桥梁钢结构基础知识资料.doc
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1、桥梁钢结构基础知识讲座 一、常用钢材1、结构钢牌号说明,对应标准 GB2212000钢铁产品牌号表示方法 。如:Q345qCQ屈服强度;345屈服强度 345MPa(当 16mm 时,其屈服强度大小与牌号数值相同。板厚增加,强度降低,例如 Q345C 钢,当 63mm 时,其屈服强度只有 315MPa);q桥梁用结构钢;C质量等级为 C 级。钢材质量等级共有 A、B、C、D、E 5 个级别,A 级最低,E 级最高,主要表现在钢中有害杂质 S、P 含量的多少,耐冲击温度的高低。如:AKV(纵向)Q345A、B 级钢,20,34J;AKV(纵向)Q345C 级钢,0,34J;AKV(纵向)Q345
2、D 级钢,20,34J;AKV(纵向)Q345E 级钢,40,34J。2、结构钢的屈强比即钢材的屈服强度与抗拉强度之比,s/b屈强比越小,强度储备越大,结构越安全可靠;屈强比越大,强度储备越小,结构越不安全可靠。一般屈强比不超过 0.8。一般,钢材的强度等级越高,屈强比越大,反之,越小。3、碳素结构钢对应标准 GB/T700-2006,有 4 个强度等级:Q195(不分级) ;Q215(A、B 级) ;Q235(A、B、C、D 级) ;Q275(A、B、C、D 级) 。用的比较多的是 Q235C 钢,相当于过去的 A3 钢。4、低合金高强度结构钢对应标准 GB/T1591-2008, 有 8
3、个强度等级:Q345(A、B、C、D、E 级) ;Q390(A、B、C、D、E 级) ;Q420(A、B、C、D、E 级) ;Q460(C、D、E 级) ;Q500(C、D、E 级) ;Q550(C、D、E 级) ;Q620(C、D、E 级) ;Q690(C、D、E 级) 。过去的 16Mn 相当于 Q345 的 A、B 级。与 GB/T1591-1994 对照,新标准增加了Q500、Q550、Q620、Q690 强度等级,取消了 Q295 强度等级。5、桥梁用结构钢对应标准 GB/T714-2000, 有 4 个强度等级:Q235q(C、D 级) ;Q345q(C、D、E 级) ;Q370q
4、(C、D、E 级) ;Q420q(C、D、E 级) 。如:南京大胜关大桥,Q370qE 用于受拉部位,Q420qE 用于受压部位。6、厚度方向性能钢板对应标准 GB5313-85, 有 3 个等级系列:Z15、Z25、Z35。钢板的抗层状撕裂性能采用厚度方向拉力试验的断面收缩率来评定。如:Z35 钢,断面收缩率三个试样平均值不小于 35,其中单个试样不小于 25%。主要是硫的含量低,如 Z35钢,硫的含量不大于 0.005%。7、焊接用耐候钢对应标准 GB/T4172, 有 4 个强度等级:Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q460NH。特点是钢中含有铜和铬,具有耐大气腐蚀的性能。8、
5、可焊性与碳当量材料能否获得满意的焊接质量的性能称为材料的可焊性。碳是钢中最主要的元素,也是对可焊性最具影响力的元素。含碳量越高,可焊性越差。把各种合金元素对材料可焊性影响的程度折合成碳对材料可焊性的影响,称为碳当量。我国的碳当量计算公式为:1440540246(%)VMoCrNiSiMnCCeqCeq()小于 0.45%时,可焊性是良好的。、钢材的损耗率、钢材的损耗率、山海关桥梁厂:双定尺料为,非定尺料为。、坝陵河大桥,设计规定:一般为,整体节点为。二、焊接工艺评定及常用的焊接方法1、焊接工艺评定焊接工艺评定是编制焊接工艺的依据。焊接工艺评定的目的,一是审定生产工艺能否实现;二是质量保证可靠程
6、度;三是经济合理性。机械性能试验项目、试样数量及试验方法应符合下表的规定。机械性能试验项目、试样数量(个)机械性能试验项目、试样数量(个)试样型式试验项目试样数量试验方法 接头拉伸(拉板)试验1 焊缝金属拉伸试验1接头侧弯试验 1低温冲击试验6 对接接头试样接头硬度试验1 焊缝金属拉伸试验1T 型接头试件接头硬度试验1按焊接接头机 械性能试验方法(GB2649- 2654)的规定注:弯曲角 =180; 缺口开在焊缝中心及熔合线外 1.0mm 处各 3 个。 接头拉伸(拉板)试验是为了检测接头的抗拉强度,一般断在母材。屈服 强度在原材料复验时已测过,此处一般不测。 焊缝金属拉伸(拉棒)试验是检测
7、焊缝金属的屈服强度、抗拉强度及延伸率。 接头侧弯试验,弯芯直径和弯曲角度应符合母材标准对冷弯的要求。若板 厚小于mm,做侧弯试验不便操作,可做一个面弯和一个背弯代替侧弯。 2、常用焊接方法 当前,桥梁钢结构常用的焊接方法主要是三种: 手工电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保护焊。 三种焊接方法的比较方法 项目质量效率灵活抗风抗潮用 途手弧焊好低高一般差短小焊缝CO2好较高较高差高短小焊缝,及打底、填充 焊埋弧焊很好高低较好一般长焊缝,盖面三、常用焊接材料1、低合金结构钢焊条 对应标准 GB/T511895。常用:J507,即 E5015,结构钢焊条,焊缝金属 抗拉强度kg/mm2,碱性低氢型药皮,
8、焊接电源,直流反接。其熔敷金属冲击 韧性比较高。J50,即 E5003,酸性焊条,钛钙型药皮,焊接电源,交直流两 用。 2、埋弧焊低合金钢用焊丝和焊剂 熔化焊钢丝对应标准 GB/T1495794。 焊剂对应标准 GB/T529399。焊接 Q345C 钢可以选用: HJ431+H08A,或 SJ101+ H10Mn2。 HJ431:HJ焊剂;431高锰、高硅、低氟。 H08A:H焊接用钢丝;08含碳量 0.08%;A高级,S、P 含量低。 H10Mn2:H焊接用钢丝;10含碳量 0.10%,Mn2含锰量将近 2。 SJ101:SJ烧结焊剂;101编号,合金元素含量较低。 合金元素含量低的焊丝搭
9、配合金元素含量高的焊剂,合金元素含量高的焊 丝搭配合金元素含量低的焊剂。 3、CO2气体保护焊低合金钢用焊丝 实芯焊丝对应标准 GB/T811095,常用:ER49-1、ER50-1、 ER69- 1、ER76-1、ER83-1。ER 表示焊丝,50 表示熔敷金属抗拉强度最低值为 550MPa。 ER49-1 相当于 H08Mn2Si。 药芯焊丝对应标准 GB/T100452001。常用:E501T、E551T 等,E 表示焊丝, 50 为熔敷金属的抗拉强度等级(kg/mm2,即 480MPa) ,表示全位置焊接,T 表 示药芯焊丝。四、电焊条1、焊条芯,一般用 H08,对应标准 GB/T14
10、95794。 2、焊条药皮成份 造气剂:淀粉、木粉、大理石(CaCO3)等; 造渣剂:大理石(CaCO3)等矿物;脱氧剂:硅铁、锰铁; 合金剂:硅铁、锰铁; 除氢剂:萤石(CaF2); 粘结剂:水玻璃(硅酸钠、硅酸钾) 。 硅铁、锰铁脱氧剩余部分做为合金剂。 结构钢焊条,焊条芯相同,调整药皮配方,可获得不同性能的电焊条。 3、焊条的保管与烘培 对应标准 JB322383。 酸性焊条 75150,烘干 12h;碱性焊条 350400,烘干 12h。烘 干后放入 100150保温筒内。存放焊条的架子距地面和墙壁不小于 300mm, 严防潮湿。焊接材料除应符合现行国家标准外,其抽样检验尚应符合以下规
11、定:制造厂首次使用的焊接材料应进行化学成分和熔敷金属力学性能检验;连续使用的同一厂家、同一型号的焊接材料,实芯焊丝逐批进行化学成分检验,焊剂逐批进行熔敷金属力学性能检验,药芯焊丝和焊条每一年进行一次熔敷金属力学性能检验;五、焊接材料选用原则1、等强度原则 焊接同种材料时,按焊接接头与母材等强度的原则来选择焊接材料。 2、就低不就高原则 不同强度等级钢材焊接时,按强度等级低的一种来选择焊接材料 。 3、等同性原则 碳钢或低合金钢与不锈钢焊接时,则一律采用高镍铬不锈钢焊条。 4、等条件原则 焊接承受冲击载荷构件时,采用碱性低氢型焊条。 5、低缺陷原则 对厚板多层焊时,可采用低强度等级焊接材料,有利
12、于减少冷裂纹;焊接 淬硬倾向大的中碳调质钢时可采用奥氏体焊条焊接,有利于减少冷裂纹的产生。六、焊缝性能的控制1、焊缝强度的控制 对接焊缝的屈服强度和抗拉强度不低于母材,并不超过母材 100MPa,超过 时用韧强比来控制。skv kA 一般要求 K0.13,关键在于焊接材料的选用,等强度即可。 2、焊缝韧性的控制 焊接接头的冲击韧性 AKV(纵向)不低于母材。主要靠控制焊接热能输入, 即控制焊接线能量的大小,减少热能输入;通过预热和缓冷降低冷却速度。3、焊接线能量(J/)vVI vqhhIh焊接电流; Vh电弧电压;焊接速度,m/s;v系数,一般取 0.8。七、开工前的技术准备工作编制管理人员通
13、讯录 、 施工组织设计 、 施工工艺方案 、 施工转换 图纸 、 施工拆零图 、 焊接工艺评定任务书 、 焊缝编号说明书面 、 焊接 工艺规程 、 无损检验清册 、 产品试板清册 、 高强度螺栓清册 、 涂装施 工组织设计 、 生产计划 、 检验规则 、 钢材进场计划等。要做好技术交 底、场地布置、安全教育、焊工考试、工装卡具设计与制作等工作。收集特种 人员从业资格证书、试验室资质等相关资料。八、桥梁钢结构制造的主要工序对应规范 TB102122009铁路钢桥制造规范 1、原材料复验 钢材应成批验收,每批由同一厂家、同一材质、同一出厂状态(指按热处理 状态供应) ,每 10 个炉(批)号抽检一
14、组试件(每批钢材重量不得大于 60t) 。 每批钢材的检验项目,取样数量,取样部位和试验方法应符合下表规定序号检验项目取样数量,个取样方法试验方法1化学分析1(每炉罐号)GB222GB2232拉伸1GB2975GB228、63973弯曲1GB2975GB2324常温冲击3GB2975GB21065低温冲击3GB2975GB41592、放样、作样、号料、下料直接在钢板上划出零件的切割线称为放样。放样一般适用于较大的矩形零件;当相同零件数量较多时,为了提高生产效率,用薄铁皮或纸板制作适用于各种形状和尺寸的样板,用来在钢材上标出切割线位置,此项工作叫做作样。一般尺寸较小的零件制作下料样板,尺寸较大的
15、矩形零件需要切角时制作切角样板。利用下料样板在钢板上划出零件的切割线叫做号料。放样、号料以后进行切割下料。注意杆件受力方向应与钢板轧制方向一致;要套料,节约用料;预留焊接 收缩余量及加工余量。 工型杆件和箱型杆件腹板的宽度是控制杆件高度重要尺寸。所以,腹板必 须经过机加工铣边或刨边,俗称“配刨” 。3、开坡口 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式和尺寸,见 GB98588;埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸,见 GB98688。 4、组装 组装要在胎架上进行,配备相应的工装和夹具,凡是先孔的杆件都必须以 孔来定位。要控制装配间隙及杆件的形状和尺寸。 翼缘板的拼接缝与腹板的拼接缝的间距不应
16、小于 200mm,相邻焊缝的间距 不小于 100mm,接料的长度不小于 1000mm,接料错边不大于 2mm。如下图焊缝错开的最小距离1盖板;2腹板;3板梁水平肋或箱形梁纵肋; 4板梁竖肋或箱形梁横肋;5盖板对接焊缝 5、焊接 要选择合适的焊接工艺参数,严格控制线能量。环境温度不低于 5,环境 湿度要小于 80。 焊前,待焊区要彻底去除污物和铁锈。红锈 Fe2O3*nH2O,容易产生氢气孔和 氢脆。 定位焊应距设计焊缝端部 30mm 以上,其长度 50100mm,间距 500600mm,焊脚尺寸不大于设计焊缝的 1/2。 对接焊缝要加引(熄)弧板,引(熄)弧板的尺寸为:15080t。起 (熄)
17、弧要在距设计焊缝以外 80mm 的引(熄)弧板上。 焊缝金属的熔合比:焊缝金属是由母材金属和填充金属熔合在一起组成的。 母材金属占焊缝金属的百分比,称为熔合比,它影响焊缝金属的化学成份和机 械性能。 焊缝金属的结晶:结晶从液态金属和固态金属的分界面开始,晶粒向散热 方向相反的方向长大,晶粒长大和新晶粒生成是同步进行的。熔点高的先结晶, 熔点低的后结晶。低熔点共晶体被挤向晶粒的边缘,形成“显微偏析” ,对焊缝 性能影响不大。低熔点共晶体最终被挤向最后结晶区域,形成“区域偏析” 。当 低熔点共晶体分布方向与受力方向垂直时,极易产生裂纹。窄而深的焊缝容易 产生裂纹,宽而浅的焊缝则不易产生裂纹。焊缝宽
18、度与深度之比称为焊缝的成 型系数,埋弧焊的焊缝成型系数为 1.32.0 为好。 焊缝的宽度:焊缝宽度等于坡口宽度两则各加 2mm。 焊缝的深度:焊缝顶面到焊缝底部的最大距离。焊缝的熔深:待焊接面熔化的深度。 6 6、焊缝外观质量、焊缝外观质量 对应标准 GB1085488、TB102122009。 焊接宜在室内进行。露天焊接,手弧焊风速超过m/s,气体保护焊风速超 过m/s 时,应采取防风措施。焊缝外观质量标准(mm)序号 项 目焊 缝 种 类质 量 标 准横向对接焊缝不允许纵向对接焊缝、主要角焊缝直径小于 1.0,每米不多于 3 个,间距不小 于 201气孔其他焊缝直径小于 1.5,每米不多
19、于 3 个,间距不小 于 20受拉杆件横向对接焊缝、桥面板与 弦杆角焊缝、横梁接头板与弦杆角 焊缝、桥面板与 U 形肋角焊缝 (桥面板侧) 、竖向加劲肋角焊缝 (腹板侧受拉区)不允许受压杆件横向对接焊缝及竖加劲 肋角焊缝(腹板侧受压区)0.3纵向对接焊缝、主要角焊缝0.52咬边其他焊缝1.0主要角焊缝hf0 . 20hf0 . 20 . 1 3焊脚 尺寸其他角焊缝手工焊角焊缝全长的 10%允许3.0 1.0-4焊波角焊缝2.0(任意 25mm 范围高低差)2.0(焊缝宽度 b20)余高不铲磨余高的对接焊缝 3.0(焊缝宽度 b20)5 有效 厚度T 形角焊缝凸面角焊缝有效厚度应不大于规定值 2
20、.0,凹面角焊缝应不小于规定值 0.3不高于母材 0.5不低于母材 0.36余高铲 磨后的 表面横向对接焊缝(桥面板除外)粗糙度 50m注: 手工角焊缝全长的 10%允许 h1 + 3.0- 1.07、无损检验 UT超声波探伤,对应标准 GB1134589;RT射线探伤,对应标准 GB32232005;MT磁粉探伤,对应标准 GB1582295;PT渗透探伤。 无损检验在焊后 24h 以后进行。焊缝超声波探伤内部质量分级序号项 目质量等级适 用 范 围主要杆件受拉的横向、纵向对接焊缝1对接焊缝 主要杆件受压的横向、纵向对接焊缝2全熔透角焊缝设计明确要求的熔透焊缝3角焊缝主要角焊缝焊缝超声波探伤
21、范围和检验等级(焊缝超声波探伤范围和检验等级(mm)序号焊缝质量等级探伤比例探 伤 范 围板 厚检验等级1级横向对接焊缝2级横向对接焊缝3级纵向对接焊缝全长4级纵向对接焊缝焊缝两端各 10005级全熔透角焊缝全长1080B1046A 6级角焊缝100%两端螺栓孔部位并延长 500,板梁 主梁、箱梁及纵、横梁跨中加探10004680B焊缝超声波检验等级应符合下列规定:检验等级分为 A、B、C 三级,检验完善程度和检验工作的难度系数按A、B、C 顺序逐级增高。A 级检验采用一种角度的探头在焊缝的单面单侧进行检验,只对允许扫查到的焊缝截面进行探测;B 级检验原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行
22、检验,对整个焊缝截面进行探测。受几何条件的限制可在焊缝的双面单侧采用两种角度的探头进行检验,条件允许时应做横向缺陷的检验;C 级检验至少要求采用两种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验,同时要做两个扫查方向和两种角度探头的横向缺陷检验。采用任何检验等级都应使检测系统灵敏度余量能够满足验收标准。否则应增加探测面(如双面双侧等) 。缺陷指示长度:焊缝超声波检验中,按规定的测量方法以探头移动距离测得的缺陷长度。板厚小于等于 30mm(不等厚对接时,按薄板计)的主要杆件受拉横向、纵向对接焊缝除按规定进行超声波探伤外,还应按接头数量的 10%(不少于一个焊接接头)进行射线探伤,探伤范围为焊缝两端各 2503
23、00mm,焊缝长度大于 1200mm 时,中部加探 250300mm;厚度大于 30mm(不等厚对接时,按薄板计)的主要杆件受拉横向、纵向对接焊缝除按规定进行超声波探伤外,还应按接头数量的 10%(不少于一个焊接接头)增加检验等级为 C 级、质量等级为级的超声波检验。此时焊缝余高应磨平,使用的探头折射角应有一个为45,探伤范围为焊缝两端各 500mm。焊缝长度大于 1500mm 时,中部加探500mm。对表面余高不需磨平的十字交叉(包括 T 字交叉)对接焊缝应在以十字交叉点为中心的 120150mm 范围内 100%射线探伤。焊缝的射线探伤应符合现行国家标准金属熔化焊焊接接头射线照相 (GB3
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