焊接结构制造教案

1新乡市纺织职工大学教案课程名称焊接结构制造课程代码581004系(部)材料工程系教研室焊接授课教师褚志勇职称高级讲师2课程名称焊接结构制造总计：56学时课程类别职业技能课课程代码581004讲授：48学时生产参观：8学时授课教师褚志勇学分授课对象焊接技术及自动化专业2006级教材和主要参考资料1.焊接结构制造机械工业出版社宇永福主编2.焊接结构机械工业出版社田锡唐主编3.焊接结构生产与装备机械工业出版社周浩森主编4.焊接结构与生产机械工业出版社贾安东主编5.焊接结构生产机械工业出版社王云鹏，戴建树主编课程简介随着焊接技术的迅速发展，焊接制造已在许多工业部门的金属结构中占据主导地位，通过本课程的学习，使学生了解焊接结构的主要特征及焊接结构制造的基本知识。并通过典型焊接结构制造的实例学习，使学生能够基本具备正确分析焊接结构的工艺性好坏和初步制订焊接结构生产工艺的能力。本课程的主要内容包括；焊接应力与变形的基本知识；焊接结构制造工艺设计；焊接零件加工基本知识；焊接工装夹具；典型焊接结构制造实例；焊接结构制造质量管理；焊接安全防护等。3教学难点重点本课程主要教学重点包括：焊接应力产生的原因、降低焊接应力的方法、减小和矫正焊接残余变形的措施；焊接工艺的制定方法和内容；焊接工艺评定；放样、展开放样、板厚处理、成形加工；焊接结构的合理性分析；焊接结构的装配；锅炉汽包的制造工艺过程、焊接梁的制造工艺过程；焊接质量管理模式等。本课程主要难点有：焊接应力产生的原因；焊接工艺评定的规则；焊接结构放样；拉深加工；质量管理基本术语、要素的控制要点。4授课题目：绪论授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排2教学大纲要求：教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：教学重点及难点：作业、讨论题、思考题：5、6、7、8课后总结分析：教学内容备注一、焊接结构在工业生产中的应用和特点1、焊接结构的应用和发展所谓焊接结构就是以金属材料的板材、型材、铸件以及锻件为基本元件，用焊接方法连接起来的金属结构。（1）电弧焊是在19世纪初得到应用；（2）20世纪70年代在世界范围内获得普遍应用和成为机械制造业中的关键技术之一；（3）各国焊接结构用钢量，均已达到40—60%；焊接结构产量及用钢量占工业总用钢量的比例，已经成为一个国家工业发展水平的重要标志。中国在2004年焊接结构的用钢量已经突破1亿吨,成为世界最大的焊接制造大国。（4）我国也利用焊接技术生产出了世界水平的产品：例如，长江三峡水利工程的水轮机转轮直径10.7m，高5.4m，重达440t，是世界最大、最重的不锈钢焊接转轮。同样，三峡水电站的电机定子座和蜗壳也是巨大的焊接结构。电机定子座直径22m，高6m，重832t，是我国利用焊接技术制造的最大的钢结构机座。蜗壳进水口直径12.4m，总重量750t，为世界最重、最大的焊接蜗壳；具有“世界第一拱桥”之称的上海卢浦大桥，全长3900m，跨度550m，为世界跨度最大的全焊钢结构拱桥，用厚度为30～100mm的细晶粒钢焊接而成；在压力容器方面，我国焊接了总重量达千吨级、壁厚280mm的大型热壁加氢反应器；在航空航天方面，建成了一个最大的空间环境模拟装置。它是一个大型不锈钢整体焊接结构，主舱是一个直径18m，高22m的真空容器，辅舱直径12m.,我国发射的第一个“神州”五号载人飞船就曾在这个5模拟舱中进行。在船舶建造方面，中国首次建造出了30万吨超大型油轮VLCC，宣告了世界造船强国在VLCC领域垄断历史的结束，使中国向着“世界第一造船大国”的目标有了实质性的进展。2、焊接结构的特点1、和其它加工方法相比可以节省大量的金属材料。与铆接相比，焊接结构可以节省材料10～30%；2、焊接结构的生产周期短；在现代化造船厂里，一个自重200000t的油轮，可在不到三个月的时间里下水，而同样的油轮如用铆接制造，需要一年多的时间；3、通过焊接，可以很方便地实现多种不同形状和不同厚度的钢板（或其它金属材料）的连接，甚至可以将不同种类的金属材料连接起来；4、焊接结构的刚性大，重量轻；5、焊接结构生产一般不需要大型和贵重的机器设备；6、有些结构，利用焊接结构比轧制更方便和经济；7、焊接准备工作简单近年数控精密气割设备的发展，无论是多大厚度或形状多么复杂的待焊件，都可以不用预先划线而直接从板料上切割出来，并且一般不必再机械加工，就能投入装配和焊接；8、接头的强度高；9、焊接结构设计的灵活性大；1）各种形状；2）各种壁厚；3）各种尺寸；4）不同材料及组合；5）可以和其他工艺组合等；10、焊接接头密封性好；11、最适于制作大型或重型的、结构简单而且是单件小批量生产的产品结构；12、容易实现自动化生产；13、成品率高一旦出现焊接缺陷，修复容易，很少产生废品。缺点：1、很多材料由于焊接工艺性差，不适宜制造焊接结构；2、焊接结构具有较大的性能不均匀性；3、焊接结构具有较大的焊接变形和应力集中；4、焊接结构的整体刚度大。二、焊接结构分类1、梁及梁系结构2、柱类结构3、桁架结构4、板壳结构5、机械结构三、焊接结构生产工艺过程1、生产准备（1）技术准备根据产品类型、结构特点和批量，确定工艺水平和流程和方法；进行必要的试验和工艺评定；制定技术文件和质量保证文件；（2）物质准备设备、工装、原材料、焊接材料；2、材料加工（1）金属材料预处理验收、储存、矫正、除锈、表面处理等；（2）基本元件加工划线、下料、边缘加工、冷热成型、坡口清理等；3、装配与焊接4、焊接检验和安全评定。6授课题目：第一章焊接应力与焊接变形授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排6教学大纲要求：教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.了解焊接应力和变形产生的原因。2.掌握减小和消除焊接残余应力的措施。教学重点及难点：重点：焊接应力产生的原因、降低焊接应力的方法；难点：焊接应力产生的原因作业、讨论题、思考题：2、4、5、6课后总结分析：教学内容备注第一节焊接应力与变形的产生一、焊接应力与变形的基本知识1、焊接变形基本概念：弹性变形、塑性变形、自由变形、非自由变形（外观变形、内部变形）2、应力内力、应力、工作应力、内应力（焊接应力就是一种内应力）3、焊接应力与变形二、研究焊接应力与变形的基本假定1、平截面假定2、金属性质不变假定3、金属屈服点假定4、焊接温度场假定三、焊接应力与变形产生的原因1、焊件的不均匀受热（1）不受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形属于自由变形，冷却后不会产生任何应力与变形。（2）受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形当加热温度小于屈服点时：冷却后没有焊接应力与变形；当加热温度大于屈服点时：①如果杆件能充分自由收缩，则只有焊接变形，而无焊接应力；②如果杆件受绝对约束，只有焊接应力，而无焊接变形；③如果杆件收缩不充分，既有焊接应力，也有焊接变形。（3）长板条中心加热引起的焊接应力与变形（4）长板条一侧加热引起的焊接应力与变形2、焊缝金属的收缩3、金属组织的变化（引起比体积变化）4、焊件的刚度与拘束重点讲解焊接应力产生的原因7第二节减小和消除焊接残余应力的措施一、焊接残余应力的分类1、按空间位置分一维空间焊接应力、二维空间焊接应力、三维空间焊接应力2、按产生应力的原因（1）热应力（温差应力）（2）相变应力（3）塑变应力3、按应力存在时间（1）焊接瞬时应力（2）焊接残余应力二、焊接残余应力的分布1、纵向残余应力的分布（平行于焊缝轴线的应力）（1）对接焊缝(2)一侧加热（3）不同长度焊缝2、横向残余应力的分布（1）纵向收缩引起的横向残余应力（2）横向收缩引起的横向残余应力三、焊接残余应力对焊接结构的影响1、对焊接结构强度的影响明显降低脆性材料结构的静载强度2、对构件加工尺寸精度的影响3、对受压杆件稳定性的影响三、减小和消除焊接残余应力的措施1、设计措施（1）尽量减少焊缝的数量和尺寸（2）避免焊缝过分集中（3）采用刚度较小的接头形式2、工艺措施（1）采用合理的装焊顺序先焊相互错开的短焊缝，后焊直通长焊缝；先焊收缩量大的焊缝；先焊工作时受力大的焊缝；交叉焊缝的焊法；对接焊缝与角接焊缝交叉的结构。（2）预热法150—650°C（3）冷焊法（4）减低焊缝的拘束度（5）加热“减应区”法五、消除焊接残余应力的方法应考虑消除焊接残余应力的情况1、有可能脆断的结构2、厚度超过一定限度的焊接压力容器；3、焊接后需机械加工的结构；4、对尺寸稳定性要求较高的结构；5、有应力腐蚀危险的结构方法81、热处理法（1）整体热处理低碳钢为650°C，保温（每1mm板厚2—4分钟，总时间不低于30min），可消除60—90%的应力；（2）局部热处理2、机械拉伸法3、温差拉伸法4、锤击焊缝5、振动法9授课题目：焊接变形授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排2教学大纲要求：焊接残余变形的种类和产生原因、减小和矫正焊接残余应力的方法。教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解焊接结构制造过程中母材的矫正方法和设备。教学重点及难点：重点：减小和矫正焊接残余变形的措施作业、讨论题、思考题：7、8课后总结分析：教学内容备注第三节焊接变形一、焊接变形的种类及其影响因素1、纵向收缩变形2、横向收缩变形3、角变形4、弯曲变形（分纵向收缩和横向收缩引起的弯曲变形）5、波浪变形6、扭曲变形二、控制焊接变形的措施1、设计措施（1）选择合理的焊缝形状和尺寸1）选择最小的焊缝尺寸2）选择合理的坡口形式（2）减少焊缝的数量（3）合理安排焊缝位置2、工艺措施（1）留余量法（2）反变形法（主要控制角变形和弯曲变形）（3）刚性固定法（4）选择合理的装焊顺序（5）合理选择焊接方法和焊接参数（6）热平衡法（7）散热法三、矫正焊接变形的方法1、手工矫正2、机械矫正3、火焰矫正（点状、线状、三角形加热）火焰加热的效果取决于加热方式、位置、加热温度和加热区的面积10授课题目：第二章焊接结构生产工艺规程的编制授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排4教学大纲要求：教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：教学重点及难点：作业、讨论题、思考题：2、3、5、6、7、8、9课后总结分析：教学内容备注第一节焊接结构制造工艺设计的内容和方法（一）焊接结构制造工艺规程及其作用我们把经过分析、试验、论证等，把认为是比较合理的焊接结构制造过程和方法用标准化的图表和文字记录下来形成文件，用以指导工人操作、生产管理、工艺管理等，这种工艺文件就叫工艺规程。工艺规程的文件及其使用范围有：1、工艺过程卡片2、工艺卡片3、工序卡片4、操作指导卡（作业指导书）用于建立工序质量控制点的工序。5、工艺守则工艺守则是生产过程中各工艺环节应遵循和执行的制度。主要内容有：本守则的适用范围、焊接材料及成分、需要的设备及工装、生产准备、操作顺序、操作方法、参数、检验项目及方法、注意事项等。通用焊接工艺守则的主要内容包括：1）焊接方法2）焊接材料3）焊接设备4）焊前准备焊前准备指母材及焊接区域的清理；焊接坡口的制备；零（部）件的组对；焊条、焊剂的烘干等工作。5）焊接顺序及操作焊接顺序是指焊接结构上的多道焊缝的先后焊接次序以及每道焊缝的焊接方向。6）焊接工艺参数7）焊前预热及焊后热处理8）焊缝返修对超标的缺陷提出返修的原则和要求。6、检验卡片（用于关键工序检验）117、装配系统图配合装配的工艺过程或工序卡片使用，以便于复杂产品的装配。1、指导生产管理部门对生产过程进行组织、调度和管理。2、指导工人生产操作，生产出合格产品。3、可以指导工人、生产小组质量员和专职检验人员对工序加工质量和产品最终质量进行检验。4、是设计新厂房或进行车间平面设计，机器设备布置、工艺装备设计制造、原材料使用和劳动力配置的依据。二、编制工艺规程的依据1、产品图样和产品的技术要求1）对焊接结构总装图、部件图及零件图进行审查了解它们相互装配关系和联接方法，各部件上的零件在结构中的作用；视图是否准确、够用。尺寸、加工符号、精度标注是否完整、齐全、合理。2）分析产品