建筑材料教学课件-金属材料与焊接技术

建筑金属材料与焊接技术欢迎学习建筑金属材料与焊接技术课程本课程是建筑工程学院为土木工程和建筑工程专业学生精心设计的专业核心课程通过系统学习金属材料特性与焊接应用技术，将为您未来从事建筑工程设计与施工奠定坚实基础本课程将带领您深入了解各类建筑金属材料的性能特点、应用范围及焊接工艺，帮助您掌握金属结构设计与施工的关键技术无论是传统钢结构还是现代铝合金构件，本课程都将为您提供全面而专业的知识体系年春季学期，我们期待与您共同探索建筑材料的奥秘！2025课程概述课程目标学时安排考核方式系统掌握建筑金属材料的基本特性、本课程总计学时，其中理论教学平时成绩占，包括课堂表现、作7230%分类及应用范围，理解不同金属材料学时，实践教学学时理论课业完成情况和实验报告；期末考试占4824的性能优缺点及选用原则，熟悉各种程主要在多媒体教室进行，实践课程，采用闭卷笔试形式，重点考核70%焊接技术的原理与应用，能够合理选将在材料实验室和焊接工作坊开展，基础理论和实际应用能力，确保全面择焊接工艺并控制焊接质量确保理论与实践相结合评价学习效果第一章金属材料基础知识1金属材料在建筑中的应用历史从古罗马时期的铜质装饰构件，到工业革命后的钢结构建筑，再到现代的轻质金属复合材料，金属材料在建筑发展史上扮演着越来越重要的角色，见证了建筑技术的革命性进步2金属材料的分类与命名系统按化学成分可分为黑色金属（铁基）和有色金属（非铁基）；按用途可分为结构用金属和功能用金属；按生产工艺可分为铸造金属和变形金属标准命名系统遵循国家和国际规范3常用金属材料的物理化学性质主要包括强度、硬度、韧性、塑性、导热性、导电性、耐腐蚀性等指标，这些性质决定了金属材料在建筑中的适用范围和使用寿命，是材料选择的重要依据金属材料的晶体结构金属键与晶格类型立方晶系六方密排结构金属键是由自由电子与面心立方结构如六方密排结构如FCC HCP金属离子之间的静电吸铜、铝等，原子排列紧镁、锌等，原子排列呈引力形成的特殊化学键，密，塑性好；体心立方六方形，具有明显的方这种键合方式赋予金属结构如铁、钨向性，塑性较差，在建BCCα-良好的导电性和延展性等，强度高但塑性较差筑中应用受限不同晶根据原子排列方式，金晶格类型直接影响金属格结构形成的金属，在属晶格可分为立方晶系材料的物理机械性能和力学性能、变形能力上和六方晶系等类型加工性能存在显著差异金属材料的性能指标力学性能物理性能包括强度、硬度、塑性和韧性强度反映金包括密度、导电性和导热性密度影响结构属抵抗变形和断裂的能力；硬度表示金属抵自重；导电性决定防雷和接地性能；导热性抗硬物压入的能力；塑性是金属在破坏前发关系到热胀冷缩和防火性能这些物理特性生塑性变形的能力；韧性衡量金属吸收能量对建筑设计和使用安全有重要影响的能力工艺性能化学性能包括可焊性和可加工性可焊性影响金属构主要指耐腐蚀性和耐候性金属在大气、水、件的连接质量；可加工性决定了金属材料制土壤等环境中的化学稳定性直接影响使用寿造和安装的难易程度良好的工艺性能可降命优良的耐腐蚀性能可减少维护成本，延低施工难度，提高建筑效率长建筑结构的使用周期金属合金原理合金的定义与分类固溶体与金属间化合物合金是由两种或多种金属元素，固溶体是溶质原子溶入溶剂金或金属与非金属元素按一定比属晶格形成的均匀相，分为间例混合形成的具有金属特性的隙式和置换式两种；金属间化材料根据组元数量可分为二合物是两种或多种金属原子按元、三元和多元合金；按基体照一定比例结合形成的具有固金属可分为铁基、铝基、铜基定成分的化合物，通常硬而脆等合金合金元素的作用机制合金元素可通过固溶强化、析出强化、细晶强化和相变强化等机制改变基体金属的性能不同元素具有特定作用，如锰增加强度和硬度，铬提高耐腐蚀性，镍改善韧性和塑性金属的热处理基础退火将金属加热到适当温度并保持一定时间后缓慢冷却的热处理工艺正火将钢加热到临界温度以上并在空气中冷却的热处理方法淬火与回火先快速冷却形成马氏体组织，再加热到一定温度保持后冷却的复合工艺表面热处理仅对金属表层进行强化的特殊热处理技术热处理是改变金属内部组织结构，从而调整其性能的重要工艺通过控制加热温度、保温时间和冷却速率，可以获得不同的组织结构和性能合理的热处理可以显著提高金属材料的强度、硬度、耐磨性和韧性，延长使用寿命金属材料测试方法拉伸试验硬度测试冲击韧性测试将标准试样在拉力作用下逐渐拉伸直至通过测量硬质压头压入金属表面的深度采用摆锤冲击缺口试样，测量吸收的冲断裂，记录整个过程中的载荷变形曲线，或面积来评价材料的硬度常用方法包击功来评价材料抵抗动载荷的能力常-测定屈服强度、抗拉强度、延伸率和断括布氏硬度、洛氏硬度和维用方法有形和形缺口冲击试验该测HB HRCV U面收缩率等指标这是评价金属材料力氏硬度测试硬度与材料的耐磨性试能有效评价材料在低温或特殊环境下HV学性能最基本、最重要的试验方法和加工性能密切相关的脆化倾向第二章钢材基本知识应用范围从高层建筑到桥梁，从住宅到工业厂房生产工艺从铁矿石到成品钢材的复杂转化过程标准体系国内外钢材标准与规范的综合比较经济分析钢材选择中的成本效益考量因素钢材作为建筑结构中最广泛使用的金属材料，具有强度高、塑性好、可焊性良好等优点了解钢材的基本知识对于合理选择和正确使用建筑钢材至关重要，有助于确保建筑结构的安全性、经济性和耐久性碳素钢及其分类常用建筑结构钢材钢材牌号屈服强度抗拉强度主要应用场合MPa MPa一般建筑结构、桥梁Q235235370-500高层建筑、大跨度结Q345345470-630构特殊大型结构、超高Q390390490-650层承重构件、关键节点Q420420520-680超大跨度桥梁、特种Q460460550-720结构建筑结构用钢材牌号中，表示屈服点，数字代表最小屈服强度值钢是我国使用最广泛的Q Q235普通碳素结构钢，价格相对较低，适用于一般建筑结构；钢属于低合金高强度结构钢，强度高Q345于约，在相同安全度下可减轻结构重量Q23540%高强度钢材如虽然价格较高，但在大跨度结构中应用可显著减轻结构自重，节省材料，Q390-Q460降低基础造价钢材选用应综合考虑结构安全性、经济性和施工便利性低合金高强度钢微合金化原理合金元素作用低合金高强度钢通过添加少量锰提高强度和硬度，改Mn合金元素通常总量，利善热处理性能；硅提高弹5%Si用固溶强化、细晶强化、析出性极限和屈服比；铬提高Cr强化和相变强化等机制提高钢硬度和耐磨性；钒、铌V材强度微合金化技术可在保、钛等微量元素通过Nb Ti持良好加工性能和焊接性能的析出强化和晶粒细化作用显著同时，显著提高钢材强度提高钢材强度和韧性应用实例北京国家体育场鸟巢采用钢和钢作为主要承重构件，Q345Q390充分利用低合金高强度钢的优异性能实现了复杂的空间结构；上海中心大厦采用高强度钢构成巨型框架核心筒结构，有效抵抗风荷载和地-震作用耐候钢与耐火钢耐候钢成分锈蚀机理耐火性能工程应用添加、、、等元素形成保形成致密氧化膜阻止进一步腐蚀添加、等元素提高高温强度国家体育场鸟巢展现耐候钢的美Cu PCr NiMo Cr护性锈层保持率学价值耐候钢是一种在大气环境中能形成致密保护性锈层的低合金钢，无需涂装即可使用，具有独特的美学效果和低维护成本优势耐候钢在鸟巢项目中的应用，不仅解决了复杂结构的防腐问题，还创造了独特的视觉效果，成为建筑与材料完美结合的典范耐火钢则是在高温条件下仍能保持一定强度的特种钢材，通过添加适量合金元素改善钢材的高温蠕变性能和氧化电性，在建筑防火设计中具有重要应用价值，特别是在高层建筑和特殊功能建筑中的防火梁、柱等关键构件不锈钢材料不锈钢分类主要特性根据金相组织可分为奥氏体不不锈钢是最常30418Cr-8Ni锈钢含，如、，用的奥氏体不锈钢，具有良好的Cr-Ni304316具有优异的耐腐蚀性和成形性；耐腐蚀性、成形性和焊接性；铁素体不锈钢含，如，不锈钢Cr43031616Cr-12Ni-2Mo耐应力腐蚀性好；马氏体不锈钢添加钼元素，耐点蚀性和耐氯离含高低，如，强度和硬子腐蚀性更强，适用于沿海地区Cr C420度高；双相不锈钢兼具奥氏体和和游泳池等环境铁素体的优点表面处理不锈钢表面处理工艺包括拉丝、喷砂、镜面抛光、蚀刻、彩色电镀等不同的表面处理可创造多样化的视觉效果，满足建筑设计的美学需求，同时也影响材料的耐腐蚀性能和维护要求特种钢材1600MPa弹簧钢强度高碳高合金钢，具有高弹性极限60HRC轴承钢硬度高碳铬钢，耐磨性优异65%工具钢市场占比在建筑施工工具中的应用比例年3-5特殊环境使用寿命普通钢材在特殊环境中的平均使用年限特种钢材是为满足特定功能需求而研发的高性能钢材弹簧钢主要用于建筑减震系统、防震支座等；轴承钢广泛应用于建筑机械设备中的旋转和滑动部件；工具钢则用于制造各类建筑施工工具和模具在特殊环境条件下，如海洋环境、化工厂、温泉地区等，需要选用专门的耐蚀钢、耐热钢或耐低温钢材选择特种钢材时应充分考虑使用环境特点、载荷条件和经济因素，确保材料性能与使用要求相匹配钢材的腐蚀与防护电化学腐蚀机理环境腐蚀特点金属在电解质溶液中形成原电池而发生的氧不同环境下腐蚀速率和形式的差异性化反应防腐技术选择防腐设计原则涂层保护、电化学保护等多种方法从设计源头预防和控制腐蚀问题钢材腐蚀是建筑结构耐久性的主要威胁之一电化学腐蚀是最常见的腐蚀形式，其发生需要阳极金属溶解区、阴极氧还原区、电解质溶液和导电通路四个条件同时具备不同环境条件下，腐蚀机理和速率存在显著差异钢结构防腐设计应遵循主动防护与被动防护相结合的原则，常用防腐技术包括防腐涂料涂装、热浸镀锌、金属喷涂、阴极保护和使用耐候钢等防腐技术选择应基于结构重要性、使用环境、设计寿命和维护条件等因素综合考虑第三章铝及铝合金应用优势分类与命名生产与加工铝合金凭借质轻、耐腐铝合金按加工方式分为铝合金生产工艺包括铝蚀、易加工和美观等特变形铝合金和铸造铝合土矿提取、电解铝和合点，成为现代建筑中不金；按化学成分分为金化三大步骤加工方可或缺的材料其密度系、系、法主要有挤压、轧制、Al-Cu Al-Mn仅为钢的三分之一，但系、系、铸造和锻造等，不同加Al-Si Al-Mg强度高、刚度好，特别系和工方法得到的产品具有Al-Mg-Si Al-适合用于大型幕墙、门系等国际通不同的微观结构和性能Zn-Mg窗系统和装饰构件用四位数字命名法明确特点标识不同系列合金常用建筑铝合金系列系列合金系列合金系列合金5000Al-Mg6000Al-Mg-Si7000Al-Zn-Mg系列铝合金中镁含量通常为，系列是建筑中应用最广泛的铝合系列是高强度铝合金，主要添加50003-5%60007000具有良好的耐腐蚀性、中等强度和优异金，含有镁和硅两种主要合金元素，可锌和镁元素，部分还含有铜通过热处的焊接性能这类合金不能通过热处理通过热处理状态显著提高强度这理可获得铝合金中最高的强度，但耐腐T6强化，主要依靠冷加工提高强度在建类合金具有良好的挤压性能、中等强度、蚀性相对较差，价格也较高在建筑中筑中主要用于薄板、装饰板材和一些次优良的耐腐蚀性和表面处理性能主要用于高强度要求的特殊构件承重构件代表性合金有、等，代表性合金有、等，60616063606370057075代表性合金有、等，是最常用的建筑型材合金，适用于门窗、状态的抗拉强度可达5052508350837075-T6合金在海洋环境中表现出色，常用于沿幕墙立柱、横梁等，接近中等强度钢570MPa海建筑的外部构件铝合金型材挤压成型原理铝合金型材是通过挤压工艺生产的，将加热至适当温度的铝合金坯料在高压作用下，通过具有特定形状的模具，形成所需截面形状的长条产品挤压是铝合金最重要的成型工艺，能生产出复杂断面的型材，满足多样化的建筑需求常用型材规格建筑铝型材规格系列丰富，包括门窗型材、幕墙型材、隔断型材、栏杆型材等型材壁厚通常为，断面设计遵循力学性能和加工工艺

1.2-

4.0mm双重要求，形成标准化系列常见系统有系列、系列、系列等，506070数字代表基本断面尺寸表面处理技术铝型材表面处理主要有阳极氧化、电泳涂装和粉末喷涂三种工艺阳极氧化形成致密氧化膜，提供自然金属质感；电泳涂装均匀性好，适合复杂形状；粉末喷涂色彩丰富，装饰效果好不同处理工艺的耐候性和装饰效果各有特点铝合金板材铝板、铝带、铝箔纯铝板和合金铝板厚度通常在之间，主要用于建筑外墙、屋面和室内装饰；铝带是宽度小于的窄幅板材，用于制作变形缝、檐口等；铝箔厚度小于

0.5-8mm600mm，主要用于隔热、防潮层和复合材料

0.2mm铝复合板铝复合板由两层铝板和中间的非铝芯材（如聚乙烯、矿物芯材）复合而成，厚度通常为它兼具轻质、平整、高强度和易加工的特点，是建筑外墙和室内装饰的理3-6mm想材料不同芯材的铝复合板具有不同的防火性能和应用范围蜂窝铝板蜂窝铝板由铝面板和蜂窝状铝芯复合而成，具有超轻、高强、隔音、防火等特点其独特的内部结构使其在保持轻质的同时具有极高的抗弯刚度，特别适合大型悬挑构件和对重量敏感的区域在高端建筑中应用日益广泛铝合金在建筑中的应用铝合金在现代建筑中的应用十分广泛，门窗系统是最基础的应用，提供采光、通风和保温隔热功能；幕墙系统是现代高层建筑的典型外围护结构，铝合金框架提供支撑和连接；装饰构件利用铝合金易加工和表面处理多样化的特点，创造丰富的建筑表情铝合金天花与吊顶系统轻质美观，安装便捷，广泛应用于商业和公共建筑；遮阳系统则利用铝合金的高强度和耐候性，为建筑提供有效的遮阳和节能效果铝合金材料的多样化应用，极大丰富了现代建筑的表现力和功能性铝合金的连接技术机械连接胶接技术焊接工艺机械连接是铝合金构件最常用的连胶接是利用结构胶将铝合金构件粘铝合金焊接技术包括焊、TIG MIG接方式，包括螺栓连接和铆钉连接结在一起的方法，具有应力分布均焊和激光焊等铝合金焊接面临氧螺栓连接便于安装拆卸，可靠性高，匀、密封性好、减震隔音等优点化膜难熔、热导率高、热膨胀系数但需考虑铝合金与钢螺栓的电化学常用胶粘剂包括硅酮结构胶、聚氨大等挑战，需要特殊工艺和设备腐蚀问题；铆钉连接操作简便，适酯胶和环氧树脂胶等幕墙中的隐在建筑中，铝合金焊接主要用于特用于薄板连接，常用于幕墙板与骨框玻璃与铝框的连接、铝复合板的殊构件的制作，如复杂造型的装饰架的连接边缘处理常采用胶接技术件和特殊承重构件第四章铜及铜合金历史应用铜是人类最早使用的金属之一，在建筑中有数千年的应用历史从古罗马的铜屋顶到文艺复兴时期的铜质装饰，铜材以其独特的美学价值和耐久性始终在建筑中扮演重要角色分类与性能铜合金主要包括黄铜、青铜和白铜等铜及其合金具有优Cu-Zn Cu-Sn Cu-Ni良的导电导热性、良好的耐腐蚀性、抗菌性和独特的自然氧化着色效果，适合多种建筑应用场景生产与加工铜材的生产工艺包括矿石提炼、电解精炼和合金化等步骤加工方法包括轧制、挤压、拉拔和锻造等，可生产板材、管材、线材、型材等多种形式，满足建筑不同部位的需求可持续性铜具有极高的回收价值和循环利用率，超过的历史用铜至今仍在使用中铜材的80%长寿命、低维护需求和完全可回收性，使其成为绿色建筑材料的典范，符合当代可持续发展理念黄铜与青铜材料黄铜青铜特种铜合金Cu-Zn Cu-Sn黄铜是铜和锌的合金，锌含量一般为青铜是铜和锡的合金，锡含量一般为白铜具有银白色外观和优异的耐5-5-Cu-Ni随着锌含量增加，颜色从红铜色传统青铜硬度高，耐磨性好，耐蚀性，尤其是耐海水腐蚀，适合海滨建45%12%变为黄色，延展性和强度也相应变化腐蚀性优于黄铜，但加工性能较差青筑；锰黄铜和铝黄铜Cu-Zn-Mn Cu-常用建筑黄铜有、铜具有独特的古铜色调，经过氧化后形具有更高的强度和耐腐蚀性，用H62Cu-38%Zn Zn-Al和成典雅的绿色铜锈于特殊环境的建筑构件H65Cu-35%Zn H68Cu-32%Zn等在建筑中，青铜主要用于高档装饰构件、近年来，铜合金在建筑装饰领域的应用黄铜具有优良的加工性能和中等强度，雕塑、浮雕和特殊硬件磷青铜含越来越注重材料本身的纹理和色彩表现，

0.1-较好的耐腐蚀性，适合制作装饰构件、具有优良的弹性和耐疲劳性能，通过各种表面处理和特殊工艺，创造出

0.35%P门窗配件、栏杆和室内装饰件黄铜表常用于弹性元件；硅青铜含强丰富多样的视觉效果，为建筑增添独特1-4%Si面可通过抛光、拉丝、喷砂等工艺处理，度高，耐腐蚀性好，适合制作高强度构的艺术价值创造多样化的视觉效果件建筑用铜材应用铜屋面系统铜墙面板铜屋面以其卓越的耐久性和演变的自铜墙面板在现代建筑中日益流行，可然美感而著称，使用寿命可达年采用板材、卷材或预制面板形式安100以上铜屋面通常采用装方式包括搭接系统、咬合系统和预

0.6-

0.8mm厚的铜板，通过立缝或平锁缝连接形制板系统铜墙面不仅提供出色的防成整体防水系统铜屋面设计需考虑水性能，还通过氧化过程产生丰富的热胀冷缩、通风排湿和避免电化学腐色彩变化，创造动态的建筑表情设蚀等问题，正确设计细部构造是确保计中应注意板材尺寸控制、连接方式使用寿命的关键和排水系统等细节铜雨水系统铜质天沟和落水管是传统建筑的经典元素，以其无与伦比的耐久性和随时间演变的美感著称铜雨水系统通常采用厚铜板制作，连接方式包括焊接、搭接

0.6mm和机械连接系统设计要点包括合理的坡度、足够的排水截面和适当的膨胀节，确保长期有效运行铜材氧化与表面处理第五章其他金属材料钛及钛合金钛是一种轻质高强度金属，密度约为钢的，但强度相当钛具有极佳的耐腐蚀性能，适合在海洋、化工等恶劣环境中使用钛合金表面自然形成致密的氧化膜，呈现独60%特的银灰色调，也可通过阳极氧化处理形成彩色表面锌材锌材在欧洲建筑中有多年的应用历史，以其独特的蓝灰色表面和出色的耐候性著称锌板屋面和墙面系统可使用寿命达年，几乎不需维护锌具有良好的延展20080-100性，适合复杂形状的屋面和墙面，是当代可持续建筑的理想材料选择贵金属应用金、银、铂等贵金属主要用于建筑装饰领域，如镀金穹顶、镀银装饰件等现代建筑中，细微的贵金属元素往往成为点睛之笔，创造奢华典雅的视觉效果镀膜技术的发展使贵金属在建筑玻璃上的应用成为可能，实现特殊的光学和热工性能新型金属复合材料纳米金属材料微观尺度控制带来革命性性能金属泡沫材料多孔结构提供轻质高强特性金属非金属复合板-结合多种材料优势的层状结构金属基复合材料金属基体中加入增强相形成的新型材料金属基复合材料通过在金属基体中引入陶瓷、碳纤维等增强相，实现性能的显著提升常见类型包括颗粒增强型、纤维增强型和层状复合型，应用于MMCs高性能建筑构件金属非金属复合板结合了不同材料的优势，如铝塑铝板兼具铝的耐候性和塑料的绝缘性---金属泡沫是一种含有大量气孔的金属材料，具有超轻、高比强度、优良的吸能和隔音性能在建筑中可用于轻质墙板、隔声板和特种防护构件纳米金属材料是当前研究热点，通过纳米尺度结构控制，可实现传统金属无法达到的性能，为未来建筑材料带来革命性发展第六章焊接基本原理焊接定义与分类焊接是利用热能、压力或两者共同作用，使金属工件连接成一个整体的工艺方法按照热源可分为电弧焊、气焊、电阻焊和高能束焊等；按照填充材料可分为熔焊、压焊和钎焊；按照操作方式可分为手工焊、半自动焊和自动焊焊接接头类型常见焊接接头形式包括对接接头、型接头、角接接头、搭接接头和T边接接头不同接头类型具有不同的应力分布特点和适用场合，接头设计应考虑载荷类型、应力状态和制造工艺等因素焊接冶金过程焊接冶金过程包括熔池中的物理化学反应、凝固过程和固态相变这些过程决定了焊缝金属的组织结构和性能焊接过程中应控制温度场分布、冷却速率和气体保护条件，确保焊缝质量焊接热影响区热影响区形成机理焊接热影响区是焊缝金属与未受热影响的母材之间的过渡区域，是由焊HAZ接热循环导致金属组织发生变化的区域焊接时，电弧热源在焊缝处产生高温可达℃，热量通过传导方式向母材扩散，形成不同温度梯度，1500-2000导致不同区域经历不同的热历史组织结构变化对于钢材，热影响区可分为粗晶区接近熔合线，温度超过，晶粒粗大、A3细晶区温度在附近，晶粒细化、部分相变区温度在之间，部A3A1-A3分奥氏体化和回火区温度低于，组织回火不同区域的组织结构差异A1导致性能的不均匀分布性能变化规律热影响区的性能通常低于母材和焊缝金属，是焊接接头的薄弱环节粗晶区晶粒粗大，韧性下降，易产生脆性断裂；部分相变区组织不均匀，性能波动大；回火区可能产生软化现象，强度降低合理控制焊接工艺参数可减小热影响区的不利影响焊接应力与变形焊接热循环应力产生快速加热与不均匀冷却的温度变化过程热膨胀受阻与不均匀收缩导致内应力控制技术变形类型工艺措施与结构设计相结合纵向、横向、角变形等多种形式焊接应力是由于焊接过程中的不均匀加热和冷却引起的内应力加热时，热膨胀受到周围冷金属的约束产生压应力；冷却时，收缩同样受到约束产生拉应力焊接完成后，接头区域残留高值拉应力，可达材料屈服强度，严重影响结构的疲劳性能和断裂韧性焊接变形是应力作用的外部表现，主要包括纵向收缩、横向收缩、角变形、波浪变形和扭曲变形控制焊接应力和变形的主要技术包括合理的结构设计减少焊缝、对称布置、焊接工艺控制预热、控制热输入、强制约束、反变形预置和焊后热处理等焊接材料焊条的分类与命名焊丝选择原则焊条由焊芯和药皮组成，是手工焊丝是气体保护焊、埋弧焊等焊电弧焊的主要焊接材料按用途接方法的主要填充材料焊丝选可分为碳钢焊条、低合金钢焊条、择应考虑母材类型、接头性能要不锈钢焊条和铸铁焊条等；按药求、焊接工艺和服役环境等因素皮类型可分为酸性焊条、碱性焊一般原则是选用与母材成分相近条、钛钙型焊条和纤维素型焊条或略高的焊丝，确保焊缝金属具国标命名方式为加强度等级和有良好的匹配性能E药皮类型代号焊剂与保护气体焊剂主要用于埋弧焊，起到保护熔池、稳定电弧和调整焊缝成分的作用；保护气体用于气体保护焊，常用的有氩气、二氧化碳和混合气体不同保护气体对焊接过程稳定性、飞溅量和焊缝成形有显著影响，选择应与焊接材料和工艺相匹配第七章电弧焊接技术电弧原理高温导电气体柱形成的放电现象电流特性直流和交流电源的不同工作特点稳定因素影响电弧燃烧稳定性的关键参数设备组成电源、焊接工具和辅助装置系统电弧焊是利用电弧产生的高温熔化母材和填充金属，实现连接的焊接方法电弧温度可达6000-℃，能够迅速熔化大多数金属材料电弧由阴极区、电弧柱和阳极区三部分组成，不同区域具7000有不同的物理特性和温度分布直流电弧具有稳定性好、飞溅小的特点，适用于薄板和有色金属焊接；交流电弧每半周期熄灭一次，稳定性较差，但设备简单经济，主要用于碳钢焊接电弧稳定性受电源特性、焊接材料、电极类型和保护方式等多种因素影响，合理选择和调整这些参数是获得优质焊缝的关键手工电弧焊工作原理焊接参数操作技术手工电弧焊是利用焊条与工件焊接电流是最关键的参数，过高会导致焊条运动包括前进、横摆和提升三个基SMAW之间产生的电弧热量熔化金属，实现连焊穿、药皮烧损和飞溅增加；过低则熔本动作平焊时可采用直线法或摆动法；接的焊接方法焊接时，电流通过焊条合不良和焊缝成形不佳电流选择依据立焊通常使用上向焊，焊条向上移动；金属芯产生电弧，电弧热量使焊条芯和焊条直径、焊接位置和母材类型确定，横焊需要控制熔池，防止下垂；仰焊是母材熔化，同时焊条药皮熔化形成气体一般公式为×，为系数，为焊条最困难的位置，要求短弧操作和熟练的I=K dK d和熔渣，保护熔池免受大气污染直径熔池控制能力手工电弧焊设备主要包括焊接电源、电电弧电压由焊接电源类型和电弧长度决常见缺陷包括气孔、夹渣、未熔合、咬缆和焊钳电源可以是交流或直流，根定，通常在范围内电弧长度边和裂纹等防治措施包括正确选择和20-30V据焊接材料和要求选择这种焊接方法应控制在焊条直径倍，过长会干燥焊条、清理焊接区域、合理选择焊

0.5-

1.0设备简单，适应性强，是建筑施工中最导致保护不良，过短则易粘条焊接速接参数和掌握正确的操作技术规范化常用的焊接方法之一度影响热输入和焊缝成形，应根据焊缝的培训和实践是提高焊接质量的基础要求灵活调整埋弧焊技术工作原理电弧在颗粒焊剂下燃烧，熔化焊丝和母材设备组成电源、送丝系统、焊剂系统和行走机构工艺参数电流、电压、焊接速度和极性的控制与调整应用范围大型钢结构制造和厚板焊接埋弧焊是一种自动化程度高、生产效率高的焊接方法，特别适合厚板平焊和环缝焊接其原理是在焊丝与工件之间产生电弧，电弧被颗粒状焊剂完全覆盖，焊接过程中看不到电弧光，电弧热量使焊丝、部分焊剂和母材熔化，形成焊缝埋弧焊的主要优点包括焊接质量高、生产效率高可达手工焊的倍、工作条件好无弧光辐射和参数稳定在建筑钢结构中，埋弧焊主要用于工厂预制阶段的5-10大型构件焊接，如箱型柱、钢梁的对接焊和型接头但其设备复杂、投资大，且不适用于复杂位置和现场焊接，存在一定应用限制T气体保护焊₂焊氩弧焊CO₂气体保护焊是一种以₂气体作为保氩气保护焊使用惰性气体氩气作保护，不与CO CO护介质的熔化极气体保护焊₂气体便熔池金属反应，获得洁净的焊缝纯氩气保CO宜、易得，但在高温电弧中分解产生氧，对护主要用于铝、镁、钛等活泼金属的焊接；熔池有一定氧化作用，需使用含脱氧元素的氩气与少量活性气体混合可用于不锈钢焊接焊丝₂焊飞溅较大，但成本低，适合氩气价格较高，但焊接质量优良，飞溅小，CO普通碳钢和低合金钢的焊接适合精密构件参数选择混合气体气体保护焊参数包括电流、电压、焊接速度、混合气体保护焊结合不同气体的优点，如气体流量和送丝速度等参数选择应考虑板₂、₂等混合气体可改善电Ar+CO Ar+O厚、接头形式、焊接位置和质量要求，合理弧稳定性、减少飞溅、优化焊缝成形和提高匹配才能获得理想焊缝自保护药芯焊丝免焊接速度不同混合比例适用于不同材料和除外部气体保护，适合户外和现场焊接要求，已成为现代焊接的主流保护方式焊接MIG/MAG焊是使用惰性气体通常是氩气保护的熔化极气体保护焊，主要用于铝、铜等有色金属的焊接；焊使用活性气体或MIGMetal InertGasMAGMetal ActiveGas混合气体，适用于碳钢和低合金钢两者设备相似，主要区别在于保护气体类型和焊接材料脉冲焊是一种先进技术，通过脉冲电流控制金属过渡，实现喷射过渡却只需较低平均电流，大幅减少飞溅和热输入，特别适合铝合金薄板焊接铝合金焊需MIG MIG注意氧化膜清除、送丝系统调整、预热控制等技术要点，才能获得高质量焊接接头焊接技术TIG工作原理设备与材料不锈钢焊接焊钨极惰性气体保护焊是焊设备包括直流或交直流两焊是不锈钢焊接的首选方法，TIGTIG TIG一种使用不熔化的钨电极，在用电源、钨极焊枪、气体系统特别是薄板和需要美观焊缝的惰性气体保护下产生电弧熔化和水冷系统钨极有纯钨、钍场合不锈钢焊通常采用直TIG母材的焊接方法它可以是自钨和锆钨等，选择与材料和电流电源、尖端磨制的钨极和纯熔焊不加填充材料或手动加入流类型匹配；保护气体主要是氩气保护焊接前必须彻底清焊丝焊电弧稳定、集中，高纯氩气，特殊情况可加入少除油污和氧化物，焊接过程中TIG热输入精确可控，焊缝质量高，量氦气提高热输入；焊丝成分控制热输入，防止晶间腐蚀和几乎没有飞溅和气孔应与母材匹配，直径根据工件变形厚度选择薄板焊接焊在薄板焊接方面有独特优TIG势，可焊接以上厚度的

0.3mm金属板材关键技术包括使用低电流、短电弧、小直径焊丝和快速焊接速度，避免烧穿和变形铝合金、不锈钢和钛合金薄板焊接广泛采用方法，TIG在建筑装饰领域应用日益增加第八章其他焊接方法电阻焊高能束焊接特种焊接方法电阻焊利用电流通过工件接触面产生的焊激光焊接使用高功率密度激光束加热金属摩擦焊利用摩擦热和塑性变形实现固态连接热实现连接，不需要填充金属和保护气实现焊接，具有热影响区小、变形小、焊接，特别适合异种金属焊接；爆炸焊利用体主要类型包括点焊两块重叠板材间形接速度快和自动化程度高的特点，适合精高速碰撞产生的压力实现大面积复合连接；成一个焊点、缝焊形成连续或间断的焊缝密构件和特种材料电子束焊则在真空环超声波焊通过高频振动产生的局部塑性变线和对焊端部直接接触焊接电阻焊设境中用高速电子束轰击材料产生热量，焊形实现连接，适用于薄金属板和薄膜这备简单，生产效率高，适合薄板焊接，在缝质量极高，但设备复杂昂贵，主要用于些特种方法在特定建筑应用中具有独特优建筑金属门窗、通风管道等制造中应用广航空航天和核工业，在建筑中应用有限势，如铝钢过渡接头和复合金属板制造-泛钢结构焊接工艺接头设计原则钢结构焊接接头设计应考虑承载要求、焊接工艺可行性和经济性原则包括尽量减少焊缝总量；避免多条焊缝交叉；避免应力集中；便于施焊操作；合理选择接头形式和焊缝类型正确的接头设计是确保焊接质量和结构安全的基础工艺评定与参数焊接工艺评定是通过试验验证焊接工艺的可行性和合格性评定内容包括焊接方法、焊接材料、工艺参数、热处理要求等评定合格后形成焊接工艺规程，作为实际施工的依据关键参数包括电流、电压、焊接速度、层间温度和热输入量预热与后热处理预热可降低冷却速度，减少硬化倾向和残余应力，防止冷裂纹预热温度根据钢材碳当量、板厚和约束程度确定，一般在℃范围后热处理包括焊后消除应力退火和正火100-350等，目的是降低残余应力、改善组织结构和性能高强钢和厚板焊接通常需要热处理焊接顺序与变形控制合理的焊接顺序可有效控制变形和应力一般原则是先焊约束小的部位，后焊约束大的部位；采用对称焊接或反方向焊接；分段焊接和跳焊；使用背步焊技术必要时可采用预变形、强制约束和点固工艺辅助控制变形，确保结构的精度和使用性能铝合金焊接工艺1难点分析铝合金焊接的主要难点包括表面顽固氧化膜导致熔合不良；高热传导率使热量迅速扩散；高热膨胀系数导致变形大；易产生气孔；热影响区强度下降；某些合金存在热裂倾向这些特性使铝合金焊接比钢材更具挑战性，需要特殊工艺和技术2焊前处理铝合金焊接前处理至关重要，必须彻底清除氧化膜和污染物处理步骤包括机械清理刷、刮或磨；化学清洗碱洗后酸洗；溶剂脱脂去除油污；焊接前小时内完成清理；避免赤手接触已清24理的表面正确的焊前处理是获得高质量焊缝的前提3工艺参数选择铝合金焊接常用焊和焊焊适合薄板和精细工作，一般采用交流电源，钨极磨成球形，TIG MIGTIG氩气流量稍大；焊适合厚板和高效率要求，采用脉冲电流可减少飞溅和变形焊丝成分应与MIG母材匹配，如合金焊接用或焊丝电流较钢材偏大，但焊接速度快6061404353564缺陷防治气孔是铝合金焊接最常见的缺陷，主要来源于氢气溶解防治措施包括彻底清理和干燥材料；使用干燥的焊丝；增加氩气纯度和流量；控制合适的电弧长度热裂纹防治需选择正确的焊丝成分和控制热输入；变形控制则需合理夹具设计、焊接顺序安排和快速散热措施不锈钢焊接工艺不锈钢类型主要元素推荐焊接方法特殊要求奥氏体型焊焊控制热输入防止Cr-Ni TIG/MIG,晶间腐蚀304/316铁素体型焊预热防止脆化430Cr TIG,马氏体型高低焊预热预后热处理防止420Cr CTIG+,裂纹双相不锈钢焊低热输入控制相平衡防止Cr-Ni-Mo TIG/,相变不锈钢焊接的特性分析主要考虑其独特的冶金特性奥氏体不锈钢热膨胀系数大热导率低焊,,接变形显著高温下易发生晶间腐蚀敏化部分牌号存在热裂倾向铁素体不锈钢焊接时易出现;;晶粒粗大和脆化现象马氏体不锈钢焊接需要严格的预热和后热处理不锈钢焊接材料选择必须保证焊缝金属具有与母材匹配的耐腐蚀性和机械性能焊接热处理要求因类型而异奥氏体钢可采用快速冷却防止敏化铁素体钢需预热减少脆性马氏体钢需全;;面的预热和后热处理降低硬度防止晶间腐蚀的关键是控制热输入避免℃长时间,575-850停留必要时进行固溶处理,异种金属焊接难点分析物理性质差异和金属间化合物形成1钢铝焊接-控制热输入和界面反应层厚度铜材连接预热处理和特殊焊接工艺过渡接头爆炸复合或中间层连接技术异种金属焊接难点主要来自物理特性差异熔点、热膨胀系数、热导率和冶金不相容性形成脆性金属间化合物钢铝焊接是建筑中常见需求，传统熔焊易形-成脆性化合物解决方案包括控制热输入和稀释率；使用特殊填充材料；采用摩擦搅拌焊等固态连接；使用过渡接头技术Fe-Al铜与其他金属焊接面临铜的高热导率挑战，需要大功率热源和预热措施铜钢焊接可使用镍基焊材；铜铝焊接需控制含量减少裂纹过渡接头是异种金属--Si连接的有效方案，如爆炸复合的钢铝过渡板，焊接时各自与同类金属焊接；或使用三明治结构的复合过渡层，逐步过渡实现可靠连接-第九章焊接质量控制质量控制体系工艺评定全过程监管与责任制度科学验证与规范记录质量检验焊工资质标准执行与结果评价技能考核与持证上岗焊接质量控制体系是确保焊接工程质量的组织保障，包括质量方针、组织结构、责任分配、程序文件和资源配置建筑工程焊接应建立三检制自检、互检、专检和质量追溯制度，实现全过程、全方位的质量管控焊接工艺评定是验证特定焊接工艺适用性的科学方法，评定流程包括制定评定方案、准备试件、焊接试板、检验测试和编制评定报告合格的评定结果将形成焊接工艺规程，作为实际生产的技术依据焊工资质管理要求持证上岗，定期复审，保证操作人员具备相应技能水平，是质量控制的重要环节焊接缺陷分析裂纹类缺陷气孔与夹渣未熔合与变形裂纹是最危险的焊接缺陷，严重降低接头强度气孔是焊缝中的气体空洞，主要来源于保护不未熔合是焊缝与母材或焊层之间未完全熔化连和疲劳性能热裂纹产生于焊缝金属凝固过程良、材料潮湿或表面污染；夹渣是焊缝中的非接的缺陷；未焊透是根部未完全融合的特殊形中，与材料成分、焊接应力和凝固特性有关；金属夹杂物，多因焊渣清理不彻底或操作不当式这类缺陷严重影响接头强度，是应力集中冷裂纹发生在焊接完成后，主要与氢脆、硬化导致这类缺陷降低焊缝有效截面和密封性能源主要原因是焊接电流过小、焊接速度过快组织和残余应力有关防治措施包括选择合适防治关键是保持材料干燥清洁、确保充分保护、或坡口设计不当变形和尺寸偏差影响结构精的焊接材料、控制焊接工艺参数和必要的预热控制合适的焊接参数和层间清理度和外观，需通过合理的焊接顺序、对称焊接后热处理和预变形技术控制焊接质量检测100%外观检查覆盖率所有焊缝必须进行目视检查10-20%无损检测抽样率建筑结构中重要焊缝的常规抽检比例5-8mm超声波探伤精度典型设备可检测的最小缺陷尺寸2MPa气密性检测压力密封容器焊缝气密性测试标准压力外观检查是最基本的检测方法，检查内容包括焊缝尺寸、表面缺陷、变形量和外观质量表面尺寸可用焊缝量规、角度规和直尺等工具测量；表面质量则通过目视检查评价，判断是否存在裂纹、气孔、咬边、飞溅等缺陷无损检测方法主要包括超声波探伤和射线检测超声波探伤利用声波反射原理，可检测内部缺陷位置和尺寸，适用于厚板焊缝；射线检测射线或Xγ射线利用射线穿透性，在底片上形成缺陷影像，直观可靠但辐射防护要求高力学性能测试通常在工艺评定阶段进行，包括拉伸、弯曲、冲击和硬度测试，全面评价焊接接头性能建筑结构焊接规范解读质量验收标准GB50661《钢结构焊接规范》《钢结构工程施工质量验收规范》GB50661是中国建筑钢结构焊接的基本技和《建筑钢结构焊接GB50205术规范，规定了焊接材料选用、技术规程》共同构成了建JGJ81焊接工艺评定、焊接操作要求、筑钢结构焊接质量验收体系这检验标准和质量等级划分等内容些规范详细规定了各类焊缝的验规范特别强调了不同强度等级钢收项目、检验方法和质量标准，材的焊接工艺参数要求，以及不将焊缝质量分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，同环境和载荷条件下的焊接质量并规定了不同结构部位应达到的控制措施质量等级国际规范对比国际上主要焊接规范包括美国、欧洲和日本AWS D

1.1EN1090JIS Z等相比之下，中国规范更注重可操作性和适用性，而美国规范更详细3001严格，欧洲规范更系统全面了解国际规范有助于参与海外工程和提升国内焊接工程质量水平第十章焊接安全与环保安全风险分析个人防护装备环保措施焊接作业面临多种安全风险电击危险焊工必备的个人防护装备包括焊接面焊接环保主要涉及烟尘控制和废料处理潮湿环境、绝缘失效；火灾爆炸风险罩防止电弧辐射；防护眼镜辅助操作焊接烟尘危害严重，含有锰、铬、镍等火花飞溅、易燃物；辐射伤害紫外线、时使用；防护手套耐高温、绝缘；工金属氧化物，长期吸入可导致职业病红外线；烫伤风险高温金属、飞溅；作服阻燃材料制作；安全鞋绝缘、防控制措施包括局部排风装置焊接点源有害气体和烟尘焊接烟尘含有多种金属砸；呼吸防护在通风不良环境使用收集；整体通风系统；烟尘净化器；合氧化物；噪声危害等离子切割、气刨；理工艺参数选择减少烟尘产生建筑施工现场应根据作业环境和焊接方高处作业风险脚手架、吊篮法，为焊工配备合适的防护装备，定期检查装备完好性，并培训正确使用方法废弃焊条、焊丝和焊渣应分类收集，不每种风险都需要特定的防护措施和安全高温环境和特殊位置作业可能需要额外得随意丢弃废弃气瓶处理需遵循专门意识建筑焊接特别需注意临时用电安的防护措施，如隔热服和安全带等规定，防止污染和安全事故现代建筑全和高处作业防护，确保作业人员和周焊接应遵循绿色施工理念，最大限度减围环境的安全少环境影响焊接新技术发展自动化焊接技术自动化焊接技术实现了焊接过程的程序控制，显著提高了焊接质量的一致性和生产效率发展趋势包括多参数实时控制系统，可根据焊接状态自动调整参数；自适应送丝系统，确保稳定的熔滴过渡；智能焊枪，集成多种传感器实现精确定位和跟踪；数字化焊接电源，提供更精确的电流波形控制机器人焊接系统焊接机器人系统在建筑钢结构预制中应用日益广泛，特别是标准化程度高的构件系统通常包括六轴或七轴机器人、焊接电源、送丝系统、工件定位装置和控制系统现代焊接机器人已具备视觉识别、自动编程和路径优化功能，可实现复杂三维路径的精确焊接智能化工艺控制智能化焊接工艺控制利用传感器、计算机视觉和人工智能技术，实时监测和控制焊接过程先进系统可通过熔池图像分析判断焊接质量，通过声音信号识别异常情况，通过温度场监测预测焊接缺陷基于大数据和机器学习的焊接专家系统能够提供最优工艺参数和缺陷预防措施绿色焊接技术绿色焊接技术旨在减少能耗、降低排放和提高资源利用率发展方向包括低烟尘焊接材料，减少有害物质排放；高效率焊接方法，如窄间隙焊接和高速焊接；能量可控技术，如可控脉冲和低飞溅过渡；替代性连接技术，如机械连接、胶接和摩擦搅拌焊等低排放工艺课程总结与展望本课程系统讲解了建筑金属材料的基本特性、分类、性能及应用，以及各类焊接技术的原理、工艺和质量控制从传统钢材到现代铝合金，从手工电弧焊到智能机器人焊接，全面涵盖了建筑金属材料与焊接领域的核心知识未来建筑金属材料将向高性能、多功能、绿色环保方向发展纳米金属材料、金属基复合材料和功能梯度材料将为建筑带来革命性变化焊接技术将更加智能化、自动化和绿色化，数字孪生技术和人工智能将重塑焊接工艺控制模式建议同学们关注学术期刊、行业标准和前沿研究，持续学习新知识，不断提升专业能力。