第5节钢结构焊接

1、第5章 钢结构焊接5.1 概述焊接是钢结构制造的主要工艺方法之一。是建筑钢结构制作中十分重要的加工工艺，是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。与铆接相比(图5.1-1)，焊接具有节省金属材料，接头密封性好、设计施工较为容易、生产效率较高和劳动条件较好等优点。图5.1-1 铆接和焊接5.2 焊接方法及适用范围5.2.1 焊接方法分类1. 基本焊接方法分类随着焊接技术的不断发展，焊接方法越来越多，而且新的方法仍在不断涌现，所以分类繁多；最常见和应用最多的分类方法为族系法。族系法是根据焊接工艺中的某几个特征将其分为若干大类，然后进一步根据其他特征细分为

2、若干小类，如此形成族系。常见基本焊接方法采用族系法分类见表5.2-1。表5.2-1 焊接方法分类表(族系法)基本焊接方法熔化焊接电弧焊熔化极螺柱焊(栓钉焊)焊条电弧焊埋弧焊气体保护焊氩弧焊(熔化极)非熔化极钨极氩弧焊原子氢焊钨极氩弧焊等离子弧焊气焊氧-氢氧-乙炔空气-乙炔电阻焊固体电阻焊(电阻点焊、缝焊、凸焊及对焊等)电渣焊高能束焊电子束焊激光焊续表基本焊接方法熔化焊接铝热焊固相焊接冷压焊高频焊摩擦焊爆炸焊锻焊超声波焊基本焊接方法钎焊火焰钎焊感应钎焊炉中钎焊浸渍钎焊电子束钎焊族系法分类是根据焊接过程中两种材料结合时状态工艺特征进行的，共分为三大类。材料结合时的状态为液相的焊接方法称为熔化焊接，

3、简称熔焊，材料结合时状态为固相的焊接方法称为固相焊接；材料结合状态为固相兼液相的焊接方法称为钎焊。每一大类又可按照各自的焊接工艺特性再进一步细分，例如熔化焊，按能源种类可分为电弧焊、气焊、电渣焊；如电弧焊可分为熔化极和非熔化极等。2. 建筑钢结构常用焊接方法建筑钢结构的制作、安装中，焊接主要采用熔化极焊接中的电弧焊和电渣焊。其中最常用的焊接方法有手工电弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊、螺柱焊(栓焊)、电渣焊等，分类见表5.2-2。表5.2-2 建筑钢结构常用焊接方法焊接方法手工焊焊条电弧焊半自动焊熔化极气体保护焊CO2保护焊实芯焊丝药芯焊丝CO2+O2保护焊CO2+Ar保护焊埋弧半自动焊自保护焊

4、重力焊螺柱焊(栓焊)全自动焊埋弧焊熔化极气体保护焊CO2保护焊实芯焊丝药芯焊丝CO2+O2保护焊CO2+Ar保护焊非熔化嘴电渣焊熔嘴电渣焊5.2.2 常用焊接方法的适用范围1. 焊条电弧焊焊条电弧焊(亦称手工电弧焊)是手工操作焊条，利用焊条与被焊工件之间的电弧热量将焊条与工件接头处熔化，冷却凝固后获得牢固接头的焊接方法。手工电弧焊是电弧焊接方法中发展最早、应用最广泛的焊接方法之一。它是以外部涂有涂料的焊条作为电极和填充金属，电弧在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧，涂料在电弧热作用下一方面可以产生气体以保护电弧，另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面，防止熔敷金属与周围气体的相互作用。熔渣的更重要作

5、用是与熔敷金属产生物理化学反应或添加合金元素，改善焊缝金属性能。手工电弧焊具有设备比较简单、轻便、不需要辅助气体保护、操作灵活、适应性强、应用范围广(适用于大多数金属和合金的焊接)，能在空间任意位置焊接等优点。电弧焊在建筑钢结构中得到广泛使用，可在室内、室外及高空中平、横、立、仰的任意位置进行施焊。但由于手工电弧焊具有对焊工操作技术要求高、焊工培训费用大、劳动条件差、生产效率低等缺点，在建筑钢结构制作与安装的实际应用中，主要用于特殊部位其他焊接方法无法进行施焊、受焊接施工环境影响其他焊接方法很难保证焊接质量以及定位焊接和焊接缺陷的修补等情况。2. 埋弧焊埋弧焊是以连续送进的焊丝作为电极和填充金

6、属。焊接时，在焊接区域的上面覆盖着一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂下燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化，形成焊缝。在电弧热的作用下，一部分溶剂熔化成熔渣并与液态金属发生冶金反应，熔渣浮在金属熔池的表面，一方面可以保护焊缝金属，防止空气的污染，并与熔化金属发生物理化学反应，改善焊缝金属的化学成分及性能；另一方面还可以使焊缝金属缓慢冷却。埋弧焊由于电弧热量集中、熔深大、焊缝质量均匀、内部缺陷少、塑性和冲击韧性好，优于手工焊。半自动埋弧焊介于自动埋弧焊和手工焊之间，但应用受到其自身条件的限制，焊机须沿焊缝的导轨移动，一般适用于大型构件的直缝和环缝焊接。常被用于梁、柱、支撑等构件主体直焊缝、拼板焊缝，直缝焊管纵

7、、环缝等焊接。3. 熔化极气体保护电弧焊熔化极气体保护电弧焊是以焊丝和焊件为两个极,它们之间产生电弧热来溶化焊丝和焊件母材，同时向焊接区域送入保护气体,使焊接区与周围的空气隔开,对焊接缝进行保护；焊丝自动送进,在电弧作用下不断熔化,与熔化的母材一起融合形成焊缝金属。熔化极气体保护焊按保护气体不同可分为：CO2气体保护焊、惰性气体保护焊和混合气体保护焊。(1) CO2气体保护电弧焊。是目前应用最为广泛的焊接方法之一，它是以CO2作为保护气体。二氧化碳在高温下会分解出氧而进入熔池，因此必须在焊丝中加入适量的锰、硅等脱氧剂。CO2气体保护焊主要特点：成本较低，使用大电流和细焊丝,焊接速度快、熔深大、

8、作业效率高，但只能用于碳钢和低合金钢焊接。(2) 惰性气体保护焊。用氩或氦作为保护气体，惰性保护气体不参与熔池的冶金反应，适用于各种质量要求较高或易氧化的金属材料，如不锈钢、铝、钛、锆等的焊接，但成本较高。(3) 混合气体保护焊。保护气体以氩为主，加入适量的二氧化碳(1530%)或氧(0.55%)。与二氧化碳气体保护焊相比,这种保护焊焊接规范较宽，成形较好,质量较佳；与熔化极惰性气体保护焊相比,熔池较活泼,冶金反应较佳，既经济又有惰性气体保护焊的性能。建筑钢结构制作领域，普遍使用的是CO2气体保护电弧焊，对于焊缝质量要求较高的部位，也采用混合气体保护焊。气体保护焊电弧加热集中、焊接速度快，故焊

9、缝强度比手工焊高，且塑性和抗腐蚀性能好，适合厚钢板或特厚钢板的焊接。CO2气体保护焊手工操作比手工电弧焊的焊接速度快，热量集中，熔池较小，焊接层数少，焊接电弧容易对中焊接，可适应各种位置焊接，焊后基本上无熔渣。在焊接质量上焊接变形小，焊缝有较好的抗锈能力，但焊缝外表面不平滑。由于CO2气体保护焊所具有的生产效率高、操作性能好、易于实现机械化和自动化，且焊缝质量好、对铁锈的敏感性小的优点，且不用焊剂，所以在钢结构生产中已得到广泛应用。CO2气体保护焊主要采用手工操作，手持焊枪移动焊接，也可进行自动焊接。4. 电渣焊多高层建筑钢结构中较多地采用箱形截面钢柱，在梁柱节点区的柱截面内需设置与梁翼缘等厚

10、的加劲板(横隔板)，而加劲板应与箱形截面柱的柱身板采用坡口熔透焊；此时采用一般手工焊时，加劲板四周的最后一条边的焊缝无法焊接，因此需要采用电渣焊。电渣焊一般有两种形式：熔嘴电渣焊和非熔嘴电渣焊。(1) 熔嘴电渣焊熔嘴电渣焊是用细直径冷拔无缝钢管外涂药皮制成的管焊条作为熔嘴，焊丝在管内送进。焊接时，将管焊条插入被焊钢板与铜块形成的缝槽内，电弧将焊剂溶化成熔渣池，电流使熔渣温度超过钢材的熔点，从而熔化焊丝和钢板边缘，构成一条堆积的焊缝，把被焊钢板连成整体。熔嘴电渣焊常为竖直施焊，或焊接倾角不大于30。这种焊接方法产生较大的热量，为减少焊接变形,焊缝应对称布置和同时施焊。(2) 非熔嘴电渣焊非熔嘴电

11、渣焊与熔嘴电渣焊的区别：焊丝导管外表不涂药皮，焊接时导管不断上升且不熔化、不消耗。焊接原理同熔嘴电渣焊。使用细直径焊丝配合直流平特性电源，焊速大，焊缝和母材热影响区的性能比熔嘴电渣焊有所提高，因此在近年来得到重视和应用。5. 螺柱焊(栓钉焊)将金属螺柱或其他金属紧固件(栓、钉等)焊到工件上去的方法叫做螺柱焊，在建筑钢结构中称栓钉焊。螺柱焊是将螺柱端头置于陶瓷保护罩内与母材接触并通以直流电，通过短路提升，螺柱端部与工件表面之间产生电弧，电弧作为热源在工件上形成熔池，同时螺柱端部被加热形成熔化层，维持一定的电弧燃烧时间后，在压力作用下将螺柱端部浸入熔池，并将液态金属挤出接头之外，螺柱整个截面与母材

12、牢固结合而形成连接接头。陶瓷保护罩的作用是集中电弧热量，隔离外部空气，保护电弧和熔化金属免受氮、氧的侵入，并防止熔融金属的飞溅。根据采用的电源不同，螺柱焊可分为三种基本形式：(1) 稳定电弧螺柱焊。稳定电弧螺柱焊的放电过程是持续而稳定的过程，焊接电流不用经过调制，焊接过程中电流基本上是恒定的。(2) 不稳定电弧螺柱焊。是利用交流电使大容量的电容器充电后向栓钉与母材之间瞬时放电，达到熔化栓钉端头和母材的目的。由于电容放电能量的限制，一般用于小直径(12mm)栓钉的焊接。(3) 电弧电流经过波形控制的电弧螺柱焊。一般采用两个并联电源先后给电弧供电，其焊接过程只有稳定电弧螺柱焊的十分之一或几十分之一

13、。在建筑钢结构中基本采用稳定电弧栓钉焊。稳定电弧栓钉焊又分为两种：普通栓钉焊和穿透栓钉焊，普通栓钉焊亦称非穿透栓钉焊；穿透栓钉焊用于组合楼板和组合梁，焊接时，将压型钢板焊透，使栓钉、压型钢板和钢构件三者焊接在一起。5.3 焊接接头5.3.1 焊接接头的组成、作用和特点1. 焊接接头的组成用焊接方法连接的不可拆卸的接头称为焊接接头，它由焊缝、热影响区(包括熔合区)及邻近母材组成。2. 焊接接头的作用在焊接结构中，焊接接头主要起两方面的作用：一是连接作用，即把被焊工件连接成一个整体；二是传力作用，即传递被焊工件所承受的载荷。3. 焊接接头的特点与其他连接方法相比，焊接接头具有许多突出的优点，如：(

14、1) 承载的多样性特别是焊透的熔焊接头，能很好的承受各种载荷；(2) 结构的多样性能很好地适应不同形状、不同材料结构的要求，材料的利用率高，接头所占空间小；(3) 连接的可靠性现代焊接和检验技术水平可保证获得高质量、高可靠性的焊接接头；(4) 加工的经济性施工难度低，可实现自动化，检查维修简单，修理容易，制造成本相对较低，几乎不产生废品。但是，在许多情况下，焊接接头又是焊接结构上的薄弱环节，焊接接头的突出问题有：(1) 几何上的不连续性外形尺寸突变，可能存在各种焊接缺陷。从而引起应力集中，减小承载面积，形成断裂源；(2) 力学上的不均匀性可能存在脆化区、软化区、各种劣质区；(3) 焊接变形与残

15、余应力的存在焊接存在角变形、扭曲等焊接变形和接近材料屈服应力水平的残余应力。此外还能造成整个结构的变形。5.3.2 焊接接头的基本类型焊接接头根据连接构件形式不同分为板接头和管接头，板接头由对接接头、T形接头、十字接头、角接头和搭接接头等组成，如图5.3-1。管接头则由T形接头、K形接头、Y形接头等组成。5.3.3 焊缝类型及质量分级焊缝类型可按连接方式、构造特点、工作性质、施焊位置进行分类。按被连接构件间的相对位置分为对接、搭接、T型连接和角接连接四种，见图5.3-2所示。按焊缝构造可分为对接焊缝和角焊缝两种类型。T形连接和角接连接根据板厚、焊接方法、焊缝受力情况，可采用角焊缝或开坡口的对接

16、焊缝。焊缝按其工作性质来分有强度焊缝和密强焊缝两种。强度焊缝只作为传递内力之用，密强焊缝除传递内力外，还须保证不使气体或液体渗漏。图5.3-1 焊接接头基本类型(a)对接接头 (b)T形(十字)接头 (c)搭接接头 (d)角接接头图5.3-2 焊接连接形式和焊缝类型焊缝按施焊位置分有俯焊(平焊)、立焊、横焊和仰焊四种，见图5.3-3所示。俯焊施焊方便、质量好、效率高；立焊和横焊是在立面上施焊的竖向和水平焊缝，生产效率和焊接质量比俯焊的差一些；仰焊是仰望向上施焊，操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此应尽可能避免采用仰焊焊缝。在建筑钢结构中，一般将焊缝分为一级、二级、三级等三个质量等级，不同质量等

17、级的焊缝，质量要求不一样，规定采用的检验比例、验收标准也不一样。钢结构设计规范GB50017根据结构的重要性，实际承受荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等来确定焊缝的质量等级。图5.3-3 施焊位置分类5.3.4 焊接节点构造1. 一般规定(1) 钢结构焊接节点构造，应符合下列要求： 尽量减少焊缝的数量和尺寸。 焊缝的布置尽量对称于构件截面的中和轴。 便于焊接操作，避免仰焊位置施焊。 采用刚性较小的节点形式，避免焊缝密集和双向、三向相交。 焊缝位置避开高应力区： 根据不同焊接工艺方法合理选用坡口形状和尺寸。(2) 管材可采用T、K、Y及X形等连接接头(图5.3-4)。(3) 施工图中采用

18、的焊缝符号应符合现行国家标准焊缝符号表示法(GB324)和建筑结构制图标准(GB/T 50105)的规定，并应标明工厂车间施焊和工地安装施焊的焊缝及所有焊缝的部位、类型、长度、焊接坡口形式和尺寸、焊脚尺寸、部分焊透接头的焊透深度。(a)T(X)形节点；(b)Y形节点；(c)K形节点；(d)K形复合节点；(e)偏离中心的连接图5.3-4 管材连接接头形式示图2. 焊接坡口的形状尺寸代号和标记各种焊接方法及接头坡口形状尺寸代号和标记见下列规定：(1) 焊接方法及焊透种类代号应符合表5.3-1的规定。(2) 接头形式及坡口形状代号应符合表5.3-2的规定。(3) 焊接面及垫板种类代号应符合表5.3-

19、3的规定。(4) 焊接位置代号应符合表5.3-4的规定。(5) 坡口各部分尺寸代号应符合表5.3-5的规定。表5.3-1 焊接方法及焊透种类的代号代号焊接方法焊透种类MC手工电弧焊接完全焊透焊接MP部分焊透焊接GC气体保护电弧焊接自保护电弧焊接完全焊透焊接GP部分焊透焊接SC埋弧焊接完全焊透焊接SP部分焊透焊接表5.3-2 接头形式及坡口形状的代号接头形式坡口形状代 号名 称代 号名 称板接头(图5.3-1)B对接接头II形坡口TT形接头VV形坡口X十字接头XX形坡口C角接接头L单边V形坡口F搭接接头KK形坡口管接头(图5.3-4)TT形接头U*U形坡口KK形接头J*单边U形坡口YY形接头/注

20、：当钢板厚度50mm时，可采用U形或J形坡口。表5.3-3 焊接面及垫板种类的代号反面垫板种类焊 接 面代号使用材料代号焊接面规定BS钢衬垫1单面焊接BF其它材料的衬垫2双面焊接表5.3-4 焊接位置的代号代号焊接位置代号焊接位置F平焊V立焊H横焊O仰焊表5.3-5 坡口各部分尺寸代号代号坡口各部分的尺寸T接缝部位的板厚(mm)b坡口根部间隙(mm)续表H坡口深度(mm)P坡口钝边(mm)a坡口角度()(6) 焊接接头坡口形状和尺寸标记见下列规定：标记示例：手工电弧焊、完全焊透、对接、I形坡口、背面加钢衬垫的单面焊接接头表示为MC-BI-BSl。3. 焊接接头构造要求(1) 塞焊和槽焊焊缝的尺

21、寸、间距、填焊高度应满足下列要求： 塞焊缝和槽焊缝的有效面积应为贴合面上圆孔或长槽孔的标称面积。 塞焊焊缝的最小中心间隔应为孔径的4倍，槽焊焊缝的纵向最小间距应为槽孔长度的2倍，垂直于槽孔长度方向的两排槽孔的最小间距应为槽孔宽度的4倍。 塞焊孔的最小直径不得小于开孔板厚度加8mm，最大直径应为最小直径值加3mm或为开孔件厚度的2.25倍，并取两值中较大者。槽孔长度不应超过开孔件厚度的10倍，最小及最大槽宽规定与塞焊孔的最小及最大孔径规定相同。 塞焊和槽焊的填焊高度：当母材厚度等于或小于16mm时，应等于母材的厚度；当母材厚度大于16mm时，不得小于母材厚度的一半，并不得小于16mm。 塞焊焊缝

22、和槽焊焊缝的尺寸应根据贴合面上承受的剪力计算确定。 严禁在调质钢上采用塞焊和槽焊焊缝。(2) 角焊缝的尺寸应满足下列要求： 角焊缝的最小计算长度应为其焊脚尺寸(hf)的8倍，且不得小于40mm；焊缝计算长度应为焊缝长度扣除引弧、收弧长度。 角焊缝的有效面积应为焊缝计算长度与计算厚度(he)的乘积。对任何方向的荷载，角焊缝上的应力应视为作用在这一有效面积上。 断续角焊缝焊段的最小长度应不小于最小计算长度。 单层角焊缝最小焊脚尺寸宜按表5.3-6取值，同时应符合设计要求。 当被焊构件较薄板厚度25mm时，宜采用局部开坡口的角焊缝。 角焊缝十字接头，不宜将厚板焊接到较薄板上。表5.3-6 单层焊角焊

23、缝的最小尺寸(mm)母材厚度t角焊缝的最小焊脚尺寸hf母材厚度t角焊缝的最小焊脚尺寸hf4316、1866、8420257续表10、12、145注：用低氢焊接材料时，t应取较薄件厚度：非低氢焊接材料时，t应取较厚件厚度。(3) 搭接接头角焊缝的尺寸及布置应满足下列要求： 传递轴向力的部件，其搭接接头最小搭接长度应为较薄件厚度的5倍，但不小于25mm(图5.3-5)。并应施焊纵向或横向双角焊缝。tt1和t2中较小者；hf一焊脚尺寸，按设计要求图5.3-5 双角焊缝搭接要求示意 单独用纵向角焊缝连接型钢杆件端部时，型钢杆件的宽度w应不大于200mm(图5.3-6)，当宽度w大于200mm时，需加横

24、向角焊缝或中间塞焊。型钢杆件每一侧纵向角焊缝的长度L应不小于W。图5.3-6 纵向角焊缝的最小长度示意 图5.3-7 搭接角焊缝沿母材棱边的最大焊脚尺寸示意 型钢杆件搭接接头采用围焊时，在转角处应连续施焊。杆件端部搭接角焊缝作绕焊时，绕焊长度应不小于两倍焊脚尺寸，并连续施焊。 搭接焊缝沿材料棱边的最大焊脚尺寸，当板厚小于、等于6mm时，应为母材厚度；当板厚大于6mm时，应为母材厚度减去12mm(图5.3-7)。 用搭接焊缝传递荷载的套管接头可以只焊一条角焊缝，其管材搭接长度L应不小于5(t1+t2)，且不得小于25mm。搭接焊缝焊脚尺寸应符合设计要求(图5.3-8)。图5.3-8 管材套管连接

25、的搭接焊缝最小长度示意(4) 不同厚度及宽度的材料对接时，应作平缓过渡并满足下列要求： 不同厚度的板材或管材对接接头受拉时，其允许厚度差值(t1-t2)应符合表5.3-7的规定。当超过表5.3-7的规定时应将焊缝焊成斜坡状，其坡度最大允许值应为1:2.5；或将较厚板的一面或两面及管材的内壁或外壁在焊前加工成斜坡，其坡度最大允许值应为l:2.5(图5.3-9)。表5.3-7 不同厚度钢材对接的允许厚度差(mm)较薄钢材厚度t259101212允许厚度差t1-t2234 不同宽度的板材对接时，应根据工厂及工地条件采用热切割、机械加工或砂轮打磨的方法使之平缓过渡，其连接处最大允许坡度值应为1:2.5

26、(图5.3-9)。(a) 板材厚度不同加工成斜坡状；(b) 板材厚度不同焊成斜坡状；(c) 管材内径相同壁厚不同；(d) 管材外径相同壁厚不同；(e) 板材宽度不同图5.3-9 对接接头部件厚度、宽度不同时的平缓过渡要求示意5.4 焊接工艺评定5.4.1 定义验证所拟订焊件的焊接工艺，并进行试验结果评价的过程，称为焊接工艺评定。它是通过对焊接接头的力学性能或其他性能的试验来证实焊接工艺规程正确性和合理性的一种方法。5.4.2 焊接工艺评定的一般步骤(1) 了解待评定构件的特点和有关信息如焊接接头形式、钢材材质、板厚、焊接位置、坡口形状及尺寸，以及是否规定了焊接方法等。制定出应进行焊接工艺评定的

27、若干典型接头，避免重复评定或漏评。(2) 编制焊接工艺评定指导书焊接工艺评定指导书是焊接工艺评定的原始依据和评定对象，是将待评定的焊接工艺内容全部反映出来的载体。其内容主要有：焊接方法、焊接位置、母材钢号、厚度、接头及试件形式、焊接工艺参数、技术措施等；还应包括编制日期、编制人、审核人签字和文件编号。(3) 试件准备按规定的图样，选择材料并制成待焊试件。(4) 焊接设备、工艺装备和焊工准备所用设备、装备、仪表应处于正常工作状态，焊工须是本企业熟练的，持证人员。(5) 试件焊接焊接是整个工艺评定过程中最重要的环节，除要求焊工应严格按照焊接工艺评定指导书要求的认真操作外，还应有专人做好施焊记录，它

28、是现场焊接的原始资料，是焊接工艺评定报告的重要依据，应认真做好并妥善保管。(6) 试样制备及试验按工艺评定要求进行焊缝的检验，并制作试验所需的试样。按相关规范进行各试样性能试验，并填写各项试验报告。(7) 编制焊接工艺评定报告评定报告是各项检测试验的结果，是试验报告汇总后进行的总结，其内容包括焊接工艺评定指导书的内容，但不是拟定而是实际的记录。给出最后评定结论。若有不合格，分析原因并提出改进措施，修改焊接工艺评定指导书，重新进行评定，直到合格为止。5.4.3 基本规定(1) 凡符合以下情况之一者，应在钢结构构件制作及安装施工之前进行焊接工艺评定： 国内首次应用于钢结构工程的钢材(包括钢材牌号与

29、标准相符但微合金强化元素的类别不同和供货状态不同，或国外钢号国内生产)。 国内首次应用于钢结构工程的焊接材料。 设计规定的钢材类别、焊接材料、焊接方法、接头形式、焊接位置、焊后热处理制度以及施工单位所采用的焊接工艺参数、预热后热措施等各种参数的组合条件为施工企业首次采用。(2) 焊接工艺评定应由钢结构制作、安装企业根据所承担钢结构的设计节点形式、钢材类型、规格、采用的焊接方法、焊接位置等，制定焊接工艺评定方案，拟定相应的焊接工艺评定指导书，按规定要求施焊试件、切取试样并由具有国家技术质量监督部门认证资质的检测单位进行检测试验。(3) 焊接工艺评定的施焊参数，包括热输入、预热、后热制度等应根据被

30、焊材料的焊接性制订。(4) 焊接工艺评定所用设备、仪表的性能应与实际工程施工焊接相一致并处于正常工作状态，所用的钢材、焊钉、焊接材料必须与实际工程所用材料一致并符合相应标准要求，具有生产厂出具的质量证明文件。(5) 焊接工艺评定试件应由该工程施工企业中技能熟练的焊接人员施焊。(6) 焊接工艺评定试验完成后，应由评定单位根据检测结果提出焊接工艺评定报告，连同焊接工艺评定指导书、评定记录、评定试样检验结果一起报工程质量监督验收部门和有关单位审查备案。5.4.4 焊接工艺评定原则(1) 不同焊接方法的评定结果不得互相代替。(2) 不同钢材的焊接工艺评定应符合下列规定： 不同类别钢材的焊接工艺评定结果

31、不得互相代替； I、类同类别钢材中当强度和冲击韧性级别发生变化时，高级别钢材的焊接工艺评定结果可代替低级别钢材；、类同类别钢材中的焊接工艺评定结果不得相互代替；不同类别的钢材组合焊接时应重新评定，不得用单类钢材的评定结果代替。常用钢材分类见表5.4-1所示。表5.4-1 常用钢材分类类别号钢材强度级别Q215、Q235Q295、Q345Q390、Q420Q460(3) 接头形式变化时应重新评定，但十字形接头评定结果可代替T形接头评定结果，全焊透或部分焊透的T形或十字形接头对接与角接组合焊缝评定结果可代替角焊缝评定结果。(4) 评定合格的试件厚度在工程中适用的厚度范围应符合表5.4-2的规定。表

32、5.4-2 评定合格的试件厚度与工程适用厚度范围焊接方法类别号评定合格试件厚度t/mm工程适用厚度范围板厚最小值板厚最大值各种电弧焊250.75t2.0t各种电弧焊250.75t1.5t电渣焊、气电焊不限0.5t1.1t栓钉焊120.5t2.0t(5) 板材对接的焊接工艺评定结果适用于外径大于600mm的管材对接。(6) 评定试件的焊后热处理条件应与钢结构制造、安装焊接中实际采用的焊后热处理条件基本相同。(7) 焊接工艺参数变化不超过有关规定时，可不需重新进行工艺评定。(8) 焊接工艺评定结果不合格时，应分析原因，制订新的评定方案，按原步骤重新评定，直到合格为止。(9) 施工企业已具有同等条件

33、焊接工艺评定资料时，可不必重新进行相应项目的焊接工艺评定试验。5.5 焊接工艺5.5.1 施工准备1. 技术准备(1) 在构件制作前，工厂应按施工详图以及钢结构焊接规范的要求进行焊接工艺评定试验。生产制造过程应严格按工艺评定的有关参数和要求进行，通过跟踪检测如发现按照工艺评定规范生产时质量不稳定，应重做工艺评定，直至达到质量稳定。(2) 根据制造方案和技术规范以及施工详图的有关要求编制焊接工艺，工厂应组织有关部门进行工艺评审。(3) 焊接工艺文件应符合下列要求： 焊接前应由焊接技术责任人员根据焊接工艺评定结果编制焊接工艺文件，并向有关操作人员进行技术交底，施工中应严格遵守工艺文件的规定。 焊接

34、工艺文件应包括下列内容：焊接方法或焊接方法的组合；母材的牌号、厚度及其它相关尺寸；焊接材料型号、规格；焊接接头形式、坡口形状及尺寸允许偏差；夹具、定位焊、衬垫的要求；焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接层次、清根要求、焊接顺序等焊接工艺参数规定；预热温度及层间温度范围；后热、焊后消除应力处理工艺；检验方法及合格标准；其它必要的规定。2. 材料要求(1) 建筑钢结构用钢材及焊接材料的选用应符合设计图的要求，并应具有钢厂和焊接材料厂出具的质量证明书或检验报告；其化学成分、力学性能和其它质量要求必须符合国家现行标准规定。当采用其它钢材和焊接材料替代设计选用的材料时，必须经原设计单位同意。(2) 钢材的

35、复验应符合国家现行有关工程质量验收标准的规定；大型、重型及特殊钢结构的主要焊缝采用的焊接材料应按生产批号进行复验。复验应由国家技术质量监督部门认可的质量监督检测机构进行。(3) 钢结构工程中选用的新材料必须经过新产品鉴定。钢材应由生产厂提供可焊性、指导性焊接工艺、热加工和热处理工艺参数、相应钢材的焊接接头性能数据等资料；焊接材料应由生产厂提供贮存及焊前烘焙参数规定、熔敷金属成分、性能鉴定资料及指导性施焊参数，经专家论证、评审和焊接工艺评定合格后，方能在工程中采用。(4) 焊接T形、十字形、角接接头，当其翼缘板厚度等于或大于40mm时，一般应采用抗层状撕裂的钢板。钢材的厚度方向性能级别应根据工程

36、的结构类型、节点形式及板厚和受力状态的不同进行选择。(5) 钢材还应符合下列要求： 清除待焊处表面的水、氧化皮、锈、油污等。 焊接坡口边缘上钢材的夹层缺陷长度超过25mm时，应采用无损探伤检测其深度，如深度不大于6mm，应用机械方法清除；如深度大于6mm，应用机械方法清除后焊接填满；若缺陷深度大于25mm时，应采用超声波探伤测定其尺寸，当单个缺陷面积(nd)或聚集缺陷的总面积不超过被切割钢材总面积(BL)的4%时为合格，否则不能使用。 钢材内部的夹层缺陷，其尺寸不超过第2款的规定且位置离母材坡口表面距离(b)大于或等于25mm时不需要修补；如该距离小于25mm则应进行修补。 当夹层缺陷为裂纹时

37、(图5.5-1)，如裂纹长度(a)和深度(d)均不大于50mm，其修补方法应符合有关规定；如裂纹深度超过50mm或累计长度超过板宽的20%时，则该钢板不能使用。图5.5-1 夹层缺陷示意(6) 焊条应符合现行国家标准碳钢焊条(GB/T 5117)、低合金钢焊条(GBT 5118)的规定。(7) 焊丝应符合现行国家标准熔化焊用钢丝(GB/T 14957)、气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝(GB/T 8110)及碳钢药芯焊丝(GB/T 10045)、低合金钢药芯焊丝(GB/T 17493)的规定。(8) 埋弧焊用焊丝和焊剂应符合现行国家标准埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂(GB/T 5293)、埋弧焊用低

38、合金钢焊丝和焊剂(GB/T 12470)的规定。(9) 气体保护焊使用的氩气应符合现行国家标准氩气(GB/T 4842)的规定，其纯度不应低于99.95%。(10) 气体保护焊使用的CO2气体应符合现行行业标准焊接用二氧化碳(HG/T 2537)的规定，大型、重型及特殊钢结构工程中主要构件的重要焊接节点采用的CO2气体质量应符合该标准中优等品的要求，即其CO2含量(体积分数)不得低于99.9%，水蒸气与乙醇总含量(质量分数)不得高于0.005%，并不得检出液态水。(11) 焊接材料还应符合下列规定： 焊条、焊丝、焊剂和熔嘴应储存在干燥、通风良好的地方，由专人保管。 焊条、熔嘴、焊剂和药芯焊丝在

39、使用前，必须按产品说明书及有关工艺文件的规定进行烘干。 低氢型焊条烘干温度应为350380，保温时间应为1.52h，烘干后应缓冷放置于110120的保温箱中存放、待用；使用时应置于保温筒中；烘干后的低氢型焊条在大气中放置时间超过4h应重新烘干；焊条重复烘干次数不宜超过2次；受潮的焊条不应使用。 实芯焊丝及熔嘴导管应无油污、锈蚀，镀铜层应完好无损。 栓钉的外观质量和力学性能及焊接瓷环尺寸应符合现行国家标准电弧螺柱焊用圆柱头焊钉(GB 10433)的规定，并应由制造厂提供栓钉性能检验及其焊接端的检测资料。栓钉保存时应有防潮措施；栓钉及母材焊接区如有水、氧化皮、锈、漆、油污、水泥灰渣等杂质，应清除干

40、净后才能施焊。受潮的焊接瓷环使用前应经120烘干2h。 焊条、焊剂烘干装置及保温装置的加热、测温、控温性能应符合使用要求；CO2气体保护电弧焊所用的CO2气瓶必须装有预热干燥器。(12) 焊接不同类别钢材时，焊接材料的匹配应符合设计要求。常用结构钢材采用CO2气体保护焊和埋弧焊进行焊接时，焊接材料可按第2章的规定选配。3. 主要机具(1) 手工电弧焊机具电源、交(直)流电焊机、焊条烘干箱、焊接滚轮架、焊钳、焊接电缆、焊接电缆快速接头、接地夹钳、焊条保温桶等。(2) 埋弧自动焊机具电源、埋弧焊机、焊剂回收设备、焊剂烘干箱、焊接滚轮架、翼缘矫正机等。(3) 熔嘴电渣焊机具电源、电渣焊机、引熄弧块、

41、水冷成形滑块、焊剂烘干箱、焊接滚轮架等。(4) 焊钉焊接机具电源、熔焊栓钉机、焊枪。(5) 二氧化碳气体保护焊电源、CO2焊机、焊枪、焊接滚轮架、翼缘矫正机等。(6) 焊接检验通用设备、仪器及工具数字温度仪、膜测厚仪、超声波探伤仪、温湿度仪、磁粉探伤仪、数字钳形电流表、焊接检验尺、游标卡尺、钢卷尺。4. 作业条件(1) 焊接作业区风速当手工电弧焊超过8m/s、气体保护电弧焊及药芯焊丝电弧焊超过2m/s时，应设防风棚或采取其它防风措施。制作车间内焊接作业区有穿堂风或鼓风机时，也应按以上规定设挡风装置。(2) 焊接作业区的相对湿度不得大于90%。(3) 当焊件表面潮湿或有冰雪覆盖时，应采取加热去湿

42、除潮措施。(4) 焊接作业区环境温度低于0时，应将构件焊接区各方向大于或等于二倍钢板厚度且不小于100mm范围内的母材，加热到20以上后方可施焊，且在焊接过程中均不应低于这一温度。实际加热温度应根据构件构造特点、钢材类别及质量等级和焊接性、焊接材料熔敷金属扩散氢含量、焊接方法和焊接热输入等因素确定，其加热温度应高于常温下的焊接 预热温度，并由焊接技术责任人员制订出作业方案经认可后方可实施。作业方案应保证焊工操作技能不受环境低温的影响，同时对构件采取必要的保温措施。(5) 焊条在使用前应按产品说明书规定的烘焙时间和烘焙温度进行烘焙。低氢型焊条烘干后必须存放在保温箱(筒)内，随用随取。焊条由保温箱

43、(筒)取出到施焊的时间不宜超过2h(酸性焊条不宜超过4h)。不符上述要求时，应重新烘干后再用，但焊条烘干次数不宜超过2次。(6) 焊接作业区环境超出上述(1)、(4)款规定但必须焊接时，应对焊接作业区设置防护棚并制订出具体方案，连同低温焊接工艺参数、措施报监理工程师确认后才能进行焊接。5.5.2 基本规定1. 焊缝坡口表面及组装质量(1) 焊接坡口可用火焰切割或机械方法加工。当采用火焰切割时，切割面质量应符合现行行业标准热切割、气割质量和尺寸偏差(ZBJ-590023)的相应规定。缺棱为13mm时，应修磨平整；缺棱超过3mm 时，应用直径不超过3.2mm的低氢型焊条补焊，并修磨平整。当采用机械

44、方法加工坡口时，加工表面不能有台阶。(2) 施焊前，焊工应检查焊接部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。各种焊接方法焊接坡口组装允许偏差值应符合没计规定。坡口组装间隙超过允许偏差规定时，可在坡口单侧或两侧堆焊、修磨使其符合要求，但当坡口组装间隙超过较薄板厚度2倍或大于20mm时，不应用堆焊方法增加构件长度和减小组装间隙。(3) 搭接接头及T形角接接头组装间隙超过1mm或管材T、K、Y形接头组装间隙超过1.5mm时，施焊的焊脚尺寸应比设计要求值增大并应符合设计规定。但T形角接接头组装间隙超过5mm时，应事先在板端堆焊并修磨平整或在间隙内堆焊填补后施焊。(4) 严禁在

45、接头间隙中填塞焊条头、铁块等杂物。2. 引弧板、引出板、垫板要求(1) 严禁在承受动荷载且需经疲劳验算构件焊缝以外的母材上打火、引弧或装焊夹具。(2) 不应在焊缝以外的母材上打火、引弧。(3) T形接头、十字形接头、角接接头和对接接头主焊缝两端，必须配置引弧板和引出板，其材质应和被焊母材相同，坡口形式应与被焊焊缝相同，禁止使用其它材质的材料充当引弧板和引出板。(4) 手工电弧焊和气体保护电弧焊焊缝引出长度应大于25mm。其引弧板和引出板宽度应大于50mm，长度宜为板厚的1.5倍且不小于30mm，厚度应不小于6mm。非手工电弧焊焊缝引出长度应大于80mm。其引弧板和引出板宽度应大于80mm，长度

46、宜为板厚的2倍且不小于100mm，厚度应不小于10mm。(5) 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。3. 定位焊要求(1) 定位焊必须由持相应合格证的焊工施焊，所用焊接材料应与正式施焊相当。(2) 定位焊焊缝应与最终焊缝有相同的质量要求。钢衬垫的定位焊宜在接头坡口内焊接，定位焊焊缝厚度不宜超过设计焊缝厚度的2/3，定位焊焊缝长度宜大于40mm，间距宜为500600mm，并应填满弧坑。(3) 定位焊预热温度应高于正式施焊预热温度。(4) 当定位焊焊缝上有气孔或裂纹时，必须清除后重焊。4. 多层焊施焊要求(1) 厚板多层焊时应连续施焊，每一焊道焊接完

47、成后应及时清理焊渣及表面飞溅物，发现影响焊接质量的缺陷时，应清除后方可再焊。在连续焊接过程中应控制焊接区母材温度，使层间温度的上、下限符合工艺文件要求。遇有中断施焊的情况，应采取适当的后热、保温措施，再次焊接时重新预热温度应高于初始预热温度。(2) 坡口底层焊道采用焊条手工电弧焊时宜使用不大于4mm的焊条施焊，底层根部焊道的最小尺寸应适宜，但最大厚度不应超过6mm。(3) 控制焊接变形，可采用反变形措施，其反变形参考值见表5.5-1。表5.5-1 焊接反变形参考数值板厚反变形角度(平均值)150200250300350400450500550600650700121304022.5344.55

48、141224022.533.5455.516141.522.533.5444.5552011222.533.544.54.555255511.522.5333.5444.5552834201111.52222.52.533.53.53027200.51111.51.52222.52.533617200.50.50.511111.51.51.51.524011200.50.50.50.50.50.51111115. 焊接收缩变形量估算(1) 纵向收缩变形量。有纵向长焊缝的钢构件，单道焊时其长度方向的收缩量估算公式为： (5.5-1)式中 焊缝截面积，mm2； 杆件截面积，mm2； 杆件长度，mm

49、； 纵向收缩量，mm； 与焊接方法、材料热膨胀系数和多层焊层有关的系数，对于不同的焊接方法、系数k1的数值不同： CO2焊：1 =0.043 埋弧焊：1 =0.0710.076 手工电弧焊：1 =0.0480.057当焊缝在构件中的位置相对于中和轴不对称时，焊缝的纵向收缩变形还会使构件弯曲产生挠度，构件单道焊时，由于纵向收缩引起的挠度可用以下公式计算： (5.5-2)式中 纵向收缩引起的挠度，cm；焊缝截面积，cm2； 焊缝到构件中和轴的距离，cm； 杆件长度，cm； 杆件截面惯性矩，cm4； 1系数(与纵向收缩量公式中k1的数值相同)。(2) 横向收缩变形量。影响横向收缩的因素很多，简单采用

50、某一公式不能完全表达所有因素的影响。下式仅为参考的估算公式。 (5.5-3)式中 对接接头横向收缩量，mm；焊缝截面积，mm2； 根部间隙，mm； 板厚，mm； 对接焊缝垂直于长构件轴线并与中和轴不对称时，该焊缝的横向收缩也会使长构件产生挠曲，其挠度量则与焊缝布置，焊缝截面积以及构件截面形式、刚度有关，不能用单一公式表达。(3) 角变形量。可参考下式计算： (5.5-4)式中 角变形量，rad；翼缘宽，mm； 翼缘厚，mm；焊脚尺寸，mm；5.5.3 焊接预热、后热及焊后热处理1. 焊接预热在钢结构制作、安装中，重要构件的焊接、高强度低合金钢的焊接及厚钢板的焊接，都要求在焊前必须进行预热。焊前

51、预热的主要作用如下： (1) 预热能减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生氢致裂纹。同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度，提高了焊接接头的抗裂性。(2) 预热可降低焊接应力。均匀地局部预热或整体预热，可以减少焊接区域被焊工件之间的温度差(也称为温度梯度)。这样，一方面降低了焊接应力，另一方面，降低了焊接应变速率，有利于避免产生焊接裂纹。(3) 预热可以降低焊接结构的拘束度，对降低角接接头的拘束度尤为明显，随着预热温度的提高，裂纹发生率下降。预热温度和层间温度的选择不仅与钢材和焊条的化 学成分有关，还与焊接结构的刚性、焊接方法、环境温度等有关，应综合考虑这些因素后确定。另外，预

52、热温度在钢材板厚方向的均匀性和在焊缝区域的均匀性，对降低焊接应力有着重要的影响。局部预热的宽度，应根据被焊工件的拘束度情况而定。预热温度应均匀，如果预热不均匀，不但不减小焊接应力，反而会出现增大焊接应力的情况。2. 后热处理后热处理，是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100以下时进行的，主要为了降低焊缝与焊接接头的冷却速度，促进氢的逸出、防止低温裂纹而进行的低温热处理。后热处理也称焊后消氢处理，主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，防止低合金钢焊接时产生低温焊接裂纹。3. 焊接预热及后热处理的规定(1) 除电渣焊、气电立焊外，I、类钢材匹配相应强度级别的低氢型焊接材料并采用中等热输入进行焊接

53、时，板厚与最低预热温度要求可参考表5.5-2的数值。表5.5-2 常用结构钢材最低预热温度要求钢材牌号接头最厚部件的板厚Q235-6080100Q295、Q345-6080100140注：本表适应条件：(l) 接头形式为坡口对接，根部焊道，一般拘束度；(2) 热输人约为15-25 kJ/cm；(3) 采用低氢型焊条，熔敷金属扩散氢含量(甘油法)：E4315、4316不大于8ml/100g；E5015、E5016、E5515、E5516不大于6ml/100g；E6015、E6016不大于4ml/100g。(4) 一般拘束度，指一般角焊缝和坡口焊缝的接头未施加限制收缩变形的刚性固定也未处于结构最终封闭安装或局部返修焊接条件下而具有一定自由度；(5) 环境温度为常温；(6) 焊接接头板厚不同时，应按厚板确定预热温度：焊接接头材质不同时，按高强度、高碳当量的钢材确定预热温度。(2) 实际构件施焊时的预热温度，还应满足下列规定： 根据焊接接头的坡口形式和实际尺寸、板厚及构件拘束条件确定预热温度。焊接坡口角度及间隙增大时，应相应提高预热温度。 根据熔敷金属的扩散氢含量确定预热温度。扩散氢含量高时应适当提高预热温度。当