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ppt " "宣 贯 讲 稿" "(JGJ 81-2002)" "《建筑钢结构焊接技术规程》" "规程修订的目标 " "与国际先进同类规范接轨(主要针对《美国焊接规范 AWS D1.1》),并能在重大建筑钢结构工程中应用。 " "规程修订的原则和指导思想" "1. 扩大适用范围,符合现代建筑钢结构的发展现状和趋势; 2. 全面丰富规程的技术内容,提高整体技术水平; 3. 提高规程的实用性和可操作性。 " "★ 规 程 的 适 用 范 围 " "1.0.2 本规程适用于桁架或网架(壳)结构、多层 和高层梁-柱框架结构等工业与民用建筑和一 般构筑物的钢结构工程中,钢材厚度大于或等于3mm的碳素结构钢和低合金高强度结构钢 的焊接。适用的焊接方法包括手工电弧焊气 体保护焊、自保护焊、埋弧焊、电渣焊、气电立焊、栓钉焊及相应焊接方法的组合。" "结构类型 — 框架结构(一)" " — 框架结构(二)北京电视台" "" "— 桁架结构(一)深圳\首都机场" "— 桁架结构(二)屋盖" "" "" "---桁架结构(三)浦东文献中心" "" "— 桁架结构(四)国家大剧院构件" "" "— 网架结构 深圳市民广场" " — 塔架 — 树枝状结构" " — 旋转体" "" "构件截面型式 — 箱形" " — 十字形柱 — 圆管形柱(离心铸钢) " " 异 型 柱" "" "目字柱 王字柱" "构件及节点形式 " "— 卷焊钢管柱及梁-柱连接" "— 大断面热轧型钢柱及柱-柱节点" "— 箱形柱-柱节点 — 柱脚节点" "— 十字柱及与箱形柱的过渡连接" "— 箱 形 梁 及 柱 牛 腿" "— H型钢、方管节点及桁架" "— 轧制方管及桁架节点" "——螺栓-球节点及网壳" "— 管-球支座" "— 折线形方柱" "— 斜撑节点" "— 斜角节点" "— 十字截面树状柱" "" "" "★ 一 般 规 定" "2.0.1 建筑钢结构工程焊接难度可分为一般、较难和难三种情况。施工单位在承担钢结构焊接工程时应具备与焊接难度相适应的技术条件,建筑钢结构工程的焊接难度可按下表区分。 " "" "" "表2.0.1 建筑钢结构工程的焊接难度区分原则 " "焊接难度" "焊接难度 影响因素" "" "Mn/6+Cr+Mo+V/5+Cu+Ni/15" "" "" "● Q235及Q345钢通常Ceq在0.38%以下,Ceq=0.38~0.45%包含了强度等级比Q345更高的较难焊的钢号,Ceq>0.45%则为难焊的特殊钢号; ●       受力状态的区分原则上参照有关设计规程,直接动载指构件承受动载需要按疲劳设计、验算的情况; ●       板厚的分级按照目前国内建筑钢结构中厚板的一般使用情况,将 30 mm与80mm 作为较难焊与难焊的分界,实际上是一种大致的区分; ●       节点拘束度分类是根据结构构件实际情况并美国《钢结构焊接规范》AWS D1.1的区分方法一致; ●       目前国际上有多种碳当量计算公式,在此采用了使用较为广泛的国际焊接学会公式。 ●       施工企业在承接钢结构工程时应具备与焊接难度相适应的装备、技术、人员、检验与试验条件、质量保证和管理体系等。 " "" "" "2.0.4  钢结构工程焊接制作与安装单位应具备下列条件 6    应具有与所承担工程的结构类型相适应的企业钢结构焊接规程、焊接作业指导书、焊接工艺评定文件等技术文件; ●     行业规程是通用性的,施工企业必须根据产品的定位、承接工程结构的类型和企业自身的设备、工艺条件进行焊接工艺评定,编制企业的焊接规程、作业指导书以指导生产施工。特别是资质等级高的企业其规程的技术水平应高于行业标准,其产品质量标准才可能严于国家规范。 7    特殊结构或采用屈服强度等级超过390MPa的钢材、新钢种、特厚材料及焊接新工艺的钢接构工程的焊接制作与安装企业应具备焊接工艺实验室和相应的实验人员。 ● 特殊钢结构中焊接接点设计复杂,使用特厚材料时接头拘束度大。屈服强度等级超过390MPa的钢材或新钢种其焊接性往往较差,在进行工艺评定前必须进行一些焊接性试验项目,如斜Y形抗裂试验、最高硬度试验、层状撕裂敏感性试验,以便制订初步的焊接工艺。 ● 是否具备焊接工艺实验室和相应的实验人员,应是钢结构工程焊接制作与安装企业资质等级的一项重要指标。" " " "★      材 料" "" "3.0.1 建筑钢结构用钢材及焊接填充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。" "" "常 用 结 构 钢 材   " "" "" "" "" "注: 1——表中钢材力学性能的单值均为最小值; 2——为板厚δ>60~100mm时的σs值。 " "常 用 结 构 钢 材 性 能" "注: ①——表中钢材力学性能的单值均为最小值; ②——为板厚δ>60 ~ 100mm时的σs值。 ● Q420、Q460钢材目前在建筑钢结构中还极少应用,本技术规程在各章节条文中 已适当顾及其特殊性,为其今后的应用留下空间。 " "新老标准钢材牌号对照" "" "" " ● 除了常规力学性能以外,根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的规定,对于抗震设防烈度6度及以上地区的建筑,钢结构的钢材还要求: 1 钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小 于1.2; 2 钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率应大于20%; 3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性; 4 钢材的质量级别宜采用B级及以上等级。 按《高层建筑结构用钢板》YB 4104-2000选购能满足上述要求。 设计文件未作明确提出时,应符合设计规范的规定。 ●   对检验报告的要求:材质单的炉、批号与进料相符,并须有生产厂质检部门公章。如由经销单位提供复印件须加盖原件存放单位印章。 " "" "● 焊接材料 焊接材料现行国家标准: 《碳钢焊条》GB/T 5117-95 《低合金钢焊条》GB/T 5118-95 《熔化焊用钢丝》GB/T 14957-94 《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》 GB/T 5293-99 《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》 GB/T 12470-03 《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》 GB/T 8110-95 《碳钢药芯焊丝 》 GB/T 10045-01 《低合金钢药芯焊丝 》 GB/T 17493-98 " "" "" "● 常用结构钢焊条型号表示方法(GB/T 5117、5118-95)" "● 常用结构钢埋弧焊剂-焊丝型号表示方法 (GB/T5293-99, GB/T12470-03)" "" "" "● 结构钢常用埋弧焊剂渣系分类及组分    " "● 常用实心焊丝牌号的化学成分(GB/T 14957-94)" "" "●常用结构钢气体保护焊实心焊丝型号表示方法 (CO2 、20%CO2-80%Ar混合气体) (GB/T 8110-95) " " ER 49-1 ——熔敷金属冲击功不低于47J(室温) 熔敷金属抗拉强度不低于490MPa, 屈服强度不低于372MPa ER 50-2——熔敷金属冲击功:-30℃时不低于27J -3—— - 20℃时不低于27J -4、 -5—— 不要求 -6、-7—— -30℃时不低于27J 熔敷金属抗拉强度不低于500MPa, 屈服强度不低于420MPa ER 55-D2——熔敷金属冲击功:-30℃时不低于27J 熔敷金属抗拉强度不低于550MPa, 屈服强度不低于470MPa " "" "" "" "" "" "" "" "" "● 焊接材料的选配原则" "1 焊接材料熔敷金属的强度、塑性、冲击韧性均应高于母材标准规定的最低值,与母材焊接后其接头各项性能均应达到母材标准规定的最低值。埋弧焊时则是指焊丝和焊剂相匹配后的熔敷金属性能; 2 不同强度级别钢材焊接时,对接接头按强度低的钢材选择焊材,T形接头应按腹板的强度选择焊材 ; 3 Q235以上级别钢号采用强度相匹配的低氢型焊条;碳当量高于0.45%,厚度超过100mm 的钢材,组成拘束应力大的复杂节点,可采用强度相匹配的超低氢焊条(可仅用于打底焊若干层); 4 由化学成分决定使用性能的钢材如耐候钢、耐火钢、不锈钢等,按化学成分选择专用焊材; " "" " 5 焊条及药芯焊丝还要根据焊接位置选择相应型号; 6 Q235、Q345钢手工电弧焊,为提高焊接熔敷效率可选用E4328Fe、E5028Fe(铁粉焊条); 7 二氧化碳气保焊,应选用冲击韧性与母材韧性等级相匹配的H08Mn2Si焊丝ER50-2、-3、-6、7,用于Q345B、C和Q390B、C;Q420、Q460钢材应选用ER55-C1(含镍)焊丝; 采用药芯焊丝时应注意根据母材强度和构件的刚性、节点的拘束度选择药芯的碱度; 8 熔嘴电渣焊一般用H08Mn2Mo、H10Mn2焊丝配少量硅锰、硅钙型焊剂; 9 手工电弧焊和埋弧焊的焊材选配方法见下表: " "" "" "● 结构钢材常用焊材选配表" " " "" "3.0.2 大型、重型及特殊钢结构的主要焊缝采用的焊接填充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。 ● 复验范围的界定:大跨度、重级工作制吊车梁及建筑安全等级为一级、二级结构中的一级焊缝和安全等级为一级结构中的二级焊缝(根据GB 50205-2001)。 ● 复验的方法应按照焊接材料的标准规定。" "3.0.3 气体保护焊使用的二氧化碳气体应符合国家现行标准《焊接用二氧化碳》(HG/T2537)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二氧化碳气体质量应符合该标准中优等品的要求,即其二氧化碳含量(V/V不得低于99.9%,水蒸气与乙醇总含量(m/m)不得高于0.005%,并不得检出液态水。" "●     二氧化碳气体保护焊作为一种高效优质焊接方法,其熔敷金属扩散氢含量和氢致裂纹的控制主要依靠气体中水份的控制,重型钢结构中厚板、特厚板的焊接目前已广泛应用了二氧化碳气体保护焊,特殊钢结构的复杂节点立焊,甚至全位置焊接也已在应用,使用优等品控制气体含水量不得高于0.005%是为防止氢致裂纹,此要求也符合AWS D1.1的规定; ●  该规程规定一等品二氧化碳含量(V/V)不得低于99.7%,合格品为99.5%。一等品的水蒸气与乙醇总含量(m/m)不得高于0.02%,合格品为0.05%。非重要节点的焊接可根据焊接裂纹敏感性程度采用一等品或合格品,如筋板或薄板的焊接。" "★ 焊 接 节 点 构 造 " "4.1.1 钢结构焊接节点构造,应符合下列要求:" " 1 尽量减少焊缝的数量和尺寸; 2 焊缝的布置对称于构件截面的中和轴; 3 便于焊接操作,避免仰焊位置施焊; 4 采用刚性较小的节点形式,避免焊缝密集和双向、三向相交; 5 焊缝位置避开高应力区; 6 根据不同焊接工艺方法合理选用坡口形状和尺寸。 ● 节点设计原则: 焊接接头的残余应力不可避免,板厚大于30 mm左右时,残余应力最大值可超过钢材的屈服极限(图5-37、5-39、5-40),应尽量降低焊接收缩应力的数值及应力集中系数,减少构件的变形;便于焊工操作,确保获得致密、优质的焊缝。" "图5-37 焊缝各截面中纵向应力的分布" "图5-39 横向应力沿板宽上的分布" "图5-40 厚板多层焊缝中的应力分布" " ●       焊接变形量的估算公式: 纵向收缩量(mm)—— △L=k1 • AW•L/A 横向收缩量(mm)—— △B=0.2 AW /δ+0.05b A —杆件截面积; AW —焊缝截面积; L —杆件长度; δ—板厚; b —跟部间隙; k1 —焊接方法系数: 二氧化碳气体保护焊:k1 =0.043; 埋弧焊: k1 =0.071~0.076; 手工电弧焊: k1=0.048~0.057。 角变形量(rad)—— △θ=0.07 Bhf1.3/δ2 B —翼缘板宽度; δ —翼缘板厚度; hf —焊脚尺寸。 公式显示各方向焊接收缩量均与焊缝截面积成正比, 因此尽量减少焊缝的数量和尺寸是很重要的。" " ●    焊缝密集导致接头区残余应力叠加,焊缝交叉则产生三向应力使材质变脆,一般焊缝并列或交叉间距应大于200mm。板厚大时其间距还应增大,通常在焊缝交叉处设置圆弧形应力释放孔同时作为焊接过手孔。 ● 仰焊时易产生缺陷,返修时造成复杂应力,且焊工培训费用高,在厚板结构中不宜采用。 ● 双面双边对称坡口(X形)及单面、双边对称浅坡口(Y形)的拘束应力最小,单面双边或单边坡口(V、L形)拘束应力最大。如果施工操作条件允许双面焊,设计承载条件允许部分焊透时,应尽可能采用双面、双边对称坡口及浅坡口部分焊透焊缝。 ●    离构件中和轴越远的焊缝收缩力矩越大,造成的变形量越大,对称布置焊缝可使收缩力平衡以减少变形。" "4.2 焊接坡口的形状和尺寸(见规程) " "●       所列的六个手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊全焊透和部分焊透坡口形状和尺寸表符合建筑钢结构构件组焊节点要求及大型钢结构制造厂生产线设备的条件,即一般不采用气割不易实现的U形坡口; ●       全焊透焊缝一般采用单面坡口加钢垫板形式以避免生产效率低下、劳动条件恶劣的清根作业和仰焊位置; ●       适当考虑工程实际情况,分别列出装配条件下坡口尺寸的较大允许偏差值; ●       综合了美国钢结构焊接规范和日本建筑学会标准的规定,与国际同类先进规范接轨。 ●       坡口角度、间隙尽量小,以减小焊缝截面和焊接收缩应力; " "★ 4.3 焊缝的计算厚度" " 4.3.1 全焊透的对接焊缝及对接与角接组合焊缝,双面焊时反面应清根后焊接,加垫板单面焊,当坡口形状、尺寸符合本规程表4.2.2~4.2.4的要求时,可按全焊透计算。其计算厚度he 应为坡口根部至焊缝表面(不计余高)的最短距离。 " "" " ●  焊缝的计算厚度是结构设计时焊缝承载应力计算的依据,不仅设计师而且工艺工程师也应了解各种接头焊缝的计算厚度,以免在施工中引起混淆,影响结构安全; ●       斜角接头和圆管相贯接头的焊缝计算厚度与直角接头的区别尤其应予以关注。" "4.3.2 开坡口的部分焊透对接焊缝及对接与角接组合焊缝,其焊缝计算厚度he应根据焊接方法、坡口形状及尺寸、焊接位置不同,分别对坡口深度H进行折减(图4.3.2)。各种类型部分焊透焊缝的计算厚度he应符合表4.3.2的规定。" "图4.3.2 部分焊透的对接焊缝及对接与角接组合焊缝计算厚度示意" " V形坡口α≥60°及U、J形坡口,当坡口尺寸符合表4.2.5~4.2.7的规定时,焊缝计算厚度he 应为坡口深度H 。 " "表4.3.2 部分焊透的对接焊缝及对接与角接组合焊缝计算厚度 " "续表4.3.2 部分焊透的对接焊缝及对接与角接组合焊缝计算厚度 " "4.3.3 搭接角焊缝及直角角焊缝的计算厚度he应分别按公式4.3.4-1、4.3.4-2计算(4.3.3):" "图4.3.3 直角角焊缝及搭接角焊缝计算厚度示意" " 1 当间隙b≤1.5时,he=0.7hf (4.3.4-1) 2 当间隙 1.5<b≤5时,he=0.7(hf-b) (4.3.4-2) 塞焊和槽焊焊缝的计算厚度可按角焊缝的计算方法确定。" "4.3.4 斜角角焊缝的计算厚度he,应根据两面夹角Ψ的大小取值:" " 1 Ψ=60°~135°[图4.3.4(a)、(b)、(c)]: 当间隙b≤1.5时, he=hf/2sinΨ/2 (4.3.4-3) 当间隙 1.5<b≤5时, he=hf-b/2sinΨ/2 (4.3.4-4) 式中: Ψ—两面夹角(°);hf —焊脚尺寸(mm); b—接头根部间隙(mm) 2 30°≤Ψ<60°[图4.3.4(d)]:应将公式(4.3.4-3)、(4.3.4-4)所计算的焊缝计算厚度he减去相应的折减值Z。不同焊接条件的折减值Z应符合表4.3.4的规定; 3 Ψ<30°:必须进行焊接工艺评定,确定焊缝计算厚度。" "图4.3.4 斜角角焊缝计算厚度示意 Ψ—两面夹角;b—根部间隙;hf—焊脚尺寸; he—焊缝计算厚度; z—焊缝计算厚度折减值。" "表4.3.4 斜角角焊缝30°≤Ψ<60°时的焊缝计算厚度折减值" "4.3.5 圆钢与平板、圆钢与圆钢之间的焊缝计算厚度应分别按下列公式计算:" "图4.3.5 圆钢与平板、圆钢与圆钢焊缝计算厚度示意 " " 1 圆钢与平板连接(图4.3.5a):he=0.7hf (4.3.5-1) 2 圆钢与圆钢连接(图4.3.5b):he=0.1(d1+2d2)-a (4.3.5-2) 式中: d1——大圆钢直径(mm); d2——小圆钢直径(mm); a——焊缝表面至两个圆钢公切线的距离(mm)。" "4.3.6 圆管、矩形管T、Y、K形相贯接头的焊缝计算厚度应根据局部两面夹角Ψ的大小,按相贯接头趾部、侧部、跟部各区和局部细节情况分别计算取值。管材相贯接头的焊缝分区示意见图4.3.6-1,局部两面夹角ψ和坡口角α示意见图4.3.6-2。全焊透焊缝、部分焊透焊缝和角焊缝的计算厚度应分别符合下列规定:" "图4.3.6-1 圆管、矩形管相贯接头焊缝分区形式示意" "图4.3.6-2 局部两面夹角(Ψ)和坡口角(α)示意 1 全焊透焊缝的计算厚度 管材相贯接头全焊透焊缝各区的形状及尺寸细节应符合 图4.3.6-3要求,焊缝计算厚度应符合表4.3.6-1规定;" "图4.3.6-3 管材相贯接头完全焊透焊缝的各区坡口形状与尺寸示意(焊缝为标准平直状剖面形状) 1—尺寸he、hL、b、b'、ψ、ω、α见表4.3.6-1; 2—最小标准平直状焊缝剖面形状如实线所示; 3—可采用虚线所示的下凹状剖面形状; 4—支管厚度tb<16mm; 5—hk:加强焊脚尺寸。" "表4.3.6-1 圆管T、K、Y形相贯接头全焊透焊缝坡口尺寸及焊缝计算厚度" "2 部分焊透焊缝的计算厚度 管材台阶状相贯接头部分焊透焊缝各区坡口形状与尺寸细节应符合图4.3.6-4(a)要求;矩形管材相配的相贯接头部分焊透焊缝各区坡口形状与尺寸细节应符合图4.3.6-4(b)的要求。焊缝计算厚度的折减值Z应符合表4.3.4规定;" "图4.3.6-4 管材相贯接头部分焊透焊缝各区坡口形状与尺寸示意" "续图4.3.6-4 管材相贯接头部分焊透焊缝各区坡口形状与尺寸示意 1—t为tb、tc中较薄截面厚度; 2—除过渡区域或跟部区外,其余部位削斜到边缘 3—根部间隙0~5mm; 4—坡口角度30°以下时必须进行工艺评定; 5—焊缝计算厚度he>tb,Z折减尺寸见表4.3.4; 6—方管截面角部过渡区的接头应制作成从一细部圆滑过渡到另一细部,焊接的起点与终点都应在方管的平直部位,转角部位应连续焊接,转角处焊缝应饱满。" "3 角焊缝的焊缝计算厚度 管材相贯接头各区细节应符合图4.3.6-5要求。其焊缝计算厚度he应符合表4.3.6-2规定。" "图4.3.6-5 管材相贯接头角焊缝接头各区形状与尺寸示意 1—tb 为较薄件厚度; 2—hf 为最小焊脚尺寸; 3—根部间隙0~5±1.5 mm; 4—α最小值为15°。当α<30°时,应进行焊接工艺评定;30°≤α<60°时,焊缝计算厚度应采用表4.3.4的折减值Z; 5—对主管直径(宽度)D与支管直径(宽度)d之比d/D的限定:圆管时d/D≤1/3,方管时d/D≤0.8。" "表4.3.6-2 管材T、Y、K形相贯接头角焊缝的计算厚度" "★ 焊接裂纹及预热、后热温度的确定 " "●    焊接裂纹历来是重型钢结构工程中质量控制的重点。焊接裂纹可按生成时段分为热裂纹和冷裂纹(氢致裂纹),由于钢材和焊材中硫、磷等杂质的控制,只要控制焊缝的宽深比大于1.1,热裂纹一般可以避免(图5-73),重要的是冷裂纹的控制;" " 图5-73 焊接热裂纹示意" "●  冷裂纹形成因素:   ——接头中存在硬脆显微组织;   ——焊缝扩散氢含量较高;   ——接头的拘束应力较大。 ● 钢材的碳当量是产生接头硬脆组织的 内因,用碳当量(CE%)可表示钢材淬硬倾向和焊接性的好坏;低碳微合金高强钢可用冷裂纹敏感指数(Pcm%)表示。限制 CE% 及 Pcm% 可以减小冷裂纹敏感性。 " "" "● 美、日、国际焊接学会采用碳当量计算公式:  CE%(AWS)=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15(%)  CE%(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%)  CE%(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15(%)  适用范围:非调质中高强度低合金钢(σb=500~        600Mpa,C≥0.18%)     C≤0.2%; Si≤0.55%; Mn≤1.5%;          Cu≤0.5%; Ni≤2.5%; Cr≤1.25%;    Mo≤0.7%; V≤0.1%; B≤0.006%。" " ● 冷裂纹敏感指数(Pcm%)计算公式: Pcm%=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%) 适用范围: σb=400~1000MPa; C:0.07~0.22%; Si≤0.6%; Mn:0.40~1.4%; Cr≤1.2%; Cu≤0.5%;Ni≤1.2%; Mo≤0.7%; V≤1.2%; Nb≤0.04%; Ti≤0.05%; B≤0.05%。 板厚:19~25mm; [H]:1.0~5.0ml/100g(甘油法); 拘束度:5000~33000N/mm.mm; 斜Y 试样试验条件:热输入E=17kJ/cm。" "" "● 焊接冷裂纹防止措施 控制800~500℃之间冷却速度(t8/5)在10秒以上,80秒以下(对低合金高强钢),使接头区既不出现淬硬组织也不出现过热粗晶组织,其工艺措施即为控制热输入量和焊前预热;  控制焊缝中氢的含量,避免氢在冷却过程析出(图5-74)后向母材近缝区扩散,聚集于晶格缺陷中形成高压,而使焊趾或焊缝跟部产生裂纹。控制母材表面、焊条、保护气体中的水份,是降低冷裂倾向的主要措施(图5-74、5-75、5-76); 焊后消氢热处理有助于氢加速扩散远离焊缝、应力集中区和脆化区可以防止延迟裂纹(图5-77、5-78)。加热温度与板厚和保温时间有关." "图5-74 氢在铁中溶解度与温度的关系" "图5-75 影响焊缝中含氢量的因素" "图5-76 焊条烘干温度与扩散氢含量关系" "图5-77 后热对扩散氢的影响" "图5-78 避免裂纹所需后热参数(预130℃)" "" "●    拘束度对冷裂纹的形成也起关键作用 拉伸拘束度(R­F)——单位长度焊缝的跟部间隙产生单位长度弹性位移所需拉力(图5-79) " "" " RF=Eδ/L(N/mm.mm) E--母材弹性模量;δ—板厚(mm); L--受拘束体的长度(mm); 结构定位焊时 RF =700δ(相当于斜Y形试验条件); 结构对接接头正常焊时 RF=400δ(板厚不大于50 mm)。" "图5-79 对接接头承受拘束应力的模型" " ●     最低预热温度的确定: 日本学者提出的预热温度(T0)计算公式为: 坡口形式X、U、V形时: T0 =1330Pw-380 (℃) 坡口形式K、T形时: T0 =2030Pw-550 (℃) Pw=Pcm+〔H〕/60+RF/4×105 (或取RF/4×105=t/600) Pw--裂纹敏感性系数; RF--拉力拘束度(N/mm.mm); t—钢材厚度(mm); 〔H〕--甘油法测定的扩散氢含量(ml/100g). 该公式未含热输入、冷却速度因素的影响,而且拘束度不论节点形式只按t/600统一取值也与实际构件差别较大; " "预热温度与裂纹敏感指数关系" "" "● 美国钢结构焊接规范提出了热影响区硬度控制法和含氢量控制法。 前者只考虑热输入量和最高硬度,不考虑含氢量和拘束度,局限性较大; 后者把含氢量、裂纹敏感指数、拘束度、板厚各因素分级后排列组合,虽未考虑热输入量的影响,却还是比较全面的估算方法,但该规范规定的上限区段预热温度最高值为160℃则显得不合理,缺乏试验基础和依据。 ● 德国钢铁学会提出从过渡板厚、热输入、冷却时间(t8/5)查图得出预热温度的方法,是以该国既定钢材的碳当量及其焊接性为基础的,应用于他国钢材、钢种则须做相当的试验才能绘出所需图表。 " " 6.2.1 除电渣焊、气电立焊外,Ⅰ、Ⅱ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时,板厚与最低预热温度要求宜符合表6.2.1的规定。实际工程结构施焊时的预热温度,尚应根据下列因素的变化来确定: " "表6.2.1 常用结构钢材最低预热温度要求" "" "● 实际工程结构施焊时的预热温度,尚应根据下列因素的变化来确定: 1 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; 2 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。当其它条件不变时,使用超低氢型焊条打底预热温度可降低25~50℃。二氧化碳气体保护焊当气体含水量符合本规程3.0 .8条的要求或使用富氩混合气体保护焊时,其熔敷金属扩散氢可视同低氢型焊条; 3 根据焊接热输入的大小确定预热温度。当其它条件不变时,热输入增大5kJ/cm,预热温度可降低25~50℃。电渣焊和气电立焊在环境温度为0℃以上施焊时可不进行预热; 4 根据接头热传导条件选择预热温度。在其它条件不变时 T形接头应比对接接头的预热温度高25~50℃。但T形接头两侧角焊缝同时施焊时应按对接接头确定预热温度。 " "●    本规程根据国内生产、施工实践积累的经验,针对我国目前常用的结构钢牌号提出了最低预热温度要求,明确规定其适用范围并提出各影响因素变化时预热温度的增减范围,也可算是一种半定量的方法,目的是为了能对生产起指导作用; ●     本表有待实践总结和完善。" " ● 当环境温度低于常温但高于0℃时,全部板厚" "应预热至20℃以上,低于0℃时应按低温焊接规定,其预热温度应高于常温下的预热温度." " 6.2.2 预热方法及层间温度控制方法应符合下列规定:" "1 焊前预热及层间温度的保持宜采用电加热器、火焰加热器等加热,并采用专用的测温仪器测量;      2 预热的加热区域应在焊接坡口两侧,宽度应各为焊件施焊处厚度的1.5倍以上,且不小于100mm;预热温度宜在焊件反面测量,测温点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处;当用火焰加热器预热时正面测温应在加热停止后进行。 ●  加热范围及测温点位置对焊缝预热温度实际值有直接影响,如不明确规定则无可比性,此规定与美国钢结构规范一致。" "6.2.3 当要求进行焊后消氢处理时,应符合下列规定: " " 1    消氢处理的加热温度应为200~250℃,保温时间应依据工件板厚按每25mm板厚1小时确定。达到保温时间后应缓冷至常温; ● 考虑到建筑钢结构节点形状较复杂,焊缝较短,安装施工时常用热效率较低的火焰加热,因此选用了较低的加热温度。有条件采用电加热设备的大型钢结构厂和工地施工,可适当提高加热温度至300℃,并可适当减少保温时间。 2      消氢处理的加热和测温方法按6.2.2条(预热方法及层间温度控制方法)的规定执行。" "6.2.4 Ⅲ、Ⅳ类钢材的预热温度、层间温度及后热处理应遵守钢厂提供的指导性参数要求,或按3.0.3条的规定执行。 ● 此两类钢材的强度高,合金成分复杂并常以调质热处理状态交货,不恰当的加热参数会破坏材料的性能。如钢厂未提供指导性参数,则应进行焊接性实验和焊接工艺评定后方可施焊。" "● 钢材由铸锭轧成板材后,晶间存在的硫化锰、氧化物、硅酸盐夹杂物也被轧成薄片状与金属带状组织共存。如金属冶炼纯度不高,夹杂物较多形成连续的片状分布时,对钢材厚度方向延性的降低有很大影响; ●    在T形、十字形及角接接头焊接时,易由于焊接收缩应力作用于板厚方向,而使板材沿轧制带状组织晶间产生台阶状层状撕裂,其位置一般在焊缝近缝区脆性区以外。图示为典型的层状撕裂形态。 " "★ 层 状 撕 裂 " " ●      层状撕裂产生的影响因素     1 钢材成分(尤其是含硫量)与厚度方向延性(以断面收缩率为评定指标);  2 焊接节点形式(T形、十字形或角接接头);  3 接头坡口形式与尺寸(非对称坡口、翼缘板厚度方向的焊脚尺寸大);  4 焊接工艺参数(热输入大);  5 焊接顺序(不对称施焊);  6 焊接预热及后热等各种因数的综合影响。" " " "3.0.4 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,设计宜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的结构类型、节点形式及板厚和受力状态的不同情况选择。" "3 材料 (选材上防止层状撕裂的措施)" " 钢板厚度方向性能级别Z15、Z25、Z35相应的含硫量、断面收缩率应符合国家现行标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定(附录A)。" "" "附 录 A 钢板厚度方向性能级别及其含硫量、 断面收缩率值" "" " ● 3.0.4条规定 选用Z15的板厚界限(40 mm),是根据国内钢材生产厂的设备、工艺实际情况及产品质量和实践经验所作的一般规定,并与相关设计规范协调一致; ●       Z25或Z35的选用要综合考虑板厚、节点形式、坡口形状尺寸和焊接工艺条件各因素,现有各种资料推荐了选择钢板厚度方向性能级别的定量或计算方法,但所考虑的因素尚不够全面,结果不易准确,如:层状撕裂敏感指数 PL= Pcm +[H]/60 + 6S 。  该公式的不足之处: 1)未考虑接头形式、尺寸和焊接顺序; 2)特厚钢材轧制时已广泛使用300mm厚连铸坯,使得压缩比降低到3左右,如连铸及轧制工艺不完善将会降低钢材厚度方向的延性;      3)未考虑预热和焊后消氢处理可降低冷却速度并减少扩散氢含量,从而提高抗层状撕裂的能力。" "" "4.5 防止板材产生层状撕裂的节点形式 4.5.1 在T形、十字形及角接接头中,当翼缘板厚度等于、大于20mm时,为防止翼缘板产生层状撕裂,宜采取下列节点构造设计:" "1 采用较小的焊接坡口角度及间隙(图4.5.1a),并满足焊透深度要求; 在角接接头中,采用对称坡口或偏向于侧板的坡口(图4.5.1b); 3       采用对称坡口(图4.5.1c); 4 在T形或角接接头中,板厚方向承受焊接拉应力的板材端头伸出接头焊缝区(图4.5.1d); 5 在T形、十字形接头中采用过渡段,以对接接头取代T形、十字形接头(图4.5.1e、f)。" "●     减小焊缝横截面,尤其是垂直于翼缘方向的焊缝厚度尺寸,以减小焊缝收缩时翼缘板厚方向受到的拉应力; ●      改变焊缝收缩应力的方向使其与翼缘板厚成较小角度,以减小翼缘板厚方向受到的拉应力; ● 采用对称坡口可减小单侧的焊缝厚度; ●      加长角接接头的翼缘,避免板端处于无约束状态而易于开裂; ●      避免采用角接接头。" "图4.5.1 T形、十字形、角接接头防止层状撕裂的设计原则示意" "6.3 防止层状撕裂的工艺措施 6.3.1 T形接头、十字接头、角接接头焊接时,宜采用以下防止板材层状撕裂的焊接工艺措施:" "1 采用双面坡口对称焊接代替单面坡口非对称焊接(6.3.0a); 2    采用低强度焊条在坡口内母材板面上先堆焊塑性过渡层(6.3.0b); 3      Ⅱ类及Ⅱ类以上钢材箱形柱角接接头当板厚≥80mm时,板边火焰切割面宜用机械方法去除淬硬层(见图6.3.0上图); 4        采用低氢型、超低氢型焊条或气体保护电弧焊施焊; 5         提高预热温度施焊。" "图6.3.0 防止板材层状撕裂的焊接工艺措施示意 ● 采用双面坡口对称焊代替单面坡口非对称焊在制造厂较易实现,在工地安装位置施焊时受到限制; ● 采用低强焊条在坡口内母材板面上先堆焊塑性过渡层,其生产效率低,不适合于大规模生产和施工,但可在坡口内翼缘表面先堆焊一层,以减小收缩应力; ● 板边火焰切割面用机械方法去除淬硬层和微裂纹,将增加工序和生产成本; ●      在多头数控火焰切割机上用加热焰预热切割边后再进行切割,也可防止淬硬层产生,但也降低生产率并增加施工成本。" "" "● 钢材厚度方向性能级别的选择方法: 德国钢结构委员会(DASt)和德国焊接学会(DVS)共同制订了“焊接钢结构中避免层状撕裂的建议(DASt) ”——国际焊接学会文件DOC.IIW810-85: 层状撕裂危险性指数LTR=影响因素(A+B+C+D+E) 影响因素可为正值或负值,正值越大越易撕裂,负值的绝对值越大抗层裂性能越好。但该方法未考虑后热消氢的有利影响。" " " "" " ● 接头形式和焊接工艺对层状撕裂敏感性有一定影响,但主要影响因素是钢材的 Z向性能(断面收缩率Ψz% )。 按层裂危险性指数LRT选择钢材Z向性能等级 " "" "" "4.7.4 抗震结构框架柱与梁的刚性连接节点焊接时,应符合下列要求" "梁的翼缘板与柱之间的对接与角接组合焊缝的加强焊脚尺寸应大于或等于翼缘板厚的1/4,但可不大于10mm; 梁的下翼缘板与柱之间宜采用J形坡口单面全焊透焊缝,并应在反面清根后封底焊成平缓过渡形状;采用L形坡口加垫板单面全焊透焊缝时,焊接完成后应割除全部长度的垫板及引弧板、引出板,打磨清除未熔合或夹渣等缺陷后,再封底焊成平缓过渡形状; 3 引弧板、引出板、垫板割除时,应沿柱—梁交接拐角处切割成圆弧过渡,且切割表面不得有深沟,不得伤及母材; 4 引弧、引出板、垫板的固定焊缝应焊在接头焊接坡口内和垫板上,不应在焊缝以外的母材上焊接定位焊缝(图4.7.4)。" "图4.7.4 引弧板、引出板和垫板的固定焊缝位置示意 ● 使节点外形尺寸连续、平缓过渡,以减小应力集中系数; ●     避免表面缺口造成应力集中; ●   此为洛杉矶、阪神地震后美国钢结构焊接规范和日本建筑学会施工规程新增的条文。" "★ 焊 接 工 艺 评 定" "5.1.1 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:" "1 国内首次生产的钢材(包括钢材牌号与标准相符但微合金强化元素的类别不同和供货状态不同)应用于钢结构工程或进口钢材应用于大型、重型或特殊钢结构工程; 2 国内首次生产的焊接材料应用于钢结构工程; 3 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、预后热措施等各种参数的组合条件为施工企业首次采用。" "●   焊接工艺评定是企业制订实际工程焊接工艺方案的基础和依据; ●      焊接工艺评定是工程焊接接头符合规范与设计要求的鉴证性资料; ●      本规程与美国钢结构焊接规范不同之处是,规定中强调需要进行焊接工艺评定的材料产品、施工企业、各种工艺参数组合的三个“首次”,适合国内钢结构行业现有技术与管理水平,也尽量避免资源的浪费; ●      进口钢材的微合金体系、冶炼、轧制工艺、产品质量标准与国内有所差异,用于重大工程时尤需通过焊接工艺评定进行验证。" "" " 5.1.2 焊接工艺评定应由结构制作、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,按本规程的规定施焊试件、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。 " "5.1.3 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焊材料的焊接性制订。" "●       对其焊接性已有充分了解,有明确的指导性焊接工艺参数,并已在实践中长期使用的成熟钢种,如国产Q235、Q345钢,一般不需要由施工企业进行焊接性试验; ●       对于新开发或国外进口未经使用过的钢种,应由钢厂提供焊接性试验资料。否则施工企业应进行焊接性试验后再进行焊接工艺评定; ●       施工企业进行工艺评定时所用的设备和其他施焊条件如气候等必须与实际施工相一致。" " 5.2.4 评定试件厚度与工程适用厚度应符合表8.2.4的规定。 表5.2.4 评定合格的试件厚度与工程适用范围 " "●    1、2、3、4、5、8类焊接方法均为多层焊,板厚对焊接参数选择的影响不大,原则上参照压力容器相关规范的规定; ●    6、7类焊接方法(气电立焊、电渣焊)为一次强迫成形焊接,板厚对焊接参数选择的影响较大,规定适用板厚仅为评定板厚的1.1倍(板厚时不易焊透); ●   9类焊接方法(栓钉焊)为电弧压力焊,板厚对焊接参数选择的影响也不大。" "焊接工艺评定 —试样" "—球-管节点拉、压试验" "—管-管节点拉、压试验" "—斜撑节点及剖面宏观试样" "—球-管节点" "疲劳试样 焊接收缩试样" "★ 6.4 控制焊接变形的工艺措施 6.4.1 宜按下列要求采用合理的焊接顺序控制变形:" "1 对称焊接法:对于对接接头、T形接头和十字接头坡口焊接,在工件放置条件允许或易于翻身的情况下,宜采用双面坡口对称顺序焊接;对于有对称截面的构件,宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接; 2 对双面非对称坡口焊接,宜采用先焊深坡口侧焊缝、后焊浅坡口侧、最后焊完深坡口侧焊缝的顺序; 3 对长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用; 4 宜采用跳焊法,避免工件局部加热集中。" "6.4.2 在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定的情况下,宜采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自保护电弧焊等能量密度相对较高的焊接方法,并采用较小的热输入。 6.4.3 宜采用反变形法控制角变形。 6.4.4 对一般构件可用定位焊固定同时限制变形;对大型、厚板构件宜用刚性固定法增加结构焊接时的刚性。" "6.4.5 对于大型结构宜采取分部组装焊接、分别矫正变形后,再进行总装焊接或连接的施工方法。" "●      焊接变形的种类如图5-43; ●     双面焊可降低拉应力峰值、分段退焊可改变应力方向(图5-38)同时可减小变形;" "图5-43 焊接变形种类" "●      刚性固定法限制变形同时会使焊接应力和裂纹敏感倾向增大; ●      一般应优先采用对称坡口、对称焊接顺序或反变形法控制焊接变形; ●      近年来已有研究证实,振动法可以起到消除焊接变形的效果。" "图5-38 平板对接的横向应力" "★ 6.5 焊后消除应力处理 6.5.1 设计文件对焊后消除应力有要求时,根据构件的尺寸,工厂制作宜采用加热炉整体退火或电加热器局部退火对焊件进行消除应力处理,仅为稳定结构尺寸时可采用振动法进行消除应力处理;工地安装焊缝宜采用锤击法进行消除应力处理。 6.5.2 焊后热处理应符合现行国家标准《碳钢、低合金钢焊接构件焊后热处理方法》GB/T6046的规定。当采用电加热器对焊接构件进行局部消除应力热处理时,尚应符合下列要求:" "1 使用配有温度自动控制仪的加热设备,其加热、测温、控温性能应符合使用要求; 2 构件焊缝每侧面加热板(带)的宽度至少为钢板厚度的3倍,且应不小于200 mm; 3 加热板(带)以外构件两侧宜用保温材料适当覆盖。" "6.5.3 用锤击法消除中间焊层应力时,应使用圆头手锤或小型振动工具进行,不应对根部焊缝、盖面焊缝或焊缝坡口边缘的母材进行锤击。 6.5.4 用振动法消除应力时,应符合国家现行标准《振动时效工艺参数选择及技术要求》JB/T5926的规定。" "●       焊接构件的焊接残余应力随着板厚和拘束度的增大而增大,一般40mm以上的厚板,焊接残余应力会大于钢材的屈服极限; ●       如为防止焊接裂纹产生而消除应力,应该采取锤击法或振动法,但是这两种方法的效果较差,一般只能消除30%以下,而且还有使钢材塑性储备降低的负面影响,应谨慎使用; ●      如为焊件机加工后保持尺寸精度而消除应力,应用加热炉整体加热构件至600~650℃后保温(每25mm板厚保温1小时)并缓冷。一般可消除应力60%左右。如构件太大只能用局部加热方法,但效果较差。" "★ 焊 接 质 量 检 查 " "7.1.4 抽样检查时,应符合下列要求:" "1    焊缝处数的计数方法:工厂制作焊缝长度小于等于1000mm时,每条焊缝为1处;长度大于1000mm时,将其划分为每300mm为1处;现场安装焊缝每条焊缝为1处; 2        可按下列方法确定检查批: 1)  按焊接部位或接头形式分别组成批; 2)  工厂制作焊缝可以同一工区(车间)按一定的焊缝数量组成批;多层框架结构可以每节柱的所有构件组成批; 3)  现场安装焊缝可以区段组成批;多层框架结构可以每层(节)的焊缝组成批。 3    批的大小宜为300~600处; 4        抽样检查除设计指定焊缝外应采用随机方式取样。" " " "●       按一定比例抽查时,受检样本选取方法应按处计数、按批取样,除非设计已指定某些重要部位,否则应推行随机取样方法,取代过去某些企业中采用的将检查合格的焊缝凑足要求的百分数,不合格焊缝不予计数的不良做法。 ●       按一定百分比抽样检查的概念,并非只要求该百分比的焊缝合格,其余的焊缝可不合格。应认为按规定比例抽取的样本其质量在整体中具有代表性。" "" "7.1.5 抽样检查的焊缝数如不合格率小于2%时,该批验收合格; 不合格率大于5%时,该批验收不合格; 不合格率为2%~5%时,应加倍抽检,且必须在原不合格部位两侧的焊缝延长线各增加一处,如在所有抽检焊缝中不合格率不大于3%时,该批验收合格,大于3%时,该批验收应定为不合格。当批量验收不合格时,应对该批余下焊缝的全数进行检查。当检查出一处裂纹缺陷时,应加倍抽查,如在加倍抽检焊缝中未检查出其它裂纹缺陷时,该批验收应定为合格,当检查出多处裂纹缺陷或加倍抽查又发现裂纹缺陷时,应对该批余下焊缝的全数进行检查。 ●     此规定为抽样检查的合格判定准则,实际上意含了允许2 %的不合格率,这是考虑了国内钢结构焊接施工一般水平而制定的; ●     新建的钢结构工程中焊接裂纹缺陷一般不允许存在,抽样检查时一旦发现裂纹必须加倍抽查、如果发现多处裂纹或加倍抽检时又发现裂纹,一般说明不是偶然性缺陷,此时应对该批余下焊缝全部检查。而且应从材料或焊接工艺或节点拘束度方面寻找原因,从新制订焊接方案。" "" "7.1.6 所有查出不合格焊接部位应按6.6节的规定予以补修至检查合格。 ●     节点应力复杂或焊缝位置不适合于返修时,经有资质的检测单位检测鉴定能达到设计要求,或经原设计单位核算认可能够满足结构安全和使用功能,可以不返修。 " "典型缺陷—" "切割面裂纹" "焊缝纵向裂纹" "" "" "坡口间隙太大" "节点贴板示意图" "翼缘焊缝超宽,应力太大引发裂纹" " 图20-1 " " 图20-2 " "箱形柱裂纹" "图23-1 " "图23-2 左图裂纹部位放大" "焊缝跟部裂纹" "★ 9.4 手工操作技能附加考试 9.4.1 手工操作技能附加考试应符合下列一般规定:" " 凡从事高层、超高层钢结构及其它大型钢结构构件制作及安装焊接的焊工,应根据钢结构的焊接节点形式、采用的焊接方法和焊工所承担的焊接工作范围及操作位置要求,由工程承包企业决定附加考试类别,并报监理工程师认可; 2 凡申报参加附加考试的焊工必须已取得相应的手工操作基本技能资格证书。" " 图9.4.2-2 搭接角焊缝焊接操作位置示意" "图9.4.2-3 对接与角接组合焊缝试件形式、尺寸及试样取样位置示意 1—侧弯试样,板厚大于40mm时应分层取样; 2—加高板,左侧母材也可用厚度不小于36mm的整板代替,焊前用机械方法加工成凸台状并且在焊后将凸台机械加工至与右侧母材齐平; 3—舍弃; 4—焊接坡口内的定位焊缝焊后磨平。 " "图9.4.2-4 焊接操作加障碍要求示意(对接焊情况) (a)—F位置情况(适应于工地安装柱-梁翼缘焊接或制造厂中柱-牛腿翼缘焊接); (b)—F位置情况(适应于工地或制造厂中梁-梁翼缘焊接); (c)—H位置情况(适应于工地制造厂中柱-牛腿翼缘焊接); (d)—H位置情况(适应于工地安装柱-柱焊接); (e)—V位置情况(适应于制造厂中柱-牛腿翼缘焊接)。" "●      高层、超高层及大跨度钢结构的焊接接点复杂、焊接操作难度大,焊工应进行附加考试; ●     附加考试的试件形式及尺寸、焊接位置、加障碍方式等,均针对上述结构特有的接头形式和板厚以及管节点的特点而定,是焊工手工操作技能基本考试的补充; ●     与基本考试相比检验方法中弯曲检验增加了4个试样任意缺陷总长度的限制,其检验合格标准比基本考试稍高一些。