金属工艺学 大作业1 1.docx

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金属工艺学大作业11

金属工艺学大作业

项目：

论述工业厂房钢吊车梁的加工工艺过程

专业：

冶金工程

班级：

班

姓名:

学号:

0945562130

完成时间：

2018年9月26日

详细论述工业厂房钢吊车梁的加工工艺过程。

钢梁的尺寸如图所示（长度5000mm;高度400mm;宽度400mm），材质为Q235B（学号单数）和Q345（16Mn）（学号双数）

1、材料的化学成分表、力学性能；

2、画出该成分材料在Fe-C平衡相图中的位置，并描述在缓慢冷却条件下，该成分材料的结晶过程和室温组织；

3、加工工艺过程包括：

从冶炼出来的钢水进行连续铸造（熔炼、浇铸温度、连续铸造、铸坯）；由铸坯热轧成板材（铸坯加热、粗轧、精轧至所需板厚）；板材进行焊接加工后成为钢梁（板材剪裁、翼缘版和腹板（拼接）、点焊固定、工字梁焊接、加筋板焊接）。

1、Q235-Q345B碳素结构钢管化学成分表

Q235-B（镇定钢在冶炼的后期用锰铁，硅铁和铝进行了充分的脱氧，钢水在锭模内平静的凝固，它的化学成分均匀，组织致密，质量高，但有缩孔;Q235B须作室温冲击试验，用V型缺口试样）

化学成分:

组成元素比例（%）：

碳C:

0.12～0.20；锰Mn：

0.30～0.70；磷P：

≤0.045；硫S：

≤0.045；硅Si：

≤0.30；力学性能：

屈服极限~235Mpa；强度极限~380Mpa；

塑性指标：

断面收缩率25%~30%；伸长率~60%；

2、该成分材料在Fe-C平衡相图中的位置：

两直线之间

缓慢冷却条件下，该成分材料的结晶过程和室温组织：

当合金冷却到1点以后，开始从钢液中结晶出奥氏体，直到2点全部结晶成奥氏体。

当合金继续冷却到GS线上的3点之前，不发生组织变化。

当温度继续降低到3点以后，将由奥氏体逐渐析出铁素体。

由于铁素体的含碳量很低，致使剩余奥氏体的含碳量沿着GS线增加。

当温度下降到4点时，剩余奥氏体的含碳量已增加到S点的对应成分，即共析成分。

到达共析温度4点后，剩余奥氏体因发生共析反应转变成珠光体，而已析出的铁素体不再发生变化。

4点以下其组织不变。

因此，Q235B的室温组织由铁素体和珠光体构成。

加工工艺过程:

从冶炼出来的钢水进行连续铸造（熔炼、浇铸温度、连续铸造、铸坯）:

熔炼过程：

转炉炼钢法这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。

把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。

在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。

因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。

 转炉炼钢是在转炉里进行。

转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。

开始时，转炉处于水平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。

这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化（FeO,SiO2,MnO,）生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。

几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。

炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。

最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。

磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。

当磷于硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。

这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。

整个过程只需15分钟左右。

如果空气是从炉低吹入，那就是低吹转炉。

钢铁的冶炼是在熔化的状态下，对其由在成分含量进行提纯和调整的过程。

通过对炉内钢水进行控制温度、排除杂质、调整成分等过程的操作，使之达到冶炼所需要的范围。

在达到这个范围时，方可出钢进行浇注.

钢水浇注中，冷却凝固的过程，也是影响钢铁产品内在质量的重要环节，浇注时，冷却速度直接决定了钢铁材料的内在纯净程度。

钢水的凝固过程也是杂质再次上浮排除的过程。

如果凝固时间短，钢水中杂质得不到充分上浮而滞留在钢基体中，必然会降低钢材内在质量而影响性能。

杂质含量过多则会聚集在钢铁材料的晶界处，可明显降低钢材的强度和韧性。

因此，排除钢水中的杂质是冶炼和浇注过程的重要任务之一。

调整成分是通过冶炼中的操作，使钢水中的合金元素达到标准要求的范围，保证钢材力学性能的重要步骤。

浇铸温度：

一般情况下，浇铸温度越高，合金的流动性越好，易获得形状完整、轮廓清晰的铸件。

但浇铸温度越高，合金的液态收缩越大，易出现缩孔和缩松。

为保证铸件质量，应在保证合金流动性的前提下，尽可能地降低浇铸温度。

所谓“高温出炉，低温浇铸”，指的是，合金液出炉后，放置一段时间，等温度降低到一定温度，再进行浇铸。

碳素铸钢的浇铸温度一般是1610℃

连续铸造：

将熔融的钢水不断浇入一个或几个用强制水冷带有“活底”的铜模内，钢水

很快与铜模凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度的坯壳后，就从铜模的下端拉出“活底”，这样已凝固成一定厚度的铸坯就会连续地从水冷结晶器内被拉出来，在二次冷却去继续喷水冷却。

带有液芯的铸坯，一边走一边凝固，直到完全凝固。

待铸坯凝固后，用氧气切割机或剪切机把铸坯切成长为5000mm,宽为400mm,厚度为15mm的钢坯。

由铸坯热轧成板材（铸坯加热、粗轧、精轧至所需板厚）

铸坯加热：

厚板坯压制成薄产品，需要把板坯加热到1200度的高温。

这时使用的设备就是加热炉。

加热炉

在加热炉上长时间加热板坯时，产品表面会产生氧化铁皮。

在有氧化铁皮的状态下制作产品时，会降低产品的品质，所以必须用除鳞机上的高压水除去表面的氧化铁皮。

粗轧：

粗轧是把钢坯的厚度轧压成适合于细轧过程厚度的过程。

粗轧机

精轧：

把经过粗轧后的板坯，连续轧延成厚度为10mm的钢板。

（上图为精轧机）

热平整过程是把经过轧机的产品表面铺展地更加均匀的过程。

经过轧制过程的产品中，偶尔会出现表面不平整的产品。

表面不平整会降低产品的品质，所以需要把产品的表面平坦化。

板坯通过热平整机的温度约为550∼800℃

热平整机

测量产品厚度，宽度，长度的自动测量设备。

将产品内部的瑕疵，Crack（裂痕）等，用超声波检测的过程。

超声检测

吊车梁焊接：

产品结构实腹式吊车梁,冀板厚10mm.腹板厚8mm,梁长5000mm,高度为400mm,宽度400mm，梁的材质为Q235B。

钢吊车梁的单元划分

由于钢梁的板厚，长度大，部件数量多，但尺寸统一，适合大批量板件进行流水线生产。

确定其板件尺寸，绘制排版图，进行钢板定尺，统一下料，大大减少损耗量，工作工期，提高了流水线工作胎架的利用率，工位数也降低了。

我们把吊车梁划分为5个单元，上、下翼板单元，腹板单元，支座板单元，加筋板单元。

单元制造流水线

钢吊车梁分解后的单元件按类型设置生产流水线，单元件制造工序为：

材料预处理——划线——下料——拼接——焊接——矫正——存放。

单元件制造中的应用技术

火焰半自动切割及无余量下料

单元件的零件在火焰切割机上切割时，将焊接收缩量及切割缝量等要考虑到，使切割好的零件制作成后无余量成品。

切割几何尺寸=施工图几何尺寸+焊接收缩量+切割缝余量，无余量下料就是将零件一次下料后，经过单元件装焊矫正后，到钢梁拼装施工焊后，其零件经过多次冷热处理，最终零件尺寸的变化正好是施工完后的所需尺寸，这样零件不需二次切割加工，既节约钢材又节省大量劳动力。

无余量下料切割尺寸的确定使用倒推法，首先确定钢梁完工后，所需零件尺寸，再加上钢梁上、下翼板的对接拼板施焊的收缩量，拼装成H型梁施焊的收缩量，单元件的切割余量，即为无余量下料的切割尺寸。

这些收缩变化量要经过大量的模拟式试验数据，实践操作累计分析得到。

一般情况下，火焰自动切割余量为1~2mm，钢板厚L>20mm时，使用自动切割割嘴型号2#氧气气体压力0.16~0.41Mpa，乙炔气压力0.02Mpa,气割速度在250~380mm/min,而H型钢的组对焊接，与筋板的多少，翼、腹板的厚度等情况而定，如某条天车梁48mm的翼板，28mm腹板，筋板为共10对20块，经过试验与实践操作，焊接收缩余量在10mm~15mm左右。

断面高h=1200mm>1000mm,四条纵焊缝每米共缩0.2mm,焊透梁高收缩1.0mm,每对加劲焊缝。

梁的长度收缩0.5mm,收缩量L=0.2*24.5+1.0+0.5*10。

装配元件

钢吊车梁制作易变形，制作变形分两种情况：

一是下料、组对、堆放不合理造成的变形，二是焊接工艺不合理造成的应力变形，变形的形式主要有上、下翼板弯曲变形（侧弯）上拱、下拱变形，扭曲变形三种，变形的因素：

腹板因下料边缘不齐和组对不平整会造成上拱、下拱变形。

因火焰切割下料，翼板两边切割受热的时间和温度差异，以及焊接顺序，焊缝的高度、宽度不同而造成侧弯变形，梁翻转、固定，支垫不合理造成的扭曲变形。

根据以上变形情况制定反变形焊接、胎具组对等措施：

首先合理下料

几何尺寸（包括焊接收缩余量，切割余量）长度偏差不大于±3mm，上、下翼板的不直度不大于±5mm，腹板上、下边缘不直度不大于±5mm，高度不大于±2mm，部件划线精度控制在2mm，对角线不大于3mm,火焰切割割纹深不大于1mm，所有划线和下料后及组对前必须进行尺寸复核，并做必要休整，确保组对的精确度。

经过实验操作，假设以腹板与翼板垂直90°焊接，焊后翼板与腹板的角度a=98°，取a=91°、93°、95°、97°、98°，a1为焊后角度取最大值，

如下表所示：

H型钢如图1进行组对，矫正后在平台上进行筋板与端板的组对，操作平台要求水平度精确，严格掌握焊接顺序是吊车梁变形控制的关键，整个吊车梁的焊接顺序是：

端头重点段焊——筋板与上、下翼板、腹板的角焊。

吊车梁的起拱Ｌ≤18m，吊车梁不要求具体起拱数值，但制作时应采用合适的焊接顺序，使吊车梁产生向上的上拱趋势。

因≤18m吊车梁腹板与上翼缘采用K型焊缝，腹板与下翼缘采用角焊缝，因此，先焊腹板与上翼缘焊缝，再焊下翼缘与腹板的角焊，自然起拱。

L>18m的吊车梁采用1/1000跨度起拱，在自动切割下料时，按计算得的起

拱数值划线切割，焊接顺序与L≤18m以下的吊车梁一样。

吊车梁的对接焊缝按照一级焊缝质量标准，其余焊缝按二级焊缝质量标准。

端头板焊是由中间向两端跳焊，如图4是端头板立缝和横缝焊接顺序示意筋板与腹板焊接顺序如图5。

筋板采用围焊缝如图6：

起弧与落弧的尺寸L>10mm。

翼板拼接焊缝一定要避开跨中1/3跨度范围，翼板与腹板的拼接焊缝及加筋板三者之间不能设置在同一截面

上，应相互错开200m以上。

吊车梁的上、下翼板或腹板制作时不得焊接临时固定件，并不得在母材上引弧和打火。

吊车梁的支座加筋板的上、下端应刨平顶紧。

在与梁连接时必须保证支座加筋板与腹板的垂直度和支座加筋板下端刨平的小平度。

吊车梁横向加筋板的上端应与上翼缘刨平顶紧，后焊接。

吊车梁上下翼缘板的拼接位置宜设在距支座三分之一梁跨度的范围内。

上下翼缘板及腹板的拼接，应采用加引弧板（其厚度和坡口与主材相同）的对接焊缝，并保证焊透。

三者的对接焊缝不应设置在同一截面上（上下翼缘板的拼接位置也不能在同一断面上），应相互错开200mm以上，与加劲肋亦应错开200mm以上（普通梁柱构件也需满足）。

对于起重量大于等于32吨的吊车梁下翼缘板的拼接焊缝质量为一级，其余拼接焊缝质量为二级。

对于起重量大于等于50吨中级工作制的吊车梁上翼缘板与腹板的T形连接焊缝应予以焊透，焊缝的质量为二级。

其余T形连接焊缝可采用双面角焊缝，焊缝高度满足施工图纸的要求。

吊车梁上、下翼缘与腹板的连接焊缝，应采用自动焊或半自动焊接。

翼缘板、腹板对接焊缝的坡口形式，腹板与上翼缘板T形连接焊缝的坡口形式应根据板厚和施工条件按《手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》GB/T985-1988。

吊车梁的角焊缝表面，应做成直线形或凹形，焊接中应避免咬肉和弧坑等缺陷，焊接加劲肋的直角焊缝的始末端，应采用回焊等措施避免弧坑，回焊长度不小于三倍直角焊缝焊角尺寸。

跨中1/3范围内的加劲肋靠近下翼缘的直角焊缝末端，必须避免弧坑与咬肉情况发生。

吊车梁上翼缘板对接焊缝的上表面，下翼缘板对接焊缝的上下表面及所有引弧板割去处，均应用机械加工，一般可用砂轮修磨使之与主体金属平整。

吊车梁支座加劲肋的下端应刨平，在与梁焊接时，必须保证加劲肋与腹板的垂直度和加劲肋下端刨平的水平度。

平板式支座（下翼缘板伸过支座中心）的加劲肋上、下端应刨平与翼缘板顶紧后焊接；梁下支座处的窄垫板应与下翼缘板夹紧后焊接。

边列制动梁槽钢的工厂拼接，可采用钢板搭接拼接，焊缝与拼接板必须与槽钢等强度；槽钢的工厂拼接亦可采用对接焊缝拼接，焊缝的坡口形式按第2.4条要求出来，必须焊透槽钢的全厚度，焊缝质量等级为二级。

其它部分要求：

对接接头、T型接头和要求全熔透的角部焊缝，应在焊缝两端配置引弧板，其材质应与焊件相同。

手工焊引板长度不应小于60mm，埋弧自动焊引板长度不应小于150mm，引焊到引板上的焊缝长度不得小于引板长度的2/3（高钢规）。

如合缝板翼缘与合缝板等宽时。

制作时不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝，同时焊缝的布置应可能对称于构件形心轴。

焊缝在施焊后，由于冷却引起了收缩应力，施焊的焊脚尺寸愈大，则收缩应力愈大，故尺寸不要过分加大。

对接焊缝的坡口形式，宜根据板厚和施工条件按有关现行国家标准的要求选用。

（如《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002））

在对接焊缝的气拼接处，当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1：

2.5的斜角（动力荷载时为1：

4）；当厚度不同时，焊缝坡口形式应根据较薄焊件厚度，宜根据板厚和施工条件按有关现行国家标准的要求选用。

所有围焊的转角处必须连续施焊。

构件（如柱脚）加肋板不能减小，焊缝也必须严格保证。

靴梁柱脚的锚栓垫板也须严格按要求制作（长度、厚度）。

角焊缝有焊脚高度有最大、最小要求，长度有最短、最长的要求。

焊接设备：

埋弧焊机、手工电弧焊机

埋弧焊机手工电弧焊机

焊接顺序：

先焊腹板与翼板联接处，焊接时上下四块筋板一上一下对称焊接。

再焊翼板联接处。