焊接综合实训指导书.1doc

《指导书》4第一章下料基础知识1.1钢和钢材的分类正确合理地选择和使用材料，首先要了解化工机械制造所用材料的基本知识。所用的材料有金属材料和非金属材料两大类，在金属材料中应用最多的是钢。1.1.1钢的分类含碳量低于2.11％的铁碳合金称为钢。钢中除含有铁、碳外，还含有硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）等元素。钢具有高的强度和韧性，同时具有良好的工艺性能，可以进行各种加工，因而获得广泛应用。钢的分类方法很多，常用的分类方法有以下3种。（1）按化学成分分类①碳素钢按含碳量的高低分为低碳钢，含碳量小于0.25%；中碳钢，含碳量在0.25％～0.6％之间；高碳钢，含碳量大于0.6％的钢。在碳素钢中含碳量越高，硬度越高，强度也越高，但塑性却降低。碳素钢按含硫磷量的多少，分普通碳素钢和优质碳素结构钢。普通碳素钢中含硫量不超过0.055%，含磷量不超过0.045%；优质碳素钢中含硫量不超过0.030%～0.040%，含磷量不超过0.035％～0.040%。②合金钢钢中含有一种或多种合金元素的钢称为合金钢。按合金元素的总含量多少又分低合金钢，合金元素的总含量小于5%；中合金钢，合金元素的总含量在5%～10%；高合金钢，合金元素的总含量大于10％。（2）按用途分类①压力加工用钢（热压力加工或冷拔坯料）。②切削加工用钢，用于制造各种工具，如切削刀具、量具、模具等工具钢多数是高、中碳钢或合金钢，如碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢等。工具钢还可以按具体用途分为刃具用钢、量具用钢和模具用钢。③特殊钢，具有特殊的物理和化学性能的钢，如不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、电热合金、磁性材料等。（3）按冶炼方法分类按冶炼方法分类有以下几种①平炉钢按炉衬材料又分为酸性平炉钢和碱性平炉钢。一般用于冶炼碳素钢和普通低合金钢。②转炉钢转炉钢又分底吹转炉钢、侧吹转炉钢和氧气顶吹转炉钢三种。一般用于冶炼碳素钢和普通低合金钢。③电炉钢电炉钢又分电弧炉钢、感应电炉钢、真空感应电炉钢和电渣炉钢。其中应用最广泛的是电弧炉钢。电炉钢主要用于冶炼合金钢。按脱氧程度的不同，碳素钢又分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。1.1.2钢材的分类钢材按其断面的形状特征来分，可分为板材（钢板）、管材（钢管）、型材（型钢）和线材（钢丝）四大类。他们分别有钢板轧机，钢管轧机、型钢轧机和拉丝机轧制和控制组成。在轧制前，必须对钢锭表面进行精整，即用火焰加热、砂轮打磨、风凿凿削等方法清除钢锭表面的气泡、裂纹、粘沙、结疤等缺陷，以免在轧制过程中扩大，影响材质。轧制分热轧和冷轧两种。钢锭用热轧，轧制前加热至高温，以提高其塑性、减少其变形抗力，经热轧后，钢的致密性得到提高，同时还可细化晶粒，减少钢中化学成分的不均匀程度，因而使钢的机械性能得到提高。但在轧制的同时，钢锭中的夹杂物沿金属变形方问被拉长，形成纤维组织。使钢材纵、横向的机械性能不同，例如在顺纤维方向的抗拉强度高，而在垂直于纤维方向的抗拉强度低；垂直于纤维方向的剪切强度高，而顺纤维方向的剪切强度低。冷轧是在常温下进行的，它以热轧半成品作为坯料，冷轧可得到表面光洁、尺寸精确、机械性能好的成品，如冷轧钢板、冷轧型钢等。《指导书》5（1）板材主要分为薄钢板（0.2mm～4mm）、中厚钢板（4mm～25mm）和厚钢板（大于25mm）。钢板的表示方法为厚×宽×长，如1.0mm×750mm×1500mm，冷0.35mm×1000mm×2000mm。（2）管材主要分成有缝和无缝。①无缝钢管无缝钢管由整块金属轧制而成，断面上无接缝。根据生产方法，无缝钢管又分热轧管、冷拔管、挤压管等；按断面形状分圆形和异形两种。异形钢管有方形、椭圆形、三角形、星形和带翅管等各种复杂形状；根据用途不同，有厚壁管和薄壁管。无缝钢管主要用做石油化工用的裂化管、锅炉管及汽车、拖拉机、航空用的高精度结构钢管。材料有普通碳素钢、优质碳素结构钢和合金结构钢。热轧无缝钢管的外径自32～630mm，壁厚自25～75mm,长度3～12.5m冷拔无缝钢管的外径自6～200mm，壁厚0.25～14mm，长度1.5～9m。对于锅炉上承受一定压力和温度的管子，常用锅炉无缝钢管，其成分有碳素无缝钢管和合金无缝钢管。②有缝钢管有缝钢管又称焊接钢管，用钢带焊成，有镀锌与不镀锌两种，前者称为白铁管，后者称为黑铁管。镀锌的有缝钢管常做水管，因其外表面镀上层锌，可以防止水锈。不镀锌的有缝钢管用于普通低压或无压力的管道系统中。管子的规格在公称中用外径和壁厚表示，在英制中则以内径（英寸）表示。钢管的尺寸标记方法是：外径×壁厚×长度如外径为57mm，壁厚3.5mm，长度6000mm的热轧无缝钢管，则应标记为：“管Φ57×3.5mm×6000mm”。对水煤气输送管应在尺寸前用文字说明，如：煤气管“Φ20mm×2.75mm×1500mm”。（3）型材型钢的种类很多，根据断面形状分简单断面型钢和复杂断面型钢两种简单断面的型钢有圆钢、方钢、六角钢、扁钢和角钢；复杂断面的型钢有槽钢、工字钢、钢轨及其他异型钢材等。①圆钢、方钢和六角钢圆钢是断面圆形的钢材，分热轧、锻制和冷拉三种。热轧圆钢的直径为5～250mm，其中5～9mm的常用做拉拔钢丝的原料，叫做线材。线材由于是成盘供应的，所以又名叫热轧盘料。锻制圆钢的直径较粗，其直径50～250mm，常用于制造轴的毛坯。冷拉圆钢直径为3～100mm，其尺寸精度较高。方钢是断面为方形的钢材，分热轧和冷拉两种热轧方钢的边长为5～250mm，冷拉方钢的边长为3～100mm。六角钢是断面为六角形钢材热轧六角钢内切圆直径自8～70mm，冷拉六角钢尺寸自3～75mm。圆钢、方钢、六角钢的长度通常为2～6m。圆钢、方钢、六角钢在冷作中一般用作撑条、箍、轴、螺栓、螺母等，也可作锻造毛坯之用。②扁钢扁钢是断面为长方形的钢材，在冷作件中应用广泛，可以弯成扁钢圈，也可制作框架、拉条等。扁钢的尺寸用厚度、宽度和长度来表示热轧扁钢的宽度为10～200mm，厚度为3～60mm，长度为3～9m。扁钢的尺寸表示方法是厚度×宽度×长度，如“扁钢10mm×50mm×2000mm，表示扁钢的厚度为10mm，宽度为50mm，长度为2000mm。扁钢一般采用Q235A、35、45、14Mn、16Mn、15MnTi、14MnZSi等。③角钢角钢分等边角钢和不等边角钢。角钢在冷作件中，常用于制造圈、框架、梁、柱和其他轻型的钢结构。角钢的规格用边长和边厚的尺寸表示，其标记方法为∟b×b×d——L或∟B×b×d——L,b或B为角钢的边长，d为角钢的边厚，L为角钢的长度。如边宽为50mm、边厚5mm、长3000mm的热轧等边角钢，标记为“∟50×50×3——3000”。角钢的大小也可用号数来表示，号数表示边长的厘米数，例如4号角钢，即边长为40mm的等边角钢角钢规格从2～20号，长度为3～19m，同一号角钢常有2～5种不同的边厚。《指导书》6④槽钢槽钢分普通热轧槽钢、热轧轻型槽钢和普通低合金钢轻型槽钢。其断面形状如图所示：h为槽钢的高度，b为腿宽，d为腰厚，t为平均腿厚，r为内面圆角半径，r1为边端圆角半径。槽钢在钢结构中常用作柱、框架或轻型的梁，车辆制造中用作底盘。和角钢一样，在受力较大的结构中，可将槽钢成对地组合在一起使用。⑤工字钢工字钢分为热轧普通工字钢、热轧轻型工字钢和普通低合金热轧工字钢。工字钢在钢结构中通常用作立柱、框架和横梁。工字钢的规格以号数表示，号数表示工字钢的高度（厘米数），如10号工字钢，其高度为10cm。目前生产的普通工字钢的规格从10～63号。在相同的高度下，轻型的工字钢比普通的工字钢的腿窄、腰薄、重量轻、工字钢的长度为5～19m。工字钢常用的材料是Q235-AF、Q235A等或者普通低合金钢、如16Mn、16MnCu。（4）线材钢材中的线材通常称为钢丝，按直径分有特细的＜0.1mm，细的0.1～0.5mm，较细的0.5～1.5mm、中等的1.5～3.0mm，粗的3.0～6.0mm，较粗的6.0～8.0mm和特粗的＞8.0mm。1.1.3钢材的重量计算钢材重量的理论计算方法是用钢材的断面积乘以长度，再乘钢材的密度，其计算式为：式中G——钢材的重量，kg；F——钢材的断面积（mm2），L——钢材的长度，m；γ——金属的密度，(g/cm3)，碳钢为7.85，铝为2.73，纯铜为8.9等。由上式算的是钢材的理论重量，因钢材在制造过程中允许有一定的偏差，所以理论上的计算值与实际重量间有一定的误差显然，用上式计算钢材的重量比较复杂。钢材重量的简易计算方法可以简化上述的计算，节省计算时间，通俗易懂。计算钢板的重量时，可根据每平方米面积每毫米厚的钢板重量为7.85kg，所以以7.85作为系数，计算时只要先求出钢板的面积（m2）,然后再乘系数7.85，再乘钢板的厚度（mm）就得所求的重量，其简易计算公式为：式中G——钢材的重量，kg；S——钢板的面积，m2；t——钢板的厚度，mm1.2钢材的矫正钢板和型钢在轧制过程中，可能产生残余应力而变形，或者在下料的过程中，钢板经过剪切、气割等工序加工后因钢材受外力、加热等因素的影响，会使表面产生不平、弯曲、扭曲等变形缺陷，另外，钢材因环境因素的影响，会产生铁锈、氧化皮等，这些都将影响零件和产品的质量，因此，必须对变形钢材进行矫正及预处理。钢材预处理是把钢板、型钢、管子等材料在下料装焊之前进行抛丸清理、喷保护漆、烘干等的处理工艺。而矫正是使材料在加工之前保持一种良好的平直状态，以利于零件的加工。1.2.1钢材变形的原因从钢材的生产到零件加工的各个环节，都可能导致变形。钢材的变形主要来自以下几个方面。1．钢材在轧制过程中引起的变形钢材在轧制过程中可能产生残余应力而变形。例如，在轧制钢《指导书》7板时，由于轧辊沿长度方向受热不均匀、轧辊弯曲、轧辊间隙不一致，而使板料在宽度方向的压缩不均匀，导致长度方向延伸不相等而产生变形。2．钢材因运输和不正确堆放产生的变形焊接结构使用的钢材，均是较长、较大的钢板和型材，如果吊装、运输和存放不当，钢材就会因自重而产生弯曲、扭曲和局部变形。3．钢材在下料过程中引起的变形钢材在划线以后，一般要经过气割、剪切、冲裁、等离子弧切割等工序。而气割、等离子弧切割过程是对钢材的局部进行加热而使其分离的过程。对钢材的不均匀加热必然会产生残余应力，进而导致钢材产生变形，尤其是在气割窄而长的钢板时，边上的一条钢板弯曲得最明显。在剪切、冲裁等工序时，由于工件的边缘受到剪切，必然产生很大的塑性变形。综上所述，造成钢材变形的原因是多方面的。当钢材的变形大于技术规定的允许偏差时，划线前必须进行矫正。1.2.2钢材的矫正原理钢材在厚度方向可以假设是由多层纤维组成的。钢材平直时，各层纤维长度都相等，钢材弯曲后，各层纤维长度不一致。矫正是通过采用加压或加热的方法，把已伸长的纤维缩短，把缩短的纤维拉长。最终使钢板厚度方向的纤维趋于一致。1.2.3钢材的矫正方法矫正就是将变形的钢材在外力作用下产生塑性变形（永久性变形），使钢材中局部收缩的纤维拉长，伸长的纤维缩短，达到金属各部分的纤维长度均匀，以消除表面不平、弯曲、扭曲和波浪变形等变形的缺陷，从而获得正确的形状。钢材的矫正可以在冷态或热态下进行。冷态矫正简称冷矫，热态矫正简称热矫。经常采用的方法有手工矫正、机械矫正、火焰矫正和高频热点矫正四种（，矫正方法的选用，与工件的形状、材料的性能和工件的变形程度有关，同时与制造厂拥有的设备有关。（1）手工矫正手工矫正是采用手工工具，对已变形的钢材施加外力，以达到矫正变形的目的。手工矫正由于矫正力小，劳动强度大，效率低，所以常用于矫正尺寸较小的薄板钢材。手工矫正时，根据刚度大小和变形情况不同，有反向变形法和锤展伸长法。手工矫正一般在常温下进行，在矫正中尽可能减少不必要的锤击和变形，防止钢材产生加工硬化。对于强度较高的钢材，可将钢材加热至750～1000℃的高温，以降低其强度、提高塑性，减小变形抗力，提高矫正效率。（2）机械矫正冷作用的轧制钢材和工件的变形情况都比较有规律，所以许多钢材和工件一般采用机械方法进行矫正。机