1工业厂房A4-3柱概述1.1工业厂房A4-3柱的分类和特点1.1.1工业厂房A4-3柱的分类工业厂房柱按截面形式可分为实腹柱和格构柱。

钢柱按受力情况通常可分为轴心受压柱和偏心受压柱。

1.1.2工业厂房A4-3柱的特点轴心受压柱所受的纵向压力与柱的截面形心轴重合。

偏心受压 同时承受轴心压力和弯矩，也称压弯构件。

实腹柱具有整体的截面，最常用的是工形截面；格构柱的截面分为两肢或多肢，各肢间用缀条或缀板联系，当荷载较大、柱身较宽时钢材用量较省。

1.2工业厂房A4-3柱的组成、尺寸、材质柱脚柱身柱头缀条图1 工业厂房柱A4-3工业厂房A4-3柱为两肢格构柱，主要柱脚、柱身、柱头组成，所用材料为低合金高强钢Q345B ，其中柱脚长4m ，柱身长12.28m ，柱头长7.22m ，总长19.9m ，构件重14442.4kg ，焊缝重722.12kg ，总重15164.56kg，板厚为6~40mm，柱肩标高12.68m，柱头标高19.9m，两肢为H型钢，两肢之间用角钢缀条连接，缀条数目为26条，所用材料为Q235B。

1.3柱A4-3技术参数（1）板厚6~40mm，柱肩标高12.68m，柱头标高19.9m（2）图中所有斜缀条内力为-130KN，水平缀条内力为-55KN（3）图中为注明的焊缝高度均为h f=8mm（4）对接工字型钢截面柱、梁翼缘和腹板的拼接，应采用加引弧（其厚度和坡口与母材相同）的对接焊缝，并保证焊透。

翼缘板和腹板的对接焊缝相互错开200m以上，焊缝外观检测和无损检测质量等级应符合二级焊缝标准。

（5）角钢相互连接的填板的距离，对于受压构件为40i，对于受拉构件为80i（i为回转半径）（6）在螺栓的上下接触面如有1/20以上的倾斜度时，应采用斜垫圈垫平。

1.4柱 A4-3制造引用标准（1）JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》（2）GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》（3）GB/T985.1-2008《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊推荐坡口》（4）GB/T985.2-2008《埋弧焊的推荐坡口》（5）GB324-2008《焊缝符号表示方法》（6）GB 10854-89《钢结构焊缝外形尺寸》（7）GB/T5118-1995《低合金钢焊条》（8）GB/T12470-2003《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》（9）GB/T8110-2008《气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝》（10）GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》（11）GB/T700-2006《碳素钢结构》(12) GBT 10249-2010《电焊机型号编制方法》(13) GB11345-89《超声波探伤标准》2工业厂房A4-3柱焊接性分析2.1工业厂房A4-3柱焊接工艺准备2.1.1接头类型根据设计图纸，本次设计中主要采用对接接头、T型接头和搭接接头，按照JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》、GB／T985.2-2008《埋弧焊的推荐坡口》和GB/T985.1-2008《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊推荐坡口》的要求接头横截面示意图如下所示2.2工业厂房A4-3柱焊接性分析工业厂房A4-3柱的主要材质是低合金钢Q345B，其焊接性受到以下几个方面的影响：(1)化学成分表1 Q345B化学成分（2）力学性能表2 Q345B力学性能(3)碳当量CEV=C+Mn/6 +（Cr+Mo+V）/5 +（Ni+Cu）/15 （1-1）=0.12+1.1/6+（0.15+0.03+0.07）/5+（0.25+0.2）/15=0.39CEV=0.39%＜0.4%，所以板厚小于20mm的钢材的淬硬倾向大，焊接性良好，不需要预热。

当CEV=0.4%~0.6%时，特别是大于0.5%时，钢材易于淬硬，焊接时必须预热才能防止裂纹。

随着板厚及CEV的增加，预热温度也相应增高，一般可在70~200℃。

（4）由于这类钢中含有一定量的合金因素及微合金化元素，如果焊接工艺不当，也存在焊接热影响区脆化、热应变脆化、氢致裂纹、热裂纹、再热裂纹、层状撕裂等焊接缺陷的危险。

1)焊接热影响区脆化低合金高强钢焊接时，热影响区中被加热到1100℃以上的晶区及加热温度为700~800℃的不完全相变区是焊接接头的两个薄弱区。

焊接热输入过大，粗晶区将因晶粒严重长大或出现魏氏组织等而降低韧性；焊接热输入过小，由于粗晶组织中马氏体比例增大而降低韧性。

某些低合金高强度钢焊接热影响区的不完全相变区，在焊接加热时该区域只有部分富碳组元发生奥氏体转变，在随后的焊接冷却过程中，这部分富碳奥氏体将转变成高碳孪晶马氏体，而且这种高碳马氏体的转变终了温度低于室温，相当一部分奥氏体残留在马氏体岛的周围，形成所谓的M-A组元，M-A组元的形成是该区域的组织脆化的主要原因。

防止不完全相变区组织脆化的是控制焊接冷却速度，避免脆硬的马氏体产生。

2）热应变脆化在自由氮含量较高的C-Mn系低合金钢中，焊接接头熔合区及最高加热温度低于Ac1的亚临界热影响区，常常有热应变脆化现象，它是热和应变同时作用下产生的一种动态应变时效。

一般认为，这种脆化是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉扎作用所造成的。

热应变脆化容易出现在最高加热温度范围200~400℃的亚临界热影响区产生。

如有缺口效应，则热应变脆化更为严重，熔合区常常存在缺口性质的缺陷，当缺陷周围受到连续的焊接热应变作用后，由于存在热应变集中和不利组织，热应变脆化倾向就更大，所以热应变脆化也容易发生在熔合区。

3）氢致裂纹焊接氢致裂纹是低合金高强钢焊接时最容易产生，而且是危害最为严重的工艺缺陷，它常常是焊接结构失效破坏的主要原因。

低合金高强度钢焊接时产生的氢致裂纹主要发生在焊接热影响区，有时也出现在焊缝金属根据钢种的类型、焊接区氢含量及应力水平的不同，氢致裂纹可能在焊后200℃以下立即产生，或在焊后一段时间内产生。

大量研究表明，当低合金高强钢焊接热影响区中产生淬硬的M或M+B 混合组织时，对氢致裂纹敏感；而产生B或B+F组织时，对氢致裂纹不敏感。

对一般低合金高强钢，为防止氢致裂纹的产生，焊接热影响区硬度应控制在350HV以下。

热影响区淬硬倾向可以采用碳当量公式加以评定。

对于C-Mn系低合金高强钢，可采用国际焊接学会推荐的公式（1-1），对于微合金化的低碳低合金高强钢适合于采用P cm公式：P cm=w（C）+w（Si）/30+w（Mn+Cu+Cr）/20+w（Ni）/60+w（Mo）/15+w （V）/10+5w（B）。

4)热裂纹敏感性与碳素钢相比，低合金高强钢的w（C）、w（S）较低，且w（Mn）较高，其热裂纹倾向较小。

但如果发生C和S偏析也会在焊缝中出现热裂纹。

采用Mn、Si含量较高的焊接材料，减少焊接热输入，减少母材在焊缝中的熔合比，增大焊缝成形系数，有利于防止焊缝金属的热裂纹。

5）再热裂纹敏感性低合金高强钢焊接接头中的再热裂纹亦称消除应力裂纹，出现在焊后消除应力热处理过程中。

再热裂纹属于沿晶裂纹，一般都出现在热影响区的粗晶区，有时也在焊缝金属中出现。

其产生与杂质元素P、Sn、Sb、As在初生奥氏体晶界的偏聚导致的晶界脆化有关，也与V、Nb等元素的化合物强化晶内有关。

6）层状撕裂倾向大型厚板焊接结构焊接时，如在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力，可能沿钢材轧制方向发生阶梯状的层状撕裂。

这种裂纹常出现于要求熔透的角接接头或丁字接头中。

选用抗层状撕裂钢；改善接头形式以减缓钢板Z向的应力应变；在满足产品使用要求的前提下，选用强度级别较低的焊接材料或采用低强焊材预堆边；采用预热及降氢等措施都有利于防止层状撕裂。

2.3预防焊接缺陷的措施焊接缺陷分为：裂纹、气孔、未焊透和未熔合、夹渣、焊瘤、咬边等几种，其中焊接裂纹和气孔危害最大的。

（1）焊接热裂纹的控制1）控制焊缝金属成分其中最关键的是选择合适的焊接材料。

选择低合金钢焊接材料应注意以下几个方面：①对于低合金高强钢，在保证焊接接头强度的前提下，重点考虑焊接材料的抗裂性及焊缝金属的塑韧性。

为此应优先选择低氢及超低氢的焊接材料及塑韧性优良的焊接材料。

②对于两种强度级别不同的结构之间的焊接，应按照强度级别低的母材选择焊接材料。

③选择焊接材料时，应考虑工艺条件的影响。

采用同一焊接材料焊同一钢种时，如果坡口形式不同，则焊缝性能各异。

焊后加工工艺的影响对于焊后经受热卷或热处理的条件，必须考虑焊缝金属经受高温热处理后对其性能的影响。

应保证焊缝热处理后仍具有所要求的强度、塑性和韧性，一般正火处理后的焊缝强度要比焊态时低，对于在焊后要经受正火处理的焊缝，应选用合金分较高的焊接。

焊件焊后要进行消除应力热处理，一般焊缝金属的强度将降低，这时也应选用合金成分较高的焊接材料。

对于焊后经受冷卷或冷冲压的焊件，则要求焊缝具有较高的塑性。

④对厚板、拘束度大及冷裂倾向大的焊接结构应选用超低氢焊接材料，以提高抗裂性能，降低预热温度。

厚板、大拘束度焊件，第一层打底焊缝最容易产生裂纹，此时可选用强度稍低、塑性、韧性良好的低氢或超低氢焊接材料。

⑤对于重要的焊接产品如海上采油平台、压力容器及船舶等，为确保产品使用的安全性，焊缝应具有优良的低温冲击韧度和断裂韧性应选用高韧性焊接材料，如高碱度焊剂、高韧性焊丝、焊条、高纯度的保护气体并采用 Ar+CO2混合气体保护焊等。

⑥为提高生率可选用高效铁粉焊条、重力焊条、高熔敷率的药芯焊丝及高速焊剂等，立角焊时可用立向下焊条，大口径管接头可用高速焊剂，小口径管接头可用底层焊条。

⑦为改善卫生条件在通风不良的产品中焊接时（如船仓、压力容器等），宜采用低尘低毒焊条。

成分控制中还有一个极为重要的问题是限制有害杂质的含量。

对于各种材料，均需严格限制硫、硫含量。

合金化程度越高，限制要越严格。

2）调整焊接工艺①限制过热。

熔池过热易促使热裂，应降低热输入，并采用较小的焊接电流。

②控制成形系数。

焊接电流不同，对成形系数的要求也有所不同。

③减小熔合比。

减小熔合比即减小稀释率，同样也要求降低焊接电流。

④降低拘束度。

⑤其他。

如控制装配间隙、改进装配质量等。

(2)焊接冷裂纹控制1）控制组织硬化一般焊接生产中，母材化学成分是根据结构的使用要求确定的，即Pcm或CE是一定的。

为限制组织硬化程度，唯一方法就是调整焊接条件以获得适宜的焊接热循环。

常用t8/5，或t100等作为判据。

在焊接方法一定时，焊接热输入不能随意变化，以防止过热脆化。

此时，为获得需要的t8/5等，预热是可以采取的重要手段。

2）限制扩散氢含量采用低氢或超低氢焊接材料，并防止再吸潮，有利于防止冷裂裂纹产生。

预热或后热可减少扩散氢。

后热对减小残余应力和改善组织也有一些作用。

最低后热温度Tp与钢材的成分有关。