焊接工艺设计说明书支架焊接结构设计.docx
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焊接工艺设计说明书支架焊接结构设计
第一章支架焊接结构设计概述
1.1支架焊接结构设计简介
1.1.1支架的结构组成及制造关键点
（1）组成
主要有底座、两侧支撑板、加强筋、圆筒体
（2）制造关键点
支架上各个焊缝的焊接。
1.1.2支架的简介及设计要求
（1）简介：
支架是用于支承轴的机构，支架以Ф30孔套在轴上，此支架既传递运动并保持其他零件工作方式和保持互相之间的正确位置。
（2）设计要求：
壁厚：
底座20mm、圆筒10mm、肋板12mm、两侧板20mm。
生产类型：
单件生产
1.2支架材料的选择
铸件HT150的化学成分如下：
C％:
3.2-3.8Si%：
2.1-2.7Mn%：
0.5-0.8P%：
〈2S%：
〈0.15
在HT150中，由于片状石墨的存在,使其抗拉强度和塑性大大低于钢材，但抗压强度和硬度均接近于钢材，属于中强度铸铁件，有一定机械强度和良好的减震性和消磨性，用于制造承受中等载荷的零件。
由以上叙述可知，如果将材料为HT150的铸造支架改为焊接结构，可采用物理性能和力学性能与HT150铸件相似的材料，并且具有良好的焊接性能。
支架是一种全焊结构，支架材料作为一种支撑轴的结构材料，应具有一定的抗压强度、减震性和消磨性。
其次材料应具有良好的焊接性能。
1.2.1支架材料的性能要求
（1）对强度性能的要求
由于支架是承受中等载荷的零件，因此采用屈服强度约大于150MPa的碳素结构钢，即可满足支架材料对强度性能的要求。
（2）对支架材料化学成分的要求
由于碳素结构钢的性能主要取决于钢的含碳量及显微组织。
在退火和热轧状态下，随含碳量的增加，刚的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降，焊接性变差，所以选择支架材料应限制含碳量，所以选用低碳钢较为合适。
1.2.2材料的确定
综上所述，在支架用原材料中，选择普通碳素结构钢中的低碳钢，其中Q235、Q255、Q275均能满足强度、硬度、减震性和消磨性以及焊接性等要求，但支架材料只需承受中等强度载荷，而Q275常用于制造强度要求高的零件，Q235和Q255均满足作为承受中等强度载荷的零件材料，因此，选择Q235的钢板作为支架底座、两侧板、加强筋的原材料，选材料为Q235的壁厚为10mm的钢带为圆筒体的原材料。
底座以及两侧板用厚度为20mm的钢板，加强筋用厚度为12mm的钢板。
第二章支架焊接工艺设计
2.1确定焊缝的位置
如下图所示，图1为支架的示意图，图2为支架的焊缝位置示意图。
图1支架示意图
图2支架焊缝位置示意图
2.2焊接接头形式的设计
在此支架结构中，焊接接头的形式有两种，对接接头和角接接头。
2.2.1焊接接头的选择
（1）底板与两侧板之间的连接应采用全焊透的单面角接接头，如图3所示。
图3底板与侧板之间的角接头
（2）两侧板与圆筒形结构之间的连接应采用单面焊T形接头，如图4所示。
图4侧板与圆筒体之间的角接头
（2）加强筋与两侧板之间的连接应采用双面焊缝的T型接头，如图5所示。
图5肋板与侧板之间的角接头
（3）加强筋与底板之间的连接应采用双面焊缝的T型接头，如图6所示。
图6肋板与底板之间的角接头
（4）加强筋与圆筒形结构之间的连接应采用双面焊缝的T型接头，如图7所示。
图7肋板与圆筒体之间的角接头
（5）圆筒体上的纵焊缝应采用对接接头，如图8所示。
图8圆筒体上的对接接头
2.2.2坡口的设计
由于底板与两侧板的板厚均为20mm，属于中厚板；圆筒形结构壁厚为10mm，属于薄板；加强筋板厚为12mm，也属于薄板。
（1）若采用I形坡口，如果预留间隙过小，则出现未焊透；预留间隙过大，
则容易焊穿，装配间隙要求精度严格，难以控制。
（2）若采用U形坡口，坡口制备困难，成本高；
（3）若采用单面V形坡口，并留有一定间隙，焊接过程中金属填充量少，
易于焊透。
综上所述，底板与两侧板之间的连接应采用带钝边单边V形坡口，两侧板与圆筒之间的连接应采用带钝边单边V形坡口，肋板与底板、两侧板、圆筒体之间的连接均采用带钝边双单边V形坡口，圆筒体上的纵焊缝开V形坡口。
2.3焊接方法的选择
在支架制造中，生产中常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、熔化极气体保护焊、钨极惰性气体保护焊、药芯焊丝电弧焊和等离子弧焊等。
拟采用的焊接方法主要根据被焊钢种、接头厚度、焊缝位置和坡口形式以及对接头的质量要求等来选择，同时还应考虑到该种焊接方法的效率和生产成本。
由于支架材料为Q235，且底板与两侧板的板厚均为20mm，肋板板厚为
12mm，圆筒体壁厚为10mm，都属于中厚板。
所以采用焊条电弧焊，其工艺简单，特点如下：
（1）焊接设备简单，成本低；
（2）工艺灵活，货源充足；
（3）对工作场地无特殊要求；
（4）可在任何位置焊接；
（5）对各种钢材的适应性强，可焊接碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢等。
（6）焊条的品种齐全，可按技术要求选择与母材性能相配的焊条；
（7）焊缝金属的力学性能良好，特别是低温冲击韧性相当高；
（8）操作方便，容易控制焊接变形。
2.4焊接材料的选择
焊接材料的选择依据是所焊焊缝与母材等强度等化学成分。
焊接材料选择原则如下:
等强度原则:
选用含彩焊材熔敷金属的抗拉强度与被焊母材的抗拉强度相等或相近，这是焊接结构钢最常用的原则；
等韧性原则：
选用焊材熔敷金属的韧性与被焊母材的韧性相等或相近，在高强度钢焊接时常采用强度等级略低于木材但韧性相等的焊材；
等强度原则：
熔敷金属的化学成分符合或接近母材金属，这是不锈钢和耐热钢焊接是选材的最主要原则；
焊条电弧焊使用焊条按所焊钢种类别可分碳钢焊条、低合金焊条和不锈钢焊条。
由于本次设计所选用的母材为碳钢，因此选择焊接材料只需要考虑抗拉强度，可不考虑熔敷金属的化学成分与母材匹配。
由于此次设计母材为Q235，其抗拉强度值为235Mpa，因此选用与此强度相近的GB/T5117—1995《碳钢焊条》J422，其熔敷金属抗拉强度不低于420Mpa。
2.5焊接工艺参数的选择
2.5.1焊条直径的选择
焊条直径的选择主要取决与焊件厚度、接头形式、焊缝位置及焊接层数等因素。
在一般情况下，可按照焊件厚度选择焊条直径。
由于底板与侧板的板厚为20mm，肋板板厚为12mm，圆筒体厚度为10mm。
根据[1]表2-26焊条直径与焊件厚度的关系，可选择如下直径的焊条：
底板与侧板之间的焊接选用直径为5.0mm的焊条，底板与肋板以及侧板与肋板之间的焊接、侧板与圆筒体之间的焊接、肋板与圆筒体之间的焊接、圆筒体上的焊接均选用直径为4.0mm的焊条。
2.5.2焊接电流的选择
焊接电流的选择应根据焊条的类型、直径、焊件的厚度、接头形式、焊缝空间位置等因素来考虑，其中焊条直径和焊缝空间位置最为关键，在一般钢结构的焊接中，焊接电流大小与焊条直径关系可用以下经验公式进行试选：
I=（35~55）d²
由于底板与侧板的板厚为20mm，肋板板厚为12mm，圆筒体厚度为10mm。
底板与侧板之间的焊接、底板与肋板以及侧板与肋板之间的焊接均为横焊，侧板与圆筒体之间的焊接、肋板与圆筒体之间的焊接均为仰焊，圆筒体上的焊接为平焊。
所以，根据[1]表2-27，底板与侧板之间的焊接电流选用220-280A,底板与肋板以及侧板与肋板之间的焊接电流选用160-200A，侧板与圆筒体之间的焊接电流选择140-160A,肋板与圆筒体之间的焊接电流选择120-160A，圆筒体上的焊接电流选择160-200A。
2.5.3电弧电压的选择
根据电源特性，由焊接电流决定相应的电弧电压。
此外电弧电压还与弧长有关，电弧长则电弧电压高，电弧短则电弧电压低，由于此次设计选用的是酸性焊条，焊接为长弧焊，因此电弧电压相对较高。
综上所述，底板与侧板之间的焊接电弧电压选用16-25V，底板与肋板以及侧板与肋板之间的焊接、侧板与圆筒体之间的焊接、肋板与圆筒体之间的焊接、圆筒体上的焊接，其电弧电压均选用11-12V。
2.5.4焊接速度的选择
由于本次设计选用手工电弧焊，所以焊接速度均由人为控制。
2.5.5焊接层数的选择
焊接层数应视焊件的厚度而定。
由于底板与侧板的板厚为20mm，肋板板厚为12mm，圆筒体厚度为10mm。
所以，底板与侧板之间的焊接、底板与肋板以及侧板与肋板之间的焊接、侧板与圆筒体之间的焊接、肋板与圆筒体之间的焊接均采用多层焊，焊接层数为4。
2.5.6电源种类及极性的选择
由于直流电源电弧稳定，飞溅小。
所以可选BX1-315型弧焊变压器，其极性为直流反接，即DCEP。
2.6确定焊接顺序
第一步：
圆筒体上的对接接头的焊接。
第二步：
底板与两侧板之间的角接接头的焊接。
第三步：
侧板与圆筒体之间角接接头的焊接。
第四步：
肋板与底板之间的焊接。
第五步：
肋板与侧板之间的焊接。
第六步：
肋板与圆筒体之间的焊接。
2.7焊接工艺卡片的制定
2.7.1焊接工艺卡制定的具体内容
（1）合理的选择焊接方法及相应的焊接设备与焊接材料。
（2）合理地选择焊接工艺参数。
（3）合理地选择焊接材料。
（4）合理地选择焊接工艺措施。
（5）选择或设计合理的焊接工艺装备。
（6）合理地选择焊缝质量检验方法及控制焊接质量措施。
2.7.2焊接工艺制定的原则：
（1）技术上的可行性
（2）经济上的合理性
（3）技术上的可行性
（4）良好的劳动条件
焊条电弧焊的工艺卡片如附表一至附表五所示。
底板与侧板之间的角接接头焊接工艺卡片如附表一所示。
底板与肋板的角接接头、侧板与肋板的角接接头焊接工艺卡如附表二所示。
侧板与圆筒体的角接接头焊接工艺卡如附表三所示。
肋板与圆筒体的角接接头焊接工艺卡如附表四所示。
圆筒体上的对接接头焊接工艺卡如附表五所示。
第三章结构设计的工艺过程
3.1焊接原材料的准备
（1）圆筒形支撑座的准备
将前面所选的材料为Q235、厚度为10mm的钢带截成两个宽为50mm，长为157mm矩形材料。
（2）底座的准备
将前面所选的材料为Q235、厚度为20mm的钢板截成长为450mm，宽为200mm的矩形材料。
（3）两侧板的准备
将前面所选的材料为Q235、厚度为20mm的钢板截成如下形状与尺寸的钢材，如图9所示。
图9侧板示意图
（3）肋板的准备
将前面所选的材料为Q235、厚度为12mm的钢板截成如下形状与尺寸的钢材，以作备用，如图10所示。
图10肋板示意图
3.2焊前准备
（1）坡口的加工制备
（2）工件的清理与装配
（3）焊条烘干
（4）焊机的检查及调试
3.3焊接过程
（1）底座与两侧板的装配焊接
（2）圆筒体上纵焊缝的焊接
（3）圆筒体与两侧板的装配焊接
（4）肋板与两侧板、底座、圆筒体之间的焊接
3.4焊后处理及检验
（1）采用热处理工艺对焊缝进行焊后处理；
（2）采用射线探伤对焊缝进行焊接检验。
第四章课程设计总结
1.通过支架的焊接结构课程设计的实训学习，不仅巩固了所学的专业知识，
也学到了很多新的相关知识。
2.通过课程设计综合运用《焊接结构学》课程及相关选修课程的知识，起到
巩固、深化、融会贯通及扩展有关焊接方面知识的作用。
3.重要的是，通过本次焊接结构课程设计，树立了正确的设计思想。
4.通过焊接结构课程设计的实践学习，培养了分析和解决工程实际问题的能
力，同时也使自己掌握了焊接各方面的专业知识。
5.通过这次焊接结构课程设计，提高了自己的有关设计能力，如思考能力、
绘图能力等，并熟悉使用焊接手册及相关标准。
第五章参考文献
（资料的编号[X]及作者、书名、出版单位、出版年月）
[1]邱葭非、蔡彬英；实用焊接技术；湖南科学技术出版社；2010.7。
[2]周红、项潋、陶燕华；焊接结构设计及应用；北京：
化学工业出版社；2009.5。
[3]方洪渊；焊接结构学；机械工业出版社；2005。
[4]贺文雄、张洪涛、周利；焊接工艺及应用；国防工业出版社；2010.11。
附表一：
焊接工艺卡
（1）
单位：
兰州交通大学
工程名称：
支架焊接结构设计
工艺卡编号：
01
部位（件）名称：
底板与侧板的角接接头
焊接设备型号：
BX1-315-2
执行标准：
焊接方法：
焊条电弧焊
生产方式
单件生产
材料：
Q235
厚度级别：
底座20mm、两侧板20mm
填充焊缝金属厚度级别:
2.5mm。
接头型式：
角接接头
接头型式简图：
角接接头
角接接头
焊接位置：
垂直固定、水平固定
焊接顺序：
1-2-3-4
预热及中间热处理：
无
焊后热处理：
无
焊接材料及要求：
焊条：
E4303规格：
GB/T5117-1995
焊前准备：
1.焊接接头和坡口的设计2.焊接材料的选择原则3.在制造过程中所选用的焊接方法
技术要求：
1．坡口采用机械加工，坡口保持平整不得有裂纹、分层、夹渣物等缺陷，坡口边缘20mm处应呈金属光泽，不得有油脂、油漆、涂层等污物；
2．采用手工电弧焊。
厚度大于5mm的焊缝，焊接层（道）数不少于2层（道），且层（道）之间的接头要错开，起、收弧处要填满，并及时清除焊渣和缺陷；
3．板厚大于3mm时焊枪倾角为70°～75°，采用左向焊，划擦式引弧，焊接时稍作摆动。
终止
处多添加些金属，弧坑填满后停止送进。
注意事项：
1、焊前清理是否符合要求；2、焊接电极选用是否取用正确，夹头是否过热；
焊接
层数
焊接
方法
填充金属
电流
电压（V）
焊接速度（cm/min）
焊接线能量
焊接摆动参数
牌号
直径
极性
大小（A）
1
手工电弧焊
J422
5.0mm
DCEP
220-280
16-25
人为控制
轻微摆动
2
手工电弧焊
J422
5.0mm
DCEP
220-280
16-25
人为控制
3
手工电弧焊
J422
5.0mm
DCEP
220-280
16-25
人为控制
4
手工电弧焊
J422
5.0mm
DCEP
220-280
16-25
人为控制
焊缝检查：
焊后按规范对焊缝进行外观检查，不得有裂纹、咬边、气孔、未焊透等缺陷，对有缺陷的焊缝及时返修。
编制
审批
日期
2011-12-10
附表二：
焊接工艺卡
（2）
单位：
兰州交通大学
工程名称：
支架焊接结构设计
工艺卡编号：
02
部位（件）名称：
底板与肋板的角接接头、侧板与肋板的角接接头
焊接设备型号：
BX1-315-2
执行标准：
焊接方法：
焊条电弧焊
生产方式
单件生产
材料：
Q235
厚度级别：
底座20mm、两侧板20mm、肋板12mm
填充焊缝金属厚度级别:
2.5mm。
接头型式：
角接接头
接头型式简图：
角接接头
角接接头
焊接位置：
垂直固定、水平固定
焊接顺序：
1-3-4-2
预热及中间热处理：
无
焊后热处理：
无
焊接材料及要求：
焊条：
E4303规格：
GB/T5117-1995
焊前准备：
1.焊接接头和坡口的设计2.焊接材料的选择原则3.在制造过程中所选用的焊接方法
技术要求：
1．坡口采用机械加工，坡口保持平整不得有裂纹、分层、夹渣物等缺陷，坡口边缘20mm处应呈金属光泽，不得有油脂、油漆、涂层等污物；
2．采用手工电弧焊。
厚度大于5mm的焊缝，焊接层（道）数不少于2层（道），且层（道）之间的接头要错开，起、收弧处要填满，并及时清除焊渣和缺陷，。
3．板厚大于3mm时焊枪倾角为70°～75°，采用左向焊，划擦式引弧，焊接时稍作摆动。
终止处多添加些金属，弧坑填满后停止送进。
注意事项：
1、焊前清理是否符合要求；2、焊接电极选用是否取用正确，夹头是否过热；
焊接
层数
焊接
方法
填充金属
电流
电压（V）
焊接速度（cm/min）
焊接线能量
焊接摆动参数
牌号
直径
极性
大小（A）
1
手工电弧焊
J422
4.0mm
DCEP
160-200
11-12
人为控制
轻微摆动
2
手工电弧焊
J422
4.0mm
DCEP
160-200
11-12
人为控制
3
手工电弧焊
J422
4.0mm
DCEP
160-200
11-12
人为控制
4
手工电弧焊
J422
4.0mm
DCEP
160-200
11-12
人为控制
焊缝检查：
焊后按规范对焊缝进行外观检查，不得有裂纹、咬边、气孔、未焊透等缺陷，对有缺陷的焊缝及时返修。
编制
审批
日期
2011-12-10
附表三：
焊接工艺卡（3）
单位：
兰州交通大学
工程名称：
支架焊接结构设计
工艺卡编号：
03
部位（件）名称：
侧板与圆筒体的角接接头
焊接设备型号：
BX1-315-2
执行标准：
焊接方法：
焊条电弧焊
生产方式
单件生产
材料：
Q235
厚度级别：
侧板20mm、圆筒体10mm
填充焊缝金属厚度级别:
2.5mm。
接头型式：
角接接头
接头型式简图：
角接接头
角接接头
焊接位置：
垂直固定、水平固定
焊接顺序：
1-2-3-4
预热及中间热处理：
无
焊后热处理：
无
焊接材料及要求：
焊条：
E4303规格：
GB/T5117-1995
焊前准备：
1.焊接接头和坡口的设计2.焊接材料的选择原则3.在制造过程中所选用的焊接方法
技术要求：
1．坡口采用机械加工，坡口保持平整不得有裂纹、分层、夹渣物等缺陷，坡口边缘20mm处应呈金属光泽，不得有油脂、油漆、涂层等污物；
2．采用手工电弧焊。
厚度大于5mm的焊缝，焊接层（道）数不少于2层（道），且层（道）之间的接头要错开，起、收弧处要填满，并及时清除焊渣和缺陷，。
3．板厚大于3mm时焊枪倾角为70°～75°，采用左向焊，划擦式引弧，焊接时稍作摆动。
终止处多添加些金属，弧坑填满后停止送进。
注意事项：
1、焊前清理是否符合要求；2、焊接电极选用是否取用正确，夹头是否过热；
焊接
层数
焊接
方法
填充金属
电流
电压（V）
焊接速度（cm/min）
焊接线能量
焊接摆动参数
牌号
直径
极性
大小（A）
1
手工电弧焊
J422
4.0mm
DCEP
140-160
11-12
人为控制
轻微摆动
2
手工电弧焊
J422
4.0mm
DCEP
140-160
11-12
人为控制
3
手工电弧焊
J422
4.0mm
DCEP
140-160
11-12
人为控制
4
手工电弧焊
J422
4.0mm
DCEP
140-160
11-12
人为控制
焊缝检查：
焊后按规范对焊缝进行外观检查，不得有裂纹、咬边、气孔、未焊透等缺陷，对有缺陷的焊缝及时返修。
编制
审批
日期
2011-12-10
附表四：
焊接工艺卡（4）
单位：
兰州交通大学
工程名称：
支架焊接结构设计
工艺卡编号：
04
部位（件）名称：
肋板与圆筒体的角接接头
焊接设备型号：
BX1-315-2
执行标准：
焊接方法：
焊条电弧焊
生产方式
单件生产
材料：
Q235
厚度级别：
肋板12mm、圆筒体10mm
填充焊缝金属厚度级别:
2.5mm。
接头型式：
角接接头
接头型式简图：
角接接头
角接接头
焊接位置：
垂直固定、水平固定、全位置
焊接顺序：
1-3-4-2
预热及中间热处理：
无
焊后热处理：
无
焊接材料及要求：
焊条：
E4303规格：
GB/T5117-1995
焊前准备：
1.焊接接头和坡口的设计2.焊接材料的选择原则3.在制造过程中所选用的焊接方法
技术要求：
1．坡口采用机械加工，坡口保持平整不得有裂纹、分层、夹渣物等缺陷，坡口边缘20mm处应呈金属光泽，不得有油脂、油漆、涂层等污物；
2．采用手工电弧焊。
厚度大于5mm的焊缝，焊接层（道）数不少于2层（道），且层（道）之间的接头要错开，起、收弧处要填满，并及时清除焊渣和缺陷，。
3．板厚大于3mm时焊枪倾角为70°～75°，采用左向焊，划擦式引弧，焊接时稍作摆动。
终止处多添加些金属，弧坑填满后停止送进。
注意事项：
1、焊前清理是否符合要求；2、焊接电极选用是否取用正确，夹头是否过热；
焊接
层数
焊接
方法
填充金属
电流
电压（V）
焊接速度（cm/min）
焊接线能量
焊接摆动参数
牌号
直径
极性
大小（A）
1
手工电弧焊
J422
4.0mm
DCEP
120-160
11-12
人为控制
轻微摆动
2
手工电弧焊
J422
4.0m
DCEP
120-160
11-12
人为控制
3
手工电弧焊
J422
4.0mm
DCEP
120-160
11-12
人为控制
4
手工电弧焊
J422
4.0mm
DCEP
120-160
11-12
人为控制
焊缝检查：
焊后按规范对焊缝进行外观检查，不得有裂纹、咬边、气孔、未焊透等缺陷，对有缺陷的焊缝及时返修。
编制
审批
日期
2011-12-10
附表五：
焊接工艺卡（5）
单位：
兰州交通大学
工程名称：
支架焊接结构设计
工艺卡编号：
05
部位（件）名称：
圆筒体上的对接接头
焊接设备型号：
BX1-315-2
执行标准：
焊接方法：
焊条电弧焊
生产方式
单件生产
材料：
Q235
厚度级别：
圆筒体10mm
填充焊缝金属厚度级别:
2.5mm。
接头型式：
角接接头
接头型式简图：
角接接头
角接接头
焊接位置：
垂直固定、水平固定、全位置
焊接顺序：
1-2
预热及中间热处理：
无
焊后热处理：
无
焊接材料及要求：
焊条：
E4303规格：
GB/T5117-1995
焊前准备：
1.焊接接头和坡口的设计2.焊接材料的选择原则3.在制造过程中所选用的焊接方法
技术要求：
1．坡口采用机械加工，坡口保持平整不得有裂纹、分层、夹渣物等缺陷，坡口边缘20mm处应呈金属光泽，不得有油脂、油漆、涂层等污物；
2．采用手工电弧焊。
厚度大于5mm的焊缝，焊接层（道）数不少于2层（道），且层（道）之间的接头要错开，起、收弧处要填满，并及时清除焊渣和缺陷，。
3．板厚大于3mm时焊枪倾角为70°～75°，采用左向焊，划擦式引弧，焊接时稍作摆动。
终止处多添加些金属，弧坑填满后停止送进。
注意事项：
1、焊前清理是否符合要求；2、焊接电极选用是否取用正确，夹头是否过热；
焊接
层数
焊接
方法
填充金属
电流
电压（V）
焊接速度（cm/min）
焊接线能量
焊接摆动参数
牌号
直径
极性
大小（A）
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