www.wtiharbin.com国际焊接学会授权的培训机构 哈尔滨焊接技术培训中心Harbin Welding Training Institute 国际焊接工程师培训课程Training Course for International Welding EngineerIIW Authorised Training Body焊接铝结构的设计 教师：吕同辉 Instructor :lv TonghuiIIW Authorized Training Body 1、概述 轻型材料的应用（特别是铝材）使轻型结构的制 造成为可能。铝及其合金焊接技术的快速发展满足了 铝结构焊接的要求。IIW Authorized Training Body 铝结构焊接和设计的标准主要由三份标准组成 。应用标准既没有EN标准，也没有ISO标准。仅在母材和填充材料有相应的标准或者在起草阶段。DIN4113-1：1980主要静载荷铝结构；载荷分析和设计 DIN4113-2：1993主要静载荷铝结构；计算和铝结构焊接接头制造 建筑研究院规程：1987铝结构焊接规程 DVS1608：1983轨道车辆铝结构焊接 ISO9692-3：2001坡口准备；铝及其合金的MIG焊和TIG焊 未来欧洲标准是欧洲9号（EN1999），此标准在投票阶段。 ANSI/AWS D1.2：2003 结构焊接规程 铝 相关钢结构标准 DIN18800-1：1990钢结构-计算和设计IIW Authorized Training Body铝结构的设计，虽然在计算方法上与钢结构基本相同（强度设计、稳定性设计和刚度设计），但由于 其焊接接头性能的特殊性，在接头设计、许用应力等 方面又不同于钢结构。 铝与钢相比重要的区别： 比较低的强度； 低弹性模量 焊接热影响区 挤压型材的成型 有减少轻型结构质量可能性IIW Authorized Training Body铝结构钢 密度2.7g/cm37.8 g/cm3 弹弹性模量70,000N/mm2210,000 N/mm2 剪切模量26,500 N/mm281, 000 N/mm2 横向延伸率0.330.30 热热膨胀胀系数23.5*106 1/K12*106 1/K 屈服强度20-470 N/mm2240-960 N/mm2 抗拉强度70-520 N/mm236-1100 N/mm2IIW Authorized Training Body 铝梁和钢梁的区别 IIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training Body 2、铝结构应用铝及铝合金具有重量轻、防腐性能好、低温韧性好 和易于压力加工等特点，因此在工业领域的各个方面 都有大量应用。 由于其优良的防腐性能和低温韧性好的特点， 因此在石油、化工、深冷行业得到广泛应用。 在建筑行业，由于铝的重量轻、防腐性能好， 因此铝结构代替钢结构也有大量应用。 在轨道交通行业，大量的使用铝代替钢制造轨 道车辆，并且呈现上升趋势。 包括航空、电子技术、包装、机器制造、炼钢 等行业都是用铝及其合金。IIW Authorized Training Body 应用特点 能否降低成本，相似结构使用其它材料代替? 能否节省材料，例如相似结构，铝结构相对钢结构 可以节省至少40的材料? 减轻重量而节省成本，如节省火箭发动机用燃料。 能否因减轻重量增加容积； 使用铝结构无须考虑防腐保护，由于铝结构的这种 优点，节省了防腐费用； 能否改变产品外观，例如在建筑上； 结构在100以上的性能； 挤压型材的发展，节省制造费用； 考虑铝的重要性能，例如低弹性模量、高塑性、高 导电率等IIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training Body 材料铝及其合金的产品形式 铝尽其合金的供货形式主要包括普通的板材、管 材、型材和特殊挤压型材IIW Authorized Training Body 3、材料特点可以看出，非热处理强化的铝合金在焊接状态下的断裂强度和0.2%屈服 强度与供货状态几乎没有区别，而对一可热处理化铝合金则有明显的差别 。 非热处理强化铝合金的 比值大约0.5至0.6之间，在焊接状态要稍 低一些，对于热处理强化铝合金钢在0.7至0.8之间。IIW Authorized Training Body AlZn4.5Mg（7xxx） 铝合金的强度值只比St37 钢(S235)低25%。特别适 用于高层建筑和车辆制造 中的承载焊接构件。 铝合金的断裂延伸率 还没有达到普通结构钢的 一半（S235大约为25%） 。 焊后接头软化 b； Al-Zn-Mg合金b较高 ，适于建筑及承载构件； 铝合金的延伸率不到 普通结构钢的1/2；铝合金基本没有低温 脆性.IIW Authorized Training Body 许用应力的选择焊缝的许用应力IIW Authorized Training Body 接头形式 接头形式与焊缝计算厚度；IIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training Body 焊接接头的强度特点铝结构焊接接头的热影响区有强度普遍下降的问题 IIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training Body4、焊缝准备及结构形式 钢和铝的坡口有两个区别： 铝由于熔点较低一般熔深较大 焊铝时由热传导较快要求较大的坡口张开 角度以避免可能产生的未熔合IIW Authorized Training Body 对所有气体保护焊方法要求根部焊透。为了使根部更 好地熔合，应在根部一侧开斜边见图11。建议使用熔 池保护装置。IIW Authorized Training Body铜质或高合金保护Cr-Ni钢丝 型材保护 IIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training Body 5、计算准则 焊接铝结构的计算原理上可以与按DIN18800T1 进行的钢结构的计算相比较。但母材和焊缝的许用应 力却不一样，必须按不同的标准规程选取。对于母材 的许用应力在DIN4113第一部分中给出，对焊缝则按 建筑技术研究所的规程选取。IIW Authorized Training Body 应该考虑到，焊接时在热影响区的横截面内要产生强度的降低。焊接结构的热影响区是从焊缝中点 及根部算起向各个方向延伸30mm的区域。IIW Authorized Training Body5.2动载时的计算准则 动载铝结构的设计和计算需按DVS1608规程并结 合DS952规程一私人企业金属材料焊接规程。 受动载的铝结构的应用领域是车辆，飞机和船舶 制造等。 目前唯一适用于受动载铝结构的规程是DVS1608 规程。其它制造上的技术数据（焊接材料的选择，焊 接时热输入等）则应根据计算的特性值结合应力极限 比=+1至=-1时的二载荷曲线来给出。 载荷循环次数N的最大值为N=1107。IIW Authorized Training BodyN=1*107表面未处理 t10A 未焊接D 焊接 缺口等级DMIG SG AlMg5IIW Authorized Training Body 6、铝结构焊接合理的焊接结构设计的一般要求 受力简单明确，便于制作、安装、维护 采取措施减少热影响对结构和构件强度的影响 铝合金表面长时间受热辐射在80以上时，应采取有效措施防护 注意防腐IIW Authorized Training Body 尽量减小结构或焊接接头部位的应力集中； 尽量减小结构的刚度，以减小应力集中和附加应力的影响； 不采用过厚的截面； 对于附件或不受力焊缝的设计，应与主焊缝同样重视； 焊缝位置应具有可达性便于施焊和焊前现场清理。IIW Authorized Training Body 6.1 一般结构焊接焊缝在较小应力区，例如： 焊缝处在对称轴IIW Authorized Training Body 避免附加应力的焊接接头形式，例如： 不同板厚焊接接头IIW Authorized Training Body 产生最小内应力焊接接头，例如： 避免内应力焊接接头IIW Authorized Training Body 改善焊接热影响区性能下降的接头，例如： 增加板厚的焊接接头IIW Authorized Training Body 动载荷下，降低缺口效应的接头，例如： 减小界面变化的接头IIW Authorized Training Body 与板材厚度相适应的焊缝厚度IIW Authorized Training Body 带背面保护的焊接接头IIW Authorized Training Body节点接头IIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training Body美国铝挤压材年表观消费量保持在140多万吨，加 拿大25万吨。北美地区交通运输业是其最大的铝型材 使用部门，约占铝型材总用量的30%，而建筑结构 业是其第三大铝型材使用领域，约占总量的15%。 欧洲市场欧洲市场近两年的年消费铝挤压材量 保持在200多万吨. 日本铝挤压材年表观消费量保持在100万吨左右，其中交通运输业、建筑业及金属加工业铝型材用 量分别占铝型材总用量的36%、16%和12%。 IIW Authorized Training Body挤压轧制型材结构焊接 a上翼板型材 b腹板型材 c下翼板型材 d腹板型材 优点： + 焊缝不在最高应力区 +在轧制型材上已有熔池保护 +在轧制型材上已有钢性加强 +仅2种不同的型材IIW Authorized Training Body腹板增加厚度，改善强度下降 型材带背面保护 改变抗弯距能力IIW Authorized Training Body