本书共12章， 以焊接方法与工艺技术、 焊接工艺设计、 焊接应力与 变形等基本焊接知识作为铺垫， 并结合大量的工程案例， 重点介绍了目前 钢结构领域的焊接新技术， 主要包括焊接数值模拟技术、 绿色高效埋弧焊 技术、 超厚板铸锻件焊接技术、 复杂钢结构焊接技术、 高强钢焊接技术、 智能焊接装备及数字化焊接系统等。 本书的出版将有利于钢结构焊接领域 新技术的推广与普及， 进一步推动新质生产力的发展。 本书不仅注重理论分析， 而且提供了大量的焊接工艺数据， 可作为钢 结构领域焊接工艺技术人员、 焊接质量管理与检查人员及安全监督人员的 工具书， 也可作为科研院所、 职业院校、 高等教育院校等焊接相关专业师 生的参考书。

无

前言

第 １ 章 建筑钢结构焊接概述……………… １

１. １ 发展历程 ………………………………… １

１. ２ 典型建筑钢结构焊接工程 ……………… ３

１. ２. １ 超高层建筑类 ……………………… ４

１. ２. ２ 大跨度建筑类 ……………………… １０

１. ２. ３ 塔桅结构类 ………………………… １４

１. ３ 发展趋势 ………………………………… １５

第 ２ 章 焊接方法与工艺技术 …………… １７

２. １ 建筑钢结构用钢材及焊接材料 ………… １７

２. １. １ 钢材 ………………………………… １７

２. １. ２ 焊接材料 …………………………… １９

２. ２ 常用焊接方法 …………………………… ２０

２. ３ 焊条电弧焊焊接工艺 …………………… ２２

２. ４ 气体保护焊焊接工艺 …………………… ２４

２. ５ 埋弧焊焊接工艺 ………………………… ２６

２. ６ 电渣焊焊接工艺 ………………………… ２７

２. ７ 栓钉焊焊接工艺 ………………………… ２８

第 ３ 章 焊接工艺设计……………………… ３１

３. １ 焊缝构造设计 …………………………… ３１

３. １. １ 焊接接头 …………………………… ３１

３. １. ２ 焊缝符号及标注 …………………… ３３

３. ２ 焊接坡口设计 …………………………… ３８

３. ２. １ 坡口设计准则 ……………………… ３９

３. ２. ２ 形状尺寸代号和标记 ……………… ３９

３. ２. ３ 焊接坡口形式 ……………………… ４０

３. ３ 焊接工效计算 …………………………… ５０

第 ４ 章 焊接应力与变形 ………………… ５９

４. １ 焊接应力 ………………………………… ５９

４. １. １ 纵向残余应力 σｘ ………………… ５９

４. １. ２ 横向残余应力 σｙ ………………… ６０

４. １. ３ 厚度方向的残余应力 σｚ ………… ６１

４. １. ４ 焊接应力控制措施 ………………… ６１

４. １. ５ 焊接应力消减方法 ………………… ６２

４. ２ 焊接变形 ………………………………… ６４

４. ３ 典型钢结构焊接顺序 …………………… ６８

４. ３. １ 焊接原则 …………………………… ６８

４. ３. ２ 整体焊接顺序 ……………………… ６８

４. ３. ３ 钢柱焊接顺序 ……………………… ６９

４. ３. ４ 钢板墙焊接顺序 …………………… ７０

４. ３. ５ 桁架焊接顺序 ……………………… ７２

４. ３. ６ 巨柱焊接顺序 ……………………… ７５

４. ４ 钢结构零部件加工余量设置 …………… ７６

４. ４. １ 尺寸收缩影响因素 ……………… ７６

４. ４. ２ 加工余量的设置 …………………… ７８

第 ５ 章 焊接数值模拟技术 ……………… ８１

５. １ 典型 Ｔ 形接头数值模拟技术…………… ８１

５. １. １ Ｔ 形接头焊接试验设计 …………… ８１

５. １. ２ Ｔ 形接头有限元数值模型 ………… ８４

５. １. ３ Ｔ 形接头残余应力分布 …………… ８６

５. １. ４ Ｔ 形接头残余应力成因分析 ……… ９１

５. １. ５ 有限元数值分析与试验结果对比 ………………………………… ９３

５. １. ６ 本节小结 …………………………… ９５

５. ２ 大型桁架结构整体焊接顺序数值模拟技术 ………………………………… ９５

５. ２. １ 理论基础 …………………………… ９５

５. ２. ２ 焊接过程模拟技术要点 …………… ９６

５. ２. ３ 桁架有限元模型的建立和简化 ………………………………… ９８

５. ２. ４ 巨型带状桁架焊接顺序的选取 ………………………………… ９９

５. ２. ５ 焊接残余应力模拟分析 ………… １０２

５. ２. ６ 焊接残余应力的现场监测 ……… １０８

５. ２. ７ 本节小结 ………………………… １１１

第 ６ 章 绿色高效埋弧焊技术…………… １１２

６. １ 集成冷丝复合埋弧焊技术 …………… １１２

６. １. １ 技术背景 ………………………… １１２

６. １. ２ 冷丝复合埋弧焊工艺设计 ……… １１２

６. １. ３ 焊接工艺试验 …………………… １１３

６. １. ４ 焊接效率分析 …………………… １１６

６. １. ５ 本节小结 ………………………… １１７

６. ２ 双电源三粗丝埋弧焊技术 …………… １１７

６. ２. １ 试验设备 ………………………… １１７

６. ２. ２ 焊接参数调试 …………………… １１８

６. ２. ３ 焊接生产效率对比 ……………… １１８

６. ２. ４ 本节小结 ………………………… １２０

６. ３ 埋弧焊全熔透不清根技术 …………… １２０

６. ３. １ 技术背景 ………………………… １２０

６. ３. ２ 新型埋弧打底填充焊 …………… １２３

６. ３. ３ 焊接参数 ………………………… １２５

６. ３. ４ 接头性能试验分析 ……………… １２５

６. ３. ５ 本节小结 ………………………… １３０

６. ４ 埋弧横焊技术 ………………………… １３０

６. ４. １ 技术背景 ………………………… １３０

６. ４. ２ 技术原理 ………………………… １３０

６. ４. ３ 技术应用 ………………………… １３５

６. ４. ４ 本节小结 ………………………… １３７

第 ７ 章 超厚板铸锻件焊接技术 ……… １３８

７. １ 高强超厚锻钢节点焊接技术 ………… １３８

７. １. １ 技术背景 ………………………… １３８

７. １. ２ 重难点分析 ……………………… １３８

７. １. ３ 锻钢节点组装工艺 ……………… １３９

７. １. ４ 焊接工艺 ………………………… １４０

７. １. ５ 本节小结 ………………………… １４３

７. ２ 超厚多面体铸钢节点焊接技术 ……… １４３

７. ２. １ 技术背景 ………………………… １４３

７. ２. ２ 铸钢节点结构分析 ……………… １４４

７. ２. ３ 焊接难点分析 …………………… １４４

７. ２. ４ 焊接模拟试验 …………………… １４５

７. ２. ５ 现场焊接 ………………………… １４７

７. ２. ６ 本节小结 ………………………… １４９

７. ３ 单层折面空间网格结构焊接技术 …… １４９

７. ３. １ 技术背景 ………………………… １４９

７. ３. ２ 单层折面空间网格结构整体焊接顺序 ………………………… １５０

７. ３. ３ 大直径异种高强厚壁钢管现场全位置焊接 ……………………… １５１

７. ３. ４ 本节小结 ………………………… １５６

第 ８ 章 复杂钢结构焊接技术…………… １５８

８. １ 管结构多角度全位置焊接技术 ……… １５８

８. １. １ 工程概况 ………………………… １５８

８. １. ２ 焊接特点 ………………………… １５９

８. １. ３ 多角度全位置焊接技术 ………… １５９

８. １. ４ “黄金树” 整体焊接变形控制 … １６２

８. ２ 弯扭构件复合焊接工艺 ……………… １６２

８. ２. １ 弯扭构件焊接分析 ……………… １６３

８. ２. ２ 弯扭构件复合焊接工艺研究 …… １６３

８. ２. ３ 弯扭构件焊接变形及尺寸控制工艺研究 ………………………… １６８

８. ３ 大尺寸超厚板 “天圆地方” 复杂变截面过渡节点制作技术 …………… １６８

８. ３. １ 组焊工艺分析 …………………… １６９

８. ３. ２ 圆方节点的 ＣＡＤ 建模方法及外观成形技术 …………………… １７０

８. ３. ３ 圆方节点组焊工艺 ……………… １７４

８. ３. ４ 本节小结 ………………………… １８０

８. ４ 超大型组合巨柱焊接变形控制 ……… １８０

８. ４. １ 巨柱单元焊接变形的种类 ……… １８１

８. ４. ２ 焊接变形控制的设计措施 ……… １８２

８. ４. ３ 焊接变形控制的工艺措施 ……… １８３

８. ４. ４ 本节小结 ………………………… １８７

８. ５ 异形多腔体巨型钢柱现场焊接技术 … １８８

８. ５. １ 多腔体巨型钢柱概述 …………… １８８

８. ５. ２ 多腔体巨型钢柱组拼技术原理及流程 ……………………………… １８８

８. ５. ３ 异形单元的焊接顺序 …………… １８９

８. ５. ４ 工艺措施及温度控制 …………… １９２

８. ５. ５ 巨型钢柱组拼焊接成效 ………… １９５

８. ５. ６ 狭小腔体内工作环境的改善 …… １９６

８. ５. ７ 本节小结 ………………………… １９７

８. ６ 厚板箱形 Ｋ 节点防层状撕裂焊接工艺研究 ……………………………… １９７

８. ６. １ 技术背景 ………………………… １９７

８. ６. ２ 层状撕裂的产生机理及影响因素 ……………………………… １９８

８. ６. ３ 箱形 Ｋ 节点防层状撕裂焊接工艺措施 ………………………… １９９

８. ７ 片式钢板墙结构组焊工艺 …………… ２０２

８. ７. １ 技术背景 ………………………… ２０２

８. ７. ２ 片式钢板墙结构加工制作分析 … ２０２

８. ７. ３ 片式钢板墙组焊工艺 …………… ２０２

８. ７. ４ 本节小结 ………………………… ２０５

８. ８ 超长超厚钢板剪力墙现场焊接变形控制技术 ……………………………… ２０６

８. ８. １ 技术背景 ………………………… ２０６

８. ８. ２ 钢板剪力墙结构焊接特点 ……… ２０６

８. ８. ３ 钢板剪力墙现场焊接变形控制技术 ……………………………… ２０６

８. ８. ４ 钢板剪力墙焊接残余应力消除技术 ……………………………… ２１０

８. ８. ５ 本节小结 ………………………… ２１１

８. ９ 高层网格结构马鞍形节点建造技术 … ２１１

８. ９. １ 技术背景 ………………………… ２１１

８. ９. ２ 工艺分析 ………………………… ２１３

８. ９. ３ 模压成形工艺方案 ……………… ２１４

８. ９. ４ 马鞍形节点装配焊接工艺 ……… ２１７

第 ９ 章 高强钢焊接技术 ………………… ２１９

９. １ ６９０ 级高强钢焊接技术 ……………… ２１９

９. １. １ 技术背景 ………………………… ２１９

９. １. ２ 国产 Ｓ６９０ＱＬ１ 钢性能分析 ……… ２２０

９. １. ３ ６９０ 级高强钢切割工艺试验……… ２２１

９. １. ４ ６９０ 级高强钢焊接工艺试验……… ２２２

９. １. ５ ６９０ 级高强钢复杂节点工厂焊接 ……………………………… ２２９

９. １. ６ 相控阵检测 ……………………… ２３０

９. １. ７ 本节小结 ………………………… ２３０

９. ２ 高强钢现场仰焊技术 ………………… ２３０

９. ２. １ 技术背景 ………………………… ２３０

９. ２. ２ 高强钢现场仰焊工艺 …………… ２３０

９. ２. ３ 焊后热处理 ……………………… ２３１

９. ２. ４ 本节小结 ………………………… ２３２

第 １０ 章 智能焊接装备及数字化焊接系统 ……………………………… ２３３

１０. １ 智能化焊接机器人在建筑钢结构行业中的应用 ……………………………… ２３３

１０. １. １ 焊接机器人应用难点 …………… ２３３

１０. １. ２ 焊接机器人类型 ………………… ２３３

１０. １. ３ 焊接机器人工厂应用场景 ……… ２３５

１０. ２ 焊接机器人参数化编程技术 ………… ２３７

１０. ２. １ 焊接机器人参数化编程设计 ……………………………… ２３７

１０. ２. ２ 焊接机器人参数化编程应用 ……………………………… ２４０

１０. ２. ３ 结果分析 ………………………… ２４２

１０. ３ 智能焊接机器人上位机软件 ………… ２４２

１０. ３. １ 技术背景 ………………………… ２４２

１０. ３. ２ ＡｒｃＣｔｒｌ 软件总体介绍…………… ２４２

１０. ３. ３ 硬件集成控制 …………………… ２４３

１０. ３. ４ 免编程免示教技术 ……………… ２４５

１０. ３. ５ 焊接工艺数据库及专家系统 ……………………………… ２４５

１０. ３. ６ 远程生产管控 …………………… ２４７

１０. ４ 三维模型驱动视觉焊接机器人技术 …………………………………… ２４９

１０. ４. １ 技术背景 ………………………… ２４９

１０. ４. ２ 技术原理 ………………………… ２４９

１０. ４. ３ 本节小结 ………………………… ２５１

１０. ５ 三维全景视觉焊接机器人技术 ……… ２５１

１０. ５. １ 技术背景 ………………………… ２５１

１０. ５. ２ 大型钢结构件机器人系统集成 ……………………………… ２５２

１０. ５. ３ 大型钢结构件智能焊接工艺流程 ……………………………… ２５２

１０. ５. ４ 工程实例 ………………………… ２５４

１０. ６ 现场焊接机器人装备 ………………… ２５６

１０. ６. １ 技术背景 ………………………… ２５６

１０. ６. ２ 焊接技术原理 …………………… ２５６

１０. ６. ３ 应用场景 ………………………… ２５８

１０. ６. ４ 本节小结 ………………………… ２５９

１０. ７ 焊机群控系统 ………………………… ２６０

１０. ７. １ 技术背景 ………………………… ２６０

１０. ７. ２ 系统原理及功能 ………………… ２６０

１０. ７. ３ 本节小结 ………………………… ２６６

１０. ８ 建筑钢结构焊接新技术未来展望 …………………………………… ２６６

第 １１ 章 建筑钢结构焊接质量 ………… ２６８

１１. １ 焊接人员资质 ………………………… ２６８

１１. ２ 焊接机具与焊缝检测仪器 …………… ２６８

１１. ３ 焊接材料 ……………………………… ２７３

１１. ４ 焊接环境 ……………………………… ２７３

１１. ５ 焊接工艺评定 ………………………… ２７３

１１. ６ 焊接工艺控制要点 …………………… ２７５

１１. ６. １ 工件下料与装配 ………………… ２７５

１１. ６. ２ 定位焊 …………………………… ２７７

１１. ６. ３ 预热和道间温度 ………………… ２７８

１１. ６. ４ 焊接过程控制 …………………… ２７９

１１. ６. ５ 焊接后热处理 …………………… ２８１

１１. ６. ６ 焊后质量检验 …………………… ２８１

１１. ６. ７ 焊接缺陷 ………………………… ２８５

第 １２ 章 建筑钢结构焊接安全 ………… ２９５

１２. １ 概述 …………………………………… ２９５

１２. ２ 钢结构焊接施工中的安全隐患 ……… ２９５

１２. ２. １ 触电隐患 ………………………… ２９５

１２. ２. ２ 火灾爆炸隐患 …………………… ２９６

１２. ２. ３ 高处坠落隐患 …………………… ２９６

１２. ２. ４ 职业病及中毒隐患 ……………… ２９６

１２. ３ 钢结构焊接施工的安全防控措施 …………………………………… ２９８

１２. ３. １ 现场 “十不准” 原则…………… ２９８

１２. ３. ２ 触电的安全防控措施 …………… ２９８

１２. ３. ３ 火灾保障的安全防护措施 ……… ２９９

１２. ３. ４ 高处坠落安全防护措施 ………… ２９９

１２. ３. ５ 中毒隐患安全防护措施 ………… ３００

参考文献 ……………………………………… ３０１

焊接是通过加热、 加压， 或两者并用， 用或不用填充材料， 使两个 （或以上） 工件产 生原子间结合的加工工艺方法。 焊接应用广泛， 发展历史悠久。 公元前 ３０００ 多年埃及出现 了锻焊技术； 公元前 １０００ 多年中国的殷商时期采用铸焊制造兵器。

建筑钢结构是指利用钢材作为主要结构材料所构建的建筑体系。 焊接技术是决定建筑钢 结构施工效率和建筑可靠性最为重要的因素之一。 焊接时热量高度集中的瞬时热源输入结构 局部， 使结构材料产生不均匀变形和热状态塑性压缩， 导致构件或结构内部在焊接后产生焊 接变形和残余应力， 削弱焊接接头周边强度或可能影响构件材料的韧性和硬度， 造成各种不 同的破坏机理， 成为困扰工程人员的一大难题。 建筑钢结构往往体量庞大， 工程焊接量巨 大， 一旦产生较大较复杂的焊接变形， 受施工现场的条件限制， 将消耗大量人力物力， 耗费 大量工时， 严重影响工程进度和建设成本。 不合理的焊接工艺或焊接顺序可能导致结构在焊 接后发生脆性断裂， 造成废品。

1928年， 第一部结构钢焊接法规 《建筑结构中熔化焊和气割规则》 由美国焊接学会出 版发行。 １９３１ 年， 由焊接工艺制造全钢结构组成的帝国大厦建成。 我国钢结构行业于 ２０ 世 纪 ４０ 年代引入焊条电弧焊， ５０ 年代中期从苏联引进埋弧焊接技术。 ２０ 世纪 ７０ 年代以后， 建筑钢结构箱形构件以及中厚板得到广泛使用， 且陆续试验并成功应用实心焊丝和药芯焊丝 ＣＯ２ 气体保护焊、 埋弧双丝焊、 埋弧三丝焊、 熔嘴电渣焊、 螺柱焊等焊接技术。 ２０１０ 年以 后， 机器人焊接技术在建筑钢结构行业逐步推广应用， 从传统的现场示教和离线编程发展到 如今的基于视觉感知的免编程、 免示教智能焊接。 未来， 激光⁃电弧复合焊接、 搅拌摩擦焊 接等绿色高效焊接技术在建筑结构钢焊接中将得到广泛应用， 推动传统钢结构焊接向着 “高精度控形” “低损伤控性” 的先进制造模式转变。

本书第 １ 章系统概述了建筑钢结构焊接发展史及焊接特点； 第 ２ ～ ４ 章主要介绍了焊接 方法与工艺技术、 焊接工艺设计、 焊接应力与变形； 第 ５～ １０ 章主要介绍了建筑钢结构焊接 新技术， 包括焊接数值模拟技术、 绿色高效埋弧焊技术、 超厚板铸锻件焊接技术、 复杂钢结 构焊接技术、 高强钢焊接技术、 智能焊接装备及数字化焊接系统； 第11、12 章主要介绍了 焊接质量与安全。 本书所阐述的钢结构焊接新技术来源于大量成功的工程实践， 又将其上升 为焊接理论， 实现了认识与实践相结合， 具有极强的先进性和工程实用性。

本书是中建钢构股份有限公司陈振明及其焊接团队杨高阳、 栾公峰、 国贤慧的共同研究 成果， 中建钢构股份有限公司焊接技能大师、 国务院政府特殊津贴获得者李荣清、 邱明辉、 李朋朋出色地完成了大量焊接试验， 为本书内容提供了丰富的焊接工艺数据， 为本书的出版作出了重要贡献。

限于作者的水平， 书中难免有不足之处， 需要在今后的研究工作中不断加以改进和完 善， 敬请读者批评指正。

编者  2024年4月12日