(4)對於已堆放好的構件,要派專人彙總資料。建立完善的構件進出廠管理製度,嚴禁亂翻、亂移。同時對已堆放好的構件進行適當保護,避免風吹雨打、日曬夜露。
第二節鋼結構構件的焊接
一、鋼結構構件常用的焊接方法
焊接是借助於能源,使兩個分離的物體產生原子(分子)間結合而連接成整體的過程。
采用焊接方法不僅可以連接金屬材料,如鋼材、鋁、銅、鈦等;還能連接非金屬,如塑料、陶瓷;甚至還可以解決金屬和非金屬之間的連接,我們統稱為工程焊接。用焊接方法製造的結構稱為焊接結構,又稱工程焊接結構。根據對象和用途大致可分為建築焊接結構、貯罐和容器焊接結構、管道焊接結構、導電性焊接結構四類,我們所稱的鋼結構包含了這四類焊接結構。選用的結構材料是鋼材,而且大多為普通碳素鋼和低合金結構鋼,主要的焊接方法有手工電弧焊、氣體保護焊、自保護電弧焊、埋弧焊、螺柱焊、點焊等。
1.手工電弧焊
依靠電弧的熱量進行焊接的方法稱為電弧焊,手工電弧焊是用手工操作焊條進行焊接的一種電弧焊,是鋼結構焊接中最常用的方法。
手工電弧焊的原理,焊條和焊件就是兩個電極產生電弧,電弧產生大量的熱量,熔化焊條和焊件。焊條端部熔化形成熔滴,過渡到熔化的焊件的母材上融合,形成熔池並進行一係列複雜的物理——冶金反應。隨著電弧的移動,液態熔池逐步冷卻、結晶,形成焊縫。在高溫作用下,冷敷於電焊條鋼芯上的藥皮熔融成溶渣,覆蓋在熔池金屬表麵,它不僅能保護高溫的熔池金屬不與空氣中有害的氧、氮發生化學反應,並且還能參與熔池的化學反應和滲入合金等,在冷卻凝固的金屬表麵,形成保護渣殼。
2.氣體保護電弧焊
又稱為熔化極氣體電弧焊,以焊絲和焊件作為兩個極,兩極之間產生電弧熱來熔化焊絲和焊件母材,同時向焊接區域送入保護氣體,使電弧、熔化的焊絲、熔池及附近的母材與周圍的空氣隔開,焊絲自動送進,在電弧作用下不斷熔化,與熔化的母材一起融合,形成焊縫金屬。其原理。
這種焊接法簡稱GMAW(GasMetalArcWelding)由於保護氣體的不同,又可分為CO2氣體保護電弧焊,是目前最廣泛使用的焊接法,特點是使用大電流和細焊絲,所焊接速度快、熔深大、作業效率高。
3.自保護電弧焊
自保護電弧焊曾稱為無氣體保護電弧焊。與氣體保護電弧焊相比抗風性好,風速達10m/s時仍能得到無氣孔而且力學性能優越的焊縫。由於自動焊接,因此焊接效率極高。焊槍輕,不用氣瓶,因此操作十分方便,但焊絲價格比CO2保護焊要高。
4.埋弧焊
埋弧焊是電弧在可熔化的顆粒狀焊劑覆蓋下燃燒的一種電弧焊。向熔池連續不斷送進的裸焊絲,既是金屬電極,也是填充材料,電弧在焊劑層下燃燒,將焊絲、母材熔化而形成熔池。熔融的焊劑成熔渣,覆蓋在液態金屬熔池的表麵使高溫熔池金屬與空氣隔開。焊劑形成熔渣除了起保護作用外,還與熔化金屬參與冶金反應,從而影響焊縫金屬的化學成分。
5.窄間隙焊接
本方法是利用已有的氣體保護焊的特別技術,具有焊接接頭的坡口截麵麵積比手工電弧焊或氣體保護焊的坡口截麵麵積小,這是本方法的特點。
窄間隙焊接可以在平焊、橫焊和立焊位置進行,橫焊適合工程現場的柱接頭,平焊和立焊分別適合於工廠內箱形柱的角接頭和柱與梁的焊接。
6.螺柱焊接
螺柱焊接是在螺柱與母材之間通以焊接電流,使相互接觸的局部加熱並接合的方法,主要用於抗剪連接件及混凝土錨栓等的焊接,另外還廣泛用於安裝隔熱材料和隔音材料的連接件。
7.點焊
首先這裏指的點焊不同於鋼結構構件組裝中的點焊,它是一種電阻焊,在焊接區直接通電,利用其電阻發熱局部提高被焊部位的溫度,在壓力作用下接合的方法。點焊在汽車工業、家用電器中常用,鋼結構中複雜接頭也有采用點焊的。
二、焊接應力和焊接變形
1.焊接應力及變形產生的原因
焊接過程中,焊接熱源對焊件進行局部加熱,產生了不均勻的溫度場,導致材料熱脹冷縮的不均勻;處於高溫區域的材料在加熱(冷卻)過程中應該有較大的伸長(收縮)量,但由於受到周圍材料的約束而不能自由伸長(收縮)。於是在焊件中產生內應力,使高溫區的材料受到擠壓(拉伸),產生塑性變形。同時,金屬材料在焊接過程中隨著溫度的變化還會發生相應的相變。不同的金屬組織是有不同的性能,也會引起體積的變化,對焊接應力及變形產生不同程度的影響。因此,焊接過程對焊件進行了局部的、不均勻的加熱是產生焊接應力和焊接變形的主要原因。
焊接過程中,應力變形是隨時間而改變的。當焊件溫度降至常溫時,殘存於焊件中的應力稱為焊接殘餘應力;殘留的變形稱為焊接殘餘變形。焊接應力及變形的分布和大小與被焊材料的線膨脹係數、彈性模量、屈服點、焊件尺寸、形狀和溫度場等因素有關,而溫度場又與被焊材料的熱導率、熱容、密度、焊接工藝參數,環境條件等密切相關。任何因素的波動均會對應力和變形產生影響。
2.焊接變形的種類
焊接變形可分為線性縮短、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪形失穩變形等。線性縮短是指焊件收縮引起的長度縮短和寬度變窄的變形,有縱向縮短和橫向縮短之分;角變形是由於焊縫截麵形狀在厚度方向上不對稱所引起的,在厚度方向上產生的變形;波浪變形是在大麵積薄板拚焊時,在內應力作用下產生失穩而成為波浪形變形;扭曲變形一旦產生則難以矯正。主要由於裝配質量不好,工件擱置不正,焊接順序和方向安排不當造成的,在施工中特別要引起注意。
3.焊接殘餘應力和變形的控製
在鋼結構設計和施工時,不僅要考慮到強度、穩定性、經濟性,而且必須要考慮焊縫的設置將產生的應力,變形對結構的影響。通常有以下幾點經驗。
(1)在保證結構具有足夠的強度的前提下,盡量減少焊縫的尺寸和長度,合理選取坡口形狀。避免集中設置焊縫。
(2)盡量對稱布置焊縫,將焊縫安排在近中心區域,如近中性軸、焊縫中心、焊縫塑性變形區中心等。
(3)在鋼結構施焊中考慮夾具以減少焊接變形的可能性。
(4)鋼結構設計人員在設計時應考慮焊接工藝措施。主要有:合理的裝配焊接順序,合理焊接方法和參數;反變位法,剛性固定性,錘擊法,強迫冷卻法;預熱和焊後熱處理。
三、焊接的質量檢驗
焊接質量檢驗包括焊前檢驗、焊接生產中檢驗和成品檢驗。
(一)焊前檢驗檢驗技術文件(圖紙、標準、工藝規程等)是否齊備。焊接材料(焊條、焊絲、焊劑、氣體等)和鋼材原材料的質量檢驗,構件裝配和焊接件邊緣質量檢驗、焊接設備(焊機和專用胎、模具等)是否完善。焊工應經過考試取得合格證,停焊時間達6個月及以上,應重新考核,才能上崗。
(二)焊接生產中的檢驗
主要是對焊接設備運行情況、焊接規範和焊接工藝的執行情況,以及多層焊接過程中夾渣、未焊透等缺陷的自檢等,目的是防止焊接過程中缺陷形成,及時發現缺陷,采取整改措施,特別是為了提高焊工對產品質量的高度責任心和認真執行焊接工藝的嚴明的紀律性。
(三)焊接成品檢驗
全部焊接工作結束,焊縫清理幹淨後進行成品檢驗。檢驗的方法有很多種。通常可分為無損檢驗和破壞性檢驗兩大類。
1.無損檢驗
可分為外觀檢查、致密性檢驗、無損探傷。
(1)外觀檢查:是一種簡單而應用廣泛的檢查方法,焊縫的外觀用肉眼或低倍放大鏡進行檢查表麵氣孔、夾渣、裂紋、弧坑、焊瘤等,並用測量工具檢查焊縫尺寸是否符合要求。
(2)致密性檢驗:主要用水(氣)壓試驗、煤油滲漏、滲氨試驗、真空試驗、氦氣探漏等方法,這些方法對於管道工程、壓力容器等是很重要的方法。
(3)無損探傷:主要有磁粉探傷、渦流探傷、滲透探傷、射線探傷、超聲波探傷等,所謂無損探傷就是利用放射線、超聲波、電磁輻射、磁性、渦流、滲透性等物理現象,在不損傷被檢產品的情況下,發現和檢查內部或表麵缺陷的方法。
2.破壞性檢驗
焊接質量的破壞性檢驗包括焊接接頭的機械性能試驗、焊縫化學成分分析、金相組織測定等,主要用於測定接頭或焊縫性能是否能滿足使用要求。機械性能試驗,包括測定焊接接頭的強度、延伸率、斷麵收縮率,拉伸試驗、冷彎試驗、衝擊試驗等;
化學成分分析:是對焊縫的化學成分分析,是測定熔敷金屬化學成分,我國的焊條標準中以此做出了專門的規定;
金相組織測定是為了了解焊接接頭各區域的組織,晶粒度大小和氧化物夾雜,氫白點等缺陷的分布情況,通常有宏觀和微觀方法之分。
第三節緊固件連接工程
鋼結構工程中使用的緊固件包括普通螺栓、扭剪型高強度螺栓、高強度大六角頭螺栓、鋼網架螺栓球節點用高強度螺栓及射釘、自攻釘、拉鉚釘等。本節主要介紹普通螺栓和高強度螺栓。
一、普通螺栓連接
鋼結構普通螺栓連接即將普通螺栓、螺母、墊圈機械地和連接件連接在一起形成的一種連接形式。
(一)普通螺栓種類
1.普通螺栓規格
普通螺栓按照形式可分為六角頭螺栓、雙頭螺栓、沿頭螺栓等;按製作精度可分為A、B、C級三個等級,A、B級為精製螺栓,C級為粗製螺栓,鋼結構用連接螺栓,除特殊注明外,一般即為普通粗製C級螺栓。