任务二 焊接方法及焊缝强度
一、焊接方法
钢结构的焊接方法主要是电弧焊，包括手工电弧焊、自动和半自动埋弧电弧焊。
1.手工电弧焊
电弧焊是采用低电压（50～70V）、大电流（几十到几百安培）引燃电弧，使焊条和焊件之间产生很大热量和强烈的弧光，利用电弧热来熔化焊件的接头和焊条进行焊接。
手工电弧焊是生产中最常用的一种焊接方法，如图2－2（a）所示。焊条和焊件各接一极，通过焊钳、导线和电焊机相接。焊接时首先将焊条和焊件撞击接触引燃电弧，电弧的温度可高达3000℃。电弧的高温使接缝边缘的主体金属变成液态，形成熔池（一般1～2mm深）。同时，焊条中的焊丝熔化为金属滴迅速滴入熔池内，与焊件的熔化金属混合而铸成均匀的合金，随着焊条的移动，这种熔化的合金冷却后即形成焊缝，如图2－2（b）、（c）所示。
焊条药皮在焊接过程中产生气体，保护电弧和熔化金属，并形成熔渣覆盖焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体进入焊缝。
手工电弧焊的优点是设备简单，操作灵活方便，适用于任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。缺点是生产效率低，劳动量大。
手工焊所采用的焊条应与焊件钢材强度相适应。对Q235钢用E43型焊条（E4300～E4328），对Q345钢用E50型焊条（E5000～E5048），对Q390钢、Q420钢和Q460钢用E55型焊条（E5500～E5518）。
图2－2 手工电弧焊示意图
（a）手工电弧焊；（b）焊接过程；（c）焊缝
1-施焊方向；2-焊条；3-焊钳；4-电焊机；5-主体金属；6-熔池；7-药皮；8-熔滴；9-电弧；10-保护气体；11-补焊焊根；12-熔渣
2.自动和半自动埋弧电弧焊
焊剂层下自动焊是焊接过程机械化的一种主要焊接方法，如图2－3所示。它的引弧、焊丝送下、焊剂堆落和焊丝沿着焊缝方向的移动都是自动的。焊剂层下自动焊的实质是电弧不暴露在大气中燃烧，而是埋在散粒状的焊剂层下面，故又称为埋弧自动焊。
半自动焊既有自动焊的优点，又有手工焊的灵活性。半自动焊除由人工操作前进外，其余过程与自动焊相同，即半自动焊的焊丝送下、焊剂堆落是自动的，而焊丝沿着焊接方向的移动仍是手持焊枪移动。半自动焊可以应用于直线或曲线形焊缝、连续或间断焊缝，但也和自动焊一样只能在平面倾角不大的斜面位置上进行施焊。
另外还有二氧化碳气体保护焊（图2－4）、气焊、电阻焊等。
图2－3 焊剂层下自动焊示意图
1-焊丝转盘；2-转动焊丝的电动机；3-焊剂
漏斗；4-电源；5-熔化的焊剂；6-焊缝金属；7-焊件；8-焊剂；9-移动方向
图2－4 二氧化碳气体保护焊过程示意图
二、焊接连接形式和焊缝类型
焊接连接形式按被连接钢材间的相互位置分为对接、搭接、T形连接和角接连接四种形式。焊缝按其构造来分，主要有对接焊缝和角焊缝（图2－5）。
图2－5 焊缝连接形式和焊缝类型
（a）对接连接；（b）搭接连接；（c）T形连接和角接连接1-对接焊缝；2-角焊缝
焊缝按施焊位置分为俯焊（平焊）、横焊、立焊及仰焊4种（图2－6）。俯焊施焊质量最易保证；立焊和横焊施焊比俯焊困难，质量较难保证；仰焊最难施焊，焊缝质量不易保证，应尽量避免。
图2－6 焊缝位置示意图
（a）俯焊；（b）横焊；（c）立焊；（d）仰焊1-对接焊缝；2-角焊缝
角焊缝按其与外力方向的不同分为端焊缝、侧焊缝和斜焊缝。
三、焊缝的强度
焊缝的强度主要取决于焊缝金属和主体金属的强度，并与焊接形式、应力集中程度以及焊接的工艺条件等有关。
（一）对接焊缝的强度
对接焊缝的应力分布情况基本和板件一样，可用计算板件强度的方法进行计算。对接焊缝的静力强度一般均能达到母材的强度。对接焊缝的抗压、抗剪和满足二级焊缝质量检查标准的抗拉强度设计值均与母材相同。对满足三级检查标准的对接焊缝抗拉设计强度，约取母材强度设计值的85%。
对有较大拉应力的对接焊缝以及直接承受动力荷载构件的较重要的对接焊缝，宜采用二级焊缝；对抗动力和疲劳性能有较高要求处采用一级焊缝。
（二）角焊缝的强度
角焊缝的强度和外力的方向有关。侧焊缝强度最低，端焊缝强度最高。端焊缝的破坏强度是侧焊缝的1.35～1.55倍，斜焊缝的强度介于两者之间。
由于角焊缝的应力状态复杂，在各种破坏形式中取其最低的平均剪应力来控制角焊缝的强度。角焊缝抗拉、抗压、抗剪不分焊缝质量级别均采用相同的强度设计值。
侧焊缝与端焊缝在强度上的区别，将在计算式中予以体现。对施工条件较差的高空安装焊缝的强度设计值乘以0.9的系数。水工钢闸门等水工钢结构，应采用焊缝的容许应力，见附表1－3。