焊接工艺课程设计

I目录1结构与母材性能分析..............................................11.1工字形柱结构分析............................................11.1.1结构特点及应用...........................................11.1.2受力情况.................................................11.2母材性能分析................................................11.2.1Q235-C钢简介............................................11.2.2化学成分及其影响.........................................21.2.3Q235-C钢的力学性能......................................21.2.4Q235-C钢的焊接性分析....................................32生产工艺流程图..................................................53装配焊接工艺流程................................................63.1下料.......................................................63.2装配与焊接..................................................63.2.1翼板与腹板的装配焊接.....................................63.2.2肋板焊缝的焊接工艺.......................................83.2.3肋板纵向角焊缝的焊接工艺.................................84焊接变形.......................................................104.1焊接变形的种类.............................................104.2焊接变形的防治措施.........................................115埋弧自动焊.....................................................135.1埋弧自动焊的原理...........................................135.2埋弧自动焊的特点及应用.....................................135.2.1埋弧自动焊的特点........................................135.2.2埋弧自动焊的应用........................................145.3埋弧自动焊的焊接工艺.......................................145.3.1埋弧焊的焊接材料及选用..................................145.3.2埋弧焊的冶金过程的特点..................................155.3.3埋弧焊焊接工艺..........................................16II5.3.4埋弧焊的常见缺陷及防止方法..............................176参考文献.......................................................2011结构与母材性能分析1.1工字形柱结构分析1.1.1结构特点及应用工字形柱是指工字形断面的轧制铁柱、钢柱或铸钢柱；尤其是用于钢铁结构(如钢架建筑物)中的柱。使用工字形结构不仅可节省材料，还能保证强度和刚性，即利于用最少的材料，承受更大的力。其结构科学合理，塑性和柔韧性好，结构稳定性高，适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构，抗自然灾害能力强，特别适用于一些多地震发生带的建筑结构。广泛用于各种建筑结构、桥梁、车辆、支架、机械等。1.1.2受力情况工字形柱具有较好的承载能力，由于强轴方向的承载力较大，而工字形柱具有强弱明显的强弱轴关系和非常薄弱的抗扭性能，如果设计不当，很容易出现变形或者失稳的问题。在柱两端受力较复杂，受风载荷、地震载荷、水平以及其他动载荷作用下，两端会产生较大的剪切应力，弯矩大的在柱子中间同时受较大的压力。1.2母材性能分析1.2.1Q235-C钢简介Q235-C钢是一种普通碳素结构钢，这种钢容易冶炼，工艺性好，价格低廉。而且在力学性能上也能满足一般工程结构及普通机器零件的要求应用十分广泛。Q235-C表示这种钢的屈服强度为235MPa，质量等级为C级，Q235-C钢含碳量约为0.2%属于低碳钢，S、P和非金属夹杂物较多在相同含碳量及热处理条件下，其塑性、韧性较低，加工成形后一般不2进行热处理，大都在热轧状态下直接使用，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。通常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板，大量应用于建筑及工程结构，用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件（如铆钉、螺钉、螺母、轴套、及某些农机零件等）。C级钢还可作某些专业用钢使用。1.2.2化学成分及其影响Q235-C钢的化学成分如表1-1所示。表1-1Q235-C的化学成分化学元素碳（C）硅（Si）锰（Mn）磷（P）硫（S）质量分数/%≤0.17≤0.35≤1.4≤0.040≤0.040化学元素对Q235-C钢性能的主要影响如表1-2所示。表1-2化学元素对Q235-C钢性能的主要影响元素名称对性能主要影响碳（C）钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。硅（Si）常用的脱氧剂，有固熔强化作用，提高电阻率，降低磁滞损耗，改善磁导率，提高淬透性，抗回火性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件下的耐蚀性。含量较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢易于在回火时产生石墨化。锰（Mn）降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向。磷（P）固溶强化及冷作硬化作用很好，与铜联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能，与硫、锰联合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性。硫（S）改善切削性。产生热脆现象，恶化钢的质量，硫含量高，对焊接性产生不好影响。1.2.3Q235-C钢的力学性能Q235-C钢的力学性能如表1-3所示。3表1-3Q235-C钢的力学性能牌号等级屈服强度ReH(N/mm2),不小于抗拉强度Rm/(N/mm2)断后伸长率A/%，不小于冲击试验（V形缺口）厚度（或直径）/mm厚度（或直径）/mm温度/℃冲击吸收功/J不低于≤1616~4040~6060~100100~150150~200≤4040~6060~100100~150150~200Q235C235225215215195185370~50026252422210271.2.4Q235-C钢的焊接性分析Q235-C钢的焊接性分析：按碳当量计算公式计算焊接接头的碳当量因为Q235-C钢的含碳量较低CE=0.4%，合金元素锰和硅含量不高，所以Q235-C钢在焊接过程中基本无淬硬倾向，冷裂敏感性小，焊接性良好，不会因焊接热周期的快速冷却而引起淬硬而使组织脆化。因此，在4板厚小于70mm的焊件焊接时，焊前不需预热，不必严格保持层间温度，除了锅炉、压力容器等重要焊接结构外，焊后不必做消除应力处理。焊接接头具有足够的力学性能和工艺性能。52生产工艺流程图工字形柱的生产工艺流程图如图2-1所示。翼板加工钢板复检预处理下料拼接腹板加工钢板复检预处理下料拼接肋板加工钢板复检预处理下料翼板与腹板装配纵缝焊接矫正无损探伤肋板装配肋板焊接端部定尺加工总装配（附件等）焊接成品检验油漆出厂图2-1工字形柱的生产工艺流程图63装配焊接工艺流程3.1下料根据国家标准，翼板选择规格为12000×1250×22（长×宽×板厚）和3200×1250×22（长×宽×板厚）以及腹板选择规格为12000×1250×14（长×宽×板厚）和3200×1250×14（长×宽×板厚）。考虑到钢板边缘30mm不能用于生产加工，腹板与翼板的预留加工余量（切割和边缘加工分别留3mm），长度方向上预留焊接收缩量以及肋板收缩量（22.5~90mm），所以第一块翼板的规格为11900×1012×22，第二块翼板规格为3100×1012×22；第一块腹板规格为1190×1250×14，第二块腹板的规格为3100×1012×22。肋板选择规格为5000×1250×10（长×宽×板厚）的两块板，每块板使用氧可燃气体火焰切割出11块肋板，每块肋板规格为1157×443×10。为防止肋板焊缝与纵向角焊缝交叉，肋板的四个内角要切掉一部分，半径为20mm。翼板及腹板对接采用开坡口双面埋弧焊，焊丝为H08A，焊剂为HJ431。焊接参数如表3-1所示。表3-1开坡口双面埋弧焊的焊接参数钢板厚度/mm破口形式焊丝直径/mm焊接顺序坡口尺寸焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/m·h-1α/（°）b/mmP/mm翼板2265正反70331050~1150600~62038~4036~381845腹板145正反7033830~850600~62036~3836~3825453.2装配与焊接3.2.1翼板与腹板的装配焊接一、装配对称的工字断面的柱结构制造的程序应是先装配后焊接，即先装配成工字形状并定位焊后再进行焊接。不应边装配边焊接，即不能先焊成T形断面再装另一翼板，最后焊成完整的工字形，这样做变形大、工序多、生产周期长。装配时先在翼板上划出腹板的位置线，如图3-1a所示。并焊上定位角铁2。为便于吊装在腹板背上角铁，如图3-1b所示。用90°角尺检查腹板与翼板的垂直度，如图3-1c所示。7图3-1工字形结构的装配a)划线与安装定位角铁b)装配T形梁c)装配工字梁1、3－翼板2－定位角铁4－腹板5－吊具6－直角尺二、定位焊此次装配选择二氧化碳气体保护焊进行定位焊。定位焊是为了装配和固定焊件上的接缝位置而进行的焊接。定位焊缝本身易产生气孔和夹渣，也是导致随后二氧化碳气体保护焊时产生气孔和夹渣的主要原因，所以必须认真地焊接定位焊缝。定位焊缝间距为100~150mm，为增加定位焊缝的强度，应适当增大定位焊缝长度，一般为15~50mm长。焊丝为H08Mn2SiA，具体焊接工艺参数如表3-2所示。表3-2定位焊焊接参数焊脚尺寸/mm焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/m·h-1焊丝伸出长度/mm气体流量/L·min-161.6260~28027~2920~2618~2016~18三、焊接工艺为保证四条纵向角焊缝的焊接质量，生产中常采用“船形”位置施焊，其倾角为45°。图3-2即为倾斜焊件的简易装置。图3-2倾斜焊件的简易装置8工字形柱四条纵向角焊缝采用埋弧自动焊进行焊接，需安装引弧板和熄弧板，焊前要认真清理焊接区。焊丝为H08A，焊剂为HJ431。具体焊接工艺参数如表3-3所示。表3-3翼板与腹板的焊接参数焊脚尺寸/mm焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/m·h-162450~475