电弧焊机的重要要求, 它不但能保证电弧稳定燃烧, 而且能保证短路时不会因为产生过大的电流而将电焊机烧毁 一般电焊机的短路电流不超过焊接电流的 1.5 倍 具有适当的空载电压空载电压是焊接前焊机的两个输出端的电压 空载电压越高, 越容易引燃电弧和维持电弧的稳定燃烧 但是过高的电压不利于电焊工的安全, 弧焊电源的空载电压应在满足引弧容易和电弧稳定的前提下, 尽可能采用较低的空载电压 一般将焊机的空载电压限制在 90V 以下 具有良好的调节电流特性 焊接前, 一般根据焊件材料 厚度 施焊 位置和焊接方法来确定焊接电流 从使用角度要求, 调节电流的范围越宽越好, 并且能够灵活均匀地调节, 来保证焊接质量 具有良好的动特性 焊接电弧对弧焊电源而言是一个动负载, 在焊接 过程中, 经常会发生焊接回路短路的情况 焊机的端电压从短路时的零值 恢复到工作值的时间间隔不应过长 使用动特性良好的电焊机焊接, 容易 引弧, 且在焊接过程中电弧长度变化时也不容易熄弧, 飞溅也少, 施焊人 员能明显感觉到焊接过程很平静, 电弧很柔软 使用动特性不好的电焊机 焊接, 情况恰好相反 因此要求弧焊电源应具有良好的动特性 焊机结构简单可靠, 维护方便 工件焊缝熔池金属熔滴图 3.1 手工电弧焊原理示意图 焊接的各部分连接应牢靠, 没有大的 振动和噪声, 能在焊机温升允许的条件下连续工作 同时, 还应保证焊工 的安全, 不致引起触电事故 (2) 常用电弧焊机简介目前使用的弧焊机, 按照输出电流性质的不同, 可分为直流焊机和交流焊机两大类 ; 按照结构不同, 可分为弧焊整流器 弧焊变压器和弧焊发电机三类 科学出版社职教技术出版中心 35 钢结构制造与安装

50 3 单元 3 钢结构焊接连接施工 弧焊发电机电弧稳定 焊接质量好, 但结构复杂 噪声大 价格高 不易维修 已不再生产, 已由弧焊整流器取代 弧焊变压器简单 便宜 噪声小 使用可靠 维护方便 应用很广, 但电弧不够稳定 弧焊整流器体积小 耗能少, 广泛应用 (3) 手工电弧焊所用工具电焊钳 ( 焊把 ) 用以夹持焊条 传导电流的工具 面罩和护目镜防止焊接飞溅 弧光 高温对焊工面部及颈部灼伤的一种工具 焊条保温筒保持烘干焊条干燥的一种工具 焊缝接头尺寸检测器用来测量坡口角度 间隙 错边以及余高 焊缝宽度 角焊缝厚度等尺寸 敲渣锤用来清除焊渣的一种尖锤, 可以提高清渣效率 钢丝刷用来清除焊件表面的铁锈 油污等氧化物的一种工具 气动打渣工具及高速角向砂轮机主要用作焊后清渣 焊缝修整 3. 焊接坡口 接头形式和焊缝 (1) 坡口坡口是根据设计或工艺需要, 在焊件的待焊部位加工成一定几何形状并经装配后构成的沟槽 根据焊件结构形式 板厚 材料的不同, 坡口制备方法也不尽相同 常用的坡口加工方法有以下几种 : 剪切用于不开坡口的较薄钢板的边缘加工 刨削用刨边机或刨床加工直边坡口, 能加工任何形式坡口, 加工后的坡口平直 精度高 若用于不开坡口薄板边缘加工时, 可将若干层板叠加在一起, 一次刨削完成 车削主要用于管类构件及圆形截面杆件的坡口加工 坡口切割机加工在这种专用机械上加工管类构件的坡口, 能切割出多种空间曲线形状的管接头 氧 - 乙炔焰切割是一种最经济 应用最广泛的坡口热加工方法 能切割各种角度的直边坡口及各种曲线形状的接头, 尤其适用于切割厚钢板坡口 碳弧气刨主要用于多层焊背面清焊根及开坡口 为了防止焊缝渗透, 施焊前必须用砂轮打磨坡口表面, 清除坡口内杂质 常见的坡口形式有 I 形 Y 形 X 形 带钝边 U 形 K 形 带钝边的单边 V 形等坡口 钢结构制造与安装 36

51 任务 3.1 手工电弧焊 (2) 接头形式 用焊接方法连接的接头称为焊接接头 焊条电弧焊常用的基本接头形 式有 : 对接接头 搭接接头 角接接头和 T 形接头 ( 图 3.2) (a) 对接接头 ( 角焊缝 ) (b) 搭接接头 ( 角焊缝 ) (c)t 形接头 ( 角焊缝 ) (d) 角接接头 图 3.2 焊接接头形式 (e) 对接接头 ( 对接焊缝 ) 对接接头是焊接结构中最常见的一种接头型式 按照坡口形式的不同, 又将对接接头分为 I 形对接 ( 不开坡口 ) 接头,V 形坡口接头,U 形坡口 接头,X 形坡口接头及双 U 形坡口接头等 厚度在 6mm 以下, 一般采用 不开坡口而留一定间隙的双面焊 中等厚度及大厚度构件的对接焊, 为 了保证焊透, 必须开坡口 V 形坡口便于加工, 但是焊接后容易发生变形 X 形坡口由于焊缝截面对称, 焊后工件的变 形及内应力比 V 形坡口要小 在相同板厚条 件下,X 形坡口比 V 形坡口要减少近 1/2 的 填充金属量 U 形及双 U 形坡口, 其焊缝的 填充金属量更少, 焊后变形也很小, 但是这 种坡口加工困难, 一般用于重要的焊接结构 搭接接头对装配要求不高, 也易于装配, 但接头承载能力低, 一般用在不重要的结 构中 (3) 焊缝 焊缝是指焊件经焊接后所形成的结合部 分, 分为对接焊缝和角焊缝两种 按空间位置可分为平焊 横焊 立焊 仰焊四种形式 ( 图 3.3) (a) 平焊 科学出版社职教技术出版中心 (c) 横焊 图 3.3 焊接空间位置 (b) 立焊 (d) 仰焊 37 钢结构制造与安装

52 3 单元 3 钢结构焊接连接施工 4. 焊接工艺参数及选择焊条电弧焊的焊接工艺参数通常包括 : 焊条直径 焊接电流 焊接电压 焊接速度 电源种类和极性 焊接层数等 (1) 焊条选用焊条进厂验收手工电弧焊采用的电焊条进厂验收时, 一般情况下应进行质量证明书核对 包装检查和焊条外观检验 核对焊条质量证明书焊条质量证明书的内容除说明该批焊条质量符合相应焊条标准规定外, 还应包括 : 1) 焊条型号 牌号 规格 ( 直径和长度 ) 2) 批号 数量及生产日期 3) 熔敷金属化学成分检验结果 4) 熔敷金属或对接接头各项性能检验结果 5) 生产厂名称与地址 6) 生产厂技术检验部门与检验人员签章 检查焊条的包装包装是否完好, 有无破损 受潮现象 ; 检查包装上的标记内容是否齐全, 是否清晰可辨 ; 其型号 牌号 规格 生产批号 检验号 制造厂与商标等是否与质量证明书相一致 受潮焊条对焊接工艺性能会产生影响, 会导致焊接时电弧强烈, 燃烧不稳定 ; 焊接飞溅多 颗粒大 ; 当熔深大时, 容易产生咬边 ; 当熔渣覆盖不均匀时, 会导致焊波粗糙, 造成压坑 ; 熔渣清除困难, 低氢型焊条的熔渣表面气孔多 受潮焊条影响接头的焊接质量 : 会产生焊接裂纹和气孔 焊条受潮吸收的水分在焊接电弧热的作用下, 变成气体, 分解出氢, 致使形成焊接裂纹和气孔, 碱性焊条尤甚 焊条包装时用聚乙烯塑料袋封口, 也不能保证长期的彻底防潮 焊条受潮后力学性能各项指标偏低 钢结构工程施工质量验收规范 (GB ) 第 条明确规定, 焊条在使用前, 应按其产品说明书及焊接工艺文件的规定进行烘焙和存放 检查焊条的外观质量是否受污染, 在储运过程中是否有可能影响焊接质量的缺陷产生 ; 识别标记是否清晰 牢固, 与产品实物是否相符 钢结构工程施工质量验收规范 (GB ) 明确规定, 焊条外观不应有药皮脱落 焊芯生锈等缺陷 焊条若保管不当, 不仅影响操作的工艺性能, 而且会对接头的理化性能造成不利影响 对于外观不符合要求的焊接材料, 不应在工程中使用 焊条直径选择手工电弧焊采用的电焊条型号应按设计要求选用, 当设计无规定时, 焊接 Q235 钢时宜选用 E43 系列碳钢焊条 ; 焊接 Q345 钢时宜选用 E50 系列低合金结构钢焊条 焊条直径是指焊芯直径, 一般焊条直径要根据焊件厚度进行选择, 可 钢结构制造与安装 38

53 任务 3.1 手工电弧焊 参照表 3.1 进行选择 表 3.1 焊条直径的选择 焊件厚度 /mm 2 3 4~5 6~12 >13 焊条直径 /mm ~4 4~5 4~6 (2) 焊接电源种类和极性的选择 用交流电焊接, 电弧稳定性差 ; 用直流反接, 电弧稳定 (3) 焊接电流的选择 焊接电流应根据焊条类型 焊条直径 焊件厚度等因素综合选择, 一 般来说, 在保证焊件不被焊穿和成形良好的条件下, 尽量采用较大的焊接 电流, 并适当提高焊接速度, 以提高焊接生产率 选择时可参考表 3.2 表 3.2 焊接电流的选择 焊条直径 /mm 焊接电流 /A 110~ ~ ~220 (4) 焊缝层数的选择 焊厚板时, 应开坡口, 并采用多层焊 ( 每层 1 条焊缝 ) 或多层多道焊 ( 每 层有 2 条以上的焊缝 ) 焊缝层数主要根据焊件厚度 焊条直径 坡口形 式等因素来确定, 一般估算为 式中,n 焊缝层数 ; δ 焊件厚度,mm ; d 焊条直径,mm (5) 电弧电压 n = δ/d 电弧电压主要取决于弧长 电弧长, 则电压高 ; 反之电弧长度越短, 电弧电压越低 在焊接过程中, 一般希望弧长始终保持一致, 并且尽量使 用短弧焊接 一般情况下, 弧长为焊条直径的 0.5 ~ 1.0 倍为好 (6) 焊接速度 如焊接速度过快, 则焊缝熔深浅 焊缝窄 表面凹凸不平 如焊接速 度过慢, 则焊缝熔深和焊缝宽度增加, 薄件易烧穿 因此焊接速度应均匀 适中, 既要保证焊透又要保证不焊穿, 同时还要使焊缝宽度和余高符合设 计要求 科学出版社职教技术出版中心 手工电弧焊焊接方法 手工电弧焊中, 焊缝能否正确成形, 是否产生焊接缺陷, 在很大程度 上取决于焊工的操作技术 电焊工必须经考试合格并取得合格证书 持证 39 钢结构制造与安装

54 3 单元 3 钢结构焊接连接施工 焊工必须在其考试合格项目及认可范围内施焊 焊工的基本操作技术有引弧 运条 焊缝的连接和收尾等 1. 引弧焊接开始时, 将焊条末端轻轻接触工件, 然后迅速离开, 保持一定距离 (2 ~ 4mm) 后产生电弧的过程称为引弧 引弧方法有直击法引弧 ( 图 3.4) 和划擦法引弧 ( 图 3.5) 两种 直击法若没有掌握好焊条离开焊件时的速度和焊条与工件表面的距离, 就容易引起电弧熄灭或短路现象 划擦法如果动作太快或焊条提得太高, 就不能引燃电弧, 或者电弧只燃烧一瞬间就熄灭 ; 动作太慢可能使焊条与焊件粘在一起, 当焊条粘在工件上时, 应迅速将焊条左右摆动, 使之与焊件分离 ; 若仍不能分离, 应立即松开焊钳切断电源, 以免短路时间过长而损坏电焊机 二者相比, 划擦法较易掌握 但是在狭小工作面上或焊件表面不允许损伤时, 就不如直击法好 直击法一般适用于酸性焊条, 划擦法一般适用于碱性焊条 图 3.4 直击法引弧 图 3.5 划擦法引弧 钢结构制造与安装 引弧时由于电弧对母材的加热不足, 可能导致焊缝产生熔合不良 弧坑裂纹 气孔和夹渣等缺陷的发生 当电弧因故中断或到焊缝终端时, 焊缝容易产生弧坑及发生弧坑裂纹 为了防止这些缺陷的发生, 保证焊接质量, 在对接焊的引弧端和熄弧端, 必须安装与母材相同材料的引弧板和引出板, 其坡口形式和板厚原则上应与母材相同 引弧板和引出板的长度为 : 手工电弧焊及气体保护焊为 25 ~ 60mm, 埋弧自动焊为 50 ~ 100mm 焊接完成后, 应用火焰切割去除引弧板和引出板, 并修磨平整 不得用锤击落引弧板和引出板, 以防在焊缝端部产生裂纹 图 3.6 焊条的三个方向运动 40 焊条送进焊条摆动 焊条沿焊缝移动 2. 运条在焊接过程中, 焊条相对焊缝所做的各种动作的总称叫运条 当电弧引燃后, 焊条有三个基本方向的运动 ( 图 3.6): (1) 焊条朝熔池送进的运动为了使焊条在熔化后仍能保持一定的弧长,

55 任务 3.1 手工电弧焊 要求焊条向熔池方向送进的速度与焊条熔化的速度相适应 电弧的长度对 焊缝质量影响很大, 电弧过长, 焊缝质量差 因为长弧易左右飘动, 电弧 不稳定, 焊缝熔深浅 若焊条送进速度低于熔化速度, 则电弧长度增加, 会导致断弧 ; 送进速度太快, 电弧长度迅速缩短, 会使得焊条末端与焊件 接触造成短路, 同样会使电弧熄灭 (2) 焊条沿焊接方向的移动 这个运动主要是使焊接熔敷金属形成焊缝, 运条速度需适当才能使焊 缝均匀 速度过快, 电弧来不及熔化足够的焊条与焊件金属, 造成未焊透 焊缝较窄 速度太慢, 会造成焊缝过高 过宽, 外形不整齐, 若是较薄焊件易焊穿 (3) 焊条的横向摆动其主要目的是为了得到一定宽度的焊缝, 防止两边未熔合或产生夹渣, 也能延缓熔池金属的冷却速度, 有利于气体的逸出 3. 焊缝的起头 连接和收尾 (1) 焊缝的起头焊缝的起头是指刚开始焊接部分的焊缝 在一般情况下, 这部分焊缝略高些, 这是因为焊件在施焊之前温度较低, 引弧后不可能使这部分金属温度迅速升高, 所以使焊缝熔深较浅而余高略高 为了避免这种情况的发生, 在引弧后应先将电弧稍微拉长些, 对焊件进行必要的加热, 然后再适当地缩短电弧进行正常的焊接 (2) 焊缝的连接焊条电弧焊时, 由于受焊条长度的限制, 焊缝是逐段连接起来的, 因而出现了焊缝前后段的连接问题 为保证焊缝连接处的质量, 必须使后焊的焊缝和先焊的焊缝能均匀的连接, 焊缝接头的连接一般有四种形式 : 头尾法这是使用最多的焊缝连接方法 为防止连接处产生弧坑 裂纹等缺陷, 要求先焊的焊缝在熄弧时应出现明显的弧坑, 后焊的焊缝在离弧坑 10mm 处引弧, 用长弧预热片刻, 然后回到弧坑, 并压低电弧稍作摆动, 再向前焊接 头头法后焊焊缝的起头与前段焊缝的起头相接, 要求先焊焊缝的起始端应略微低些, 后焊的焊缝在起焊时必须在前段焊缝始端的稍前处起弧, 然后将电弧引向前段焊缝的始端, 待焊平后再向焊接方向移动 尾尾法后焊焊缝的结尾与先焊焊缝的结尾相接 这种方法在连接处容易形成根部未焊透的缺陷 为此, 后焊的焊缝焊到前段焊缝的收尾处时, 焊接速度应略慢些, 填满前段焊缝的弧坑, 再以较快的速度向前焊一段后熄弧 尾头法后焊焊缝的结尾与前段焊缝的起头相接, 也称分段退焊连接 科学出版社职教技术出版中心 41 钢结构制造与安装

56 3 单元 3 钢结构焊接连接施工 此法由于头尾温差较大, 所以当后焊的焊缝焊至靠近前段焊缝的始端时, 应改变焊条角度, 使焊条指向前段焊缝的端头, 拉长电弧, 待形成熔池后, 再压低电弧, 返回到原来的熔池处收弧 (3) 焊缝的收尾焊缝的收尾是指一条焊缝完成后进行收弧的过程 焊缝的收尾方法有三种 : 画圈收尾法电弧在焊缝收尾处作圆圈运动, 直到弧坑填满后再慢慢拉长电弧并熄灭, 如图 3.7(a) 所示 此法适用于厚板焊接, 酸性 碱性焊条都可以采用这种收尾方法 反复断弧收尾法在焊缝收尾处, 电弧反复熄灭和引燃数次, 直到填满弧坑为止, 如图 3.7(b) 所示 此法多用于薄板焊接 多层焊的打底层焊道或大电流焊接 回焊收尾法电弧在焊缝收尾处停住, 同时将焊条朝相反方向回焊一小段距离后再熄弧, 如图 3.7(c) 所示 熄弧 熄弧 引弧 引弧 (a) 划圈收尾法 (b) 反复断弧收尾法 图 3.7 焊缝的收尾方法 (c) 回焊收尾法 实践训练 : 手工电弧焊焊接全班分成若干组, 每小组 4 人, 在计划时间内完成板厚为 12mm 的 Q235 钢板 V 形坡口对接焊接技能训练 1. 焊前准备 (1) 焊件准备 1) 材料 : 钢板 ( 材质 Q235)2 块 2) 气割坡口加工 3) 清理坡口 : 清除坡口面及靠近坡口上下两侧 20mm 范围内的表面锈蚀 油污 氧化皮及水分 (2) 焊件装配焊件装配必须保证间隙均匀 高低平整 装配定位焊所用焊条与正式焊接相同 钢结构制造与安装 42

57 任务 3.1 手工电弧焊 (3) 焊机 焊接工具准备 (4) 焊条烘干酸性焊条在 100 ~ 150 烘干 2h, 碱性焊条在 350 ~ 400 烘干 2h 2. 焊接操作 (1) 装配与定位焊板件装配间隙为 4mm, 允许错边量 1mm (2) 焊接选择合理的焊接参数, 根据前述焊接操作要点完成给定板的对接连接 实训能力评价 项目要求记录分值扣分备注 不了解安全生产一般要求熟悉不了解手工电弧焊焊接一般设备要求熟悉不了解手工电弧焊焊接一般工具熟悉不了解手工电弧焊焊接一般参数的选择熟悉不了解手工电弧焊操作一般技术熟悉总分 相关链接参考网站 : 5 分 5 分 5 分 5 分 5 分 25 分 科学出版社职教技术出版中心 43 钢结构制造与安装

58 3 单元3 任务 3.2 钢结构焊接连接施工 埋弧焊 任务描述 根据 钢结构工程施工质量验收规范 GB 和 建筑钢 结构焊接技术规程 JGJ 要求 进行板 板对接焊接技能 训练 操作中 正确选择焊接电流 电弧电压 焊丝直径等工艺参数 训练目标 1. 掌握埋弧焊的原理及特点 2. 了解埋弧焊的相关设备 3. 能正确进行埋弧焊焊接工艺参数的选择 4. 掌握埋弧焊的基本操作技术 安全要求 1. 焊工是特殊工种 其操作技能和资格对工程质量起到保证作用 因此 必须经考试合格并取得合格证书 且必须在其考试合格项目及其认可 范围内持证上岗 2. 焊工操作时必须穿戴好工作服 绝缘鞋和焊工手套 3. 电源和控制箱的壳体必须可靠接地 4. 接通电源后 不可触及电缆接头 焊丝 导电嘴 焊丝盘及支架等带电体 防止触电 5. 清除焊车行走通道上可能造成与焊件短路的金属物件 避免短路中断焊接 6. 按启动按钮引弧前 应放好焊剂 以免出现明弧 7. 焊接时 应能及时排除烟尘 粉尘等有害气体 训练场景 在钢结构实训室 采用教师示范 学生操作 教师引导的学生主体 工学一体化教学方法 教师以板 板焊接为实例 把任务完成过程进 行逐步演示示范 学生根据教师演示操作和教材设计步骤进行逐步操 作 完成本次任务工作内容后 教师对学生操作过程和成果进行评价 和总结 并布置与本次任务相关的实践训练进行拓展和巩固 没有埋弧焊设备的情况下 组织学生去工厂参观实习 埋弧焊的基本原理及其设备与焊接材料 1. 埋弧焊的基本原理 埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法 图 3.8 焊接时电 弧掩埋在焊剂层下燃烧, 电弧光不外露 焊接时电源的两极分别接在导电 嘴和焊件上 焊丝通过导电嘴和焊件接触 在焊丝周围撒上焊剂 然后接 钢结构制造与安装 44

59 任务 3.2 埋弧焊 通电源, 则电流通过导电嘴 焊丝与焊件 构成焊接回路 当焊丝和焊件之间引燃电 弧后, 电弧的热量使周围的焊剂融化, 形 成焊渣, 部分焊剂分解, 蒸发成气体, 气 体排开熔渣形成一个气泡, 电弧就在这个 气泡中燃烧 连续送入电弧的焊丝在电弧 高温作用下加热融化, 与融化的母材混合 形成金属熔池 熔池金属冷却凝固形成焊 缝, 熔渣冷却后形成渣壳 埋弧焊由于采用了自动化操作, 具有 很高的生产率 焊接时的工艺条件稳定, 焊剂供给充足, 电弧区保护严密, 且焊接参数可自动调节, 因此形成的焊缝质量好, 其外观美观 光滑, 焊件变形小 又由于焊缝金属熔化的焊剂焊接时没有刺眼的电弧光, 也不需焊工手图 3.8 埋弧焊原理示意图工操作, 极大地减轻了劳动强度, 并且改善了作业环境 凡是焊缝可以保持在水平位置或倾斜度不大的焊件, 不管是对接 角接和搭接接头都可以用埋弧焊焊接 埋弧焊可焊接的焊件厚度范围很大 除了厚度 5mm 以下的焊件容易烧穿, 这种情况下埋弧焊用的不多外, 较厚的焊件都适于用埋弧焊焊接 2. 埋弧焊的设备 埋弧焊设备包括主要设备和辅助设备 主要设备是埋弧焊机 ; 辅助设备有埋弧焊焊接操作机 埋弧焊焊件变位装置和埋弧焊焊缝成形装置 (1) 埋弧焊机埋弧焊机由焊接小车 焊接电源和控制电路等组成 它的主要功能是连续不断地向电弧焊焊接区域输送焊丝, 传输焊接电流, 使电弧沿焊缝均匀移动, 控制电弧的能量参数, 控制焊接启动和停止, 向焊接区铺撒焊剂, 焊前调节焊丝末端位置, 预置有关焊接参数等 (2) 埋弧焊辅助设备埋弧焊焊接操作机常称之为焊机变位装置, 主要功能是将焊机机头准确地送到待焊部位上, 以给定的速度均匀地移动焊机 ; 它与焊件变位装置配合使用可以完成各种位置焊件的焊接 常用的变位装置有平台式 悬臂式和龙门式等几种 埋弧焊焊件变位装置焊件变位装置主要有滚轮架和翻转机 它的作用是灵活 准确地旋转 倾斜 翻转焊件, 使焊缝处于最佳位置, 以达到提高劳动生产率和改善焊接质量的目的 电源 焊丝转盘 导线 送丝器 焊剂 焊剂漏斗 移动方向 焊件 科学出版社职教技术出版中心 45 钢结构制造与安装

60 3 单元 3 钢结构焊接连接施工 (3) 埋弧焊焊缝成形装置焊缝成形装置有多种, 如铜垫板 焊剂衬垫 焊剂 - 铜垫等 3. 埋弧焊的焊接材料埋弧焊的焊接材料主要包括焊丝和焊剂 (1) 焊丝焊丝在埋弧焊中是作为填充金属的, 也是焊缝金属的组成部分, 所以对焊缝质量有直接影响 根据焊丝的成分和用途可将其分为碳素结构钢焊丝 合金结构钢焊丝和不锈钢焊丝三大类 在选择埋弧焊用焊丝时, 最主要的是考虑焊丝中锰和硅的含量 埋弧焊常用的焊丝直径有 2mm 3mm 4mm 5mm 和 6mm 五种 使用时, 要求将焊丝表面的油 锈等清理干净, 以免影响焊接质量 (2) 焊剂焊剂在埋弧焊中的主要作用是造渣, 以隔绝空气对熔池金属的污染, 控制焊缝金属的化学成分, 保证焊缝金属的力学性能, 防止气孔 裂纹和夹渣缺陷的产生 要求焊剂具有良好的稳弧性能, 获得良好的成形 我国目前主要是按制造方法和化学成分对焊剂分类, 按制造方法可将焊剂分为熔炼焊剂 烧结焊剂和粘结焊剂三大类 焊剂若管理不当, 也会受潮 钢结构工程施工质量验收规范 (GB ) 第 条明确规定, 焊剂在使用前, 应按其产品说明书及焊接工艺文件的规定进行烘焙和存放 (3) 焊剂和焊丝的选用与配合焊剂和焊丝的正确选用及二者之间的合理配合, 是获得优质焊缝的关键, 也是埋弧焊工艺过程的重要环节 1) 在焊接低碳钢和强度较低的合金钢时, 选配焊剂和焊丝通常以满足力学性能要求为主, 使焊缝强度达到与母材等强度, 同时要满足其他力学性能指标要求 2) 焊接低合金高强度钢时, 除要使焊缝与母材等强度外, 还要特别注意提高焊缝的塑性和韧性 3) 焊接奥氏体不锈钢等高合金钢时, 主要是保证焊缝与母材有相近的化学成分, 同时满足力学性能和抗裂性能等方面的要求 在进行埋弧焊焊剂与焊丝的选配时, 还应该考虑埋弧焊的工艺特点和冶金特性 首先应考虑稀释率高的影响, 其次是热输入高的影响, 最后还应考虑焊接速度快的影响 4. 埋弧焊的焊接工艺参数埋弧焊的工艺参数包括焊接电流 电弧电压 焊接速度等 钢结构制造与安装 46

61 任务 3.2 埋弧焊 (1) 焊接电流 焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素 其他条件不变时, 焊接电流增 大, 焊缝的熔深 H 及余高 a 均增加, 而焊缝的宽度变化不大 正常情况下, 焊接电流与熔深间成正比关系 : H = k m I 式中,k m 电流系数, 决定于电流种类 极性及焊丝直径等 表 3.3 给 出了各种条件下的 k m 值 表 3.3 各种条件下的 k m 值 焊丝直径 /mm 电流种类焊剂牌号 T 形焊缝及开坡口的对接焊缝 k m 值 /(mm/100a) 堆焊及不开坡口的对接焊缝 5 交流 HJ 交流 HJ 直流正接 HJ 直流正接 HJ 交流 HJ 因此, 焊接电流应根据熔深要求首先选定 增大焊接电流可提高生产 率, 但焊接电流过大时, 焊接热影响区宽度增大, 并易产生过热组织, 从 而使接头韧性降低 ; 此外电流过大还易导致咬边 焊瘤或烧穿等缺陷 焊 接电流过小时, 易产生未熔合 未焊透 夹渣等缺陷, 使焊缝成形变坏 (2) 电流种类与极性 采用直流反接时, 熔敷速度稍低, 熔深较大 焊接时一般情况下都采 用直流反接 采用直流正接时, 熔敷速度比反接高 30% ~ 50%, 但熔深较浅, 降 低了熔敷金属中母材的百分比 特别适合于堆焊 母材的热裂纹倾向较大 时, 为了防止热裂, 也可采用直流正接 采用交流进行焊接时, 熔深处于直流正接与直流反接之间 (3) 电弧电压 电弧电压对熔深的影响很小, 主要影响熔宽, 随着电弧电压的增大, 熔宽增大, 而熔深及余高略有减小 为保证电弧的稳定燃烧及合适的焊缝 成形系数, 电弧电压应与焊接电流保持适当的关系 ( 表 3.4) 表 3.4 焊接电压的选择 焊接电流 /A 600~ ~1200 焊接电压 /V 34~38 42~44 (4) 焊接速度 焊接速度对熔深及熔宽均有明显的影响 焊接速度增大时, 熔深 熔 宽均减小 因此, 为了保证焊透, 提高焊接速度时, 应同时增大焊接电流 科学出版社职教技术出版中心 47 钢结构制造与安装

62 3 单元 3 钢结构焊接连接施工 及电压 但电流过大 焊速过高时易引起咬边等缺陷, 因此焊接速度不能过高 焊接速度过慢, 则形成大熔池 满溢 焊缝成形粗糙 易引起夹渣等 (5) 焊丝直径及干伸长度电流一定时, 焊丝直径越细, 熔深越大, 焊缝成形系数减小 然而对于一定的焊丝直径, 使用的电流范围不宜过大, 否则将使焊丝因电阻热过大而发红, 影响焊丝的性能及焊接过程的稳定性 不同直径焊丝的许用电流范围见表 3.5 表 3.5 不同直径焊丝的焊接电流范围 焊丝直径 /mm 电流密度 /(A mm -2 ) 63~125 50~85 40~63 35~50 28~42 焊接电流 /A 200~ ~ ~ ~ ~1200 干伸长度越大, 焊丝熔化量增大, 余高增大, 而熔深略有减小 焊丝的电阻率越大, 这种影响越大 (6) 坡口及间隙的形状及尺寸其他条件不变时, 坡口及间隙尺寸越大, 余高越小, 熔合比越小 因此, 可通过开坡口或留间隙来调整余高及熔合比 此外, 通过开坡口还可改善熔池的结晶条件 5. 埋弧焊焊接工艺参数的选择 (1) 焊接工艺参数的选择依据 1) 焊件形状和尺寸 ; 接头的钢材种类和厚度 2) 焊缝的种类和焊缝的位置 3) 接头的形式和坡口形式 4) 对接头性能的技术要求, 其中包括焊后无损探伤方法, 抽查比例以及对接头强度 冲击韧度 弯曲 硬度和其他理化性能的合格标准 5) 焊接结构 ( 产品 ) 的生产批量和进度要求 (2) 焊接工艺参数的选择程序首先依据焊件的形状和尺寸可选定焊丝直径焊, 选择使用的焊剂和焊丝的牌号 其次, 根据所焊钢材的焊接性试验报告, 选定预热温度 层间温度 后热温度以及焊后热处理温度和保温时间 最后根据板厚, 坡口形式和尺寸选定焊接参数 ( 焊接电流 电弧电压和焊接速度 ) 并配合其他次要工艺参数, 以保证电弧稳定燃烧, 焊缝形状尺寸符合要求, 表面成形光洁整齐, 内部无气孔 夹渣 裂纹 未焊透 焊瘤等缺陷 常用的选择方法有查表法 试验法 经验法 计算法 不管采用哪种方法所确定的参数, 都必须在施焊中加以修正, 以达到最佳效果时方可连续焊接 钢结构制造与安装 48

63 任务 3.2 埋弧焊 埋弧焊焊接方法 1. 焊前准备 埋弧焊的焊前准备包括焊件的坡口加工 焊件的清理与装配 焊丝表 面清理及焊剂烘干 焊机检查与调整等工作 对于较厚的焊件, 为了能将 其焊透, 并使焊缝有良好的成形, 应在焊件上开坡口, 坡口可用气割或机 械加工方法制备 焊件装配前, 需将坡口及附近区域表面上的锈蚀 油污 氧化物 水分等清理干净, 批量不大时可用手工清理, 大量生产时可用喷丸清理 焊件装配时必须保证接缝间隙均匀, 焊件必须用夹具或定位焊缝可靠的固定 埋弧焊所使用的焊剂在焊接前需进行烘干处理, 焊机在焊接前要做空车调试, 检查仪表指针及各部分运转情况 2. 调节焊接工艺参数 调节焊接电流根据工艺参数中给定的焊接电流值, 分别按下控制盘上焊接电流增大或减小按钮, 弧焊变压器中的电流调节器即可动作, 通过变压器上电流指示器可以预知电流的大致数值 电流调节也可通过变压器外壳侧面的按钮以同样的方式调节 调节焊丝送进速度分别按控制盘上向下或向上的按钮, 焊丝即可向下或向上运动 然后, 再调节送丝速度旋钮, 测定出单位时间内的向下送丝速度 送丝速度确定后, 即固定该旋钮位置不动, 以便焊接时使用 焊接速度的测定焊接速度即台车行走速度, 首先按下小车上的离合器, 将控制盘上台车行走方向开关转到向左或向右位置, 此时焊车即可向前或向后退 然后调节控制盘上焊接速度调节按钮, 即可测定焊接速度 3. 焊接按下控制盘上的启动按钮, 在焊接电弧引燃后, 迅速进入正常焊接过程 在焊接过程中, 应注意观察控制盘上的电流与电压表的指示针 导电嘴的高度 焊接方向指示针的位置, 当焊缝焊出一定长度后, 敲开渣壳, 观察焊道成形情况 4. 收弧在焊接结束之前, 先关焊机漏斗 按下一半停止按钮, 焊丝停送, 焊接小车停止前进, 此时电弧仍然继续燃烧, 以使焊丝继续熔化填满弧坑, 并以按下这一半停止按钮的时间长短来控制弧坑填满程度 紧接着按下停止按钮的后一半, 这次一直按到底, 电弧熄灭焊接结束 科学出版社, 职教技术出版中心 49 钢结构制造与安装

64 3 单元 3 钢结构焊接连接施工 焊接结束后, 要及时清理现场, 关闭电源开关, 检查焊缝质量 实践训练 : 埋弧焊焊接全班分成若干组, 每小组 4 人, 在计划时间内完成板厚为 6mm 的 Q235 钢带焊剂垫的 I 形坡口对接技能训练 1. 焊前准备 (1) 焊件准备 1) 材料 : 钢板 ( 材质 Q235)2 块 2) 采用相应的辅助工具将钢板进行矫平 3) 清理坡口 : 清除对接面及焊接部位两侧不小于 20mm 范围内的表面锈蚀 油污 氧化皮及水分 (2) 焊件装配焊件装配必须保证间隙均匀 高低平整 I 形坡口对接平焊连接, 单层焊道一次焊完 (3) 准备引弧板和引出板 钢板两块, 材质 Q235, 沿 120mm 长度方向清理待焊边 正反表面距离该边 20mm 范围内的油污 锈蚀 水分等均应清除干净 (4) 焊机准备准备埋弧焊机 : 埋弧焊接操作机 埋弧焊焊件变位装置和埋弧焊焊缝成形装置 (5) 焊丝 H08MnA,φ4mm, 使用前清理表面的杂质 (6) 焊剂 HJ431, 使用前在 250 下烘干 2h 2. 焊接操作 (1) 装配与定位焊板件装配间隙为 0 ~ 1mm 在焊件两端焊引弧板与引出板 在焊件背面装焊垫板, 要求垫板与焊件贴紧, 并用定位焊固定 定位焊长 20mm, 宽 50mm, 两边对称 (2) 焊接选择合理的焊接参数, 根据前述焊接操作要点完成给定板的对接连接 钢结构制造与安装 50

65 任务 3.2 埋弧焊 实训能力评价 项目要求记录分值扣分备注 安全生产要求埋弧焊焊接设备要求埋弧焊焊前准备工作埋弧焊焊接参数的选择埋弧焊操作技术总分 不了解一般熟悉不了解一般熟悉不了解一般熟悉不了解一般熟悉不了解一般熟悉 5 分 5 分 5 分 5 分 5 分 25 分 相关链接 参考网站 : 科学出版社职教技术出版中心 51 钢结构制造与安装

66 3 单元3 任务 3.3 钢结构焊接连接施工 CO2气体保护焊 任务描述 根据 钢结构工程施工质量验收规范 GB 和 建筑钢 结构焊接技术规程 JGJ 要求 完成给定厚度钢板的板 板对接接头焊接连接 操作中 正确选择焊接电流 焊接电压 焊丝直 径等工艺参数 训练目标 1. 掌握CO2气体焊的特点及适用范围 2. 了解CO2气体焊设备 3. 掌握CO2气体焊气体及焊丝的选用 4. 掌握CO2气体焊的操作技术 安全要求 1. 焊工是特殊工种 其操作技能和资格对工程质量起到保证作用 因此 必须经考试合格并取得合格证书 且必须在其考试合格项目及其认可 范围内持证上岗 2. 作业前 应检查并确认焊丝的进给机构 电路的连接部分 CO2气体的 供应系统及冷却水循环系统是否合乎要求 焊枪冷却水系统不得漏水 3. CO 2 气体瓶宜放在阴凉处 其最高温度不得超过30 并应放置牢 靠 不得靠近热源 4. CO2气体预热器端的电压不得大于36V 作业后 应切断电源 5. 焊接操作及配合人员必须按规定穿戴劳动防护用品 并必须采取防止 触电 瓦斯中毒和火灾等事故的安全措施 6. 现场使用的电焊机 应设有防雨 防潮 防晒的机棚 并应装设相应的消 防器材 7. 当消除焊缝 焊渣时 应戴防护眼镜 头部应避开敲击焊渣飞溅方向 8. 雨天不得在露天电焊 在潮湿地带作业时 操作人员应站在铺有绝缘 物品的地方 并应穿绝缘鞋 训练场景 在钢结构实训室 采用教师示范 学生操作 教师引导的学生主体 工 学一体化教学方法 教师以板 板焊接为实例 把任务完成过程进行逐 步演示示范 学生根据教师演示操作和教材设计步骤进行逐步操作 完 成本次任务工作内容后 教师对学生操作过程和成果进行评价和总结 并布置与本次任务相关的实践训练进行拓展和巩固 钢结构制造与安装 52

67 任务 3.3 CO 2 气体保护焊 CO 2 气体保护焊的基本原理及其设备 1. CO 2 气体保护焊的基本原理 气体保护焊是利用 CO 2 气体或其他惰 性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法 ( 图 3.9) 它直接依靠保护气体在电弧周围 造成局部的保护层, 以防止有害气体的侵 入并保证了焊接过程的稳定性 气体保护 焊的焊缝熔化区没有熔渣, 焊工能够清楚 地看到焊缝成型的过程 但操作时须在室 内避风处, 制作车间内焊接作业区有穿堂 风或鼓风机时, 应按规定设置挡风装置 若在工地上施焊, 焊接作业区风速超过 2m/s 时, 应设防风棚或采取其他防风措施 气体保护焊焊接成本低, 生产效率高 由于采用机械连续送丝方式, 因此不仅适用于构件长焊缝的自动焊, 又因 不用焊剂而使设备较简单, 也适用于半自动焊接短焊缝, 且适宜各种位置 焊接 薄板可焊到 1mm 左右, 焊接厚板时, 厚度几乎不受限制 分组成 2. CO 2 气体保护焊的设备 半自动 CO 2 焊设备由焊接电源 送丝机构 焊枪 供气系统四个部 (1) 焊接电源 CO 2 焊一般采用直流电源且反极性连接 细焊丝 CO 2 焊采用等速送丝式焊机, 配合平外特性电源 粗焊丝 CO 2 焊采用变速送丝式焊机, 配合下降的外特性电源 (2) 送丝系统 送丝装置是送丝的动力, 包括机架 送丝矫直轮 压紧轮和送丝轮等 根据使用焊丝直径的不同, 送丝系统可分为等速送丝式和变速送丝式, 通 常焊丝直径大于等于 3mm 时采用变速送丝方式, 焊丝直径小于等于 2.4mm 时采用等速送丝式 (3) 焊枪 焊炬喷嘴 流量计 减压器送丝软管送丝机构导电嘴 焊枪用来传导电流 输送焊丝和保护气体 喷嘴是焊枪上的重要零件, 其 作用是给焊接区域输送保护气体, 以防止焊丝端头 电弧和熔池与空气接触 减压器 图 3.9 CO 2 气体保护焊原理示意图 CO 2 气瓶 科学出版社职教技术出版中心 53 钢结构制造与安装

68 3 单元 3 钢结构焊接连接施工 (4) 供气系统供气系统由气瓶 减压流量调节器及管道组成 有时为了除水, 气路中还串联高压和低压干燥器 3. CO 2 焊的气体及焊丝 (1)CO 2 气体 CO 2 气体的性质 CO 2 气体是无色 无味和无毒的气体 由于 CO 2 由液态变为气态的沸点很低, 为 -78.9, 工业用 CO 2 都是使用液态的, 常温下它自己就汽化 提高 CO 2 气体纯度的措施目前许多厂家生产的 CO 2 气体纯度不稳定, 为确保 CO 2 气体的纯度, 可采取如下措施 : 1) 洗瓶后应该用热空气吹干 2) 倒置排水 3) 正置放气 4) 使用干燥器 5) 使用时注意瓶中的压力 (2) 焊丝 CO 2 焊焊丝既是填充金属又是电极, 所以焊丝既要保证一定的化学成分和力学性能, 又要保证具有良好的导电性和工艺性能 对焊丝的要求 : 脱氧剂焊丝必须含有一定数量的脱氧剂, 以防止产生气孔, 减小飞溅并提高焊缝金属的力学性能 C S P 焊丝的含碳量要低, 要求 ω (C) <0.11%, 这对于避免气孔及减小飞溅是很重要的, 对于一般焊丝, 要求硫及磷含量 ω (S, P) 0.04% ; 镀铜为防锈及提高导电性, 焊丝表面最好镀铜 目前我国 CO 2 焊用的主要焊丝品种是 H08Mn2Si 类型, 这类焊丝采取 Si, Mn 联合脱氧, 具有很好的抗气孔能力 Si 和 Mn 元素也起合金化的作用, 使焊缝金属具有较高的力学性能 4. CO 2 气体保护焊的焊接工艺参数及其选择 CO 2 气体保护焊的焊接工艺参数主要有焊接电流 焊接电压 焊丝直径 焊丝伸出长度 气体流量 电源极性 焊枪倾角 喷嘴高度等 (1) 焊丝直径焊丝直径应根据焊件厚度 焊接位置及生产率的要求来选择 当焊接薄板或中厚板的立焊 横焊 仰焊时, 多采用直径 1.6mm 以下的焊丝 ; 在平焊位置焊接中厚板时, 可以采用直径 1.2mm 以上的焊丝, 焊丝直径的选择见表 3.6 钢结构制造与安装 54

69 任务 3.3 CO 2 气体保护焊 表 3.6 CO 2 气体保护焊焊丝直径的选择 焊丝直径 /mm 焊件厚度 /mm 焊接位置 0.8 1~ ~ ~ ~25 各种位置 1.6 中厚平焊 平角焊 (2) 焊接电流 焊接电流应根据焊件厚度 材质 焊丝直径 施焊位置及熔滴过渡形 式来确定 通常用直径为 0.8 ~ 1.6mm 的焊丝 当短路过渡时, 焊接电流 在 50 ~ 230A 内选择 ; 在颗粒状过渡时, 焊接电流在 250 ~ 500A 内选择 焊丝直径与焊接电流的关系见表 3.7 表 3.7 CO 2 气体保护焊焊丝直径与焊接电流的关系 焊丝直径 /mm 焊接电流适用范围 /A 适应的板厚 (3) 电弧电压 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 以上 6.0 以上 焊接电压的变化影响焊接电弧的长短, 从而决定了熔宽的大小 一般 随着电弧电压的增大, 熔宽增大, 而熔深略有减小 为了保证焊缝成形良好, 电弧电压必须与焊接电流配合选取 通常 在焊接电流小时, 电弧电压较低 ; 焊接电流大时, 电弧电压较高 通常 在短路过渡时, 电弧电压为 16 ~ 24V ; 在细颗粒过渡时, 电弧电压为 25 ~ 45V 但应注意, 电弧电压必须与焊接电流配合适当, 电弧电压过 高或过低都会影响电弧的稳定性, 使飞溅增大 (4) 焊接速度 在一定的焊丝直径 焊接电流和电弧电压的条件下, 焊接速度增加, 将使焊缝宽度和熔深减小 若焊接速度过快容易产生咬边 未焊透和未熔 合等缺陷, 且气体保护效果变差, 可能出现气孔 ; 若速度过慢, 则使焊接 生产率降低, 焊接接头晶粒粗大, 焊接变形增大, 焊缝成形差 一般 CO 2 半自动焊的焊接速度为 15 ~ 40m/h (5) 焊丝伸出长度 焊丝伸出长度是指导电嘴端部到焊件的距离, 而保持焊丝伸出长度不 变是保证焊接过程稳定的基本条件之一, 它主要取决于焊丝直径, 一般约 科学出版社职教技术出版中心 55 钢结构制造与安装

70 3 单元 3 钢结构焊接连接施工 为焊丝直径的 10 ~ 12 倍 当焊丝伸出长度过大时, 容易发生过热而成段熔断, 使气体保护效果变差, 飞溅严重, 焊接过程不稳定 ; 焊丝伸出长度过小则会缩短喷嘴与焊件的距离, 飞溅金属容易堵塞喷嘴, 影响气体保护效果, 且阻挡焊工视线 对于不同直径 不同材料的焊丝, 允许的焊丝伸出长度不同 焊接时可参考表 3.8 表 3.8 焊丝伸出长度的允许值 ( 单位 :mm) 焊丝直径 /mm H08Mn2SiA H08Cr19Ni9Ti 0.8 6~12 5~ ~13 6~ ~15 7~12 (6) 气体流量 CO 2 气体流量应根据对焊接区的保护效果来选取 焊接电流 电弧电压 焊接速度 接头形式及作业条件对流量都有影响 其流量过大过小都会影响气体保护效果, 容易产生焊接缺陷 通常焊接流量在 200A 以下时, 气体流量约为 10 ~ 15L/min ; 焊接电流大于 200A 时, 气体流量约为 15 ~ 25L/min (7) 电源极性 CO 2 气体保护焊一般采用直流反接 直流反接具有电弧稳定性好 飞溅小及熔深大等特点 在粗丝大电流焊接时, 也可采用直流正接 此时, 焊接过程稳定, 焊丝熔化速度快 熔深浅 堆高大, 主要用于堆焊机铸铁补焊 (8) 焊枪的倾角焊枪的倾角也是不可忽略的因素 当焊枪倾角小于 10 时, 不论是前倾还是后倾, 对焊接过程及焊缝成形都没有明显的影响 ; 但倾角过大 ( 如前倾角大于 25 时 ), 将增加熔宽并减小熔深, 还会增加飞溅 (9) 回路电感焊接回路的电感值应根据焊丝直径和电弧电压来选择, 不同直径焊丝的合适电感值也不同 通常电感值随焊丝直径增大而增加, 并可通过试焊的方法来判断 若焊接过程稳定, 飞溅很少, 则说明电感值是合适的 (10) 喷嘴与焊件间的距离喷嘴与焊件间的距离是根据焊接电流来选择的 焊接电流越大, 它们之间的距离也增大 一般当焊接电流小于 200A 时, 喷嘴与焊件间的距离为 10 ~ 15mm 钢结构制造与安装 56