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焊接技巧100招03

8.1工字梁的焊接

1、工字梁的组成和尺寸是怎样标示的？

工字梁的组成和尺寸标示如图80所示。

2、结构梁的形状通常有哪三种？

它们有什么不同之处，各应用于哪些场合？

结构梁的形状通常有以下三种。

①S梁（美国标准形状的工字梁）这种梁的形状是传统的和最古老的，现在仍然被生产并用于建筑结构钢架的制作中。

②W梁或宽工字梁作为承受重物的底座，这种W梁比S梁更能有效地承受载荷。

因为对于能够抵抗载荷的宽边，W梁的宽边具有更高的金属截面总量的百分比。

W梁很受市场欢迎，因为和S梁相比，W梁具有更多可利用的形状，给设计者更大的选择余地。

W梁在建筑结构中得到广泛应用。

③H梁通常用于制作承重桩和支柱。

H梁与S梁、W梁不同，因为H梁的宽边和腹板的厚度大致相同，梁的高度和宽度也几乎相同。

在高层建筑中，通过柱子支撑着的H梁也用来承受非常大的载荷。

此外，H梁特别适合用来抵抗地震力，因为与其他工字梁相比，H梁更能在平行和垂直腹板的方向上提供平衡外力的作用。

三种结构梁的形状如图81所示。

3、为什么W梁的尺寸截面积比I形工字梁（S梁）多？

制作I形工字梁（S梁）时，通过打开轧辊可以增加S梁的尺寸和截面积，这不但使“宽边”变宽，而且腹板也稍微增厚，如图82（a）所示。

尽管可以增加S梁的质量和承载能力，但加厚腹板的额外金属材料不会大幅度提高S梁的强度。

由于在制作W梁的过程中，腹板和宽边的厚度可以相互独立，设计者可以在保持腹板厚度不变的情况下，将更多的金属材料增加到宽边上，使宽边的厚度或长度增大，如图82（b）、（c）所示。

4、如何对图纸上的工字梁进行标注，如何称谓各部位的名称？

在英制单位中，通过工字梁的形状、公称尺寸（高度）（in）和质量（lb/ft）来区别工字梁。

在国际单位制中，通过工字梁的形状、公称尺寸（mm）和质量（kg/m）来区别。

例如，在英制单位中，W36×848是指宽边工字梁的公称尺寸或高度为36in、质量为848lb/ft。

需要47个这样的工字梁用符号47-W36×848来表示。

在国际单位制中，W910×12.4表明宽边工字梁的名义高度为910mm、质量为1256kg/m。

5、除了工字钢外，还有哪些其他常见的型钢？

除了工字钢外，其他常见的型钢还有丁字钢（或T形钢）、角钢和槽钢，如图83所示。

尺寸大的T形钢是将工字钢截去一半而制成的，这使得T形钢的底部成一平面。

ST形钢的WT钢的区别：

可根据它们是从S梁还是W梁上切取下来的进行判断。

小的T形钢，特别是对于尺寸不大于100mm的T形钢，制作方法是最初经过辊轧，加工成T形钢，再将底部加工成圆状，如图83（a）所示。

6、型钢的尺寸在图纸上如何表示？

①对于T形钢，通过公称尺寸和每英尺（ft）多少磅（lb）的来表示。

例如，7-T12×73×40ˊ0"表示7根公称尺寸为12in、质量为73lb/ft、长度为40ft的T形钢。

②对于角钢，通过公称脚边尺寸、厚度和长度来表示。

例如，5-Ls2×3×1/4×21ˊ6"表示5根脚边尺寸分别为2in和3in、厚度为1/4in、整体长度为21ˊ6"的L形钢材。

③对于槽钢，通过公称尺寸、质量和长度来表示。

例如，17－C6×8.2×38ˊ2"表示17根公称尺寸为6in、质量为8.2lb/ft、切割长度为38ˊ2"的C形槽钢。

7、如何在图纸上标示方形和长方形管状钢材、管子和金属板？

①对于管状钢材，通过相邻两侧面的公称尺寸、管壁厚度和长度来表示，如图84所示。

例如，13-T.S.3"×4"×1/4×10ˊ表示13根两侧面宽度分别为3in和4in、管壁厚度为1/4i、切割长度为10ft的管状钢材。

圆形钢管或钢管在机械制造和生产中得到广泛应用，但在建筑工程中很少应用

②管子类型不同，表示方法也不同。

对于标准管子，用内径公称尺寸（in）×长度（ft）来表示，例如：

6"×15ˊ3"。

对于高强度管，用内径公称尺寸（in）×-StrongPipe×长度（ft）来表示，例如：

12"X-StrongPipe×12ˊ6"。

对于双面高强度管，用内径公称尺寸（in）××-StrongPipe×长度（ft）来表示，例如，4"××StrongPipe×8ˊ2"。

③对于金属板，通过金属板的宽度、厚度和长度来表示，例如，60"×1/4"×246"。

8、焊接结构钢时，经常会遇到是否将焊缝末端拐角周围的角焊缝焊成弯钩状（见图85）的问题，处理这种问题的一般原则是什么？

如果图纸上要求的焊缝横截面尺寸包括拐角焊缝，则应对拐角周围进行焊接，否则不用对拐角周围进行焊接。

通过焊接角钢来连接两工件时上部焊缝焊成弯钩状，如图85所示，是根据弯曲和弹性的需要来设计角钢连接的。

试验表明，拐角处焊缝长度是角钢长度的25%时，焊缝失效前的强度和移动距离最大。

上述原则的其他应用示例如图86～图88所示。

8.2厚板及膨胀梁的焊接

1、在厚板上焊接角焊缝时，焊缝中有时会产生裂纹，如何防止裂纹的产生？

对于厚板上比较大的焊缝，如果焊接前两块金属板之间几乎没有间隙，焊接时工件不可能移动。

当焊缝冷却收缩时，所有的收缩应力被焊缝吸收。

一旦焊缝爱到严重的拘束，收缩应力就会使得焊缝产生裂纹，特别是两金属板之间的第一道焊缝更容易产生裂纹，如图89（a）所示。

如果两块金属板之间留有比较小的间隙，当焊缝收缩时金属板可轻微移动，使间隙变小，这使得焊缝的横向应力降低。

焊接厚大钢板时，两金属板件之间的接头间隙应至少为0.8mm，如果条件允许，接头间隙可为1.6mm。

可通过以下几种方法来获得接头间隙。

①在两块金属板之间插入用软金属制作的隔离片，如图89（b）所示。

当焊缝收缩时，软金属隔离片变薄。

如果采用铜作隔离片，一定要注意焊缝金属不能与铜相熔合。

②采用火焰切割获得粗糙的切口。

切口上面的毛剌可使金属板之间保持一定距离，当焊缝收缩时毛剌会被压扁。

③冲压将待焊金属表面加工得凹凸不平。

这种方法与采用火焰切割来获得粗糙金属表面的方法类似，一般情况下当焊缝冷却后，两金属板可被牢固的焊接在一起，如图89（c）所示。

2、什么是膨胀梁？

为什么膨胀梁有很多用途？

将工字梁沿着腹板切割开，然后将一隔板加在两腹板之间，并焊接在一起，这样膨胀梁就制胜成了。

图90为膨胀梁的制作示意，即先沿着腹板将工字梁从中间切割开，将一辅助隔板焊接在工字梁的腹板之间。

膨胀梁不但增加了梁的高度，也增加了它的风度和承受载荷的能力。

如果沿着腹板以一定的角度将工字梁切割开，这样制作出来的膨胀梁称为锥形梁，如图91所示。

这种梁的中间部位（最预演用到的部位）有最高的弯曲强度。

由于减少了制作膨胀梁所用的金属材料，这样设计出的锥形梁使得支撑整个重物的载荷减小。

如果沿着腹板中心线将工字梁切割成锯齿状，然后将两半腹板的锯齿状切口齿对齿对接，并焊接在一起，这就制作成了开腹板膨胀梁，如图92所示。

与最初的膨胀梁相比，这种开腹板膨胀梁高度更大、强度更大、刚性也更大。

这种设计最初或多或少是出于节省材料费和装卸费的考虑。

利用开腹板膨胀的开口部位作为管路、电线管道和管线系统，可以节省钢材和梁的垂直距离，如图93所示。

膨胀梁的另一种类型是锥形开腹板膨胀梁，如图94所示。

所有这些膨胀梁的设计都可以采用氧－乙炔火焰割炬和模板来完成。

8.3辅助结构设计

1、有哪些典型底座的结构设计方法？

底座的设计方法是由结构的高度、地板承重、下方的土质和基础强度（如风力和地震力）决定的，典型钢结构底座的设计如图95所示。

2、有哪些典型的梁－柱连接的方法？

决定梁－柱连接最优化设计的因素有很多。

但进行梁－柱连接时，达到最牢固的连接需要在现场进行焊接，如图96（a）所示。

但是，仍有可能在工厂中完成大部分部位的焊接，而在最后的现场装配中采用高强钢螺栓进行连接，如图96（b）、（c）所示。

这种连接方法很方便，不但提高了工地现场架设的速度，也避免了受天气影响的焊接质量问题。

3、有哪些常见的连接柱状材料的方法？

柱状材料之间的连接方法有很多种，场地、风力和地震力都是影响连接方法的重要因素。

一些连接方法克服了场地的影响而采用螺栓进行连接，典型的柱式连接接头如图97所示。

4、有哪些为支撑柱提供有效连接的附件和方法？

几种典型的支撑柱连接方法如图98所示。

5、焊缝通道孔有哪些作用？

设计焊缝通道孔有两个目的：

一是提供通往焊缝接头的途径；二是防止焊接接头和腹板残余应力的相互作用。

与焊缝金属的横向收缩一样，腹板和焊缝金属纵向收缩的相互作用产生三向应力，使得焊缝金属中产生裂纹。

焊缝通道孔可以消除这种三向应力，从而减小产生焊接裂纹的可能性，如图99所示。

6、将端面板放置到结构圆柱上并进行焊接，确定上方和下方钢板是否在同一直线上的一个简便方法是什么？

可以按照以下步骤进行。

①将管状柱放置在管子支撑架上面，并检查管状柱的末端是否呈方形。

如果末端稍微偏离方形，则在较高的一侧用×作上标记，以便从这个位置开始焊接。

如果末端严重偏离方形，则对它进行修整，使其恢复为方形。

②根据图纸在端面板上绘出布局轮廓，如图100（a）所示。

③从厚度8mm钢板上割下一V形导板，导板的宽度应为150mm。

将导板放置到圆柱上时，导板的长度应超出基板75mm。

标出V形导板的中心线并注明精确尺寸，如图100（b）、（c）所示。

④标出基板的中心线，然后将V形导板放在基板上面，使得导板中心线与基板的中心线重合，导板的上边缘高出基板的距离为t，如图100（c）所示。

将V形导板与基板夹在一起，如图100（d）所示。

⑤将基板悬挂在圆柱末端上方的位置，放置好基板后，用销钉子将基板固定住，进行点固焊，然后进行焊接。

⑥接下来是将待焊基板用销钉固定在管状柱的另一端上，以便使顶部和底部的金属板在同一直线上，而不是相互旋转。

要做好以上工作，可以将一个水平仪放置在事先焊接好的基板顶部，放置圆柱使基板上边缘保持水平，如图100（e）所示。

⑦对于其余的基板，可以重复步骤④，并将它悬挂在用于焊接的位置，用水平仪将基板上边缘调整到水平状态。

⑧用销钉将基板固定住，并进行焊接。

7、不采用焊接方法，有哪些采用螺杆将轧制结构钢连接在一起的方法？

采用螺杆将轧制结构钢连接在一起，有以下几种方法，如图101所示。

8、有哪些焊接钢筋的常用方法？

焊接钢筋时，一些常用的方法如图102所示。

9、将金属板叠加到一个或多个工件上，有什么好的方法？

不同情况下叠加金属板的方法如图103所示。

10、结构钢管之间的连接需要工件端部仔细装配，见图104（上左）。

这些接头的装配间隙不得比所采用的焊丝直径大，有什么好的装配方法吗？

在许多情况下，可以采用图104（上右）的方法来进行装配。

在较低应力水平的条件下，可以采用图104（下）的结构形式，节省工时。