梁及柱的焊接

1、第九章,梁及柱的焊接,學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解梁和柱的結(jié)構(gòu)、,梁與梁的連接，掌握梁的組裝,和焊接順序。,?,第一節(jié),梁的焊接,?,梁的結(jié)構(gòu),?,在工作狀態(tài)承受彎曲的桿件叫做梁。,?,梁的外形,?,根據(jù)梁的斷面形狀的不同，主要有工字梁,和箱形梁兩大類,。常用的工字梁斷面形狀,見圖,9-1,，最簡單的工字梁由三塊板組成，,見圖,9-1a),，焊接四條角焊縫，結(jié)構(gòu)簡單，,焊接工作量小，應(yīng)用最廣泛；圖,9-1b),是,為了增加翼緣厚度而采用雙層翼緣板的工,字梁,?,圖,9-1c),是為了提高承載能力，增加型鋼梁,的腹板高度，并且使焊縫避開受力復(fù)雜的,位置，將腹板接寬的工字梁；當(dāng)梁的上部,有較大的載荷，并需要縱向

2、加勁提高上部,的穩(wěn)定性時，可采用圖,9-1d),所示的工字梁；,在電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)中，有些大板梁的高度,很高，為了便于制造和吊裝，將兩個工形,梁疊放并栓接在一起，稱為疊形梁，如圖,9-,1 e),所示。,?,圖,9-1,焊接工字梁斷面形狀,?,箱形梁的斷面形狀為封閉形，整體結(jié)構(gòu)剛,性大，可以承受較大外力,，常用的箱形梁,的斷面形狀見圖,9-2,。圖,9-2 a),和圖,9-2 b),是,由型鋼和鋼板組合焊接成的箱形梁，它結(jié),構(gòu)簡單，焊接量小，受型鋼軋制的限制，,它們截面尺寸較??；如果設(shè)計大截面尺寸,的箱形梁就需要采用鋼板組合焊接，,?,如圖,9-2 c),是口字形箱形梁；圖,9-2 d),是井字

3、形,箱形梁；為了提高箱形梁的整體剛度，需要在蓋,板和腹板上焊接縱向加勁肋，如圖,9-2 e),所示；在,公路橋鋼砼結(jié)合梁上，一般采用開口箱形梁，如,圖,9-2 f),所示，箱形梁與混凝土橋面間采用剪力釘,連接；目前在公路橋鋼箱梁設(shè)計上，一般采用正,交異性板箱形結(jié)構(gòu)，在箱形梁頂板、底板、腹板,和隔板上設(shè)置,U,形加勁肋、板式加勁肋或球扁鋼,進行補強加勁，如圖,9-2 g),所示。,?,圖,9-2,焊接箱形梁斷面形狀,?,根據(jù)梁的截面形狀是否有變化，又可分為,等截面梁和變截面梁兩大類,。等截面梁結(jié),構(gòu)簡單，制造方便，如圖,9-3 a),所示。,變截,面梁主要是根據(jù)梁長度方向上的受力大小,不同，通過

4、改變蓋板的厚度、腹板的寬度,或腹板的外形來達到梁截面尺寸的變化,，,圖,9-3 b),是雙層翼板梁，圖,9-3 c),是不等厚,翼板對接梁，圖,9-3 d),是魚腹形梁，圖,9-3 e),是等高空腹梁，圖,9-3 f),是不等高空腹梁。,圖,9-3,焊接梁的外形,?,?,梁與梁的對接,?,梁與梁的對接包括上、下蓋板的對接和梁腹板,的對接，一般蓋板對接坡口沖上，平位施焊；,腹板對接焊縫立位施焊，腹板厚度較薄時，開,單面坡口，如果腹板厚度較厚，開雙面坡口。,隨著陶質(zhì)襯墊的開發(fā)和推廣使用，通常采用陶,質(zhì)襯墊單面焊雙面成形工藝，避免對接焊縫背,面氣刨清根，見圖,9-5,。因為在焊接下蓋板對接,焊縫時，

5、受到腹板的遮擋，正對腹板處焊接操,作和焊縫清理受到障礙，為了保證下蓋板對接,焊縫與腹板正對段的焊接質(zhì)量，腹板端部應(yīng)開,適當(dāng)?shù)倪^焊孔，如圖,9-5,詳圖,A,所示。,?,圖,9-5,梁對接焊縫坡口,?,梁與梁對接焊縫，一般位于梁受彎矩較小,處，避免對接焊縫分布在梁跨度中間區(qū)域。,另外，在同一對接口處，蓋板對接焊縫與,腹板對接焊縫可以錯開布置，避免對接焊,縫位于同一截面上，見圖,9-6,，當(dāng)蓋板、腹,板對接焊縫焊接完成后，再焊接主角焊縫。,圖,9-6,梁對接焊縫的布置,?,在梁與梁對接的蓋板、腹板焊接順序上，,應(yīng)首先焊接下蓋板、腹板、上蓋板對接焊,縫的根部焊道,2,3,道，然后交替焊接三條,對接焊

6、縫的填充焊道，避免蓋板、腹板對,接焊縫一一單獨施焊，否則會產(chǎn)生很大的,應(yīng)力集中和焊接變形。,在焊接蓋板與腹板,較近處焊縫時，由于焊接操作和焊縫清理,空間受到障礙，應(yīng)當(dāng)做到操作細心，采用,專用小型磨光機認真清理，以保證焊接質(zhì),量。,?,梁與梁的,T,形連接,?,工形梁與工形梁的,T,形連接包括橫梁蓋板,與主梁蓋板的對接，以及橫梁腹板與主梁,腹板的角接，如圖,9-7 a),所示；箱形梁的,T,形連接包括橫梁蓋板、腹板與主梁蓋板間,角焊縫，如圖,9-7 b),所示。工形梁與工形,梁的,T,形連接，一般在主梁的兩側(cè)都有連,接，如果只在主梁的一側(cè)連接，則需要在,主梁的另一側(cè)增加加勁板結(jié)構(gòu)，以增加梁,的剛

7、度；箱形梁與箱形梁的,T,形連接，在,正對橫梁處主梁內(nèi)側(cè)設(shè)置橫向加勁隔板。,?,圖,9-7,梁與梁的,T,形連接,?,三,.,梁的焊接,?,梁的組裝,?,工形梁的組裝,?,工形梁的組裝方法分為臥式組裝和立式組,裝,。,?,圖,9-8,工形梁臥式組裝示意圖,?,圖,9-9,工形梁立式組裝示意圖,組裝T形,組裝工形,?,箱形梁的組裝,?,箱形梁的組裝方法如圖,9-10,所示，首先將,一側(cè)蓋板置于平臺上，然后組對隔板，接,著組裝兩側(cè)腹板形成槽形，焊接隔板三面,角焊縫，最后在槽形上組裝另一蓋板，形,成箱形。,組裝隔板,組裝腹板成槽形,扣蓋成箱形,?,梁的焊接,?,工形梁的焊接,?,工形梁首先焊接四條主

8、角焊縫，一般采用,埋弧自動焊，船位焊接，,為了保證梁上拱,度，首先焊接下蓋板側(cè)角焊縫，然后焊接,上蓋板側(cè)角焊縫,。對工形蓋板焊接變形修,整后，組裝腹板上加勁肋，采用,CO2,氣體,保護焊焊接加勁肋角焊縫，應(yīng)從梁長度方,向的中間向兩端對稱焊接，有頂緊要求的,加勁板應(yīng)從頂緊端向另一端焊接。,?,箱形梁的焊接,?,箱形桿件組成槽形后，采用,CO2,氣體保護,焊焊接隔板三面角焊縫，應(yīng)對稱焊接，扣,蓋組成箱形后，焊接箱形四條主角焊縫。,主角焊縫一般采用埋弧自動焊，為了防止,箱形桿件扭曲變形，四條主角焊縫應(yīng)同向,焊接，同一腹板側(cè)兩條主角焊縫對稱焊接。,如果坡口較深，焊接量大，應(yīng)首先焊接四,條主角焊縫的坡口

9、根部焊道，增加箱形的,整體剛度，然后再對稱焊接填充焊道,.,?,第二節(jié),柱的焊接,?,柱的結(jié)構(gòu),?,在工作狀態(tài)承受壓力的桿件叫做柱。,?,1.,柱的分類,?,根據(jù)斷面形狀的不同，柱分為工字柱、梅,花形柱、箱形柱、圓形柱等，斷面形狀,?,圖,9-12,柱的斷面形狀,工形柱,梅花形柱,箱形柱,圓形柱,?,根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，柱分為實腹柱和格構(gòu)柱。,實腹柱見圖,9-13,，采用型鋼或鋼板組成，,型鋼實腹柱焊接量小，加工簡單，但受到,型鋼尺寸的限制。鋼板實腹柱適應(yīng)性強，,可根據(jù)要求制作各種大小尺寸的柱，但焊,接量大，制造比較復(fù)雜。格構(gòu)柱見圖,9-14,，,一般采用型鋼拼焊而成，格構(gòu)柱構(gòu)造簡單，,質(zhì)量輕，省材

10、料，風(fēng)的阻力小，但焊縫短，,不利于自動化焊接。,9-13,實腹柱,隔板,型鋼實腹柱,隔板,隔板,鋼板實腹柱,?,圖,?,圖,9-14,格構(gòu)柱,?,柱頭,柱頭主要與被支撐梁相連接，或焊接端部封,頭板，見圖,9-18,。,圖,9-18,柱頭結(jié)構(gòu),?,柱腳,?,柱腳主要承受外力和整個柱的質(zhì)量。柱腳,需要具有較大的剛度，一般在柱腳處采用,加勁板補強，柱腳結(jié)構(gòu)見圖,9-19,，柱腳與,基礎(chǔ)通過螺栓或焊接與基礎(chǔ)相連。,?,圖,9-19,柱腳結(jié)構(gòu),?,二,.,柱的焊接,?,實腹柱的焊接,?,工形實腹柱和箱形實腹柱的焊接要求與工,形梁和箱形梁的焊接要求相近，一般主角,焊縫采用埋弧自動焊，加勁板或隔板采用,CO

11、2,氣體保護焊。對于要求隔板四面全焊,的箱形柱，最后采用電渣焊焊接隔板與蓋,板間角焊縫。,?,格構(gòu)柱的焊接,?,格構(gòu)柱的焊接一般較簡單，焊縫長度較短，,組裝定位后，主要采用焊條電弧焊或,CO2,氣體保護焊方法焊接，盡可能對稱施焊。,?,第三節(jié),梁、柱焊接缺陷產(chǎn)生原因及防,止措施,?,一、梁、柱焊接變形,?,（一）,梁、柱焊接變形產(chǎn)生原因,?,梁、柱焊接變形主要有彎曲變形和扭曲變形。產(chǎn),生梁、柱彎曲變形的原因是，,當(dāng)焊縫分布不在構(gòu),件截面的中性軸上或不對稱，由于焊縫焊接后會,產(chǎn)生縱向收縮或橫向收縮，會產(chǎn)生彎曲變形，圖,13-1,是箱形桿件的焊接彎曲變形，當(dāng)焊縫距離構(gòu),件截面的中性軸越遠，或不對稱

12、分布越嚴重，造,成的梁、柱焊接彎曲變形量越大,。造成梁、柱扭,曲變形的原因是，由于梁、柱的焊接順序和焊接,方向不當(dāng)，由于在桿件截面各部位上的焊縫沿桿,件長度方向產(chǎn)生的收縮變形不一致，就會產(chǎn)生扭,曲變形，圖,13-2,是工形桿件的焊接扭曲變形。,?,圖,13-1,箱形桿件的焊接彎曲變形,?,圖,13-2,工形桿件的焊接扭曲變形,?,（二）,梁、柱焊接變形防止措施,?,1.,設(shè)計措施,?,1,）,確定合理的焊縫尺寸和坡口形式,?,焊縫尺寸直接關(guān)系到焊接工作量和焊接變,形量的大小，焊縫尺寸大，不但焊接量增,加，而且焊接變形也大。如果設(shè)計者對焊,縫不夠了解，對焊縫信心不足，片面地認,為只有增大焊縫尺寸

13、才能夠保證構(gòu)件安全，,不合理地增大焊縫尺寸，增大了構(gòu)件的焊,接變形。因此在保證結(jié)構(gòu)承載能力的條件,下，應(yīng)盡可能減小焊縫尺寸。,?,2,）,盡可能減少不必要的焊縫,?,在焊接結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力求焊縫數(shù)量少，避免,不必要的焊縫。在設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時，常常,采用加勁肋板來提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛度，,比如有的結(jié)構(gòu)件，為了減輕鋼板的重量，,采用厚度較薄的鋼板，而通過增加加勁板,的數(shù)量來提高結(jié)構(gòu)剛度，這樣加勁板增加,太多，并且很密集，會造成很大的焊接變,形，增加組裝和修整的工作量，反而不如,適當(dāng)增加鋼板厚度，減少加勁肋板更經(jīng)濟。,?,3,）,合理安排焊縫位置,?,在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，焊縫盡可能對稱于截,面中性軸，這樣，

14、有可能使焊縫產(chǎn)生的焊,接變形相互抵消，對減小梁、柱的焊接變,形有利。另外焊縫盡量靠近中性軸分布，,焊縫距離中性軸越近，產(chǎn)生的焊接變形越,小。,?,2.,工藝措施,?,1,）,采用正確的組裝和焊接順序,?,采用合理的組裝和焊接順序?qū)p小焊接變,形具有重要意義，同一個焊接構(gòu)件，如果,采用不同的組裝和焊接順序，焊后產(chǎn)生的,焊接變形不一樣。如圖,13-3,所示的焊接梁，,是由兩根槽鋼、蓋板和若干隔板組成，槽,鋼與蓋板間焊接角焊縫,1,，隔板與蓋板間焊,接角焊縫,2,，隔板與槽鋼間焊接角焊縫,3,，,這個構(gòu)件可采用三種不同的組裝焊接,?,圖,13-3,帶蓋板的雙槽鋼箱形梁,槽鋼,隔板,焊縫3,蓋板,焊縫

15、1,焊縫2,?,先把隔板與槽鋼裝配在一起，然后焊接角,焊縫,3,，再將蓋板與槽鋼加隔板裝配起來，,焊接焊縫,1,，最后焊接焊縫,2,焊縫2,焊縫3,焊縫1,?,焊接變形焊縫,3,、,2,、,1,均在中性軸以下，造,成桿件上拱,先把槽鋼與蓋板裝配在一起，焊接焊縫,1,，,再裝配隔板，焊接焊縫,2,，最后焊接焊縫,3,焊縫2,焊縫3,焊縫1,焊縫,1,、,2,均在中性軸以下，造成上拱焊接,變形，而焊縫,3,絕大部分在中性軸以上，造,成下彎焊接變形,?,先將隔板與蓋板組裝起來，焊接焊縫,2,，然,后裝配兩側(cè)槽鋼，焊接焊縫,1,和焊縫,3,焊縫3,焊縫2,焊縫1,?,由于焊縫,2,距離中性軸很近，產(chǎn)生

16、的焊接變,形很小,?,對于工形梁的焊接，為了保證梁上拱，應(yīng),首先焊接下蓋板側(cè)角焊縫，然后焊接上蓋,板側(cè)角焊縫，見圖,13-4 a,），如果梁的焊腳,尺寸較大，需要多道施焊，應(yīng)首先焊接四,條主角焊縫的根部第一焊道，然后再逆序,焊接其余焊道，見圖,13-4 b,）。,?,圖,13-4 b,）,工形梁主角焊縫焊接順序,?,如果焊接,T,形梁，角焊縫焊后會產(chǎn)生很大的,彎曲變形，如圖,13-5 a),為了減小梁的彎曲,變形，可以將兩個,T,形梁連接成工形，如圖,13-5 b),所示，然后進行工形角焊縫的焊接，,待工形桿件焊接完成后，再將工形拆成兩,個,T,形梁。,?,圖,13-5 T,形梁的焊接方案,定

17、位焊（主焊縫焊后拆開）,?,2,）采用正確的焊接方向,?,對于梁、柱主角焊縫，應(yīng)同向施焊，箱形,桿件同一腹板側(cè)兩條主角焊縫應(yīng)對稱焊接。,箱形隔板、工形桿件上加勁肋應(yīng)從梁的中,間向兩端對稱焊接，有頂緊要求的加勁肋,應(yīng)從頂緊端向另一端焊接。,?,3,）選擇焊接變形小的焊接方法選用線能將,較小的焊接方法，可以有效地防止焊接變,形。例如，對于薄板多加勁板的梁和柱結(jié),構(gòu)件，采用,CO2,氣體保護半自動焊代焊條,電弧焊，是減小焊接變形的有效焊接方法，,另外還提高了焊接效率，降低焊接成本。,?,二,.,梁、柱焊接其它缺陷,?,1.,梁、柱焊接其它缺陷產(chǎn)生原因,?,1,）縱向收縮變形,?,對于長細梁和柱，縱向

18、焊縫引起桿件的縱,向收縮，一般工形桿件的角焊縫尺寸越大,或箱形桿件棱角焊縫的坡口越大，產(chǎn)生的,縱向收縮變形越大；焊接線能量越大產(chǎn)生,的縱向收縮變形越大；焊縫長度越長，產(chǎn),生的縱向收縮變形越大。,?,2,）蓋板角變形,?,在焊接工形桿件時，往往會發(fā)生蓋板角變,形，如圖,13-6,所示，產(chǎn)生角變形的根本原,因是焊接產(chǎn)生的橫向收縮變形在鋼板厚度,方向上的不均勻分布所致，焊縫面鋼板產(chǎn),生的收縮量大，焊縫背面鋼板產(chǎn)生的收縮,量小。焊接熱輸入越大，產(chǎn)生的蓋板角變,形越大。如果腹板開坡口或要求熔透焊接，,則產(chǎn)生的蓋板角變形更大。,?,圖,13-6,工形梁蓋板角變形,?,1,）縱向收縮變形的防止措施,?,對于梁、柱焊接產(chǎn)生的縱向收縮變形，一,方面從設(shè)計上，盡量減小焊縫尺寸或坡口,深度，減小焊接量。另一方面，焊接時應(yīng),注意焊接順序，防止因焊接變形太大造成,火焰修整時引起收縮變形量大。在鋼板下,料時，梁的長度方向應(yīng)預(yù)留足夠的焊接收,縮量，避免因收縮量太大造成桿件長度不,能滿足技術(shù)要求。,?,2,）蓋板角變形的防止措施,?,對于工形桿件蓋板角變形，一方面從設(shè)計,上，盡量減小焊縫尺寸或坡口深度，減小,焊接量。另一方面，焊接時可以在焊縫背,面配合火焰修整，在焊接過程中保持蓋板,的正反兩面受熱均勻。第三，采用蓋板