【钢结构Q&A】百问百答之焊接篇
作者丨龙攀
单位丨中建五局钢结构公司
常用的钢结构连接有焊缝连接、螺栓连接、铆钉连接，上期和大家一起分享了有关“螺栓连接”的知识，本期【钢结构Q&A】，和大家一起分享关于“焊接”的十个知识点。
Q1
焊接连接的优缺点？
焊接连接的优点：构造简单，不削弱构件截面，加工简便，焊接方法种类多，可采用自动化操作，节约钢材，效率高，刚度较大，整体性好，密封性能好。
焊接连接的缺点：热影响区域内钢材金相组织发生变化，局部材质变脆；焊后存在焊接残余应力及残余变形，使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，极易扩展至整体，低温冷脆较为突出。
Q2
钢材的可焊性定义及影响因素？
钢材的可焊性是指在适当的设计和工作条件下，材料易于焊接和满足结构性能的程度。可焊性常常受钢材的化学成分、轧制方法和板厚等因素影响。为了评价化学成分对可焊性的影响，一般用碳当量（Ceq）表示，Ceq越小，钢材的淬硬倾向越小，可焊性就越好；反之，Ceq越大，钢材的淬硬倾向越大，可焊性就越差。碳当量Ceq（百分比）值可按以下公式计算：
Q3
焊接应力及焊接变形产生的原因及降低措施？
钢结构的焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程，焊接时焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，主体金属的膨胀和收缩不均匀。冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力（纵向和横向），造成焊接结构的各种变形。
一般来说，可以从设计和加工工艺两方面来降低焊接应力及焊接变形：
设计措施：合理安排焊缝位置；合理的选择焊缝的尺寸；焊缝数量宜少，不宜过分集中，同时避免焊缝立体交错；尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。
工艺措施：合理安排焊接次序；采用反向变形；焊前预热，焊后回火。
Q4
钢结构常见焊接方法？
钢结构常用焊接方法有手工电弧焊，自动（或半自动）埋弧焊，气体保护焊。
手工电弧焊：通电后产生电弧使焊条中的焊丝熔化，滴落在焊件上被电弧所吹成的小凹槽熔池中。由焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖着熔池，防止空气与熔化的液体金属接触，避免形成脆性易裂化合物。
埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。焊丝不涂药皮，但施焊端靠由焊剂漏头自动流下的颗粒状焊剂所覆盖，电弧完全被埋在焊剂之内，电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接，具有很高的生产率，同时焊接质量好，焊件变形小。
气体保护焊：利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。依靠保护气体在电弧周围形成局部保护层，以防止有害气体的侵入并保证焊接过程的稳定性。焊缝强度比手工电弧焊高，塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接，有前进法和后退法。
Q5
各种常见焊接代号？
常见焊接位置、接头形式、坡口形式、焊缝类型及管结构节点形式代号表示形式如下：
Q6
常见焊接缺陷及产生原因和处理方法？
焊缝缺陷通长分为六类：裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合、未焊透、形状缺陷。
裂纹：通常有热裂纹和冷裂纹之分。产生热裂纹的主要原因是母材抗裂性能差、焊接材料质量不好、焊接工艺参数选择不当、焊接内应力过大等；产生冷裂纹的主要原因是焊接结构设计不合理、焊缝布置不当、焊接工艺措施不合理，如焊前未预热、焊后冷却快等。处理办法是在裂纹两端钻止裂孔或铲除裂纹处的焊缝金属，进行补焊。
孔穴：通常分为气孔和弧坑缩孔两种。产生气孔的主要原因是焊条药皮损坏严重、焊条和焊剂未烘烤、母材有油污或锈和氧化物、焊接电流过小、弧长过长，焊接速度太快等，其处理方法是铲去气孔处的焊缝金属，然后补焊。产生弧坑缩孔的主要原因是焊接电流太大且焊接速度太快、熄弧太快，未反复向熄弧处补充填充金属等，其处理方法是在弧坑处补焊。
固体夹杂：有夹渣和夹钨两种缺陷。产生夹渣的主要原因是焊接材料质量不好、焊接电流太小、焊接速度太快、熔渣密度太大、阻碍熔渣上浮、多层焊时熔渣未清除干净等，其处理方法是铲除夹渣处的焊缝金属，然后焊补。产生夹钨的主要原因是氩弧焊时钨极与熔池金属接触，其处理方法是挖去夹钨处缺陷金属，重新焊补。
未熔合、未焊透：产生的主要原因是焊接电流太小、焊接速度太快、坡口角度间隙太小、操作技术不佳等。对于未熔合的处理方法是铲除未熔合处的焊缝金属后焊补。对于未焊透的处理方法是对开敞性好的结构的单面未焊透，可在焊缝背面直接补焊。对于不能直接焊补的重要焊件，应铲去未焊透的焊缝金属，重新焊接。
形状缺陷：包括咬边、焊瘤、下塌、根部收缩、错边、角度偏差、焊缝超高、表面不规则等。
Q7
防止板材层状撕裂的常见措施？
在T形、十字形及角接接头中，当翼缘板厚度不小于20mm时，为避免或减少使母材板厚方向承受较大的焊接收缩应力，并宜采取下列节点构造设计：
在满足焊透深度要求和焊缝致密性条件下，采用较小的焊接坡口角度及间隙（a）；
在角接接头中，采用对称坡口或偏向于侧板的坡口（b）；
采用双面坡口对称焊接代替单面坡口非对称焊接（c）；
在T形或角接接头中，板厚方向承受焊接拉应力的板材端头伸出接头焊缝区（d）；
在T形、十字形接头中，采用铸钢或锻钢过渡段，以对接接头取代T形、十字形接头（e、f）；
改变厚板接头受力方向，以降低厚度方向的应力；
承受静载荷的节点，在满足接头强度计算要求的条件下，用部分焊透的对接与角接组合焊缝焊缝代替完全焊透坡口焊缝。
Q8
焊缝质量检查方法？
焊接完成进行焊缝检查时，首先要进行外观检验，用肉眼或放大镜观察是否有缺陷，如咬边、烧穿、未焊透、裂纹、错边、下榻等，并检查焊缝外形尺寸是否符合要求。
焊缝内部的缺陷常用超声波检测，其原理是利用超声波能在金属内部传播，并在遇到两种介质的界面时会发生反射和折射的原理来检验焊缝内部缺陷，根据波形即可判断是否有缺陷和缺陷位置。由于探头与检测件之间存在反射面，因此超声波检查时应在焊件表面涂抹耦合剂，且超声波不能判断缺陷的类型和大小。
无损检测有时也用到射线检验，射线检验有X射线和γ射线检验两种。其原理为当射线透过被检验的焊缝时，如有缺陷，则通过缺陷处的射线衰减程度较小，因此在焊缝背面的底片上感光较强，底片冲洗后，会在缺陷部位显示出黑色斑点或条纹。X射线照射时间短、速度快，设备复杂、费用大，穿透能力小，被检测焊件厚度小于30mm。γ射线检验设备轻便、操作简单，穿透能力强。
Q9
抽样检验时进行结果判定的依据是什么？
抽样检验的焊缝数不合格率小于2%时，该批验收合格；
抽样检验的焊缝数不合格率大于5%时，该批验收不合格；
除本条第五款情况外抽样检验的焊缝数不合格率为2%~5%时，应加倍抽检，且必须在原不合格部位两侧的焊缝延长线各增加一处，在所有抽检焊缝中不合格率不大于3%时，该批验收合格，大于3%时，该批验收不合格；
批量验收不合格时，应对该批余下的全部焊缝进行检验；
检验发现1处裂纹缺陷时，应加倍抽查，在加倍抽检焊缝中未再检查出裂纹缺陷时，该批验收合格；检验发现多处裂纹缺陷或加倍抽查又发现裂纹缺陷时，该批验收不合格，应对该批余下焊缝的全数进行检查。
Q10
哪些情况需要经过焊接工艺评定？
除国家钢结构焊接规范中免予评定的条件外，施工单位首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、接头形式、焊接位置、焊后热处理制度以及焊接工艺参数、预热和后热措施等各种参数的组合条件，应在钢结构构件制作及安装施工前进行焊接工艺评定。
今天【钢结构Q&A】焊接篇就到这里，下期我要和大家一起分享的是【钢结构Q&A】百问百答之“加工篇”，敬请期待！