《建筑钢结构焊接技术规程》宣讲.ppt
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1、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
2、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
3、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=0.380.45%包含了强度等级比Q345更高的较难焊的钢号,Ceq0.45%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
4、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
5、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
6、、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60100mm时的s值。,常 用 结 构 钢 材 性 能,注: 表中钢材力学性能的单值均为最小值; 为板厚60 100
7、mm时的s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
8、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-
9、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5
10、00MPa, 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
11、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、H1
12、0Mn2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
13、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
14、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
15、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 AWL/A 横向收缩量(mm) B=0.2 AW /+0.05b A 杆件截面积; AW 焊缝截面积; L 杆件长度; 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 =0.0710.076; 手工电弧焊: k1=0.0480.057。 角变形量(rad) =0.07 Bhf1.3/2 B
16、 翼缘板宽度; 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
17、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
18、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4.2.24.2.4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
19、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60及U、J形坡口,当坡口尺寸符合表4.2.54.2.7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
20、 当间隙b1.5时,he=0.7hf (4.3.4-1) 2 当间隙 1.5b5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,应根据两面夹角的大小取值:,1 =60135图4.3.4(a)、(b)、(c): 当间隙b1.5时, he=hf/2sin/2 (4.3.4-3) 当间隙 1.5b5时, he=hf-b/2sin/2 (4.3.4-4) 式中: 两面夹角();hf 焊脚尺寸(mm); b接头根部间隙(mm) 2 3060图4.3.4(d):应将公式(4.3.4-3)、(4.3.4-4)所计算的
21、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 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 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3060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
22、.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,局部两面夹角和坡口角示意见图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()和坡口角()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
23、.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、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tb16mm; 5hk: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
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