《钢结构制作与安装》课件-04-钢结构焊接基础知识

钢结构焊接基本知识钢结构连接基本知识1目录CONTENT钢结构焊接基本知识2PART01钢结构连接基本知识钢结构连接基本知识焊缝连接一、概念通过电弧产生的热量，使焊条和焊件局部熔化，经冷却凝成焊缝，从而将焊件连为一体。二、优点（1）对钢材的任何方位、角度和形状一般都直接焊接，不削弱构件截面，节约钢材。（2）构造简单、施工方便、连接刚度大、密封性能好。（3）易采用自动化作业，生产效率高。对接焊缝连接角焊缝连接三、缺点（1）由于施焊时的高温作用，钢材的材质变脆。（2）钢材受到不均匀高温和冷却，使结构产生残余应力和残余变形，使结构的刚度、稳定承载力、抗冲击断裂、抗疲劳强度降低，发生脆性破坏的可能性增大。四、适用范围除少数直接承受动力荷载的结构连接不宜采用焊接外，普遍用于工业与民用建筑的钢结构中。

钢结构连接基本知识焊缝连接一、优点塑性和韧性好，连接刚度大，传力可靠，质量易于检查。二、缺点构造复杂,费工费时,对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，施工速度慢,现已很少采用。三、适用范围在一些重型和直接承受动力荷载的结构中，有时仍然采用。钢结构连接基本知识铆钉连接一、分类分为普通螺栓连接和高强螺栓

二、优点1、安装方便、所需设备简单易得、施工效率和质量容易得到保证;2、可方便拆装。三、缺点1、由于需要在构件上制孔，所以对构件截面有削弱;2、需配有连接件，使得钢材用量增加，构造较为复杂，工作量有所增加;3、高强螺栓价格较贵。钢结构连接基本知识螺栓连接N钢结构连接基本知识螺栓连接四、适用范围1、普通螺栓连接(1)用于受拉：一般用于承受拉力的连接；(2)用于受剪：承受静力荷载结构中的连接或间接承受动力荷载的结构的次连接；不承受动力荷载的可装拆结构的受剪连接；安装时的临时连接等。2、高强螺栓连接(3)广泛应用在桥梁、大跨度的工业厂房及民用建筑中。PART02钢结构焊缝基本知识(一)手工电弧焊1.原理利用电弧产生的热量熔化焊条和母材形成焊缝。2.特点优点：设备简单，操作灵活方便，实用性强，应用极为广泛。缺点：生产效率比自动或半自动差，质量较低，且变异异性大，焊缝质量在一定程度上取决于焊工的技术水平，劳动条件差。

钢结构焊缝连接基本知识焊接分类

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧电源钢结构焊缝连接基本知识焊接分类(二)埋弧焊（自动或半自动）、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊丝转盘送丝器焊剂漏斗焊剂熔渣焊件埋弧自动焊钢结构焊缝连接基本知识焊接分类1.焊丝的选择应与焊件等强度。2.优、缺点：优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺点：设备投资大，施工位置受限等。送丝器机器钢结构焊缝连接基本知识焊接分类(三)气体保护焊优点：焊接速度快，焊接质量好。原理：直接利用CO2或其他惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法形成保护层，防止有害气体侵入并保证焊接过程的稳定性。缺点：施工条件受限制等。钢结构焊缝连接基本知识焊接分类（四）电阻焊原理:利用电流通过焊件接触点表面产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。薄壁型钢的焊接常采用电阻焊。电阻焊适用于板叠厚度不超过12mm的焊接。钢结构焊缝连接基本知识焊接分类钢结构焊缝连接基本知识(一)按连接构件间的相互位置焊接连接形式和焊缝形式(二)按焊缝构造形式分1.对接焊缝正对接焊缝T型对接焊缝斜对接焊缝1、对接焊缝截面与构件截面相同，因而传力均匀平顺，没有明显的应力集中，受力性能较好。2、对直接承受动力荷载的接头有利。3、但由于焊件一般需作坡口加工、下料尺寸必须精确，所以在制造时费工费时。※特点：钢结构焊缝连接基本知识焊接连接形式和焊缝形式1、位于板边缘，传力不均匀，受力情况复杂，受力不均匀容易引起应力集中；2、但因不需开坡口，尺寸和位置要求精度稍低，使用灵活，制造较方便，故得到广泛应用。2.角焊缝※特点：(二)按焊缝构造形式分钢结构焊缝连接基本知识焊接连接形式和焊缝形式hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式hehfhf凹面式角焊缝的形式1、按截面形式：普通型、平坦型、凹面型三种。（1）普通型角焊缝：由于表面不需特殊处理，成形简单，因而在钢结构连接中经常选用；但其应力线弯折，应力集中严重，不适合承受动力荷载的结构中。（2）平坦型、凹面型：受力平缓，对承受动力荷载的结构正面角焊缝处理成平坦形，侧面角焊缝处理成凹面型角焊缝。(二)按焊缝构造形式分钢结构焊缝连接基本知识焊接连接形式和焊缝形式2、按两焊脚边的夹角（1）直角角焊缝：受力性能好，施工方便，应用广泛。（2）斜角角焊缝：不宜作受力焊缝，一般只在钢管结构中得到应用。

对于α>135o或α<60o斜角角焊缝,除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。角焊缝的形式(二)按焊缝构造形式分钢结构焊缝连接基本知识焊接连接形式和焊缝形式钢结构焊缝连接基本知识（三）按作用力与焊缝方向1、对接焊缝：可分为直焊缝和斜焊缝；2、角焊缝：分为端缝（正面角焊缝）、侧缝（侧面角焊缝）、斜向角焊缝等。焊接连接形式和焊缝形式（四）按沿长度方向变化的布置1、连续角焊缝：2、间断角焊缝：受力情况较好，应用广泛。易在分段的两端引起严重的应力集中，重要结构应避免使用。受力间断角焊缝的间断距离不宜过大，要求如下：（1）受拉翼缘：≤30t；（2）受压翼缘：≤15t；（t为较薄焊件的厚度）钢结构焊缝连接基本知识焊接连接形式和焊缝形式钢结构焊缝连接基本知识焊接连接形式和焊缝形式（五）按工作性质分1、强度焊缝只作为传递内力之用；2、密强焊缝除传递内力外，还必须保证不使气体或液体渗漏。钢结构焊缝连接基本知识焊接连接形式和焊缝形式(六)按施焊位置分主要有平焊、立焊（竖焊）、横焊、仰焊四种。钢结构焊缝连接基本知识焊接连接形式和焊缝形式一、对接焊缝的构造t--焊件厚度(1)t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做坡口,采用直边缝;(2)t=10~20mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口;

(3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。※（一）对接焊缝的坡口形式钢结构焊缝连接基本知识焊缝的构造C=0.5~2mm（a）C=2~3mm（b）αC=2~3mm（C）αp（d）C=3~4mmpC=3~4mmp（e）C=3~4mmp（f）钢结构焊缝连接基本知识焊缝的构造（二）关于垫板的设置（1）对接焊缝：2t（t：对接接头取较小厚度；T形接头取腹板厚度）。（2）角焊缝：2hf（hf焊脚尺寸）V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；对于没有条件补焊时，要事先在根部加垫板。（三）关于引弧板的设置钢结构焊缝连接基本知识焊缝的构造（四）宽度和厚度不同时的板件连接1、当对接焊拼接处的焊件宽度不同或厚度相差4mm以上时，应将较宽或较厚的板件加工成坡度不大于1：4（动力荷载）或1：2.5（静力荷载）的斜坡，以形成平缓过渡，使构件传力平缓，减少应力集中。2、当厚度相差不大于4mm时，可不做斜坡，直接利用焊缝表面斜坡即可满足要求。≤1:2.5≤1:2.5钢结构焊缝连接基本知识焊缝的构造二、角焊缝的构造要求

※(一）焊脚尺寸要求(1)hf,max≤1.2t1（钢管结构除外）式中:t1---较薄焊件厚度。t2t1hf

(2)对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：hft1t21、最大焊脚尺寸hf,max当t≤6mm时，hf,max≤t1；当t>6mm时，hf,max≤t1-(1~2)mm；钢结构焊缝连接基本知识焊缝的构造2、最小焊脚尺寸hf,min

为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求:另外:

(1)对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm;(2)对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;(3)当t≤4mm时,hf,min=t。式中:t----较厚焊件厚度（当采用低氢型碱性焊条施焊时，t可取较薄焊件的厚度）焊缝的构造※(二)焊缝长度要求注：

1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；

2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。1、侧面角焊缝的最大计算长度（1）静力荷载作用时：（2）动力荷载作用时：焊缝的构造2、侧面角焊缝的最小计算长度

对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：焊缝的构造

3、当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：（1）为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，规范规定：（2）为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲太大，规范规定：t1t2b焊缝的构造（4）搭接长度

在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于25mm。（3）绕角焊b2hf当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊。t1t2焊缝的构造一、对接焊缝的计算对接焊缝分为：焊透和部分焊透（自学）两种；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受力方向的连接焊缝；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不用计算。受拉的三级焊缝需进行计算；对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。NNt焊缝的计算（一）轴心力作用下的对接焊缝计算NNlwtA直对接焊缝NNtB斜对接焊缝θNsinθNcosθlw1、计算公式钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算2、不满足要求时的措施(1)将直焊缝移到拉应力较小的部位；(2)斜焊缝与作用力的夹角θ≤56.3°或tanθ≤1.5时,不用验算!

则强度不低于母材，可不再作计算。采用斜焊缝可加长焊缝计算长度，提高连接承载力，但焊件斜接较费钢材。（3）用二级直焊缝。钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算（二）M、V共同作用下的对接焊缝计算lwtAMVστWw—焊缝截面模量；Sw--焊缝截面面积矩；Iw--焊缝截面惯性矩。1、矩形截面钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算2、工字形截面梁对接连接计算MV1焊缝截面σmaxτσ1τ1τmax钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算二、角焊缝的计算（一）角焊缝的受力特点角焊缝的应力状态十分复杂，建立角焊缝的计算公式主要靠试验分析。钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算1、应力分析NlwN剪应力τf

试验表明侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较低，塑性性能较好。因外力通过焊缝时发生弯折，故剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw/hf越大剪应力分布越不均匀。钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算（二）侧面角焊缝2.破坏形式破坏自根角部45度线的喉部钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算(二)、正面角焊缝1、应力分析正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差，但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%以上。钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算2、正面角焊缝的破坏形式破坏可能沿45°喉部，也可能沿熔合边；（三）斜角焊缝

斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角焊缝之间。(二)、正面角焊缝钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算角焊缝受力特点总结：1、侧面角焊缝应力两端大，中间小，破坏自根角沿45°线的喉部；端焊缝应力分布较均匀，破坏可能沿45°喉部，也可能沿熔合边；2、在设计计算中，无论角焊缝受力方向如何，均假定破坏截面为45°喉部截面处，即图中的AD截面，称为计算截面，其大小he=0.7hf；3、正面焊缝的破坏强度较侧面较焊缝高，一般是侧面角焊缝的1.35~1.55倍，计算时取1.22。钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算2、侧面角焊缝四、角焊缝计算公式1、正面角焊缝（一）轴心力（拉、压、剪）作用时角焊缝计算NlwN3、斜向角焊缝，计算公式与正面角焊缝相似，但取钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算连接盖板A、仅采用两面侧焊：B、采用三面围焊4、轴心力作用下角焊缝的计算实例NNlw’lw钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算（二）N、M、V共同作用如图所示，一同时承受轴向力N、弯矩M、和剪力V的T形连接。由轴力N产生的垂直于焊缝长度方向的应力为：钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算由剪力V产生的平行于焊缝长度方向的应力为：式中：Ww—角焊缝有效截面对中和轴的抵抗矩；

lw—角焊缝的计算长度。由弯矩M产生的平行于焊缝长度方向的应力为：钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算根据剪力V、轴力N和弯距M的作用方向,确定角焊缝有效截面上的危险点为A，验算公示即：设计时，一般已知角焊缝的实际长度，这时可按构造要求选焊脚尺寸hf，再按式（3.16）验算危险点的强度。如不满足，可调整hf

(如果hf＞hf.max时，需调整焊缝长度)，直到计算结果满足强度条件为止。钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算（三）角钢连接的角焊缝计算

角钢与连接板用角焊缝连接可以采用两侧面焊缝、三面围焊缝和L形围焊缝三种形式（如图所示）角钢与钢板的角焊缝连接（a）两侧缝连接；（b）三面围焊；（c）L形围焊钢结构焊缝连接基本知识焊缝的计算1.采用两侧焊缝连接时(图