3321-22鋁合金結(jié)構(gòu)解析課件

3/3.21-22焊接鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

DesignofWeldedAluminiumStructures

吉林大學(xué)李桂中

3/3.21-22焊接鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

DesignofWe1、概述2、鋁合金結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)3、鋁合金的特點(diǎn)及應(yīng)用4、鋁合金材料5、鋁合金焊接接頭特點(diǎn)及計(jì)算主要內(nèi)容1、概述主要內(nèi)容輕型材料的應(yīng)用（特別是鋁材）使輕型結(jié)構(gòu)的制造成為可能。鋁及其合金焊接技術(shù)的快速發(fā)展?jié)M足了鋁結(jié)構(gòu)焊接的要求。

1概述輕型材料的應(yīng)用（特別是鋁材）使輕型結(jié)構(gòu)的制造成為可能 鋁結(jié)構(gòu)焊接和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)主要由三份標(biāo)準(zhǔn)組成。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)既沒有EN標(biāo)準(zhǔn)，也沒有ISO標(biāo)準(zhǔn)。僅在母材和填充材料有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或者在起草階段。 DIN4113-1：1980 主要靜載荷鋁結(jié)構(gòu)；載荷分析和設(shè)計(jì) DIN4113-2：1993 主要靜載荷鋁結(jié)構(gòu)；計(jì)算和鋁結(jié)構(gòu)焊接接頭制造 建筑研究院規(guī)程：1987 鋁結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程 DVS1608：1983 軌道車輛鋁結(jié)構(gòu)焊接 ISO9692-3：2001 坡口準(zhǔn)備；鋁及其合金的MIG焊和TIG焊 歐洲9號（EN1999)鋁結(jié)構(gòu) ANSI/AWSD1.2：2003結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程—鋁

相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)

DIN18800-1：1990 鋼結(jié)構(gòu)-計(jì)算和設(shè)計(jì) 鋁結(jié)構(gòu)焊接和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)主要由三份標(biāo)準(zhǔn)組成。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn) 鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，雖然在計(jì)算方法上與鋼結(jié)構(gòu)基本相同（強(qiáng)度設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和剛度設(shè)計(jì)），但由于其焊接接頭性能的特殊性，在接頭設(shè)計(jì)、許用應(yīng)力等方面又不同于鋼結(jié)構(gòu)。 鋁與鋼相比重要的區(qū)別： －比較低的強(qiáng)度； －低彈性模量 －焊接熱影響區(qū) －擠壓型材的成型 －有減少輕型結(jié)構(gòu)質(zhì)量可能性 鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，雖然在計(jì)算方法上與鋼結(jié)構(gòu)基本相同（強(qiáng)鋁與鋼的性能對比純鋁有以下特定的性能：屬于輕金屬，比重僅有2.7g/cm3；（鋼7.8）耐大氣腐蝕；（表面有致密的氧化膜）具有良好的低溫韌性（面心立方晶格，無冷脆現(xiàn)象）；具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性；線膨脹系數(shù)大；（是鋼的2倍）熔點(diǎn)低（660○C）;（鋼1536○C）強(qiáng)度低，σ0.2僅為10MPa；（鋼Q235為240MPa）彈性模量E小，僅為6.7×104；（鋼21×104）液態(tài)鋁水的表面張力??；加熱過程從固相到液相無明顯的顏色變化（鋼由黑變紅）；具有良好的延展性和加工性（易擠壓成型或鑄造成型）；氧化物熔點(diǎn)高，Al2O3熔點(diǎn)為2050○C（Fe2O31455○C）。鋁與鋼的性能對比純鋁有以下特定的性能：鋁結(jié)構(gòu)鋼密度2.7g/cm37.8g/cm3彈性模量70,000N/mm2210,000N/mm2剪切模量26,500N/mm281,000N/mm2橫向延伸率0.330.30熱膨脹系數(shù)23.5*10-61/K12*10-61/K屈服強(qiáng)度20-470N/mm2240-960N/mm2抗拉強(qiáng)度70-520N/mm2360-1100N/mm2鋁合金和鋼的性能比較鋁結(jié)構(gòu)鋼密度2.7g/cm37.8g/cm3彈性模量70,鋁梁和鋼梁的區(qū)別

鋁鋁梁和鋼梁的區(qū)別鋁鋁梁和鋼梁的區(qū)別

鋁梁和鋼梁的區(qū)別 鋁及鋁合金具有重量輕、防腐性能好、低溫韌性好和易于壓力加工等特點(diǎn)，因此在工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)方面都有大量應(yīng)用。 ——由于其優(yōu)良的防腐性能和低溫韌性好的特點(diǎn)，因此在石油、化工、深冷行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 ——在建筑行業(yè)，由于鋁的重量輕、防腐性能好，因此鋁結(jié)構(gòu)代替鋼結(jié)構(gòu)也有大量應(yīng)用。 ——在軌道交通行業(yè)，大量的使用鋁代替鋼制造軌道車輛，并且呈現(xiàn)上升趨勢。 ——包括航空、電子技術(shù)、包裝、機(jī)器制造、煉鋼等行業(yè)都是用鋁及其合金。2鋁結(jié)構(gòu)應(yīng)用 鋁及鋁合金具有重量輕、防腐性能好、低溫韌性好和易于壓力加應(yīng)用特點(diǎn)－能否降低成本，相似結(jié)構(gòu)使用其它材料代替?－能否節(jié)省材料，例如相似結(jié)構(gòu)，鋁結(jié)構(gòu)相對鋼結(jié)構(gòu)可以節(jié)省至少40％的材料?減輕重量而節(jié)省成本，如節(jié)省火箭發(fā)動機(jī)用燃料。能否因減輕重量增加容積；使用鋁結(jié)構(gòu)無須考慮防腐保護(hù)，由于鋁結(jié)構(gòu)的這種優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省了防腐費(fèi)用；能否改變產(chǎn)品外觀，例如在建筑上；結(jié)構(gòu)在100℃以上的性能；擠壓型材的發(fā)展，節(jié)省制造費(fèi)用；考慮鋁的重要性能，例如低彈性模量、高塑性、高導(dǎo)電率等應(yīng)用特點(diǎn)典型鋁合金結(jié)構(gòu)產(chǎn)品

典型鋁合金結(jié)構(gòu)產(chǎn)品3.1鋁及其合金的產(chǎn)品形式

鋁及其合金的供貨形式主要包括普通的板材、管材、型材和特殊擠壓型材常用鋁合金供貨形式

3.材料3.1鋁及其合金的產(chǎn)品形式常用鋁合金供貨形式3.材3.2力學(xué)性能鋁和鋼的延伸率

3.2力學(xué)性能鋁和鋼的延伸率非熱處理強(qiáng)化的鋁合金在焊接狀態(tài)下的斷裂強(qiáng)度和0.2%屈服強(qiáng)度與供貨狀態(tài)幾乎沒有區(qū)別，而對于可熱處理強(qiáng)化鋁合金則有明顯的差別。非熱處理強(qiáng)化鋁合金的比值大約0.5至0.6之間，在焊接狀態(tài)要稍低一些，對于熱處理強(qiáng)化鋁合金鋼在0.7至0.8之間。非熱處理強(qiáng)化的鋁合金在焊接狀態(tài)下的斷裂強(qiáng)度和0.2%屈服－AlZn4.5Mg（7xxx）鋁合金的抗拉強(qiáng)度值僅比普通結(jié)構(gòu)鋼S235低5%；而屈服強(qiáng)度值卻比S235高19%。特別適用于高層建筑和車輛制造中的承載焊接構(gòu)件。－鋁合金的斷裂延伸率還沒有達(dá)到普通結(jié)構(gòu)鋼的一半（S235大約為25%）。－焊后接頭軟化——бb↓；－Al-Zn-Mg合金бb較高，適于建筑及承載構(gòu)件；－鋁合金的延伸率不到普通結(jié)構(gòu)鋼的1/2；－鋁合金基本沒有低溫脆性.－AlZn4.5Mg（7xxx）鋁合金的抗拉強(qiáng)度值僅比普通結(jié)焊縫許用應(yīng)力（IFBT規(guī)程）焊縫許用應(yīng)力（IFBT規(guī)程）材料選擇

——熱處理強(qiáng)化鋁合金常用于結(jié)構(gòu)制造的6xxx鋁合金包括ENAW-6082、ENAW-6061、ENAW-6005A、ENAW-6106、ENAW-6063和ENAW-6060，7xxx鋁合金包括ENAW-7020?！菬崽幚韽?qiáng)化鋁合金包括ENAW-5049、ENAW-5052、ENAW-5454、ENAW-5754、ENAW-5083、ENAW-3004、ENAW-3005、ENAW-3103和ENAW5005材料選擇ENAW-6082該合金是最廣泛應(yīng)用的熱處理鋁合金之一，是結(jié)構(gòu)用焊接或非焊接鋁合金中的首選。該合金可提供各種產(chǎn)品形式（實(shí)心和中空材料，管、板、薄板和鍛件）并具有最高的強(qiáng)度，暴露在海洋條件下使用的部件中應(yīng)用更廣泛。通常的供貨狀態(tài)為ENAW-6082T6。該合金通常以板和薄板形式供貨。選擇這種合金是基于其良好的綜合性能，熱處理后的高強(qiáng)度、良好的耐蝕性、可焊性（使用TIG和MIG焊）、T4條件下好的塑性和好的機(jī)械性能。焊接接頭及熱影響區(qū)的強(qiáng)度下降是必須注意的。其強(qiáng)度在自然時(shí)效后部分恢復(fù)。如果使用擠壓型材，相對于其它6xxx鋁合金，在得到復(fù)雜截面形式時(shí)，其壁厚大。ENAW-6082ENAW-6061該合金也是廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)用焊接或非焊接熱處理鋁合金（實(shí)心和中空材料，管）。通常的供貨狀態(tài)為ENAW-6061T6。該合金通常以板和薄板形式供貨。選擇這種合金是基于其良好的綜合性能，熱處理后的高強(qiáng)度、良好的耐蝕性、可焊性（使用TIG和MIG焊）、T4條件下好的塑性和好的機(jī)械性能。焊接接頭及熱影響區(qū)的強(qiáng)度下降是必須注意的。其強(qiáng)度在自然失效后部分恢復(fù)。如果使用擠壓型材，相對于其它6xxx鋁合金，在得到復(fù)雜截面形式時(shí)，其壁厚大。ENAW-6061ENAW-6005A該合金也被推薦用于結(jié)構(gòu)，具有中等強(qiáng)度，但僅以擠壓型材供貨，與ENAW-6082和ENAW-6061相比該合金可以制造更為復(fù)雜截面形狀的型材，特別是薄壁中空型材。與ENAW-6082和ENAW-6061相似，ENAW-6005A也適合TIG焊和MIG焊，其焊縫及熱影響區(qū)也有強(qiáng)度下降問題。焊縫及非焊接件的耐蝕性與ENAW-6082相似或更好，機(jī)械性能與ENAW-6082相似。ENAW-6005AENAW-7020該合金也被推薦用于結(jié)構(gòu)制造。它是一種高強(qiáng)度合金，可以實(shí)心或空心型材供貨，包括板、薄板和管。它不易制造復(fù)雜截面的空心擠壓型材，通常以ENAW-7020T6狀態(tài)供貨。因?yàn)樽匀粫r(shí)效的原因，它比6xxx合金有更好的焊縫強(qiáng)度。ENAW-70203.3焊接接頭的強(qiáng)度特點(diǎn)鋁結(jié)構(gòu)焊接接頭的熱影響區(qū)普遍有強(qiáng)度下降的問題

鋁焊接接頭的熱影響區(qū)力學(xué)性能變化3.3焊接接頭的強(qiáng)度特點(diǎn)鋁焊接接頭的熱影響區(qū)力學(xué)性能變化鋁焊接接頭的熱影響區(qū)力學(xué)性能變化鋁焊接接頭的熱影響區(qū)力學(xué)性能變化 鋼和鋁的坡口有兩個(gè)區(qū)別： ——鋁由于熔點(diǎn)低，一般熔深較大，且鋁液的表面張力小，所以焊縫易焊漏；建議使用熔池保護(hù)裝置。 ——焊鋁時(shí)因其母材導(dǎo)熱快，易產(chǎn)生的坡口未熔合；要求采用較大的坡口角度。電弧焊時(shí)：鋼焊縫的坡口角度：40～60度；鋁焊縫的坡口角度：50～70度；甚至達(dá)到90度。4焊縫準(zhǔn)備及結(jié)構(gòu)形式 鋼和鋁的坡口有兩個(gè)區(qū)別：4焊縫準(zhǔn)備及結(jié)構(gòu)形式對所有氣體保護(hù)焊方法要求根部焊透，及理想的背面成型。為了使根部更好地熔合，應(yīng)在根部一側(cè)開斜邊（見下圖）。A未開斜邊B開斜邊鋁合金坡口根部處理對所有氣體保護(hù)焊方法要求根部焊透，及理想的背銅質(zhì)或高合金保護(hù)

Cr-Ni鋼絲

型材保護(hù)

焊縫背面保護(hù)銅質(zhì)或高合金保護(hù) Cr-Ni鋼絲型材保護(hù)焊縫背面保護(hù)ISO9692-2節(jié)選ISO9692-2節(jié)選焊接鋁結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理上可以與按DIN18800T1進(jìn)行的鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算相比較。但母材和焊縫的許用應(yīng)力卻不一樣！必須按不同的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程選?。耗覆脑S用應(yīng)力按DIN4113第一部分選??；焊縫許用應(yīng)力按建筑技術(shù)研究所規(guī)程(IFBT)選取。 5計(jì)算準(zhǔn)則5.1靜載時(shí)的計(jì)算準(zhǔn)則焊接鋁結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理上可以與按DIN18800T1進(jìn)行的鋼 應(yīng)該考慮到，焊接時(shí)在熱影響區(qū)的橫截面內(nèi)要產(chǎn)生強(qiáng)度的降低。焊接結(jié)構(gòu)的熱影響區(qū)是從焊縫中點(diǎn)及根部算起向各個(gè)方向延伸30mm的區(qū)域（見圖）。熱影響區(qū)區(qū)域 應(yīng)該考慮到，焊接時(shí)在熱影響區(qū)的橫截面內(nèi)要產(chǎn)生強(qiáng)度的在針對失效時(shí)焊縫縱向產(chǎn)生的斷裂進(jìn)行計(jì)算時(shí)采用減小橫截面值（許用應(yīng)力按DIN4113第一部分選?。?/p>

：?=A總-（1-?）∑AWEZ,i

?=聯(lián)系焊縫按母材進(jìn)行校核，但應(yīng)扣除熱影響區(qū)的強(qiáng)度損失部分！在針對失效時(shí)焊縫縱向產(chǎn)生的斷裂進(jìn)行計(jì)算時(shí)采用減小橫AlZn4.5Mg(7020)σ許=160N/mm2

?=

205/290=0.71

A?=A總-（1-?）∑AHAZ,I

=2800–(1-0.71)×830=2559mm2σ∥=F/A?=375000/2559=146.5N/mm2AlZn4.5Mg(7020)σ許=160N/mm25.2動載時(shí)的計(jì)算準(zhǔn)則動載鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算需按DVS1608規(guī)程并結(jié)合DS952規(guī)程一私人企業(yè)金屬材料焊接規(guī)程。受動載的鋁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域是車輛，飛機(jī)和船舶制造等。目前唯一適用于受動載鋁結(jié)構(gòu)的規(guī)程是DVS1608規(guī)程。其它制造上的技術(shù)數(shù)據(jù)（焊接材料的選擇，焊接時(shí)熱輸入等）則應(yīng)根據(jù)計(jì)算的特性值結(jié)合應(yīng)力極限比?=+1至?=-1時(shí)的二載荷曲線來給出。 載荷循環(huán)次數(shù)N的最大值為N=1·107。5.2動載時(shí)的計(jì)算準(zhǔn)則N=1×107表面未處理t≤10A未焊接D焊接缺口等級DMIGAlMg5材料及接頭的強(qiáng)度曲線圖。N=1×107材料及接頭的強(qiáng)度曲線圖。合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求——盡量減小結(jié)構(gòu)或焊接接頭部位的應(yīng)力集中；——盡量減小結(jié)構(gòu)的剛度，以減小應(yīng)力集中和附加應(yīng)力的影響；——不采用過厚的截面；——對于附件或不受力焊縫的設(shè)計(jì)，應(yīng)與主焊縫同樣重視；——焊縫位置應(yīng)具有可達(dá)性——便于施焊和焊前現(xiàn)場清理。6鋁結(jié)構(gòu)焊接合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求6鋁結(jié)構(gòu)焊接——受力簡單明確，便于制作、安裝、維護(hù)；——采取措施減少熱影響對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件強(qiáng)度的影響；——鋁合金表面長時(shí)間受熱輻射時(shí)，應(yīng)采取有效措施防護(hù)；——注意防腐?！芰唵蚊鞔_，便于制作、安裝、維護(hù)；6.1 一般結(jié)構(gòu)焊接焊縫在較小應(yīng)力區(qū)，例如：——焊縫處在對稱軸6.1 一般結(jié)構(gòu)焊接避免附加應(yīng)力的焊接接頭形式，例如：——不同板厚焊接接頭避免附加應(yīng)力的焊接接頭形式，例如：產(chǎn)生最小內(nèi)應(yīng)力焊接接頭，例如：——避免應(yīng)力集中焊接接頭產(chǎn)生最小內(nèi)應(yīng)力焊接接頭，例如：改善焊接熱影響區(qū)性能下降的接頭，例如： ——增厚補(bǔ)強(qiáng)的焊接接頭改善焊接熱影響區(qū)性能下降的接頭，例如：動載荷下，降低缺口效應(yīng)的接頭，例如： ——減小截面突變的接頭動載荷下，降低缺口效應(yīng)的接頭，例如：與板材厚度相適應(yīng)的焊縫厚度與板材厚度相適應(yīng)的焊縫厚度帶背面保護(hù)的焊接接頭帶背面保護(hù)的焊接接頭節(jié)點(diǎn)接頭節(jié)點(diǎn)接頭6.2 擠壓型材結(jié)構(gòu)焊接a上翼板型材b腹板型材c下翼板型材d腹板型材優(yōu)點(diǎn)：+焊縫不在最高應(yīng)力區(qū)+在軋制型材上已有熔池保護(hù)+在軋制型材上已有剛性加強(qiáng)+僅2種不同的型材擠壓型材梁6.2 擠壓型材結(jié)構(gòu)焊接a上翼板型材b腹板型材c下典型擠壓型材截面典型擠壓型材截面 ——腹板增加厚度，改善強(qiáng)度下降 ——型材帶背面保護(hù) ——改變抗彎矩能力擠壓型材制造的結(jié)構(gòu) ——腹板增加厚度，改善強(qiáng)度下降擠壓型材制造的結(jié)構(gòu)擠壓型材制造的結(jié)構(gòu)（軌道車輛車體）擠壓型材制造的結(jié)構(gòu)（軌道車輛車體）

1、鋁合金焊縫及坡口的特點(diǎn)2、鋁合金和鋼的性能比較3、鋁合金材料的特點(diǎn)4、鋁合金焊接接頭的特點(diǎn)及保護(hù)措施5、鋁合金接頭的強(qiáng)度計(jì)算(許用應(yīng)力)6、鋁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與典型接頭的應(yīng)用7、鋁合金型材的應(yīng)用小結(jié)1、鋁合金焊縫及坡口的特點(diǎn)小結(jié)3/3.21-22焊接鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

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3/3.21-22焊接鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

DesignofWe1、概述2、鋁合金結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)3、鋁合金的特點(diǎn)及應(yīng)用4、鋁合金材料5、鋁合金焊接接頭特點(diǎn)及計(jì)算主要內(nèi)容1、概述主要內(nèi)容輕型材料的應(yīng)用（特別是鋁材）使輕型結(jié)構(gòu)的制造成為可能。鋁及其合金焊接技術(shù)的快速發(fā)展?jié)M足了鋁結(jié)構(gòu)焊接的要求。

1概述輕型材料的應(yīng)用（特別是鋁材）使輕型結(jié)構(gòu)的制造成為可能 鋁結(jié)構(gòu)焊接和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)主要由三份標(biāo)準(zhǔn)組成。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)既沒有EN標(biāo)準(zhǔn)，也沒有ISO標(biāo)準(zhǔn)。僅在母材和填充材料有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或者在起草階段。 DIN4113-1：1980 主要靜載荷鋁結(jié)構(gòu)；載荷分析和設(shè)計(jì) DIN4113-2：1993 主要靜載荷鋁結(jié)構(gòu)；計(jì)算和鋁結(jié)構(gòu)焊接接頭制造 建筑研究院規(guī)程：1987 鋁結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程 DVS1608：1983 軌道車輛鋁結(jié)構(gòu)焊接 ISO9692-3：2001 坡口準(zhǔn)備；鋁及其合金的MIG焊和TIG焊 歐洲9號（EN1999)鋁結(jié)構(gòu) ANSI/AWSD1.2：2003結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程—鋁

相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)

DIN18800-1：1990 鋼結(jié)構(gòu)-計(jì)算和設(shè)計(jì) 鋁結(jié)構(gòu)焊接和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)主要由三份標(biāo)準(zhǔn)組成。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn) 鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，雖然在計(jì)算方法上與鋼結(jié)構(gòu)基本相同（強(qiáng)度設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和剛度設(shè)計(jì)），但由于其焊接接頭性能的特殊性，在接頭設(shè)計(jì)、許用應(yīng)力等方面又不同于鋼結(jié)構(gòu)。 鋁與鋼相比重要的區(qū)別： －比較低的強(qiáng)度； －低彈性模量 －焊接熱影響區(qū) －擠壓型材的成型 －有減少輕型結(jié)構(gòu)質(zhì)量可能性 鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，雖然在計(jì)算方法上與鋼結(jié)構(gòu)基本相同（強(qiáng)鋁與鋼的性能對比純鋁有以下特定的性能：屬于輕金屬，比重僅有2.7g/cm3；（鋼7.8）耐大氣腐蝕；（表面有致密的氧化膜）具有良好的低溫韌性（面心立方晶格，無冷脆現(xiàn)象）；具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性；線膨脹系數(shù)大；（是鋼的2倍）熔點(diǎn)低（660○C）;（鋼1536○C）強(qiáng)度低，σ0.2僅為10MPa；（鋼Q235為240MPa）彈性模量E小，僅為6.7×104；（鋼21×104）液態(tài)鋁水的表面張力??；加熱過程從固相到液相無明顯的顏色變化（鋼由黑變紅）；具有良好的延展性和加工性（易擠壓成型或鑄造成型）；氧化物熔點(diǎn)高，Al2O3熔點(diǎn)為2050○C（Fe2O31455○C）。鋁與鋼的性能對比純鋁有以下特定的性能：鋁結(jié)構(gòu)鋼密度2.7g/cm37.8g/cm3彈性模量70,000N/mm2210,000N/mm2剪切模量26,500N/mm281,000N/mm2橫向延伸率0.330.30熱膨脹系數(shù)23.5*10-61/K12*10-61/K屈服強(qiáng)度20-470N/mm2240-960N/mm2抗拉強(qiáng)度70-520N/mm2360-1100N/mm2鋁合金和鋼的性能比較鋁結(jié)構(gòu)鋼密度2.7g/cm37.8g/cm3彈性模量70,鋁梁和鋼梁的區(qū)別

鋁鋁梁和鋼梁的區(qū)別鋁鋁梁和鋼梁的區(qū)別

鋁梁和鋼梁的區(qū)別 鋁及鋁合金具有重量輕、防腐性能好、低溫韌性好和易于壓力加工等特點(diǎn)，因此在工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)方面都有大量應(yīng)用。 ——由于其優(yōu)良的防腐性能和低溫韌性好的特點(diǎn)，因此在石油、化工、深冷行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 ——在建筑行業(yè)，由于鋁的重量輕、防腐性能好，因此鋁結(jié)構(gòu)代替鋼結(jié)構(gòu)也有大量應(yīng)用。 ——在軌道交通行業(yè)，大量的使用鋁代替鋼制造軌道車輛，并且呈現(xiàn)上升趨勢。 ——包括航空、電子技術(shù)、包裝、機(jī)器制造、煉鋼等行業(yè)都是用鋁及其合金。2鋁結(jié)構(gòu)應(yīng)用 鋁及鋁合金具有重量輕、防腐性能好、低溫韌性好和易于壓力加應(yīng)用特點(diǎn)－能否降低成本，相似結(jié)構(gòu)使用其它材料代替?－能否節(jié)省材料，例如相似結(jié)構(gòu)，鋁結(jié)構(gòu)相對鋼結(jié)構(gòu)可以節(jié)省至少40％的材料?減輕重量而節(jié)省成本，如節(jié)省火箭發(fā)動機(jī)用燃料。能否因減輕重量增加容積；使用鋁結(jié)構(gòu)無須考慮防腐保護(hù)，由于鋁結(jié)構(gòu)的這種優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省了防腐費(fèi)用；能否改變產(chǎn)品外觀，例如在建筑上；結(jié)構(gòu)在100℃以上的性能；擠壓型材的發(fā)展，節(jié)省制造費(fèi)用；考慮鋁的重要性能，例如低彈性模量、高塑性、高導(dǎo)電率等應(yīng)用特點(diǎn)典型鋁合金結(jié)構(gòu)產(chǎn)品

典型鋁合金結(jié)構(gòu)產(chǎn)品3.1鋁及其合金的產(chǎn)品形式

鋁及其合金的供貨形式主要包括普通的板材、管材、型材和特殊擠壓型材常用鋁合金供貨形式

3.材料3.1鋁及其合金的產(chǎn)品形式常用鋁合金供貨形式3.材3.2力學(xué)性能鋁和鋼的延伸率

3.2力學(xué)性能鋁和鋼的延伸率非熱處理強(qiáng)化的鋁合金在焊接狀態(tài)下的斷裂強(qiáng)度和0.2%屈服強(qiáng)度與供貨狀態(tài)幾乎沒有區(qū)別，而對于可熱處理強(qiáng)化鋁合金則有明顯的差別。非熱處理強(qiáng)化鋁合金的比值大約0.5至0.6之間，在焊接狀態(tài)要稍低一些，對于熱處理強(qiáng)化鋁合金鋼在0.7至0.8之間。非熱處理強(qiáng)化的鋁合金在焊接狀態(tài)下的斷裂強(qiáng)度和0.2%屈服－AlZn4.5Mg（7xxx）鋁合金的抗拉強(qiáng)度值僅比普通結(jié)構(gòu)鋼S235低5%；而屈服強(qiáng)度值卻比S235高19%。特別適用于高層建筑和車輛制造中的承載焊接構(gòu)件。－鋁合金的斷裂延伸率還沒有達(dá)到普通結(jié)構(gòu)鋼的一半（S235大約為25%）。－焊后接頭軟化——бb↓；－Al-Zn-Mg合金бb較高，適于建筑及承載構(gòu)件；－鋁合金的延伸率不到普通結(jié)構(gòu)鋼的1/2；－鋁合金基本沒有低溫脆性.－AlZn4.5Mg（7xxx）鋁合金的抗拉強(qiáng)度值僅比普通結(jié)焊縫許用應(yīng)力（IFBT規(guī)程）焊縫許用應(yīng)力（IFBT規(guī)程）材料選擇

——熱處理強(qiáng)化鋁合金常用于結(jié)構(gòu)制造的6xxx鋁合金包括ENAW-6082、ENAW-6061、ENAW-6005A、ENAW-6106、ENAW-6063和ENAW-6060，7xxx鋁合金包括ENAW-7020?！菬崽幚韽?qiáng)化鋁合金包括ENAW-5049、ENAW-5052、ENAW-5454、ENAW-5754、ENAW-5083、ENAW-3004、ENAW-3005、ENAW-3103和ENAW5005材料選擇ENAW-6082該合金是最廣泛應(yīng)用的熱處理鋁合金之一，是結(jié)構(gòu)用焊接或非焊接鋁合金中的首選。該合金可提供各種產(chǎn)品形式（實(shí)心和中空材料，管、板、薄板和鍛件）并具有最高的強(qiáng)度，暴露在海洋條件下使用的部件中應(yīng)用更廣泛。通常的供貨狀態(tài)為ENAW-6082T6。該合金通常以板和薄板形式供貨。選擇這種合金是基于其良好的綜合性能，熱處理后的高強(qiáng)度、良好的耐蝕性、可焊性（使用TIG和MIG焊）、T4條件下好的塑性和好的機(jī)械性能。焊接接頭及熱影響區(qū)的強(qiáng)度下降是必須注意的。其強(qiáng)度在自然時(shí)效后部分恢復(fù)。如果使用擠壓型材，相對于其它6xxx鋁合金，在得到復(fù)雜截面形式時(shí)，其壁厚大。ENAW-6082ENAW-6061該合金也是廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)用焊接或非焊接熱處理鋁合金（實(shí)心和中空材料，管）。通常的供貨狀態(tài)為ENAW-6061T6。該合金通常以板和薄板形式供貨。選擇這種合金是基于其良好的綜合性能，熱處理后的高強(qiáng)度、良好的耐蝕性、可焊性（使用TIG和MIG焊）、T4條件下好的塑性和好的機(jī)械性能。焊接接頭及熱影響區(qū)的強(qiáng)度下降是必須注意的。其強(qiáng)度在自然失效后部分恢復(fù)。如果使用擠壓型材，相對于其它6xxx鋁合金，在得到復(fù)雜截面形式時(shí)，其壁厚大。ENAW-6061ENAW-6005A該合金也被推薦用于結(jié)構(gòu)，具有中等強(qiáng)度，但僅以擠壓型材供貨，與ENAW-6082和ENAW-6061相比該合金可以制造更為復(fù)雜截面形狀的型材，特別是薄壁中空型材。與ENAW-6082和ENAW-6061相似，ENAW-6005A也適合TIG焊和MIG焊，其焊縫及熱影響區(qū)也有強(qiáng)度下降問題。焊縫及非焊接件的耐蝕性與ENAW-6082相似或更好，機(jī)械性能與ENAW-6082相似。ENAW-6005AENAW-7020該合金也被推薦用于結(jié)構(gòu)制造。它是一種高強(qiáng)度合金，可以實(shí)心或空心型材供貨，包括板、薄板和管。它不易制造復(fù)雜截面的空心擠壓型材，通常以ENAW-7020T6狀態(tài)供貨。因?yàn)樽匀粫r(shí)效的原因，它比6xxx合金有更好的焊縫強(qiáng)度。ENAW-70203.3焊接接頭的強(qiáng)度特點(diǎn)鋁結(jié)構(gòu)焊接接頭的熱影響區(qū)普遍有強(qiáng)度下降的問題

鋁焊接接頭的熱影響區(qū)力學(xué)性能變化3.3焊接接頭的強(qiáng)度特點(diǎn)鋁焊接接頭的熱影響區(qū)力學(xué)性能變化鋁焊接接頭的熱影響區(qū)力學(xué)性能變化鋁焊接接頭的熱影響區(qū)力學(xué)性能變化 鋼和鋁的坡口有兩個(gè)區(qū)別： ——鋁由于熔點(diǎn)低，一般熔深較大，且鋁液的表面張力小，所以焊縫易焊漏；建議使用熔池保護(hù)裝置。 ——焊鋁時(shí)因其母材導(dǎo)熱快，易產(chǎn)生的坡口未熔合；要求采用較大的坡口角度。電弧焊時(shí)：鋼焊縫的坡口角度：40～60度；鋁焊縫的坡口角度：50～70度；甚至達(dá)到90度。4焊縫準(zhǔn)備及結(jié)構(gòu)形式 鋼和鋁的坡口有兩個(gè)區(qū)別：4焊縫準(zhǔn)備及結(jié)構(gòu)形式對所有氣體保護(hù)焊方法要求根部焊透，及理想的背面成型。為了使根部更好地熔合，應(yīng)在根部一側(cè)開斜邊（見下圖）。A未開斜邊B開斜邊鋁合金坡口根部處理對所有氣體保護(hù)焊方法要求根部焊透，及理想的背銅質(zhì)或高合金保護(hù)

Cr-Ni鋼絲

型材保護(hù)

焊縫背面保護(hù)銅質(zhì)或高合金保護(hù) Cr-Ni鋼絲型材保護(hù)焊縫背面保護(hù)ISO9692-2節(jié)選ISO9692-2節(jié)選焊接鋁結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理上可以與按DIN18800T1進(jìn)行的鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算相比較。但母材和焊縫的許用應(yīng)力卻不一樣！必須按不同的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程選取：母材許用應(yīng)力按DIN4113第一部分選??；焊縫許用應(yīng)力按建筑技術(shù)研究所規(guī)程(IFBT)選取。 5計(jì)算準(zhǔn)則5.1靜載時(shí)的計(jì)算準(zhǔn)則焊接鋁結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理上可以與按DIN18800T1進(jìn)行的鋼 應(yīng)該考慮到，焊接時(shí)在熱影響區(qū)的橫截面內(nèi)要產(chǎn)生強(qiáng)度的降低。焊接結(jié)構(gòu)的熱影響區(qū)是從焊縫中點(diǎn)及根部算起向各個(gè)方向延伸30mm的區(qū)域（見圖）。熱影響區(qū)區(qū)域 應(yīng)該考慮到，焊接時(shí)在熱影響區(qū)的橫截面內(nèi)要產(chǎn)生強(qiáng)度的在針對失效時(shí)焊縫縱向產(chǎn)生的斷裂進(jìn)行計(jì)算時(shí)采用減小橫截面值（許用應(yīng)力按DIN4113第一部分選?。?/p>

：?=A總-（1-?）∑AWEZ,i

?=聯(lián)系焊縫按母材進(jìn)行校核，但應(yīng)扣除熱影響區(qū)的強(qiáng)度損失部分！在針對失效時(shí)焊縫縱向產(chǎn)生的斷裂進(jìn)行計(jì)算時(shí)采用減小橫AlZn4.5Mg(7020)σ許=160N/mm2

?=

205/290=0.71

A?=A總-（1-?）∑AHAZ,I

=2800–(1-0.71)×830=2559mm2σ∥=F/A?=375000/2559=146.5N/mm2AlZn4.5Mg(7020)σ許=160N/mm25.2動載時(shí)的計(jì)算準(zhǔn)則動載鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算需按DVS1608規(guī)程并結(jié)合DS952規(guī)程一私人企業(yè)金屬材料焊接規(guī)程。受動載的鋁結(jié)