下一个钢板切割工件：碳板切割下料的主要材料。

第二节碳板焊缝连接 一、碳板焊接方法 碳板焊接方法很多，钢桥中主要采用电弧碳板焊（ArcWdding)和栓钉碳板焊（StiuiWelding)。电弧碳板焊用于钢板和型钢等的连接，栓钉碳板焊仅用于栓钉的碳板焊接。 电弧碳板焊是利用碳板焊条或碳板焊丝与碳板焊件间产生的电弧热将金属加热并熔化的碳板焊接方法，其原理如图2-2-1所示。在碳板焊条或碳板焊丝一端与碳板焊件待碳板焊部位的一定间隙间，通电激发产生高温电弧，使电弧范围内碳板焊件边缘部位的金属迅速熔化，形成熔融金属的熔池，同时碳板焊条或碳板焊丝端部也不断熔化，形成球状熔滴陆续滴人熔池。这样，被连接碳板焊件的熔化部分的金属熔融在一起，达到原子间的冶炼结合，冷却后即成为与碳板焊件金屈机械性能相近的金厲碳板焊缝，把碳板焊件连接成整 体。为保证碳板焊缝质量，碳板焊接过程中需要提供或产生保护气体、碳板焊剂或熔済将熔融金属与大气隔离。 46  钢桥中常采的电弧碳板焊有手丄电弧碳板焊（shieldedMetalArcWelding)、埋弧碳板焊（SubmergedArcWelding)和气体保护碳板焊(GasMetalArcWelding,GasShieldArcWelding)0其中，埋弧碳板焊和气体保护碳板焊一般为自动或半自动碳板焊。 (一）手工电孤碳板焊 手工电弧碳板焊是钢结构制造中最常用的碳板焊接方法，其设备简单,操作灵活，适用性和可达性强，对各种碳板焊接位置和分散或曲折短碳板焊缝都nj■适用。缺点是生产效率比自动、半G动碳板焊低，质量稍低并±L变异性大，施碳板焊时电弧光较强。 手工碳板焊采用药皮碳板焊条。药皮厚约1〜1.5mm，其作用为： 稳定电弧；生成保护气体使熔融金属与大气隔离；形成熔渣（清理碳板焊缝时铲除)覆盖于熔成碳板焊缝表面，使之与大气隔离，并使碳板焊缝冷却缓慢以便气体和有害杂质溢出表面；脱氧成分与氧结合后析出；合金成分改善碳板焊缝性能。 碳板焊条选用应和碳板焊件钢材[或称主体金属、母材（BaseMetal)等]的强度和件能相适应，对Q235钢（3弓•钢）一般采用E43型碳板焊条（E4300~K4316)，对Q345钢（16Mn,16Mnq)钢采用E50型碳板焊条（E5000〜E5018)，对Q390、Q420钢采用E55型碳板焊条（E5500〜E5518)。其中E表示碳板焊条;前2位数字表永碳板焊条熔敷金属或坡口碳板焊缝抗拉强度分别为43kgf/rmn2、50kgf/mm2、55kgf/mm2(折合420MPa、490MPa、540MPa);第3位数字表示适用的碳板焊接位界，钢结构中常用0和1表示适用于全位置碳板焊接（平、横、立、仰）；第3、4位数字组合表示药皮类琍和适用的交、肓流电源和正、反接要求（见附录A)。EXX15.EXX16和EXX18型碳板焊条属低氢咽药皮，所得碳板焊缝具有较好的塑性、韧性和抗裂性，故直接承受动力荷载的重要结构以及处于低温条件下工作的结构，一般指定采用上述型号碳板焊条，而其他结构则一般采用EXXOO〜EXX14型碳板焊条即口了。常用的结构钢手工电弧碳板焊碳板焊接材料的选配参照附录八。 (二）埋弧碳板焊 埋弧碳板焊一般为自动或半C]动碳板焊，是碳板焊接过程机械化的一种主要方法。碳板焊丝采用成盘连续的光碳板焊丝，碳板焊接时按照与熔化速度相匹配的速度自动下送。碳板焊剂为散粒状，代替手工碳板焊条的药皮，碳板焊接过程中自动堆落于碳板焊接前方，从而电弧坪在碳板焊剂层下进行，y大气完全隔离，碳板焊完自动回收。自动碳板焊通常采用碳板焊车式或悬挂式碳板焊机（如图2-2-2所示）按规定速度0动均匀前进，适用于有规则（直线、岡环形等）的较长碳板焊缝。半自动碳板焊则碳板焊接前进仍是依靠手持碳板焊枪移动，较适用于不规则的碳板焊缝或间断短碳板焊缝。 埋弧碳板焊的优点是与大气隔离保护效果好，且无金属飞溅，弧光也不外露；可采用较大电流使熔深加大，相应可减小对接碳板焊件间隙和坡口角度；节省材料I电能，劳动条件好，生产效率高。其碳板焊缝表曲常呈均匀鱼鳞状，质量稳定可靠，塑性和韧性也较高。 埋弧碳板焊所采用的碳板焊丝和碳板焊剂应与碳板焊件钢材相匹配，并保证其熔敷金属抗拉强度不低于相应手工碳板焊条的数值。碳板焊丝一般采用专门的碳板焊接用钢丝，对Q235钢常用F4A0—H08A等碳板焊丝；对Q34f5、Q390钢常用F50型的H08MnA、H10Mn2等碳板焊丝；Q420、Q4f50钢常用F60型碳板焊丝。常用的结构钢埋弧碳板焊碳板焊接材料的选配参照附录。 (三）气体保护碳板焊 气体保护碳板焊是近年来发展起来的先进碳板焊接方法，一般为自动或半自动碳板焊，在钢桥中得到广泛应用。碳板焊接时采用成盘光碳板焊丝，围绕碳板焊丝由喷嘴喷出保护气体，把电弧、熔池弓大气隔离。 埋弧自动碳板焊 操作可为fi动或半自动，后者需手持碳板焊枪移动。保护气体通常采用C02或C02与氩（Ar¬gon)、氦（Helium)等惰性气体（InertGas)的混合气体。传统的混合气体为25%C02+75%氩，最近逐渐采用80%CX)2+20%氮；:^对韧性要求高时采用4%〜5%C02+25%〜30%氩+60%〜70%氦。 气体保护碳板焊（图2-2-3)所采用的碳板焊丝和碳板焊剂应与碳板焊件钢材相匹配，对Q235钢常用F.R49型、或ERS0型碳板焊丝；对Q；345、Q；?90钢常用ER50型碳板焊鲜；Q420、Q460钢常用ER55型碳板焊丝。常用的结构钢气体保护碳板焊碳板焊接材料的选配参照附珙A。 这种碳板焊接的优点是：电弧在气流压缩下热最较集中，碳板焊速较快,熔池较小,可减小碳板焊扫层数和碳板焊口尺寸，热影响区较窄，碳板焊接变形较小；电弧可见，碳板焊接对中容易，容易；i:现各位置碳板焊接；碳板焊后无熔淹或少熔渣。因而其生产率较埋弧碳板焊卨。此外，C02气体保护碳板焊采用高锰卨硅型碳板焊丝(在高温下使部分二氣化碳分解为一•氧化碳和氧起脱氧作用），具有较高的抗锈和还原能力；电弧气的含氢量较易控制，可减小冷裂缝倾向。它不仅可用于工厂碳板焊接，而a可用于丄地碳板焊接。 它的缺点是设备稍复杂，电弧光较强，金属6溅多，碳板焊缝表面成型不如埋弧碳板焊平滑。 图2-2-3气体保护碳板焊 (四）栓钉碳板焊 栓钉是一种特制的剪力连接件，广泛应用于组合梁桥和其他钢弓混凝土组合结构中。栓钉由栓头、栓杆和碳板焊熔端三部分组成。栓头良径比栓杆大一些，碳板焊熔端有碳板焊剂（碳板焊药），采用专用的碳板焊枪碳板焊接。因此，栓钉也被称为碳板焊钉或俗称为大头钉，如图2-2-4所示。碳板焊接时，将碳板焊钉 插人碳板焊枪、碳板焊熔端套人瓷环立于被碳板焊钢板上，栓杆通电时，碳板焊熔端自动离开钢板表別很小的.定距离并产生电弧使栓钉碳板焊于钢板，碳板焊完后将瓷环淸除。栓钉碳板焊也是电弧碳板焊的一种，碳板焊接瓷环的作用是保证枪钉碳板焊缝挤出碳板焊脚成形，虽然此碳板焊脚不作为保证栓钉碳板焊强度的条件，但却是碳板焊缝内部是否熔合良好的标志。为此根据规范要求，栓钉碳板焊缝四周360°都应均布挤出碳板焊脚。保证挤出碳板焊脚成形的瓷环型腔尺寸是碳板焊接瓷环的关键技术耍求。另外，碳板焊接瓷环还应具冇保护碳板焊缝金属不被氧化，控制飞戮和遮挡弧光等作用。为此，对瓷环的强度、抗屯弧特性、线膨胀系数等也有一定要求。 图2-2-4栓钉和栓钉碳板焊接 二、碳板焊缝连接的形式 碳板焊缝连接中按碳板焊体钢材的连接方式可分为对接接头、搭接接头、T形接头、角接接头等形式（图2-2-5)。 b) 图2-2-5碳板焊缝连接的形式a)对接接头搭接接头；c)T形接头；d)角接接头上行各图一坡口碳板焊缝，下行各图一一角碳板焊缝 在对接接头中，如果左右被连接钢材的截面宂全相同，通常称为拼接。例如钢板或型钢常因供应钢材的长度或宽度不够，而需用拼接予以接长或接宽。整个构件（如梁、柱等），也常因运输或吊装条件的限制，需要在车间内分段制造，运到工地后在现场或尚空位置再拼接成为整 体。 .一 连接或拼接尽可能在车间或工厂进行，易于保证质量，称为车间（工厂）连接或车冏（丄厂 拼接，其碳板焊缝称为车间（王厂）碳板焊缝。当需要在工地或安装位置进行时则称为L地连接或安装 连接。 碳板焊缝连接按碳板焊缝本身的构造分为角碳板焊缝或称贴角碳板焊（FilletWelding)、全熔透坡口碳板焊（FullPenetrationGrooveWelding)和部分溶透坡U碳板焊（PartialPenetrationGrooveWelding)等型式。 角碳板焊缝如图2-2-6，仅在板件的隅角处连接，碳板焊缝表面有凸形和凹形两种（图2-2-7)。凹形—般需要打磨，加工量较大，因此通常采用凸形角碳板焊缝。但是凸形角碳板焊缝有一定程度的应力集中，要求传力较平顺和改善受力性能时可以选用凹形角碳板焊缝。角碳板焊缝碳板焊脚通常做成等边长，对传力垂直于碳板焊缝轴线方向时，也可采用不等边，其长边顺内力方向。由于应力方向垂直于碳板焊缝轴线时（称为端碳板焊缝），应力集中严重，疲劳强度低。因此，在钢桥中角碳板焊缝主要用于应力方向平行于碳板焊缝轴线（称为侧碳板焊缝）的情况，即碳板焊缝受剪，很少采用端碳板焊缝。 b) m2-2-6角碳板焊缝和熔透碳板焊缝的连接a)角碳板焊缝；b)熔透碳板焊缝 图2-2-7角碳板焊缝的截面型式a)普通形（凸形）>b)等边PH形|C>平坡凸形 全熔透坡口碳板焊要求板件全厚度内完全碳板焊透，通常简称为全熔透碳板焊。为保证碳板焊接质tt，要求下料和装配的尺寸准确，当板件达到一定厚度（通常厚度大于9〜12mm)时，板件边缘需要加丁.成适当型式和尺寸的坡口，因此，制造费用较髙。坡口是为丫碳板焊条有足够的运转空间，保证在板件全厚度内碳板焊透。常用的坡口形状如图2-2-8所示，有1形（即不开坡口）、V形、U形、X形、单边V形、单边U形（即J形）、K形等，图中同时标出手工碳板焊时不同坡口形状的适用板厚(对于埋弧碳板焊可以适当放宽坡口形状对板厚的适用）。各种坡口中，沿板件厚度方向通常有高度为夕间隙为6(均约1〜3mm)的一段不开坡口，称为钝边。碳板焊接从钝边处（根部）开始。 全熔透碳板焊的碳板焊缝处板件完全熔合成一个整体，传力均匀平顺，没有明显的应力集中，受力性能较好。钢板对接和碳板焊缝受拉压应力时，一般采用全熔透碳板焊，故也被称为对接碳板焊缝。 部分熔透坡口碳板焊不要求板件全厚度内完全碳板焊透，一般仅在板件的单面或双面部分碳板焊透，通常简称为部分熔透碳板焊。部分熔透碳板焊受力性能弓角碳板焊缝较为类似，计算方法也与角碳板焊缝相同，同时板边需要加工坡口，在钢桥中较少采用。在斜拉桥、悬索桥的钢塔中，板件全断面受压，并且 \y 续上表 辅助碳板焊接符号（SUPPLEMENTARYWELDSYMBOLS) 碳板焊接符号各元素的标准位置(STANDARDLOCATIONOFELEMENTSOFAWELDINGSYMBOL) 根部间隙塞碳板焊深度 碳板焊縫fT效厚度坡U深度- «准线 规格、加工或其他汴觯 标.和注样一起使用 碳板焊接符号或细节说明 (一）角碳板焊缝的符号表示法 钢结构阁纸中标注角碳板焊缝的主要符号见图22-〗0。其中三角形符号表示角碳板焊缝，画于引山线上方表示箭头所指处TH面有角碳板焊缝，下方表示背面有角碳板焊缝，上下均有表示双面均有角碳板焊缝[图2-2-lOa)]。需注尺寸时可在三角形符号之左注明或h,—i’以mm计，/为碳板焊缝实际长度[图2-210b)]，正背面碳板焊缝尺寸相同时可只注于上方即可。图2-2-10b)中也列出了T：地碳板焊接的符兮。 图2-2-10c)是周围角碳板焊缝的符号，箭头只需指向其屮仟意一段碳板焊缝，而把周围角碳板焊缝的全部走向轮廓（左罔粗线为示例）简略地画在=角形符号和幻值之左。 当碳板焊缝分布不规则或为断续碳板焊缝时，在标注碳板焊缝符号的同时，宜在碳板焊缝处加粗线（表$正面碳板焊缝）、栅线（表示背面碳板焊缝）或粗线和栅线（表示正背面均有烀缝），如图2-2lOd)所承。 钢结构中常采用单角钢或双角钢与钢板搭接，为使搭接角碳板焊缝的表达较为简化，常常在引出线上下方分别表示角钢背和角钢尖的碳板焊缝情况，见图2-210e)上阁，其中箭头所指处的碳板焊缝注在上方，另一侧碳板焊缝注在下方。图2-2-lOe)下面闼图表示槽形碳板焊缝和单边喇叭形碳板焊缝符号，分別为钢板凹人角钢面和角钢边为圆角情况的特殊角碳板焊缝形式。 (二）坡口碳板焊缝符号表示法 钢桥图纸中用碳板焊缝符号标注碳板焊缝。坡口碳板焊缝的主要符号如图2-2-8和表2-2-1所示，引出 i¥]2-210角碳板焊缝的符号 线箭头与碳板焊缝在同一侧时箭头指向坡U方向；引出线箭头指于碳板焊缝背面时坡U符号应倒Itfl(例如图2-2-8c)下方符号）。坡口细节尺寸等）一般不标注，由制造T厂根据结构和工艺具休情况确定：须标注时见图2-2-81))。 四、碳板焊缝连接的缺陷、质量检验和碳板焊缝级别 碳板焊缝连接的缺陷指碳板焊接过稈中产生于碳板焊缝金属或邻近热影响区钢材表而或内部的缺陷，常见的缺陷有裂纹、碳板焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未碳板焊透(不包括规定不碳板焊透者）等（图2-2-11)，以及碳板焊缝外形尺寸不符合要求、碳板焊缝成形不良等。裂纹对受力的危害性最大，会产生严重应力案屮并易亍扩展引起断裂，按规定不允许出现.， 碳板焊缝质讀检验一般可用外观检查及无损检测，前者检奄外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部缺陷。无损检验H前广泛采用超声波检验，使用灵活经济，对内部缺陷反应灵敏，但不岛识别缺陷性质；钢板较薄时可用磁粉检验、荧光检验等较简单的方法；当前顶明确可靠y•应用较广的检验方法是X射线或7射线透照或拍片X射线。 碳板焊缝按其检验方法和质域要求，《钢结构丁.稈施工质谱验收规范》（GB50205一2001)规定将碳板焊缝分为-级、二级和三级。三级碳板焊缝只要求对全部碳板焊缝作外观检査，符合二:级质量标准；二级、一级碳板焊缝还要求一定数量的超声波或射线、拍片检验并符合相应级別的质tt标准。 由于三级碳板焊缝不要求无损检测，碳板焊接质鍁难以保证，《钢结构设计规范》（GB50017_2003)规定其设计值只为母材的肋％左右。钢桥篇要承受很大的活载，对疲劳性能要求较高，除角碳板焊缝外，很少采用二.级碳板焊缝，通常要求采用二级或一级碳板焊缝。 图2-2-11碳板焊缝缺陷a)裂纹丨b〉碳板焊瘤；c)烧穿丨d)弧坑丨e>气孔丨f)夹渣丨g)咬边丨h〉末煤合；i>未碳板焊透 五、碳板焊缝连接层状撕裂防止措施 钢板在轧制和压延过程中，厚板容易形成较大的层状缺陷，有的大小甚至达到数公分。这种缺陷对于压延方向的受力影响不大，但是对于板厚方向的受力，特别足受到集中力作用时影响很大，甚至产生层状撕裂破坏。对于T形、十字形及角接接头，在钢板板厚力•向受力较大时，应该采取有效措施防止钢板的层状撕裂。 《建筑钢结构碳板焊接技术规程》(JGJ81—2002)规定：对于T形、十宇形及角接接头中，当翼缘板度等于或大T20mm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) 采用较小的碳板焊缝坡口角度及间隙[图2-2-12a)]，并满足碳板焊透深度要求； (2) 在角碳板焊缝中，采用对称坡口或偏向于侧板的坡口[图2 2-12b)]; (3) 采用对称坡口 [图2-2-12c)]; (4) 在T形或角接接头中，板厚方向承受碳板焊接拉应力的板材伸出碳板焊缝区[图2-2 12d)]; (5) 在T形、十字形及角接接头中，采用过渡段，以取代T形、十字形接头[图2-2-12e)、0]。 六、碳板焊接残余应力与残余变形 钢材碳板焊接时在碳板焊件上产生局部高温的不均匀温度场，碳板焊接中心处可达1600°C以上[图2-2-13a)]0高温部分钢材要求较大的膨胀伸长但受到邻近钢材的约束，从而在碳板焊件内引起较高的温度应力，并在碳板焊接过程中随时间和温度而不断变化,称为碳板焊接应力。碳板焊接应力较高的部位将达到钢材屈服强度而发牛塑性变形，W而钢材冷却后将有残存于碳板焊件内的应力[图22-l3b>]，称为碳板焊接残余应力。在碳板焊接和冷却过程中由于碳板焊件受热和冷却都不均匀，除产生内应力外，还会产生变形（如碳板焊件弯曲或扭转等）。碳板焊接和冷却过程中碳板焊件产生的变形称为碳板焊接(热〕变形，冷却后残存于碳板焊件的变形称为碳板焊接残余变形。碳板焊接残余应力和残余变形将影响构件的受力和使用，并且是形成各种碳板焊接裂纹的因素之一，应在碳板焊接、制造和设计时加以控制和重视。 (一）碳板焊接残余应力 在厚度不大的碳板焊接结构中残余应力基本上是双轴的，即只有纵向和横向残余应力；而厚度方向温度大致均匀，残余应力很小。只在厚度大的碳板焊接结构中，厚度方向的应力才达到较高的数值。 54  的纵向残余应力除在碳板焊缝附近为较大拉应力外，在興缘板边部位（即截面四角处)也是拉成力。图2-2-1/k)是碳板焊接方管截面构件的截面纵回残余应力分布。 ffi2-2-14碳板焊接构件纵向碳板焊接残余应力A 碳板焊接结构的横向（垂直于碳板焊缝长度方向）碳板焊接残余应力A是由碳板焊缝及其附近塑性变形区纵向收缩所引起的以及因碳板焊缝全长不同时碳板焊接致使横向收缩的不同所引起的的合成。 现仍以钢板对接碳板焊缝为例说明。纵向收缩引起的横甸碳板焊接残余应力~可以这样分析：碳板焊缝纵向收缩使两侧钢板趋向于形成相反方向的弯曲变形，但实际上碳板焊缝将两侧钢板连成整体不能分开，因而就产生中部受拉两端受压的自相平衡的横向残余应力[图2-2-15b)：U 横向收缩不同时发生引起的横向碳板焊接残余应力r与碳板焊接方向及顺序有关[图2-215c)、d)、e)]。每一段碳板焊缝冷却时的横向收缩使其本身横叫受拉，而对邻近先碳板焊的已冷却凝固部分为横向偏心受压。 \^r.rrflFTfXf.VrfM 1 \碳板焊接方向y ,uflTTTtff^ ，爾|爾她■测， (Tx —— ~ a) b) c) 一1碳板焊接i方向 碳板焊接方向+ (b)-(c)