工字梁焊接工艺课程设计.doc
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《焊接工艺》课程设计
工字型梁的焊接工艺设计
班级：
08焊接1班
姓名：
学号：
A0852111
目录
1结构与母材性能分析 4
1.1工字形梁结构分析及作用 4
1.1.1工字梁结构特点 4
1.1.2工字梁作用 4
1.2母材性能分析 4
1.2.1Q345-B钢简介 4
1.2.2Q345B化学成分 5
1.2.3Q345B机械性能 6
1.2.4Q345B焊接性分析 6
2 生产工艺流程图。
8
3钢板预处理 9
3.1复检 9
3.2钢材的表面预处理 9
3.3钢板的矫正 9
3.4钢板规格选择 9
3.5划线、下料 10
3.6坡口形式 11
4.1下料方法及设备 12
4.1.1下料采用半自动火焰切割 12
4.1.2CG1-30型半自动火焰切割设备 12
4.1.3常用切割气体比较 13
5装配与焊接 15
5.1翼板与腹板的装配焊接 15
5.1.1装配 15
5.1.2定位焊 15
5.1.3焊接工艺 16
6工字梁的焊接变形及防止 17
6.1焊接变形种类 17
6.2工字梁焊接时变形的防止 18
6.2.1预留收缩量 18
6.2.2反变形 18
6.2.3制定合理的焊接工艺 18
7二氧化碳气体保护焊简介 20
7.1简介 20
7.2焊机 20
7.3CO2气体保护焊特点 20
7.4CO2气体保护焊工艺参数 21
7.4.1焊丝直径 21
7.4.2焊接电流 22
7.4.3电弧电压 22
7.4.4焊接速度 23
7.4.5焊丝伸出长度 23
7.4.6CO2气体流量 23
7.4.7电源极性 24
7.4.8回路电感 24
参考文献 25
26
1结构与母材性能分析
1.1工字形梁结构分析及作用
1.1.1工字梁结构特点
焊接梁，焊接梁主要工作在横向弯曲载荷下，有时还可以承受弯扭的联合作用，以及焊接钢结构中最主要的一种构件形式，以及组成各种建筑钢结构的基础。
焊接梁按其截面形式可分为箱型截面梁，工字（H）型截面梁和管型截面梁等，但是应用的最多的是工字型和箱型截面梁，由于这种梁的截面结构简单，设计和制造节省时间，通用性好，故其是组成桥式起重机主梁截面的主要形式，大多数焊接吊平梁都用工字型截面。
焊接梁在弯曲力作用下可能出现非平面的弯曲和扭转，也可能出现翼缘板或腹板的局部屈曲变形前者称为丧失整体稳定性，后者称为丧失局部稳定性。
1.1.2工字梁作用
工字梁通常用于制作承重桩和支柱。
工字梁的宽边和腹板的厚度大致相同。
在高层建筑中，通过柱子支撑着的工字梁也用来承受非常大的载荷。
此外，工字梁能在平行和垂直腹板的方向上提供平衡外力的作用，工字梁特别适合用来抵抗地震力。
1.2母材性能分析
1.2.1Q345-B钢简介
由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。
它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q345表示屈服点（σs）为345MPa的合金结构钢。
必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。
质量等级符号分别为A、B、C、D、E。
脱氧方法符号：
F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：
Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。
例如Q235-AF表示A级沸腾钢。
q345a，q345b，q345c，q345d，q345e。
这是等级的区分，所代表的，主要是冲击的温度有所不同而已！
q345a级，是不做冲击；q345b级，是20度常温冲击；q345c级，是0度冲击；q345d级，是－20度冲击；q345e级，是－40度冲击。
在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。
Q345综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好。
A、B级钢视钢材用途和使用需求，可加入或不加入微量元素V、Nb、Ti；但C、D、E级钢应加入V、Nb、Ti、Al的一种或几种，以细化钢的晶粒、防止钢的过热、提高钢的韧性和强度。
Q345广泛用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40℃以下寒冷地区的各种结构。
1.2.2Q345B化学成分
表1-1Q345B化学成分
元素
C≤
Mn
Si≤
P≤
S≤
Al≥
V
Nb
Ti
含量
0.2
1.0-1.6
0.55
0.035
0.035
0.015
0.02-0.15
0.015-0.06
0.02-0.2
1.2.3Q345B机械性能
表1-2Q345B力学性能
机械性能指标
伸长率（%）
试验温度0℃
抗拉强度MPa
屈服点MPa≥
数值
δ5≥22
J≥34
σb（470-630）
σs（345-265）
1.2.4Q345B焊接性分析
根据国际焊接学会推荐的碳当量公式计算：
CE=C+Mn/6+（Cu+Ni）/15+（Cr+Mo+V）/5（%），计算结果CE≤0.45，可见Q345B具有良好的焊接性。
①热裂纹：
是在焊接高温下产生的，其中危害最严重的是结晶裂纹，由于结晶裂纹是在结晶后期，由低熔点物质所形成的液态薄膜而引发的。
它与焊缝金属的成分，主要是碳、硫、镍、锰等元素有密切关系。
Q345钢含碳量低，含锰量较高，硫和磷控制严格，它的Mn/S较高，因而具有良好的抗结晶裂纹性能。
所以在正常情况下，Q345钢是不会出现结晶裂纹的。
②冷裂纹：
大量的生产实践和理论研究表明，钢种的淬硬倾向，一定的含氢量和足够的拘束应力是焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。
16Mn的由于含碳量低，故淬火时，如果冷却速度不是太快，就会得到低碳马氏体组织，或者是铁素体+珠光体组织，由于这些组织硬度不高，因而淬硬性小，只有在冷却速度较快时，才会得到高碳马氏体组织，有一定淬硬倾向。
③再热裂纹：
从钢材的化学成分考虑，由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过提高预热温度和焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。
④层状撕裂：
大型厚板焊接结构，主要发生于要求溶透的角接接头或T形接头，如果在钢材厚度方向上承受较大的拉伸应力时，可能沿钢材扎制方向呈现明显阶梯状层状撕裂。
2生产工艺流程图。
翼板与腹板装配
焊缝焊接
热处理和矫正
无损探伤
不合格返修
肋板装配
肋板焊接
端部尺寸加工
总装配
刷油喷砂
成品检验
焊接
【肋板加工】
钢板复检—预处理－下料—去毛刺－矫平－修磨表面－打件号
【翼板加工】
钢板复检—预处理－下料—去毛刺－矫平－修磨表面－打件号
【腹板加工】
钢板复检—预处理－下料—去毛刺－矫平－修磨表面－打件号
图2-1工字梁生产工艺流程图
3钢板预处理
3.1复检
梁材质为Q345B钢，所用钢材必须有材质证明书或材料代用通知单。
重检料单，包括重检成分、力学性能、尺寸等。
3.2钢材的表面预处理
采用机械或化学的方法对型材的表面进行清理称为预处理。
由于钢材表面的油污、锈蚀和氧化皮等都会影响产品的质量。
因此，在进行材料划线、下料之前必须先进行表面预处理。
常用的预处理方法有机械除锈和化学除锈；机械除锈常用的方法主要有喷砂、喷丸与抛丸。
这里我们采用喷丸除锈，其除锈等级应达到GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀和除锈等级》中的Sa2级：
Sa2级彻底的喷砂除锈表面应无可见的油脂、污物、氧化皮、铁锈、油漆涂层和杂质基本清除，残留物应附着牢固。
3.3钢板的矫正
矫正（又称为矫形）就是使钢板或工件在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、表面不平等变形，从而获得正确形状的过程。
对钢材进行的矫平和矫直统称为矫正。
矫正是焊接结构生产过程中加工工艺内容之一，但是对每一个工件或制品来说，是否需要矫正及矫正的次数多少，将依钢材及工件的变形程度和工艺要求而定。
3.4钢板规格选择
钢材进厂前可能会因运输等原因造成缘损伤，应切去边缘30mm，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），腹板、翼板总长度25000,。
焊接工艺制定要避免最大应力处存在焊缝，腹板和翼板的焊缝不能在同一垂直平面内。
母材为Q345B钢，买料时的钢板尺寸如下表3-1所示。
表3-1购买钢板规格
Q345B钢
长/mm
宽/mm
厚/mm
数量/块
翼板1
10200
1400
22
2
翼板2
5200
1400
22
1
腹板1
10200
1600
16
2
腹板2
5200
1600
16
1
肋板
1800
700
10
36
3.5划线、下料
划线下料时要考虑加工过程中的加工余量、收缩量（切割和边缘加工分别为3mm）和肋板引起的收缩量0.6，下料工艺为：
翼板1：
长10000+3+3+10000×6/1000+0.6×18=10077
宽1300+3+3=1306
翼板2：
长5000+3+3+5000×6/1000+0.6×18=5047
宽1300+3+3=1306
腹板1：
长10000+3+3+10000×6/1000+0.6×18=10077
宽1756+3+3=1762
腹板2：
长5000+3+3+5000×6/1000+0.6×18=5047
宽1756+3+3=1762
肋板：
长1706+3+3=1712
宽592+3+3=598
翼板1×2、翼板2×1，腹板1×2、腹板2×1，肋板×36
3.6坡口形式
坡口加工前，应仔细清除切割金属表面的铁锈、尘垢和油污。
坡口形式如图3-1所示
图3-1腹板和腹板拼接的坡口形式
腹板坡口加工参数为：
δ=16mm，坡口角度α=（60±3）°，钝边尺寸p=（8±1）mm。
翼缘板坡口加工参数为：
δ=24mm，坡口角度α=（60±3）°，钝边尺寸p=（10±1）mm。
图3-2腹板与翼缘板焊接的坡口形式
坡口加工参数：
δ1=22mm，δ=16mm，β=（50±2）°，β1=（50±2）°，p=（4±1）mm。
4.1下料方法及设备
4.1.1下料采用半自动火焰切割
气割是利用气体火焰的热能将工件切割处金属预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使预热处金属燃烧并放出热量实现切割的方法。
钢材的切割是利用气体火焰（称预热火焰）将钢材表面加热到能够在氧气流中燃烧的温度（即燃点），然后送进高纯度、高流速的切割氧，使钢中的铁在氧氛围中燃烧生成氧化铁熔渣，同时放出大量的热。
借助这些燃烧热和熔渣不断加热钢材的下层和切口前缘，使之也达到燃点，直到工件的底部。
与此同时，切割氧流把氧化铁熔渣吹掉，从而形成切口将钢材切割开。
气割的必要条件：
①燃点要低于熔点。
②金属氧化物的熔点要低于金属熔点。
③燃烧反是放热反应。
④导热性能不应太高。
⑤阻碍切割过程的杂质要少。
4.1.2CG1-30型半自动火焰切割设备
CG1-30型半自动火焰切割机特点：
①机身采用高强度铝锭材料、精密压铸制成。
②使用乙块+氧气作为切割气体，切口小，表面光滑、整齐，避免二次加工。
③调
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