35t32m桥式起重机主梁的焊接工艺设计解析.docx
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35t32m桥式起重机主梁的焊接工艺设计解析
成绩评定表
学生姓名
班级学号
专业
课程设计题目
35t×32m桥式起重机主梁的焊接工艺设计
评
语
组长签字：
成绩
日期
20年月日
课程设计任务书
学院
专业
学生姓名
班级学号
课程设计题目
35吨桥式起重机主梁的焊接工艺设计
实践教学要求与任务:
桥式起重机主梁设计
主要已知参数：
工作级别A5，起重量35吨，跨度32米，所用钢材Q235，起升高度9m，起升速度6m/min
工作计划与进度安排:
1.查阅文献资料，熟悉焊接工艺设计的思路。
2.初步了解起重机主梁的工艺制作，提出可行方案。
3.根据相关资料，设计桥式起重机的焊接工艺。
4.编写说明书。
5.答辩。
指导教师：
201年月日
专业负责人：
201年月日
学院教学副院长：
201年月日
1焊接性分析………………………………………………………………………4
2焊接结构制造工艺概述…………………………………………………………5
2.1材料的检验………………………………………………………………5
2.2金属结构材料的预处理…………………………………………………5
2.3切割下料…………………………………………………………………5
2.3.1备料………………………………………………………………5
2.3.2下料………………………………………………………………6
2.4焊接方法及其焊接设备的选择…………………………………………6
2.4.1焊接方法…………………………………………………………6
2.4.2工艺参数的选择…………………………………………………8
2.4.3焊接设备的选择…………………………………………………13
3装配与焊接………………………………………………………………………14
3.1焊接-装配顺序…………………………………………………………14
3.2上下盖板、腹板、劲板的拼接注意事项………………………………14
3.3上下盖板、腹板、劲板的装备注意事项………………………………15
3.4主梁组装…………………………………………………………………16
3.5主梁内部焊缝的焊接……………………………………………………16
4焊后处理工作与检验……………………………………………………………17
4.1焊后热处理………………………………………………………………17
4.2焊件的质量检查…………………………………………………………17
4.2.1焊接接头的无损检测…………………………………………17
4.2.2产品焊接试板的力学性能检验………………………………17
4.3焊接结构的涂装…………………………………………………………17
结束语………………………………………………………………………………18
参考文献……………………………………………………………………………19
焊接工艺卡…………………………………………………………………………20
1焊接性分析
梁的材质是Q235钢板，主体结构焊接完成后，加筋板焊后安装。
235B级钢板的化学成份及力学性能
化学成分%
力学性能（不低于）
C
Mn
Si
S
P
抗拉强度MPa
屈服强度
MPa
伸长率
%
0.12～0.2
0.30～0.7
≤0.30
≤0.045
≤0.045
375～460
≥235
≥26
Q235B级钢通过碳当量公式：
CE＝C﹢Mn/6+Gr+Mo+V/5+Ni+Cu/15﹪＝0.14+0.3/6＝0.19%
所以Q235B的焊接性非常好。
是我国应用最广泛的低合金结构钢。
该结构箱型梁所用Q235B级钢的含碳量为0.19﹪，含碳量较低，仅从碳的方面考虑未影响焊接性，因此不予考虑。
另一个合金元素锰的含量不高，从碳当量来看，也不具有明显的淬硬倾向，不会增加产生冷裂纹的可能性。
由于该钢硫磷含量较低，不予考虑热裂纹的问题。
低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。
2焊接结构制造工艺概述
焊接结构制造工艺取决于产品的结构形式。
从原材料进厂复检入库到产品最终检验合格入库，其基本的加工工艺有：
钢材校正、钢材的表面预处理、按图划线剪切或数控切割机下料、冲压、成形、坡口加工、部件装配焊接、变形校正、机械加工、总装焊接、热处理、无损检测、最终耐压、气密性及性能试验、成品后处理、涂装、包装入库等。
2.1材料的检验
制造焊接结构用材料包括：
①金属结构材料，如各种钢材，耐蚀耐热合金，有色金属及其合金；又分板材、型材和管材。
②焊接材料，品种有焊条、实心焊丝、药剂焊丝、焊带及合金粉末、钎料和焊剂等。
③辅助材料，有燃气、保护气体、脱脂清洗剂等。
由于金属结构材料和焊接材料的化学成分和性能直接影响到焊接结构的运行特性和使用寿命，材料生产单位必须提供内容齐全的质量证明书，各项理化性能必须符合相应的国家标准或行业标准的规定。
对于制造受压部件和重要金属结构用材料，制造单位应按批进行理化性能的复检，确认材料各项性能指标符合相应标准要求后才能验收入库。
材料的验收项目应根据产品的设计要求而定，主要项目有材料炉批号、型号、牌号、化学成分、力学性能、耐蚀性、高温或低温韧性等。
对于首次应用的结构材料还应按相应的标准进行金属的焊接性试验和焊接工艺评定试验。
2.2金属结构材料的预处理
金属结构材料的预处理主要是指钢材的预处理，即将钢材在使用前进行矫正和表面清理。
钢材在吊装、运输和存放过程中如不严格遵守有关的操作规程，往往会产生各种变形，如整体弯曲、局部弯曲、波浪形挠曲等，不能直接用于生产而必须加于矫正。
钢板和型钢的局部弯曲通常采用火焰矫正法矫正。
加热温度一般不应超过钢材的回火温度。
加热后可在空气中冷却或喷水冷却。
钢材表面的氧化物、铁锈及油污对焊缝的质量会产生不利的影响，焊前必须将其清除。
清理方法有机械法和化学法两种。
机械清理法包括喷砂、喷丸、砂轮修磨和钢丝轮打磨等。
其中喷丸的效果较好，在钢板预处理连续生产线中大多采用喷丸清理工艺。
2.3切割下料
焊件毛坯的切割下料是保证结构尺寸精度的重要工序，应严格控制。
钢材可以采用剪床剪切下料或采用热切割方法切割号料。
常用的热切割方法有火焰切割、等离子弧切割和激光切割。
激光切割多半用于薄板的精密切割。
等离子弧切割主要用于不锈钢及有色金属的切割，空气等离子弧切割由于成本低亦用于碳钢的切割。
水下等离子弧切割用于薄板的下料，具有切割精度高且无切割变形的优点。
这里主要用自动火焰切割。
2.3.1备料
1、盖板（δ=14mm）
（1）对已选定的Q235钢板进行校平到喷丸等预处理；
（2）切割：
选用市场上规格为14mm×6000mm的材料，按照要求切割。
（3）开坡口：
板厚为14mm时，根据《气体保护焊工艺及应用》选用二氧化碳气体保护焊需要开坡口。
即单边V形坡口。
（4）采用二氧化碳气体保护焊对板材进行拼接（对接前先将各板材点固焊住，或采用夹具固定均可；且可采用压具以防止波浪变形，两端使用引弧，收弧板）。
（5）预置拱度：
fs=L/1000=32000/1000=32mm以上fs为理论值，实际下料时，fs′=（2~3）fs，fs′=（64~96）mm
上盖板下料的加长量为：
2.5L/1000=2.5×32000/1000=80mm
下盖板下料的加长量为：
1.5L/1000=1.5×32000/1000=48mm
2、腹板（δ=6mm）
（1）对已选定的Q235钢板进行校平到喷丸预处理。
（2）切割：
选用市场上规格为6mm×6000mm的钢板，切去多余的部分，然后对材料进行精整（火焰切割）。
（3）开坡口：
板厚为6mm，根据《气体保护焊工艺及应用》表4.40选用二氧化碳气体保护焊需要开坡口。
即单边V形坡口。
（4）采用二氧化碳气体保护焊进行焊接。
（5）下料拱度：
fs=（1/1000~3/1000）L=（32~96）mm
3、大小劲板（δ=6mm）
按设计尺寸对板材进行切割，注意下料时合理组合尺寸，尽量减少板材的消耗。
2.3.2下料
采用自动火焰切割方法下料。
火焰切割是利用氧---燃气火焰（预热火焰）将钢材表面加热到起燃点，随后让钢中的铁元素与切割氧发生燃烧反应，生成氧化铁熔渣以及放出大量的热，燃烧反应热向钢材的下层和切口前缘传播，使之也达到燃点并继续与氧产生燃烧反应，在此同时，高速切割氧气流吹除熔渣形成切口而割开钢材。
采用高精度门式切割机。
切割时的注意事项：
（a）盖板下料。
将上、下盖板矫平后。
在对接长度方向上放400mm的工艺余量。
（b）腹板下料。
腹板矫平后，首先在长度方向拼接，然后左右两侧腹板对称切割．以防主梁两侧腹板尺寸不同．引起主梁的扭曲变形。
为使主梁有规定的上拱度，在腹板下料时必须有相应的上拱度，且上拱度应大于主梁的上拱度。
腹板下料时，需放1.5L／1000，即48mm的余量，并且在离中心200mm处不得有接头，为避免焊缝集中，上、下盖板与腹板的接头应错开，距离不小于200mm。
腹板下料后长度误差为10mm。
（c）、长短劲板下料。
主梁的长短劲板的宽度尺寸只能小不能大（1mm左右）。
长度尺寸可允许有一定的误差（±2mm以内）。
劲板的4个角应为90º，尤其是劲板与上盖板联接处的2个角更应严格保持直角，以使装配后主梁的腹板与上盖板垂直，同时主梁在长度方向上不会发生扭曲变形。
2.4焊接方法及其焊接设备的选择
2.4.1焊接方法
Q235B级的钢焊接性良好，因此常用的焊接方法都可以使用，但根据设计要求和提高产率等方面考虑，同时从焊接质量方面考虑，本结构采用二氧化碳气体保护焊和埋弧自动焊焊接。
一、二氧化碳气体保护焊
二氧化碳气体保护焊是焊接方法中的一种，是以二氧化碳作为保护气体的熔化极电弧焊方法。
在应用方面操作简单，适合自动焊接和全方位焊接。
在焊接时不能在有风的环境下工作，适合室内作业。
它成本低，二氧化碳气体易生产，广泛应用于各大小企业。
二氧化碳气体保护焊的优点：
1.焊接成本低。
二氧化碳气体及焊丝价格便宜，焊接能耗低；其成本只有埋弧焊、焊条电弧焊的30～50%。
2.生产效率高。
二氧化碳气体保护焊采用细丝焊接时，焊接电流密度大，电弧热量集中，熔透能力强，熔敷速度快，且焊后无需进行清渣处理，其生产率是手工电弧焊的2～5倍。
3.操作简便。
明弧，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而且可以向下焊接。
4.焊缝抗裂性能高。
抗锈能力强，焊缝低氢且含氮量也较少。
5.焊后变形较小。
角变形为千分之五，不平度只有千分之三。
6.焊接飞溅小。
当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝，或在CO2中加入Ar，都可以降低焊接飞溅。
二、埋弧焊
埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。
它利用在焊剂层下燃烧的电弧热量，熔化焊丝、焊剂和母材金属而形成焊缝。
其中颗粒状焊剂对电弧和焊接区起保护作用，填充金属可采用实心焊丝或药芯焊丝。
可以焊接焊接结构中应用的绝大多数的钢材。
埋弧焊已在锅炉、压力容器、管道、钢结构、船舶和重型机械等制造行业中得到普遍的应用。
埋弧焊的优点：
1、埋弧焊是一种高效优质的焊接方法。
埋弧焊时焊丝的熔敷率明显提高，且具有深熔能力。
2、节省焊接材料。
对于中、薄板对接接头，可以采用直边对接，无需加工坡口；较厚钢板的焊缝可用火焰切割的方法制备坡口。
接缝装配间隙的容差较大。
3、焊缝质量稳定。
埋弧焊时，电弧及焊接区受到良好的保护，焊缝的致密性好质量优良，且焊缝外观平整光滑，焊道成形易于控制。
利用焊丝熔化金属与焊渣的冶金反应，能焊制满足各种性能要求的焊缝。
4、劳动条件好。
埋弧焊过程无弧光辐射、烟尘少、无飞溅，易于实现焊接操作的机械化和自动化，大大降低了焊工的劳动强度。
埋弧焊的缺点：
1、接头的装配要求较高。
2、只能平焊位置焊接。
3、不易观察焊池。
埋弧焊工艺：
焊前准备：
埋弧焊在焊接前必须做好准备工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的装配以及焊丝表面的清理、焊剂的烘干等。
埋弧焊的焊接参数主要有：
焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径和伸出长度等。
2.4.2工艺参数的选择
1、主梁上、下盖板的对接
坡口形式：
主梁上、下盖板采用平板对接，接头开坡口，如下图2.1所示
图2.1主梁上、下盖板的对接
焊接工艺：
上、下盖板的对接采用二氧化碳气体保护焊焊接，根据《气体保护焊工艺及应用》P107表4.35，得：
焊丝直径为2mm，焊接电流300～320A，焊接电压30～34V，焊接速度20～24m／h，气体流量20L／min，焊接层数3～4层；由《气体保护焊工艺及应用》P112表4.41得焊丝牌号H08Mn2Si。
表4.35
钢板厚度／mm
焊丝直径／mm
坡口形式
焊接电流／A
焊接电压／V
焊接速度／
气体流量
焊接层数
3～5
1.6
平板对接
140～180
23.5～24.5
20～26
15
----
180～300
28～30
20～22
24
1～2层
6～8
2.0
平板对接
280～300
29～30
25～30
16～18
1～2层
8～12
2.0
平板对接
280～300
28～30
16～20
18～20
2～3
16
1.6
对接接头﹙60ºV型坡口﹚
320～350
34～36
24
～20
---
表4.41
焊丝牌号
焊丝金属化学成分／％
接头抗拉强度／MPa
C
Si
Mn
S
P
H10MnSi
0.12
0.55
0.84
0.010
0.025
506～509（507.6）
H08Mn2Si
0.08
0.57
1.33
0.010
0.017
503～508（506）
H08Mn2SiA
0.09
0.57
1.36
0.010
0.017
503～507（504）
2、腹板的对接
坡口形式：
腹板采用对接，接头开破口，如下图2.2所示
图2.2腹板的对接
焊接工艺：
腹板的对接采用二氧化碳气体保护焊焊接，根据《气体保护焊工艺及应用》P111表4.40，得：
焊丝直径为2mm，焊接电流280～300A，焊接电压28～30V，焊接速度18～22m／h，气体流量16～18L／min，焊接层数1～2层；由《气体保护焊工艺及应用》P112表4.41得焊丝牌号H08Mn2Si。
表4.40
板厚／mm
焊丝直径／mm
坡口形式／mm
焊接电流／A
焊接电压／V
焊接速度／
气体流量
备注
3～5
1.6
间隙1.6～2.0
140～180
23.5～24.5
20～26
14～16
自动焊或半自动焊焊接层数1～2
6～8
2.0
间隙1.8～2.2
280～300
28～30
25～30
16～18
2.0
单边V形坡口
280～300
28～30
18～22
16～18
3、劲板的对接
坡口形式：
劲板采用对接，接头开破口，如下图2.3所示
图2.3劲板的对接
焊接工艺：
劲板的对接采用二氧化碳气体保护焊焊接，根据《气体保护焊工艺及应用》P111表4.40，得：
焊丝直径为2mm，焊接电流280～300A，焊接电压28～30V，焊接速度18～22m／h，气体流量16～18L／min，焊接层数1～2层；由《气体保护焊工艺及应用》P112表4.41得焊丝牌号H08Mn2Si。
4、盖板与劲板的焊接
坡口形式：
上盖板与劲板采用角接，接头开坡口，如下图2.4所示
图2.4盖板与劲板的对接
焊接工艺：
上盖板与劲板的焊接采用二氧化碳气体保护焊焊接，根据《气体保护焊工艺及应用》P111表4.40，得：
焊丝直径为2mm，焊接电流280～300A，焊接电压28～30V，焊接速度18～22m／h，气体流量16～18L／min，焊接层数1～2层；由《气体保护焊工艺及应用》P112表4.41得焊丝牌号H08Mn2Si。
5、腹板与劲板的焊接
坡口形式：
腹板与劲板采用角接，接头开坡口，如下图2.5所示
图2.5腹板与劲板的焊接
焊接工艺：
腹板与劲板的焊接采用二氧化碳气体保护焊焊接，根据《气体保护焊工艺及应用》P111表4.40，得：
焊丝直径为2mm，焊接电流280～300A，焊接电压28～30V，焊接速度18～22m／h，气体流量16～18L／min，焊接层数1～2层；由《气体保护焊工艺及应用》P112表4.41得焊丝牌号H08Mn2Si。
6、盖板与腹板的焊接
坡口形式：
盖板与腹板采用角接，接头开坡口，如下图2.6所示
图2.6盖板与腹板的焊接
焊接工艺：
盖板与腹板的焊接采用埋弧焊（单面焊双缝成形）焊接，根据《焊接工艺设计与实例分析》P149表4-7得：
焊丝直径4.0mm，焊接电流600～650A，电弧电压28～30V，焊接速度38～40m／h；根据《电弧焊方法及设备》P101表5.4，得：
焊剂牌号HJ431，配用焊丝H08MnA。
表4-7
焊件厚度／mm
焊丝直径／mm
焊接电流／A
电弧电压／V
焊接速度／（m／h）
5
4.0
500～550
28～30
40～46
6
4.0
600～650
28～30
38～40
7
4.0
650～700
30～32
36～38
表5.4
焊剂型号
成分类型
适用电流种类
用前烘干温度
用途
配用焊丝
HJ130
无Mn高Si低F
交直流
2×250
低碳钢、低合金钢
H10Mn2
HJ131
无Mn高Si低F
交直流
2×250
Ni合金
Ni基焊丝
HJ150
无Mn中Si中F
直流
2×250
轧辊堆焊
、
2.4.3焊接设备的选择
选择焊接设备时，应考虑到产品的焊接工艺及焊接技术所提出的要求，根据工件材料、板厚和焊接位置等提出具体焊接设备性能，如输出功率范围、电源的空载电压、电源的静特性、动特性、输出电流类型、焊接参数的调节范围和送丝速度范围等。
在购置设备时，应满足焊接现场的使用条件，如工作环境、水和电的供应条件，操作人员的技术素质等。
如果工件没有特殊要求，应尽量采用标准化设备。
只有在特殊情况下，才选用非标准设备。
另外，还应根据焊接产品的产量进行选择，如果是单件或小批量的产品，应选用多功能焊机；而如果是大量生产的产品，则应选择单一功能的设备。
总之应降低设备的成本和提高设备的利用率。
根据2.4.2工艺参数的选择与下列表格，选择出适合的焊机：
二氧化碳气体保护焊焊机选择NBC-350；
埋弧焊焊机选择MZ1-1000。
表4-3常用熔化极气体保护焊机型号、技术数据
产品名称
型号
电源电压/V
送丝速度范围／﹙m／min﹚
电流调节范围/A
额定工作电压/V
额定负载持续率／％
使用焊丝直径/mm
熔化极气体保护焊机
NBC-200
3-380
1.5～12.5
35～200
24
35～60
0.6～1.2
NBC-250
3-380
1.5～15
50～250
26.5
35～60
0.8～1.2
NBC-315
3-380
1.5～15
60～315
30
35～60
0.8～1.6
NBC-350
3-380
1.5～15
70～350
31.5
35～60
0.8～1.2
NBC-400
3-380
1.5～15
80～400
34
35～60
0.8～1.6
NBC-500
3-380
1.5～15
100～500
39
35～60
1.0～1.6
NBC-630
3-380
1.5～15
125～630
44
60～100
1.0～2.0
表4-3国产自动埋弧焊机主要技术数据
型号
NZA-100
MZ-100
MZ1-1000
MZ2-1000
MZ3-1000
送丝方式
变速送丝
变速送丝
等速送丝
等速送丝
等速送丝
焊接电流／A
200～1200
400～1200
200～1000
400～1500
180～600
焊丝直径／㎜
3～5
3～6
1.6～5
3～6
1.6～2
送丝速度﹙㎝／min﹚
50～600
50～200
87～672
47.5～375
180～700
焊接速度／﹙㎝／min﹚
3.5～130
25～117
26.7～210
22.5～187
16.7～108
焊接电流种类
直流
直流或交流
直流或交流
直流或交流
直流或交流
3装配与焊接
3.1焊接-装配顺序
为使主梁保持合理的上拱度．并有效地控制焊接变形，组装时采用预制上拱法。
1、先将上盖板矫平，然后将上盖板上所有的对接焊缝进行焊接。
2、在平台上制出与腹板一致的上拱度，并将焊后的上盖板调平．平铺在台上，并划出各板的安装位置线。
3、将一侧的腹板点固在上盖板上，注意保证腹板与上盖板的垂直度，并在腹板上划出各劲板的位置线。
4、在将另一侧腹板上划出各劲板的位置线后．与上盖板点固焊接在一起。
5、将长劲板与角钢按划好的位置线，分别与两腹板进行点固焊焊接在一起。
6、组对短劲板，组对后先焊接短劲板与两腹板的立缝，再焊接短劲板与上盖板的角焊缝。
7、焊接长劲板与两腹板的立缝，以及角钢与两腹板的角焊缝。
8、组装下盖板。
9、焊接上、下盖板与腹板间的四条焊缝。
3.2上下盖板、腹板、劲板的焊接注意事项
1、上盖板置于支撑平台上，并加压板固定。
在地上铺好已拼接好的上盖板，在两端加凸台，使其中间向下弯曲，弯曲程度等于预置的上拱度，即中点处向下挠L/1000。
2、装配焊接大劲板和小劲板
在制定的位置上焊接大小劲板，为保证其垂直度及位置的准确，需采用撑住固定或者点固焊对其位置固定。
为保证旁弯以防止受力时盖板过度向中心弯曲，应从大梁的中部向盖板边缘焊接，先焊劲板的一面，然后再焊另一面（避免结构翘曲）。
3、腹板与劲板的焊接
将腹板组立点焊于制定位置，由于腹板有预置上挠，装配时需要使盖板与之贴合严密。
（采用楔形垫片）
将点固好的梁旋转90°侧向放置，再对腹板与劲板之间进行焊接。
在焊接过程中，需注意事项：
a大劲板断续焊，小劲板连续焊。
b为方便施焊（由于间距较小），一般采用焊条手工焊或者二氧化碳气体保护焊。
c为保证要求的拱度与旁弯，两个焊接工人同时由大梁的中部开始将劲板焊上，先焊主腹板一侧，每条焊缝由外缘向盖板侧板，最好不立即从两面焊接劲板。
4、角钢的焊接
为了减小变形，从而需减少线能量的输入，角钢采用断续焊，且由于空间较小，采用CO2半自动焊。
5、装配下盖板及上盖板与腹板的焊接
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