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第1章 钢结构概述 1

1.1 钢结构的特点和类型 1

1.1.1 钢结构的特点 1

目录 1

1.1.2 钢结构的类型 2

1.2 钢结构的材料 5

1.2.1 钢结构对材料的要求 5

1.2.2 钢结构的破坏形式 5

1.2.2.1 结构的整体失稳破坏 5

1.2.2.2 结构和构件的局部失稳 7

1.2.2.3 结构的塑性破坏 8

1.2.2.5 防止钢结构各种破坏的总体思路 9

1.2.2.4 结构的损伤累积破坏 9

1.2.3 钢材料的主要性能 10

1.2.3.1 受拉、受压及受剪性能 10

1.2.3.2 冷弯性能 11

1.2.3.3 冲击韧性 11

1.2.4 影响钢材主要性能的因素 12

1.2.4.1 化学成分 12

1.2.4.2 冶金缺陷 12

1.2.4.3 钢材硬化 13

1.2.4.4 温度影响 13

1.2.4.5 结构中的应力集中现象 14

1.2.4.6 反复荷载作用 14

1.2.5.1 钢材的品种和牌号 15

1.2.5 钢结构用钢材的分类 15

1.2.5.2 国外钢材品种和牌号简介 16

1.2.6 钢材的选择 18

1.2.6.1 选用原则 18

1.2.6.2 钢材选择的建议 18

1.3 钢结构的应用与发展 18

1.3.1 钢结构的应用 18

1.3.2 钢结构的发展 19

2.1.1.1 应力 21

2.1.1.2 温度产生内应力的原因 21

2.1.1.3 残余应力 21

2.1.1 应力与变形的概念 21

2.1 焊接应力与变形 21

第2章 焊接应力与钢结构的变形 21

2.1.2 变形 22

2.1.3 研究焊接应力与变形的基本假定 22

2.2 焊接应力与变形产生的原因 23

2.2.1 简单杆件受热的应力和变形 23

2.2.1.1 不受约束的自由杆件均匀加热和冷却时应力变形 23

2.2.1.2 受绝对性约束杆件均匀加热和冷却时的应力变形 23

2.2.2 长板条不均匀受热时的应力和变形 24

2.3 焊接残余应力及分布 26

2.3.1 焊接残余应力 26

2.3.1.1 纵向应力 26

2.3.1.2 横向应力 27

2.3.1.3 厚板中的残余应力 28

2.3.1.5 工字梁中的残余应力 29

2.3.1.4 管板焊接的残余应力分布 29

2.3.2 残余应力对结构的影响 30

2.3.2.1 对静载强度的影响 30

2.3.2.2 对构件加工尺寸精度的影响 30

2.3.1.6 拘束状态下焊缝的残余应力分布 30

2.3.2.3 对受压杆件稳定性的影响 31

2.3.2.4 对应力腐蚀裂纹的影响 31

2.3.3 焊接变形及其对钢结构的影响 31

2.4 消除焊接残余应力的方法 32

2.4.1 热处理 32

2.4.2 锤击法 32

2.4.3 振动消除法 32

2.5.1 焊接变形 33

2.5 常见的变形及产生原因 33

2.5.1.1 纵向收缩变形计算及其影响因素 34

2.5.1.2 横向收缩变形计算及影响因素 35

2.5.1.3 收缩引起的挠曲变形（弯曲变形） 38

2.5.1.4 角变形 39

2.5.2 原材料的变形 40

2.5.3 其他加工过程产生的变形 40

2.6 防止和减少变形的措施 41

2.6.1 从设计方面考虑防止变形 41

2.6.1.1 合理选择构件截面提高构件的抗变形能力 41

2.6.2.1 钢材的运输堆放 42

2.6.2 制定合理的工艺措施 42

2.6.1.4 尽量减少不必要的焊缝 42

2.6.1.2 合理选择焊缝尺寸和布置焊缝的位置 42

2.6.1.3 合理选择焊缝的截面和坡口形式 42

2.6.2.2 焊前准备 43

2.6.2.3 选择合理的焊接线能量 43

2.6.2.4 选择合理的装配焊接顺序 44

2.6.2.5 刚性固定 45

2.6.2.6 散热法 46

2.6.3 加工中防止变形 47

2.6.3.1 制造零件或部件留余量 47

2.6.3.2 焊接前反变形 47

2.6.3.3 装配中防止变形 49

2.7 钢桥对变形的要求 49

2.8.1.1 手工矫正 50

2.8 焊接变形的矫正 50

2.8.1 冷加工矫正 50

2.8.1.2 机械矫正 51

2.8.2 火焰矫正法 51

2.8.2.1 加热位置的确定 51

2.8.2.2 加热温度的控制 51

2.8.2.3 加热方式 51

2.8.3 火焰矫正对钢结构承载能力的影响 53

第3章 焊接接头形式及静载强度的计算 54

3.1 焊接接头的基本类型 54

3.1.1.4 角接接头 55

3.1.1.2 T形接头 55

3.1.1.3 搭接接头 55

3.1.1 常用接头类型 55

3.1.1.1 对接接头 55

3.1.2 电弧焊接头与焊缝 56

3.1.3 焊接接头的力学性能检验 57

3.1.3.1 取样的一般原则 57

3.1.3.2 焊缝金属和焊接接头的拉伸性能 58

3.1.3.3 接头的冲击试验及试样 58

3.1.3.4 焊接接头的弯曲试验 59

3.1.3.5 管接头的压扁试验 59

3.1.3.6 对接接头的硬度试验 59

3.2.1 焊接接头的应力集中概念 60

3.2.2 电弧焊对接接头的应力分布 60

3.2 常用手弧焊接头应力分布 60

3.2.3 搭接接头的应力分布 61

3.2.3.1 正面角焊缝 61

3.2.3.2 侧面角焊缝 62

3.2.3.3 斜向角焊缝 62

3.2.4 T形（十字形）接头的应力分布 63

3.2.4.1 未开坡口T形（十字形）接头 63

3.2.4.2 开坡口T形（十字形）接头 64

3.3 点焊接头的应力分布 64

3.4 焊接接头的选择与静载强度计算 65

3.4.1 工作焊缝和联系焊缝 65

3.4.2 焊接接头的设计与选择 65

3.4.2.1 设计与选择焊接接头应考虑的问题 65

3.4.2.3 坡口的设计原则 67

3.4.2.2 钢结构焊接接点 67

3.4.3 焊缝的符号 68

3.4.4 焊接接头的静载强度计算 71

3.4.4.1 静载强度计算的假定 71

3.4.4.2 对接、搭接和T形接头焊缝强度计算 72

3.5 焊接接头的疲劳断裂 76

3.5.1 疲劳断裂特征 76

3.5.2 疲劳断口的宏观和微观形貌 76

3.5.2.1 疲劳断口的宏观形貌 76

3.5.2.2 疲劳断口的微观形貌 77

3.5.3 疲劳裂纹的萌生和扩展机理 78

3.5.3.1 疲劳裂纹的萌生机理 78

3.5.3.2 疲劳裂纹的扩展机理 79

3.5.4.1 应力集中的影响 81

3.5.4 影响焊接接头疲劳强度的因素 81

3.5.4.2 表面状态 82

3.5.4.3 零件的几何形状及载荷特性 83

3.5.4.4 金属材料的组织和性能 83

3.5.5 提高疲劳强度的措施 83

3.5.5.1 降低应力集中和危险部位上的实际应力 83

3.5.5.2 表面强化 84

3.5.5.3 减少焊缝中的缺陷 84

3.6 脆性断裂 84

3.6.1 脆性断口宏观形貌特征 84

3.6.1.1 解理断口 84

3.6.2.1 解理断口 85

3.6.2 脆性断口微观形貌特征 85

3.6.1.3 晶界脆性断口 85

3.6.1.2 准解理断口 85

3.6.2.2 准解理断口 86

3.6.2.3 沿晶断口 86

3.6.3 影响脆性断裂的原因 86

3.6.3.1 拉应力 86

3.6.3.2 使用温度 87

3.6.3.3 加载速度 87

3.6.3.4 焊接质量 87

3.6.3.5 化学成分与组织 87

3.6.4 防止脆性断裂的措施 88

3.6.4.1 零件的设计与制造 88

3.6.4.2 冶金方面 88

3.6.4.3 钢材的热处理 89

第4章 钢结构焊接生产工艺 90

4.1 钢结构加工工艺的基本知识 90

4.2 钢结构焊接工艺审查 92

4.2.1 产品结构工艺性审查的一般要求和任务 92

4.2.2 工艺性审查的内容 92

4.2.3 工艺性审查的方式和程序 96

4.3 焊接生产工艺方案的设计 97

4.3.1 工艺分析和编制工艺方案的原则 97

4.3.2 工艺分析的依据和内容 97

4.3.3 工艺方案设计的程序 98

4.4 钢结构焊接加工工艺规程 98

4.4.1 焊接工艺规程的内容 98

4.4.2 工艺规程的类型和工艺规程的文件 99

4.4.4 设计工艺规程的主要依据和审批程序 101

4.4.3 设计工艺规程的基本要求 101

4.5 钢结构的焊接工艺评定 102

4.5.1 焊接工艺评定的程序 102

4.5.2 焊接工艺评定的规则 102

4.5.3 焊接工艺评定试验 104

4.5.4 焊接工艺评定报告 105

第5章 钢结构零件备料加工工艺 106

5.1 型材的矫正 106

5.1.1 型材变形的原因 106

5.1.2 矫正原理 107

5.1.3 型材的矫正方法 107

5.2.1.1 喷砂法 109

5.2 材料的预处理 109

5.2.1 机械除锈法 109

5.2.1.2 弹丸法 110

5.2.1.3 抛丸法 110

5.2.2 化学除锈法 110

5.3 加工前的准备 110

5.3.1 钢结构施工图 110

5.3.2 划线 111

5.3.3 放样 111

5.3.3.1 放样工具 111

5.3.3.2 放样方法 112

5.3.4 样板与样杆 116

5.4.2 材料的合理利用 118

5.4 号料 118

5.4.1 号料的方法 118

5.5 下料 119

5.5.1 剪切 119

5.5.1.1 剪床的分类 119

5.5.1.2 剪切断面 121

5.5.1.3 剪切力 121

5.5.2 中裁 121

5.5.2.1 冲裁设备 121

5.5.2.2 冲裁变形过程 122

5.5.2.3 冲裁间隙的影响 122

5.5.3.1 气割的原理和条件 124

5.5.2.4 冲裁模 124

5.5.3 热切割 124

5.5.3.2 仿形气割 125

5.5.3.3 光电跟踪气割 127

5.5.3.4 数控气割 127

5.5.4 等离子弧切割 128

5.5.4.1 等离子弧切割原理 128

5.5.4.2 等离子弧切割应用 128

5.5.5 激光切割 128

5.6 坯料的边缘加工 129

5.7.1.1 弯曲过程 131

5.7.1.2 最小弯曲半径 131

5.7 弯曲 131

5.7.1 弯曲的基本原理及弯曲过程 131

5.7.1.3 弯曲回弹 132

5.7.2 折弯设备及弯模 133

5.7.2.1 折弯设备 133

5.7.2.2 弯曲模具 133

5.7.2.3 通用模具弯曲 134

5.7.3 卷弯 135

5.7.3.1 卷弯的基本原理 135

5.7.3.2 弯卷 136

5.7.3.3 型材的辊弯 138

5.7.3.4 管子弯曲 139

5.8.1.1 拉延基本原理 141

5.8 压制成型 141

5.8.1 拉延 141

5.8.1.2 封头坯料的计算 142

5.8.1.3 封头的拉延 143

5.8.2 旋压 144

5.8.2.1 旋压成形的基本原理 145

5.8.2.2 封头的旋压 145

5.8.3 爆炸成形 145

5.8.4 缩口、缩颈、扩口成形 146

5.8.4.1 缩口 146

5.8.4.2 扩口 147

5.9 锅炉气包筒身备料举例 147

6.1.1 装配的基本条件 149

6.1.2 装配基准的选择 149

第6章 钢结构的装配 149

6.1 钢结构的装配 149

6.1.3 零件的定位原理及定位焊 150

6.1.3.1 定位原理 150

6.1.3.2 定位基准的选择 150

6.1.3.3 零件的定位方法 151

6.1.3.4 定位焊 151

6.1.4 装配中的测量 152

6.1.4.1 测量基准 152

6.1.4.2 测量项目的测量 152

6.2.2 装配中常用的设备 154

6.2.2.2 装配用平台 154

6.2.2.1 对装配用设备的一般要求 154

6.2.1 装配中常用的工具 154

6.2 装配用工具与设备 154

6.2.2.3 胎架 155

6.2.3 钢结构的装配 155

6.2.3.1 装配前的准备 155

6.2.3.2 零件的定位和装配方法 156

6.2.4 装配方法的选择 158

6.2.4.1 装配工作中应该注意的问题 158

6.2.4.2 装配-焊接顺序的类型 159

6.2.4.3 装配工艺方法的选择 159

6.3 典型焊接结构的装配 160

6.3.1 钢板的拼接 160

6.3.2 框架柱的装配 160

6.3.3.1 T形梁的装配 161

6.3.3 梁的拼接 161

6.3.3.3 工字梁的装配 162

6.3.3.2 箱形梁的装配 162

6.3.4 屋架结构的装配 163

6.3.5 容器的装配 164

6.3.6 机架结构的装配 165

6.4 钢结构的焊接工艺参数选择 166

6.4.1 焊接工艺参数的内容和原则 166

6.4.1.1 焊接工艺参数的内容 166

6.4.1.2 制定焊接工艺参数的原则 166

6.4.2 焊接方法的选择 166

6.4.3 焊接工艺参数的选定 166

6.4.4 确定合理的焊接热参数 167

7.1.1 装配-焊接机械装备在焊接中的作用 168

第7章 钢结构装配-焊接用机械装备 168

7.1 概述 168

7.1.2 装配-焊接机械装备的分类 169

7.1.3 装配-焊接机械装备的设计 169

7.1.3.1 设计原则 169

7.1.3.2 设计的程序和方法 169

7.1.4 装配-焊接机械的选用 170

7.2 装配-焊接夹具 171

7.2.1 概述 171

7.2.1.1 装配-焊接工装夹具的分类与组成 171

7.2.1.2 装配-焊接工装夹具的特点 171

7.2.1.3 装配-焊接工装夹具的设计要求 172

7.2.2.1 物体定位原则——六点定则 173

7.2.2 加工定位 173

7.2.2.2 定位基准的选择 174

7.2.2.3 定位方法及定位器 175

7.2.3 装配-焊接夹紧机构 176

7.2.3.1 夹紧力的确定 176

7.2.3.2 各种夹紧机构 179

7.2.3.3 典型夹紧结构的分析 188

7.3 装配-焊接中的变位机械 194

7.3.1 焊件变位机械 194

7.3.1.1 焊件变位机械的功能及结构形式 194

7.3.1.2 驱动系统 195

7.3.2.1 焊接滚轮架的功能及结构形式 197

7.3.2 焊接滚轮架 197

7.3.2.2 导电装置及焊剂垫 198

7.3.3 焊接翻转机械 200

7.3.4 焊接回转台 202

7.3.5 焊机变位机械 202

7.3.6 焊工的操作台 208

7.4 焊接机器人 210

7.4.1 焊接机器人的发展概论 210

7.4.2 焊接机器人的分类 211

7.4.3 焊接机器人的系统组成 213

8.1.1 压力客器的基础知识 214

8.1.1.1 压力容器的分类 214

第8章 典型钢结构生产工艺 214

8.1 压力容器的生产工艺 214

8.1.1.2 压力容器的结构特点 215

8.1.2 压力容器焊缝规定 215

8.1.3 压力容器焊接接头的设计要求 216

8.1.3.1 压力容器中的A类和B类焊缝 216

8.1.3.2 压力客器C类焊缝 217

8.1.3.3 压力容器D类焊缝 217

8.1.3.4 压力容器E类焊缝 217

8.1.4 HG410/100锅炉气包容器工艺 219

8.1.4.1 主要规格及技术条件 219

8.1.4.2 HG410/100锅炉气包制造工艺方案 219

8.2.1.1 桥式起重机的结构及技术要求 221

8.2.1.2 桥架结构特点及技术要求 221

8.2.1 桥式起重机的生产工艺 221

8.2 起重机械 221

8.2.1.3 主梁工艺分析 222

8.2.1.4 主梁制造工艺要点 223

8.2.2 桁架起重机生产工艺 226

8.2.2.1 桁架起重机的种类 226

8.2.2.2 桁架起重机的焊接生产 227

8.2.3 塔式起重机的生产工艺 228

8.2.3.1 零部件加工 228

8.2.3.2 组装 229

8.2.3.3 焊接 230

8.2.3.4 检验 231

8.3.2 JS1500双卧轴强制式搅拌机的生产工艺 232

8.3.1　JS1000双卧轴强制式搅拌机的基本构造 232

8.3 混凝土搅拌机的生产工艺 232

8.2.3.5 塔机钢结构工艺文件 232

8.4 建筑用钢结构 237

8.4.1 建筑用钢结构生产工艺 237

8.4.1.1 建筑用钢结构的特点 237

8.4.1.2 钢结构的制作过程 237

8.4.1.3 钢结构安装过程 239

8.4.1.4 钢结构焊接工艺和质量检验 240

8.4.2 金属网架生产工艺 245

8.4.2.1 网架的制作和安装 245

8.4.2.2 网壳的制作和安装 253

8.4.3 轻型钢结构生产工艺 255

8.4.3.1 轻型钢结构的制作 255

8.4.3.2 安装 257

8.5 船体结构加工工艺过程的制定 258

8.5.1 备料加工 259

8.5.2 拼装焊接 259

8.5.3 组件合拢 260

8.5.4 部件合拢 260

8.5.5 大合拢 261

第9章 钢结构的焊接生产安全 263

9.1 备料及成形加工过程中的安全技术 263

9.1.1 备料的安全技术 263

9.1.1.1 划线、号料工序操作注意事项 263

9.1.1.2 下料工序注意事项 263

9.1.2 成形加工中的安全技术 263

9.3.1 焊接用电特点 264

9.2 装配中的安全技术 264

9.3 钢结构焊接生产中的安全用电 264

9.3.2 电流对人体的危害 265

9.3.3 发生触电事故的原因 265

9.3.4 防护措施 266

9.3.4.1 焊钳和电缆的安全要求 266

9.3.4.2 焊接电源的安全措施 267

9.3.4.3 安全操作 268

9.3.4.4 焊条的安全更换 268

9.3.4.5 水下电弧焊接安全措施 268

9.3.5 触电急救 269

9.4 焊接劳动卫生与防护 269

9.4.1.1 弧光辐射 270

9.4.1 焊接有害因素来源和危害 270

9.4.1.2 金属烟尘 271

9.4.1.3 有毒气体 273

9.4.1.4 高频电磁场 275

9.4.1.5 放射性物质 275

9.4.1.6 噪声 276

9.4.2 焊接卫生防护措施 276

9.4.2.1 有毒气体的防护措施 276

9.4.2.2 焊接弧光防护 280

9.4.2.3 放射性防护 280

9.4.2.4 噪声防护 281

9.4.2.5 高频电磁场的防护 281

参考文献 282