概述

認識生活中的鋼結構

鋼結構是現代建筑工程中較普通的結構形式之一。我國是最早用鐵制造承重結構的國家，遠在秦始皇時代（公元前246～公元前219年），就已經用鐵做簡單的承重結構，而西方國家在17世紀才開始使用金屬承重結構。公元3～6世紀，聰明勤勞的中國人民就用鐵鏈修建鐵索懸橋，著名的四川瀘定大渡河鐵索橋（圖0-1），云南的元江橋和貴州的盤江橋（圖0-2）等都是我國早期鐵體承重結構的例子。

現代我國在鋼結構應用上的發展有目共睹，不論在數量上或質量上都遠遠超過了過去。在設計、制造和安裝等技術方面都達到了較高的水平，掌握了各種復雜建筑物的設計和施工技術，在全國各地已經建造了許多規模巨大而且結構復雜的鋼結構廠房、大跨度鋼結構民用建筑及鐵路橋梁等。如我國的人民大會堂鋼屋架，北京和上海等地的體育館的鋼網架，陜西秦始皇兵馬傭陳列館的三鉸鋼拱架和北京的鳥巢等。下圖均為鋼結構建筑。

鋼結構建筑，以其大跨度、大空間、抗震防火性能好、施工速度快等優點，改變了傳統建筑結構的概念，告別了現場磚砂灰石的施工，使建筑成為工業化的車間生產和搭積木般的現場組裝。近年來，鋼結構建筑在世界范圍內已經得到廣泛應用，并成為21世紀建筑結構的發展趨勢。鋼結構建筑技術的水平，也已經成為衡量一個國家建筑科技發展的重要指標。

鋼結構現在已經在我們的日常生活中占有重要的地位，那么到底什么是鋼結構呢？請同學們想一想能不能列舉出我們生活中的案例？

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資料查閱

現在讓我們來查閱一下有關鋼結構的知識吧！

鋼結構定義_________________________________________________________

鋼結構的優缺點_________________________________________________________

鋼結構的適用范圍_________________________________________________________

鋼結構采用以鋼材制作為主，由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構件組成，各構件或部件之間采用焊縫、螺栓或鉚釘連接的結構。

一、鋼結構連接方式——焊接

在工業生產中，經常需要將兩個或兩個以上的零件按一定的形式和位置連接起來。根據這些連接特點，可以將其分為兩大類：一類是可拆卸連接，即不必毀壞零件就可以進行拆卸，如螺栓連接、鍵連接等；另一類是永久性連接，其拆卸只是在毀壞零件后才能實現，如鉚接、焊接等。如圖0-7所示。

1.焊接的定義

焊接是通過加熱或加壓（或兩者并用），并且用或不用填充材料，使焊件形成原子間結合的一種連接方法（圖0-8）。

被結合的兩個工件可以是同類或異類的金屬，也可以是非金屬。在生產實踐中，用得最多的是金屬材料的連接。

2.焊接方法的分類

目前，在工業生產中應用的焊接方法已達近百種，根據它們的焊接過程特點可將其分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。

（1）熔焊。熔焊是將焊件連接處局部加熱到熔化狀態，然后冷卻凝固成一體，不加壓力完成焊接。其中最常用的有電弧焊、氣焊、二氧化碳氣體保護焊、氬弧焊等。

（2）壓焊。壓焊是一種不管加熱與否，必須在壓力下完成焊接的方法。常見的有電阻焊、摩擦焊、高頻焊、冷壓焊等。

（3）釬焊。釬焊是采用熔點比母材熔點低的填充材料（釬料）受熱熔化并借助毛細作用填滿母材間的間隙，冷凝后形成牢固的接頭的一種焊接方法，其基本特點是在整個焊接過程，母材并不熔化。常見的有烙鐵釬焊、火焰釬焊、感應釬焊、爐中釬焊、鹽浴釬焊等。

焊接方法的簡單分類如圖0-9所示。

二、焊接技術發展

中國商朝制造的鐵刃銅鉞，春秋戰國時期曾侯乙墓中的建鼓銅座上有許多盤龍，是分段釬焊連接而成的。戰國時期制造的刀劍，刀刃為鋼，刀背為熟鐵，一般是經過加熱鍛焊而成的。據明朝宋應星所著《天工開物》一書記載：中國古代將銅和鐵一起入爐加熱，經鍛打制造刀、斧；用黃泥或篩細的陳久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船錨。中世紀的鐵匠通過不斷鍛打紅熱狀態的金屬使其連接，該工藝被稱為鍛焊。維納重·比林格塞奧于1540年出版的《火焰學》一書記述了鍛焊技術。古代焊接技術長期停留在鑄焊、鍛焊、釬焊和鉚焊的水平上，使用的熱源都是爐火，溫度低、能量不集中，無法用于大截面、長焊縫工件的焊接，只能用以制作裝飾品、簡單的工具、生活器具和武器。

近代焊接技術，是從1885年出現碳弧焊開始，直到20世紀40年代才形成較完整的焊接工藝體系。特別是20世紀40年代初期出現了優質電焊條后，焊接技術得到了一次飛躍。現在世界上已有50余種焊接工藝方法應用于生產中。焊接方法的發展簡史見表0-1。

三、焊接技術的應用及新發展

1.焊接技術的應用

在各種產品制造工業中，焊接與切割（熱切割）是一種十分重要的加工工藝。據工業發達國家統計，每年僅需要進行焊接加工之后使用的鋼材占鋼總產量的45％左右，我國也占據近40％。可見，焊接工藝已成為機械加工中必不可少的手段之一。

焊接不僅可以解決各種鋼材的連接，而且還可以解決鋁、銅等有色金屬及鈦、鋯等特種金屬材料的連接。此外，對某些非金屬材料，如塑料、陶瓷、復合材料等實施連接。因而，焊接技術已廣泛應用于機械制造、造船、海洋開發、汽車制造、機車車輛、石油化工、航空航天原子能、電力、電子技術、建筑、輕工業等行業中。

2.焊接技術的新發展

隨著工業和科學技術的發展，焊接技術也在不斷進步，焊接已從單一的加工工藝發展成為綜合性的先進工藝技術。焊接技術的新發展主要體現在以下幾個方面：

（1）提高焊接生產率，進行高效化焊接

焊條電弧焊中的鐵粉焊條、重力焊條和躺焊條工藝；埋弧焊中的多絲焊、熱絲焊、窄間隙焊接；氣體保護電弧焊中的氣電立焊、熱絲MAG焊、TIME焊等，均是常用的高效化焊接方法。

（2）提高焊接過程自動化、智能化水平

國外焊接過程機械化、自動化已達很高程度，而我國手工焊接所占比例卻很大。按焊絲與焊接材料的比來計算機械化、自動化比例，1999年日本為80％，西歐為74％，美國為71％，2000年我國為23％。焊接機器人的應用是提高焊接過程自動化水平的有效途徑，應用焊接專家系統、神經網絡系統等都能提高焊接過程智能化水平。

（3）研究開發新的焊接熱源

焊接工藝幾乎運用了世界上一切可以利用的熱源，如火焰、電弧、電阻、激光、電子束等。但新的更好的更有效的焊接熱源研發一直在進行，例如采用兩種熱源的疊加，以獲得更強的能量密度，如等離子束加激光、電弧中加激光等。

在現代工業中，焊接技術已廣泛用于航天、航空和船舶、海洋結構物及壓力鍋爐、化工容器、機械制造等產品的建造。就船舶建造而言，焊接工時要占船體建造總工時的30％～40％，由此可見，焊接作為一種加工工藝方法在制造業中的重要作用。為了實現焊接產品或焊接結構生產的高效率，國內外都在大力開發創新新的焊接技術，焊接技術作為制造業中最重要的連接工藝，其技術也在不斷發展進步中，如電阻點焊、激光技術和使用激光束加工材料、等離子弧焊、粉末等離子弧表面堆焊、焊接電源、機器人系統等。隨著我國工業和科學技術的發展，焊接工藝也在不斷進步。為滿足國家經濟發展的需要，焊接技術需要更進一步的提高。圖0-10為焊接機器人示例。

資料查閱

我國近現代焊接發展情況：

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雖然我國的焊接科學技術已經取得了很大的發展，但和世界先進水平相比，仍然存在著一定的差距。從國內外焊接的發展現狀以及發展前景來看，海洋焊接、航空航天焊接、機械制造等方面的焊接未來仍是一個有待開發的難題，因此值得我們去研究、探討、創新。我們必須刻苦學習，努力工作，為發展我國的焊接技術貢獻自己的力量。

試一試

1.金屬連接的方式主要有______、______、______、______、等形式，其中，屬于可拆卸的連接是______、______、等，屬于永久性連接的是______、______、等。

2.按照焊接過程中金屬所處的狀態不同，可以把焊接分為______、______、和______三類。

3.焊接是通過______或______，或兩者并用，用或不用______，______使焊件達到結合的一種加工工藝方法。