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【钢结构·技术】铆接、螺栓连接和焊接,该如何选择?

 https://www.lgmi.com    发表日期:2023/10/23 16:05:13  兰格钢铁
    

在19~20世纪,很多重要的钢结构都采?铆接的?式,例如埃菲尔铁塔,和汽车?架。20末期开始,?量结构开始采?焊接的?式,例如汽车?架,但是?些需要轻量化同时?对强度有要求的结构,例如飞机机?、钢结构桥梁等,则采?了螺丝连接的技术。铆接和螺丝连接的具体区别在哪?,?为什么桥梁采?螺丝连接?不是焊接呢?

多从承?的?度,铆接是承剪?较好?承拉?能?较差。镙接是受拉受剪都可以。焊接也是受拉受剪都可以,但怕撕裂。从可拆卸?度,镙接是可卸链接,?铆接和焊接都不是。从质量保证?度,镙接>铆接>焊接,焊接是最不容易检查质量的,因此民航飞机?焊接较少。从改变零件材料性能来讲,焊接影响最?,残余应?变形问题教严重,对桥梁和汽车还可以承受,对飞机表?这种?动外形要求?的则不理想。成本?度,螺纹连接?于铆接?于焊接。从增加多余重量?度螺纹链接?于铆接?于焊接。对于异种材料连接(例如铝和钛、复材和钛、不同系列的铝合?),焊接是不太?的(飞机上常见不同材料连接,所以严重影响焊接的应?范围)。从上??较,可以知道为什么汽车和桥梁更多?焊接和螺纹链接,客机更多?铆接和螺纹连接了。PS1:感谢?家认同,据我所知,焊接的缺陷相对难于控制,因此疲劳性能并不稳定。PS2:热铆在航空中也常见,尤其??些的钛合?铆钉。补充说明?下,每?种连接技术都在进步,也衍?出不同的类型。?如铆接,有单?抽铆,?冲铆接等。?冲铆接好像现在在汽车?业开始应?较多,?台设备都是天价。单?抽铆主要?于结构不开敞的情况,包装?业?的很多,只是低端?已,飞机上有很多?较?级的抽铆,还很难国产化。?如焊接,激光焊和搅拌摩檫焊接都是?较新的技术。激光焊主要是热影响区?,变形?。搅拌摩檫焊的机理实际没研究很清楚,半熔化状态和其他焊接不太?样。飞机上也开始?这些新技术。所以以前认为汽车?焊接、飞机?铆接的观点实际已经不确切了。?于桥梁,我很不了解,但直观的认为,这种?型的建筑,多半考虑成本的因素,对重量?不敏感,往往不会采?最新的技术?段。?废话两句个?对于现场施?情况下连接的浅见,如有不周还请见谅,如有错误还请斧正。如果不考虑制造装配的复杂度,单论连接?式?学性能本?,对于??领域做现场施?,?般来说是更倾向于?螺栓连接和焊接的,主要原因就是可靠性与成本问题。

螺栓的可靠性是最好的,特别是?强螺栓摩擦型连接,对于?程来说,总是希望使?的技术越可控越好,离散性越?越螺栓的可靠性是最好的,特别是?强螺栓摩擦型连接,对于?程来说,总是希望使?的技术越可控越好,离散性越?越好的,这样才有利于实现【更低的成本更?的可靠度】,在这样的?程要求?前,?强螺栓摩擦型连接就是?前很理想的?种?式。?铆钉???程领域的钢结构?般?较粗?,?的铆钉和我们平时看到的使??枪可以直接成型的冷铆铆钉不太?样,它是要先加热然后在?铆枪把直端打成铆头。

再来两张,这下应该明?外?渡桥、埃菲尔铁塔的铆钉是怎么打上去的了吧!加热->安装->锻打成型这个过程中实际上铆钉经受了『热处理』和『锻造』两个?艺,今天的现代化?业条件下,热处理和锻造?部分都是在冶?、械加???内完成的,热处理的起始温度、升温降温速度都需要控制,锻造也是??精度模具完成,现场加?环境下,显然两者都?法很好的【低成本】控制。对于?部分???程的现场安装来说,铆钉成型之后是在室外?然环境下降温,这?过程实际上是『退?』,退?使得钢材强度降低延性上升,然?不同于在电炉??加热拿着温度计去量再靠?控装置控温的??化热处理,?程师并不喜欢这样在野外?然发?的不受控退?,铆钉这样放在构件???然退?,不能准确知道强度会降低多少,会有多少残余应?,甚?如果遇到了?些意外?如??、?风甚?会带来与『退?』相反的『淬?』。这种热铆铆钉最终性能的离散性?,为了保证?程整体可靠度,并不会完全利?铆钉强度,这样会增加铆钉需要的数量,带来浪费和设计上的繁杂。加上施??较烦,每个铆钉?之前都还要加热,现在??领域这种热铆铆钉?的并不多了。?焊接焊接是?较万能的?式。曾经以为焊接是件很简单的事情,然?等到上过钢结构的课,看过?点资料,就发现事实并不是。焊接这个过程牵涉到东西太多太多,是?个?常庞?复杂的事情,整个过程是各种理化反应的?集合。焊接可以是?个专门的专业,?且不是?职、专科技术学校的焊接,是正??经研究型?学的专业,国内?较有名的就是哈??的焊接技术专业了。很多软件?如MARC、NASTRAN都开发了针对焊接的模块?于模拟焊接过程。即使是???程领域内部,也仍然有?量的学者在研究焊接对结构的影响,?见焊接的复杂程度。焊接会让连接区域的材料融化,连接区域附近材料也会经受?温,所以???程的现场施?条件下,由于温度?铆钉更?达到熔化程度,冷却再结晶导致的残余应?甚?可以达到材料屈服强度。对周边区域产?的热处理效应不可控,周围材料强度和韧性都发?变化。同时焊接过程不只是物理变化,还会和周围?体、焊药发?反应,产??些残渣。现场焊接?般是??焊接,?总是难免?残,?残?下就会留下咬边、虚焊还有焊瘤等等?堆缺陷。零零总总各种?病,这样对结构刚度、疲劳性能都有影响。同时,并不是所有材料都能很容易的焊接,也就是可焊性,特别是现场施?环境下。铝这样的?属就不说了,????要求都很?,现场更难。???的最多的是钢材,钢材可焊性也有很?差异,?强钢材、合?钢?般可焊性都不太好。可焊性差原因?较多,不同材料不同,铝因为氧化物熔点太?,冷却太快以及和焊接中的反应,钢材?般是各种合?成分(碳、其他?属等)在焊接中的反应所致,不展开太多。??环境下可以通过氩弧焊等?些需要?较多设备的焊接技术焊接这些材料,但是现场受限于施?环境的简陋,?般都?电弧焊,焊接这类材料不太现实。还有?些虽然原材料是普通钢的?强钢材,但是通过??环境下各种冷、热加?得到,现场想焊接得到同样性能的焊缝?乎不可能。?螺栓相?铆钉和焊接,螺栓连接在现场施?环境下受控程度就?得多了,没有加热过程,不存在不受控热处理的问题。构件和螺栓都是??环境?产,产品?致性相当好,现场只要拧就可以了。承压型连接和铆钉类似但是螺栓强度和品质稳定性好于铆钉。摩擦型连接则不太?样,现场施?还有?个有点棘?的问题——摩擦?控制。摩擦?受接触?压?和表?粗糙度影响,但是现在剪扭螺栓、?矩扳?和表?处理?艺已经可以解决这个问题。剪扭螺栓?端是类似铆钉的圆头,没有棱?,拧螺栓是通过另?端的花键(或称梅花头),花键和螺栓之间有?个收缩的细颈,当构件和螺栓之间摩擦?产?的?矩达到颈部的抗扭极限,花键就被扭掉了。?矩扳?可以调节最?输出?矩,达到之后就会打滑,?来拧?六?螺栓可以达到和剪扭螺栓类似的效果。表?处理可以在??内进?,喷砂之后现场打磨或者喷砂之后涂防锈漆就可以了,这样处理之后摩擦系数还是相当稳定。使?摩擦型连接,构件之间传?是通过摩擦?,所以连接性能基本等同于构件本?,这是最符合设计理念的,强度刚度、疲劳性能都有保障。你以为我要说螺栓连接万岁嘛,NO!但凡现场装过钢结构的?,都知道螺栓连接安装是多么蛋疼。螺栓孔因为各种原因死活对不上(制造误差、焊接变形、受?变形······),就差?毫?螺栓放不进去不是什么稀罕事。?莱因哈特的?锤把剪?销?打进孔?,把孔硬对上了,结果两个构件?不贴合了,螺栓拧不紧了。现场打孔校正的话?可能削弱构件过多,有时要补焊或者做钢套补孔,这很费事。很多时候不能构件之间直连需要连接板,还有别忘掉剪扭螺栓那个被拧掉的花键,这些都计算进去会??增加材料?量,螺栓按重量计可?普通Q345Q235贵,所以?螺栓连接价格感?。焊接就没有这样的烦恼,位置相差不要太多都可以直接焊上。焊接还有?点就是速度快,同时焊枪不仅可以连接还可以切割,施?有错误可以迅速修正。焊接?部分时候都可以构件之间直连不需要额外的连接板,材料也?较省。同时对于电弧焊可焊好的钢材?般强度不是?常?,焊缝强度可以做到?于母材,加之焊接区域满布整个构件,留下了?够多安全余量,可靠性有?够保证。所以在现场安装时候焊接是?常常见的,因为真的很?便。

其实各种?法不能适?的时候都是在于不能在【特定环境下??够低的成本得到需要的稳定质量】,现场焊接质量不稳定的原因在于外部环境不可控,?为操作不可可靠,所以如果把焊接挪到??环境就??不?样,?动化的焊机,封闭的?房,焊完之后还有矫直、打磨、热处理等?序帮助调节焊接变形,减?残余应?,有?型的探伤设备帮助检测焊缝质量可以进?修补。因此在??环境下?产?些?标构件最好的办仍然是焊接。?铆钉同样的可以利??些更好的技术得到提升,?如加热过程,早先是炭炉,现在出现了电炉,利?涡流加热的原理快速加热铆钉。铆钉由于加热后再降温,会对板件有相当?的压?,可以压紧板件,?且由于铆钉本?韧性?较好,对于承受动?荷载的结构有时还会采?,修补?些?钢桥也仍然需要继续使?铆钉,?如下图,选??州?报修补海珠桥的新闻。因为??粗?笨的特点,这种热铆钉在??领域确实式微,但是连接?些轻灵的蒙?、薄板时候,冷铆钉(?如最常见的拉铆钉)?螺栓轻省料,加之薄板不易焊接,?能适?于不同类型材料的连接,?且连接需要的强度不?,还是挺合适的。??领域?般?于连接?些薄壁型钢、压型钢板,都是很薄的构件,?家最常见的就是施??地的临时围挡。所以,?什么?式连接,得考虑:1、对?学性能的要求;2、施?的条件;3、允许的钱。每种连接?式都有??适?的范围。对于航空航天这样的领域铆钉还是有很多?途,不过那不是我的专业,等其他航空航天的朋友来讲更多。我从造船?度总结?下:铆接为什么被船舶业淘汰呢?除了建造速度慢以外,?战前的铆接(riveted)船体结构可以?喻成?块苏打饼?,?以现代焊接(welded)技术建造的新泰坦尼克号可以被?喻成?块橡?泥。任何?型?属结构的要害实际上是位于部件的连接点!?论是船、飞机、车辆还是?箭都是如此。两张连接起来的板?不可能强于?张?次性合成的板?。关于焊接:保守为上,你不能完全相信???的焊接结果。即使焊接材料?母材料强,交界线上的母材料在焊接后依然会弱化。切记!前?的各位已经说得很好了,我就以实际?程为例说?下吧(我就擅长寓教于乐啊怎么办),以?个门式钢架的钢结构?房为例。因为铆接对于普通钢结构建筑物成本?、施?难度?,所以我们就讨论?下焊接和螺栓连接吧。我们对?个带吊车的?房的要求有如下?点:1、?房??满?可靠性要求,即安全性、舒适性、耐久性。2、吊车是动?设备,所以需要满?吊车的动?荷载需求。3、?房在?区搬离后是否需要拆除,材料可重复利?的空间?有多少。?先,从门钢的钢柱和基础连接说起。柱脚分刚接和铰接,对于动?设备,我们倾向于做成刚接,因为吊车的动荷载,尤其是?平的刹车荷载很容易造成整体失稳。尤其是?平的刹车荷载很容易造成整体失稳。那柱脚处我们可以采?焊接或螺栓连接的?式,可是,焊接在此处操作性不?。因为柱脚和柱下基础连接,如果是满焊,很容易造成焊缝不饱满等问题,并且很难保证在焊接过程中柱?的稳定性。其次,再说梁柱节点,这个就?所谓了,只要是做成刚接,螺栓和焊接均可,但是焊缝容易?锈,?做钢结构的?家得靠谱,螺栓孔要是有点偏差,分分钟哭死你。再次,抗风柱铰接的,就别犹豫了,拿着螺栓咣咣?顿,拧上多痛快。综上所述,如果连接需要是铰接时,请?螺栓。如果是刚接时,看情况、看难度、看焊?哥哥?情和?平。。螺栓连接省事、需要技术?平不?、但是对?家要求较?。学艺不精,?胆抛砖。学识所限,我就说说钢桥领域吧。铆接由于现在不怎么?了,我了解的也?较少。相对于其他两种连接?式,铆接的主要优点是适应性好,两块板件的孔洞稍微有些偏差也没关系,反正打进去时还是软的,敲?敲也就能密贴了。其缺点也很明显,由于要能在现场烧软,所以铆钉?的材料不会有多?的强度,另外刚度也不?。这就解释了为什么铆钉逐渐退出桥梁?程领域——以前钢材本?强度低,铆钉不是结构的薄弱环节;现在钢材强度提?了,但铆钉的强度提?不够快,成了结构的薄弱环节,所以就不宜采?了。

桥梁?螺栓连接多为?强螺栓,将两块钢板牢牢挤压在?起,主要靠钢板间的摩擦?承受荷载,是技术成熟、使??泛的?种连接?式。论起螺栓连接的优点,那要看跟谁?:?相?于铆接,螺栓连接的优点是:?相?于焊接,螺栓连接的优点是:缺点嘛,咱也话分两头说:?相?于铆接,螺栓连接的缺点是:?相?于焊接,螺栓连接的缺点是:现在桥梁领域?得最多的还是焊接。跟铆接没啥?头,说说相对于栓接的优劣吧。?相?于螺栓连接,焊接的优点是:?相?于螺栓连接,焊接的缺点是:好了,三种连接?式都说完了,总结?下(依然局限在桥梁领域)。?铆接:旧时代的东西了,该淘汰了;?栓接:?学性能顶呱呱,就是构造复杂、孔洞也难打难对齐,但是抗疲劳性能好,就算坏了也能换。适?于疲劳控制的部位,也是现场施?最有保障的连接?式;?焊接:构造简单,???动焊效率?、性能没的说,但现场焊接的质量就只能问天问?地,往往成为疲劳源。最适?于??内的构件、单元制作,也适?于?疲劳控制位置的现场连接。我说完了,有没有清楚?些?

铆接和螺栓连接都属于机械连接的范畴。铆接是通过对铆钉的挤压变形来实现连接。其铆接接头的连接参数?法实现完全控制,?且它在连接过程中就产?了变形,承载能?是较差的,特点就是连接?便,但质量?法保证。?且它的连接?式决定了它?法做得太?,太?的话?是连接困难,?是铆接接头在挤压过程中就破坏了。螺栓连接现在应?应该是最?的了,?且作为标准件,?产技术成熟,连接?便,成本也低。?且有成熟的防松和放锈技术,相同尺?下其连接也要?铆接?。总之,优点很多。?焊接是通过添加材料的?法将两个?属板连接起来,仅仅适?于?属,薄壁件。也就是说厚度过?的话,紧靠表?薄薄的?层焊接层是?法保证连接强度的。?且焊接过程中会产?热辐射,会使?属的微观组织结构产?变化,很容易产?应?集中,有特殊需求的话还需要进?热处理来改善机械性能。针对题主的问题,汽车中采?焊接,?是其承载要求不?,?是这种针对这种尺?的结构,焊接是最合适的,如果采?螺栓或者铆钉,会??降低他的强度。?于飞机机?,其是由很多部件拼接成?个较?的构件,然后再将各个构件组装起来,针对这种?尺?的构件来讲,焊接是?分困难的,需要在焊接过程中保持对接且不发?移动。?且由于飞机的轻量化发展趋势来看,很多部件已经采?了??属材料,焊接也就?不上了。?于桥梁,暂且不说其强度能够达到要求,如果采?焊接的话,在实际?产中加?后是?法进?热处理的,在使?过程中的冲击载荷会对应?集中部位产?损伤,这?点是最为致命的。?且在焊接过程中需要保持连接部件的接合,不能有?点晃动,在野外很难实现。?螺栓连接则很容易,将螺栓插?连接孔,然后拧紧就可以了,简单?便?效快捷。总结?下就是,采?不同的连接?式是在保证连接强度的前提下最简单,成本最低的最优解。

铆接和螺柱的最?问题都是,和减重的??标冲突。螺柱还有个问题,就是滑丝,松脱。它俩的优势是原理简单,技术成熟。焊接就分很多种了,摩擦焊,搅拌焊,激光电弧焊。优势是可以实现减重。劣势是有的?属材料焊接性差,容易开裂,变形等等。同种材料,异种材料焊接需要不同的焊接技术。除了?艺,?动化焊接装备也很难制造。

焊接优点:适?于各种形状,省钢省?,可实现?动化操作,?产效率?缺点:质量受焊材与操作影响?铆接优点:连接传?可靠,韧性、塑性好,质量易于检查,常?于受动荷载的结构。缺点:废钢废?螺栓分普通螺栓和?强螺栓普通螺栓装卸便利,不宜受剪。?强螺栓包含了普通螺栓和铆接的各?优点,?前已可?于代替铆接。=======================================摘?沈院?主编的《钢结构基本原理》铆接部件的缺陷容易观察,可应?于航空,造船,桥梁?些领域。焊接效率?,强度?。?泛应?机械设备,汽车制造领域。螺栓连接拆卸?便,主要应?在装配环节。?如说飞机窗户,如果焊接,开焊了维修起来?常?烦。?且如果在飞?中开焊,有坠机风险。所以铆接可以使缺陷在检修中发现,并且便于维修。?如说汽车底盘上的?属结构件,如果铆接,?产效率低不说,强度也没有保障。在?如说制造?座鸟巢体育场,如果所有部件全部焊接,那应?过于集中,?且在?处?些位置焊接量过?,不?便施?。所以在??把?条条“树枝”制作好,再到现场进?装配,这就是最稳妥的?案了。我的铆??师维修过?本?建的铆接桥梁,把铆钉拿?焊烧热了,在等冷下来的时候?锤往?砸,搞定。如果是焊缝开裂了,并且焊缝在??,你怎么维修?总不能把桥拆了重焊吧。

简单答两点,铆接不清楚。螺栓链接韧性好,连接板和螺栓都有较好的延性,在?变形的情况下,承载?不会骤然降低,抗震能?强。?且当节点荷载超限时,可以很容易观察到。焊接的韧性不好,尤其在低温下容易发?脆性破坏。施?过程中,螺栓链接施?不如焊接?便,但施?质量便于控制。焊接,尤其是现场焊接,会产?裂纹,?泡,夹渣,漏焊,未熔融,透焊等缺陷,对焊接?员要求较?,且不容易观察是施?质量。常见超声波?损探伤检测技术含量?于?强螺栓扭矩检测,设备和??成本更?。

根据??的?些直观认识强??发铆接的?艺最简单,印象当中铆钉本?是个铸造件,?且铆接也只需要在对象上?打孔就可以做结合。缺点的话,铆接是通过铆钉的变形来完成结合的,换句话说就是:给以?够?的纵向冲击?,铆钉就有可能再次变形并且崩飞螺丝的?艺显然更复杂,因为并不是所有的螺丝都是??的(也就是通过??旋转在孔洞内刻出阴纹),所以很多情况下不仅螺钉本?的螺纹需要车床做,接合件上的孔也需要机床去刻阴纹。相?于铆接,螺丝在?对直接冲击的时候强度更好。但是,如果结合件收到了长时间的往复振动影响,特别是如果这个振动在某种合适的频率的话,螺钉就有可能?旋,慢慢变松脱出。这?加?点,由于螺钉的螺纹?是摩擦?,这个位置还特别容易?锈,且基本上没办法?镀层保护。焊接?艺最复杂。对于焊接的优势,焊接不仅仅是拼接,?在某种程度上讲属于熔合了。因此,焊接在强度、?密性?密性、导电性能等??应该都是?前两种更好的。

焊接的缺点:1.变形严重,焊接的?温会导致焊接处的应?集中,所以很多?精度的,对平?多要求较?的?连接?螺纹,胶粘接。2.不好检查,焊接好之后要?专门的检测设备来检测是否有缺陷,成本会变?。对场地也有限制。3.拆卸难,如果焊错了那么重新割下来再焊。焊接的优点:1.连接性能好,对于?型的设备焊接?较实?,对于不同形状不同尺?的材料好实现。2.刚度好,整体性能好,密封性好。

螺栓,可以?便拆卸。缺点占?空间,增加重量。如果不需要拆的地?,就少?螺栓。焊接,需要设备,需要?时,也不是所有材料都能焊接。铆,?的地?越来越少了吧。

静?的物体,?如桥、塔、建筑?螺丝;运动的物体或部件?焊接或铆接,原因很简单,运动会使螺丝变松动。总不能飞机每次起飞前检查每个螺丝吧!运动的物体或部件?焊接或铆接,原因很简单,运动会使螺丝变松动。总不能飞机每次起飞前检查每个螺丝吧!焊接最优,因为铆接和螺丝接都是靠摩擦?连接两个部件,如果两个部件间有平移?向的?,就不适合铆接和螺丝接。焊接相当于把两个部件变成?个整体,是最稳定的。补充,如果两个部件间有平移?向的?时,如果互相有靠?,还是可以考虑?螺丝固定的。所谓靠?就是,?如?个部件有凹槽,另?个部件有凸轨,互相吻合,就可以?螺丝固定,原理是把平移的摩擦?转换成对靠?的压?。承受?和稳定性??提?。

铆接是个很?的范围,螺栓属于铆接的?种,?且是最常见的?种。螺栓链接或者?强度铆接的东西?焊接更加牢固,唯?缺点是成本?。飞机采?的铆接?普通的螺丝链接更加牢固,?且重量更轻,?如bom钉huck钉等。飞机安全系数?,所以不能?焊接,只?铆接。?铁车体由于没那么?要求,就?焊接就可以了,汽车就要求更低了,焊接就?。路虎有?款车,全车?铝合?,且像飞机?样采?了铆接,价格昂贵。桥梁为了某些特殊要求,如果要求桥身不能太重,采?了?些?强度钢,这种类钢就不能焊接,或者焊接性能差。或者在海边有耐腐蚀要求,耐蚀钢也焊接差,所以?脆稳妥?些,采?铆接吧。

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