工字梁設計綜述

1、常州機電職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）作 者： 孟祥永 學 號： 21330122 系 部： 模具技術系 專 業(yè)： 焊接技術及自動化 題 目： 工字梁生產工藝設計 校內指導教師： 駱敏 企業(yè)指導教師 評閱者： 2016 年 4 月 26畢業(yè)設計（論文）中文摘要隨著建造工業(yè)的發(fā)展，工字梁被廣泛的運用于其中。工字形的截面形狀是前輩工程師研究創(chuàng)造的，它能節(jié)省大量的材料而獲得幾乎相近于外輪廓一樣的矩形截面的慣性矩以抗彎，同時，由于鋼的強度很高，也有足夠的抗剪能力。只有工字鋼能辦得到，如工字形的截面和H形截面。節(jié)省大量的材料也減輕了構件的自身重量。而工字梁的工藝生產的關鍵點在于裝配和焊接，在焊接過程中通常

2、都會產生焊接變形，對焊接變形的處理和預防同樣也很重要。其良好的力學性能，承載能力在廠房建造等諸多方面有廣泛的應用。這次我的設計任務是工字梁的生產流程的分析，制造工序分析，確定制造要求、難點，以及焊接變形的控制措施。關鍵字：工字梁 力學性能 焊接 焊接變形 生產流程1 結構與母材性能分析11.1 工字形梁結構分析11.1.1 結構特點及應用11.1.2 受力情況11.2 母材性能分析11.2.1 Q235-A鋼簡介11.2.2 化學成分及其影響21.2.3 Q235-A鋼的力學性能31.2.4 Q235-A鋼的焊接性分析32 生產工藝流程圖53 裝配焊接工藝流程63.1 鋼材規(guī)格的選用63.2

3、材料復檢與預處理73.2.1 復檢73.2.2 預處理73.3 加工余量與放樣、劃線、號料93.3.1 加工余量93.3.2 放樣、劃線、號料103.4下料方法及設備113.5 裝配與焊接143.5.1 翼板與腹板的裝配焊接143.5.2 肋板焊縫的焊接工藝163.5.3 肋板縱向角焊縫的焊接工藝164.焊接變形184.1焊接變形種類184.2 減少和預防焊接變形的方法194.2.1 退火消除焊接變形法194.2.2 剛性固定法204.2.3 反變形法204.2.4 正確的焊接順序215 自動埋弧焊235.1 自動埋弧焊的原理235.2 自動埋弧焊的特點及應用235.2.1 自動埋弧焊的特點2

4、35.2.2 自動埋弧焊的應用255.3 自動埋弧焊的焊接工藝255.3.1 埋弧焊的焊接材料及選用255.3.2 埋弧焊的冶金過程的特點275.3.3 埋弧焊焊接工藝276 參考文獻291.引言1.1工字梁的概述工字梁的定義：工字形斷面的軋制鐵梁、鋼梁或鑄鋼梁;亦指工字形斷面的組合梁,尤其是用于鋼鐵結構(如鋼架建筑物)中的梁工字梁的力學原理：在兩個支架上水平放置一個橫梁，當橫梁受到垂直于軸線向下的壓力時，橫梁發(fā)生彎曲。在橫梁的上部發(fā)生壓縮形變，即出現壓應力，越接近上緣壓縮越嚴重；在橫梁的下部發(fā)生拉伸形變，即出現拉應力，越接近下緣拉伸越嚴重。而中間一層既不拉伸也不壓縮，所以無應力，通常稱該層為

5、中性層。由于中性層對抗彎的貢獻很小，因此工程應用上經常用工字梁代替方形梁，用空心管代替實心柱。1.2 本課題研究的對象及要求本課題研究了1 結構與母材性能分析1.1 工字形梁結構分析1.1.1 結構特點及應用工字梁通常用于制作承重樁和支柱。工字梁的寬邊和腹板的厚度大致相同。在高層建筑中，通過柱子支撐著的工字梁也用來承受非常大的載荷。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，工字梁特別適合用來抵抗地震力。1.1.2 受力情況焊接組合梁根據其受力特點，可以設計成不同的截面形式。最常用的是由三塊鋼板焊接而成的工字形截面組合梁（本次設計即是），必要時也可以采用雙層翼板組成的截面。當梁的

6、上翼緣平面內還受到側向作用時，也可以繞強軸不對稱的工字形截面或由槽鋼和工形鋼焊接而成的組合截面。對于兩個主平面內具有較大載荷又要求具有較好抗扭剛度的梁，可采用焊接Y形截面和焊接箱形截面，或型鋼焊接組合截面。近年來在輕鋼結構中也常用到由薄壁鋼板冷彎焊接而成的組合梁或由薄壁鋼管代替普通翼緣板與腹板焊接而成的組合梁。1.2 母材性能分析1.2.1 Q235-A鋼簡介Q235-A鋼是一種普通碳素結構鋼，這種鋼容易冶煉，工藝性好，價格低廉。而且在力學性能上也能滿足一般工程結構及普通機器零件的要求應用十分廣泛。Q235-A表示這種鋼的屈服強度為235MPa，質量等級為A級，Q235-A鋼含碳量約為0.14

7、% 0.22%屬于低碳鋼，Q235-A沸騰鋼Mn含量上限為0.65%，S、P和非金屬夾雜物較多在相同含碳量及熱處理條件下，其塑性、韌性較低，加工成形后一般不進行熱處理，大都在熱軋狀態(tài)下直接使用，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。通常軋制成盤條或圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼、窗框鋼等型鋼，中厚鋼板，大量應用于建筑及工程結構，用以制作鋼筋或建造廠房房架、高壓輸電鐵塔、橋梁、車輛、鍋爐、容器、船舶等，也大量用作對性能要求不太高的機械零件（如鉚釘、螺釘、螺母、軸套、及某些農機零件等）。1.2.2 化學成分及其影響Q235-A鋼含有碳、硅、錳、磷、硫等化學元素，具體的

8、化學成分如表1-1所示。表1-1 Q235-A的化學成分化學元素碳（C）硅（Si）錳（Mn）磷（P）硫（S）質量分數/%0.220.300.650.0450.050化學元素對Q235-A鋼性能也有一定的影響，比如對塑性、強度、焊接性的影響，具體影響如表1-2所示。表1-2 化學元素對Q235-A鋼性能的主要影響元素名稱對性能主要影響碳（C）鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。硅（Si）常用的脫氧劑，有固熔強化作用，提高電阻率，降低磁滯損耗，改善磁導率，提高淬透性，抗回火性，對改善綜合力學性能有利，提高彈性極限，增加自然條件下的耐蝕性。

9、含量較高時，降低焊接性，且易導致冷脆。中碳鋼和高碳鋼易于在回火時產生石墨化。錳（Mn）降低鋼的下臨界點，增加奧氏體冷卻時的過冷度，細化珠光體組織以改善其力學性能，為低合金鋼的重要合金元素，能明顯提高鋼的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向。磷（P）固溶強化及冷作硬化作用很好，與銅聯合使用，提高低合金高強度鋼的耐大氣腐蝕性能，但降低其冷沖壓性能，與硫、錳聯合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性。硫（S）改善切削性。產生熱脆現象，惡化鋼質量，硫含量高，對焊接性產生不好影響。1.2.3 Q235-A鋼的力學性能金屬材料的力學性能是指金屬材料抵抗外加載荷或外力引起變形和斷裂的能力或金屬的

10、失效抗力。主要包括：強度、硬度、塑性、韌性、耐磨性和缺口敏感性等性能。Q235-A鋼有一定的伸長率、強度，良好的韌性和鑄造性，易于沖壓和焊接，廣泛用于一般機械零件的制造。主要用于建筑、橋梁工程上質量要求較高的焊接結構件。Q235-A鋼的力學性能如表1-3所示。牌號等級屈服強度ReH(N/mm2),不小于抗拉強度Rm/(N/mm2)斷后伸長率A/%，不小于厚度（或直徑）/mm厚度（或直徑）/mm16>1640>4060>60100>100150>15020040>4060>60100>100150>150200Q235A23522521520

11、51951853755002624232221表1-3 Q235-A鋼的力學性能1.2.4 Q235-A鋼的焊接性分析Q235-A鋼屬于低碳鋼。低碳鋼因C、Mn、Si含量少，正常情況下焊接時，整個焊接過程不需要采取特殊的工藝措施，如不需要預熱、控制層（道）間溫度和后熱，焊后也不必采取熱處理改善接頭熱影響區(qū)和焊縫組織，其焊接熱影響區(qū)不會因焊接而引起嚴重的硬化組織或淬火組織。此時，鋼材的塑性和沖擊韌性優(yōu)良。當含碳量在0.140.22范圍內時，碳素鋼的焊接性能最好；含碳量超過上述范圍時，焊縫及熱影響區(qū)容易變脆。而Q235-A鋼的含碳量控制在上述的適宜范圍之內，是適合焊接的。但在少數情況下，Q235-

12、A鋼的焊接性也會變差，焊接時出現困難。例如，接頭熱影響區(qū)產生性能不合格幾種情況：接頭的性能不合格主要表現為接頭的彎曲性能不合格，焊縫熱影響區(qū)或焊縫的沖擊性能不合格，焊接接頭的強度不足，疲勞或腐蝕等性能不合格。對于低碳鋼，鋼板的厚度增加時，焊接性也會發(fā)生變化。因此對于低碳厚板，尤其是特厚板，應關注其鋼材心部性能及其與其他部位的性能差異。低碳鋼焊接熱影響區(qū)產生冷裂紋，應從焊接熱影響區(qū)淬硬組織、接頭拘束度和焊縫中的含氫量等角度分析，應采取相應的措施防止和解決。低碳鋼焊接熱影響區(qū)出現冷裂紋情況主要是與母材中局部存在S、P偏聚及其氧化物形成低熔點的復合相有關。當含碳量在0.14%0.22%范圍內時，碳素

13、鋼的焊接性能最好；含碳量超過上述范圍時，焊縫及熱影響區(qū)容易變脆。而Q235A的含碳量控制在上述的適宜范圍之內，是適合焊接的。但在少數情況下，Q235A的的焊接性也會變差，焊接時出現困難。例如，接頭熱影響區(qū)產生性能不合格幾種情況：接頭的性能不合格主要表現為接頭的彎曲性能不合格，焊縫熱影響區(qū)或焊縫的沖擊性能不合格，焊接接頭的強度不足，疲勞或腐蝕等性能不合格。對于低碳鋼，鋼板的厚度增加時，焊接性也會發(fā)生變化。因此對于低碳厚板，尤其是特厚板，應關注其鋼材心部性能及其與其他部位的性能差異。2 生產工藝流程圖工字形梁的生產工藝流程圖如圖21所示。成品檢驗成品檢驗翼板加工鋼板復檢預處理下料拼接腹板加工鋼板復

14、檢預處理下料拼接肋板加工鋼板復檢預處理下料肋板加工翼板與腹板裝配縱縫焊接矯正無損探傷焊接總裝配端部定尺加工肋板焊接3 裝配焊接工藝流程鋼材進廠后，應首先對其尺寸規(guī)格進行復檢，由于鋼材表面的油污、銹蝕和氧化皮等都會影響產品的制造質量。因此在進行材料劃線、下料之前必須先進行表面預處理。使用砂輪、鋼絲刷、噴丸、噴砂等方法對鋼材進行表面除銹。因為自重、支撐不當，或裝卸條件不良及其他原因，可能會產生彎曲、扭曲、波浪及表面不平等變形，因此在下料前使用多輥矯平機對鋼材進行矯正。3.1 鋼材規(guī)格的選用所設計的工字形梁主體，翼緣板長度2.5m，即2500mm，寬0.3m，即300mm，厚度為10mm，共2塊；腹

15、板長度為2500mm，寬780mm，厚8mm，共2塊；對于肋板，每塊長度為780mm，寬300mm，厚度為6mm，共6塊。根據所設計的工字形梁各個部件的尺寸和數量對鋼材規(guī)格進行選用，現選用鋼材規(guī)格如表31所示。表31 選用鋼材規(guī)格及數量序號尺寸塊數用途長度/mm寬度/mm厚度/mm2500300102翼緣板2000300102翼緣板700300102翼緣板250078082腹板78030066肋板鋼材規(guī)格選用時要考慮到各種影響，如工字形梁主體尺寸、各個部件尺寸、邊緣切割、下料和加工余量等各個方面的綜合作用。3.2 材料復檢與預處理3.2.1 復檢使用前應根據金屬材料的出廠質量檢驗證明書（或合格

16、證）加以鑒定，同時，還必須進行外部質量檢查以檢查在運輸過程中產生的外部缺陷，防止材料型號錯亂。對于存在嚴重外部缺陷的原材料應標記、取出，嚴禁轉入后續(xù)生產工序。對于沒有出廠證明或新使用的材料必須進行化學成分分析、力學性能檢驗及焊接性試驗后才能投產使用。焊接鋼板不得有機械分層和嚴重的金相組織分層，鋼板表面不得有裂紋、氣泡、結疤、折疊、夾雜、壓入的氧化皮等缺陷，以上表面缺陷允許用修磨的方法清除，清除深度不應使鋼板不小于標準規(guī)定的最小厚度，而且要達到表面平滑過渡。鋼板入廠檢驗時，還需要根據供貨條件對化學成分、力學性能進行復檢。對同一批次的原材料進行編號，并做好標記移植，保證每種鋼板與其材質單實現對應，

17、便于查找、追蹤、核對等工作。3.2.2 預處理矯正焊件矯正方法有冷加工法和熱加工法。冷加工包括手工矯正和機械矯正。冷加工矯正有時會使金屬產生冷作硬化，并且會產生附加應力，一般對尺寸較小、變性較小的零件可以采用。對于變性較大的應采用熱加工矯正（火焰矯正）?；鹧娉C正法是利用可燃氣體與助燃氣體混合燃燒放出的熱量對變形件的局部進行加熱，使之產生壓縮塑性變形，使伸長的部位冷卻后局部縮短，利用收縮產生變形抵消焊接引起的變形。加熱采用的主要是氣焊炬，操作簡單方便，對機械矯正的變形，尤其是大型鋼結構的變形，采用火焰矯正法可達到較好的效果。本次加工構件較大，故用火焰矯正法。在對鋼材進行火焰矯正時，使用氣割的大號

18、割炬，采用中性氧丙烷焰作為加熱源。加熱溫度的高低取決于工件厚度、材質、結構形式和回火溫度的大小，要控制在鋼材回火溫度以下。加熱部位及形狀也以工件的結構形式和變形情況而定。其基本原則是在平面突起部位及彎曲凸出的一側，及纖維被拉長處進行加熱。加熱區(qū)的大小和數量以完全得到矯正為依據。機械噴砂清理機械噴砂清理是利用凈化的壓縮空氣，將砂流劇烈的噴向金屬材料表面，利用磨料的強力撞擊作用去除金屬材料表面的污垢物，其成本較低。機械噴砂清理不僅用于材料預處理，在焊接結構的后處理工藝中也要用其進行除銹。機械噴砂處理分為干噴砂法和濕噴砂法。由于環(huán)境污染小、勞動條件較好，所以采用濕噴砂法。濕噴砂法的在砂料中加入一定量

19、的水，使之成為砂水混合物，以減少砂料對金屬表面的沖擊作用，從而減少金屬材料的磨損量，使金屬表面更光潔。在噴砂除銹處理時，水砂比值控制在7：3，所使用的壓縮空氣壓力為0.50.7MPa。320400目的水砂粒中，應加入10%膨潤土作為懸浮劑，以防止砂粒沉入儲存箱底。水中還可加入0.5%碳酸鈉和0.5%的重鉻酸鈉作緩蝕劑。經過濕噴砂處理的金屬材料盡量減少觸摸，并及時進行表面處理，以防止短期內再度生銹。表面防護處理方法一般是噴涂專用防護底漆或進行鈍化處理。鈍化時可以在10%磷酸錳鐵水溶液中浸泡10s，也可在2%亞硝酸鈉水溶液中鈍化1s。表面所加上的防護層（鈍化或專用底漆），焊接時毋需清除，對焊接質量

20、沒有影響。3.3 加工余量與放樣、劃線、號料3.3.1 加工余量對鋼板進行切割和坡口加工前，需要進行放樣、劃線與號料工序。放樣、劃線與號料的工作好壞對后序加工及半成品、最終產品的質量都有重要影響。在這些工序中，需要考慮焊接收縮變形及氣體火焰切割間隙的影響。焊接收縮量參考值如表32所示，氣體火焰下料的切割間隙如表33所示。表32 焊接收縮量參考表焊縫橫向收縮量參考表接頭形式板厚/mm34488121216162020242430收縮量/mmV型坡口對接接頭0.71.31.31.41.41.81.82.12.12.62.63.1X型坡口對接接頭單面坡口十字接頭1.51.61.61.81.82.12

21、.12.52.53.03.03.53.54.0單面坡口角焊縫0.80.70.60.4無坡口單面角焊縫0.90.80.70.4雙面斷續(xù)角焊縫0.40.30.2焊縫縱向收縮量近似值/（mm·m-1）對接焊縫0.150.30連續(xù)角焊縫0.200.40斷續(xù)角焊縫00.10表33 火焰切割下料切割間隙值火焰切割材料厚度/mm1012203250526570130135200手工/mm3456810自動半自動/mm24456在進行材料放樣時應綜合考慮橫向收縮、縱向收縮和下料切割間隙值等各個方面的影響。3.3.2 放樣、劃線、號料在金屬結構制造前，按產品零件圖紙的要求，在放樣臺上用1:1比例繪出實

22、際零件的展開圖形和尺寸。放樣的目的是確定零件毛坯的下料尺寸，為此它在零件的展開尺寸基礎上，還要考慮焊接加工工藝的特點，如焊縫的收縮變形量、坡口加工余量等有關工序所需要的加工余量。因為每塊鋼板的邊緣部分要切割掉不用，所以放樣時要將鋼材的尺寸向里縮小一部分，具體為20mm，mm，10mm，2mm，所得到的鋼板尺寸如表34所示。表34 鋼材原尺寸與邊緣加工后尺寸比較板號原尺寸/mm邊緣切割后尺寸/mm長度寬度厚度長度寬度厚度2500300102480288102000300101984288107003001069528810250078082480775878030067752886劃線是將待加工

23、零件毛坯下料尺寸直接在材料上放樣劃線，或者利用樣板在金屬材料上進行零件輪廓線的復制。為避免金屬材料在搬運過程中將零件的輪廓線擦去，在金屬材料的輪廓線上用小錘和沖子打上標記，即是號料。綜合考慮，本次加工用樣板號料較為方便省時。3.4下料方法及設備下料用的方法用全自動火焰切割。氣割是利用氣體火焰的熱能將工件切割處金屬預熱到一定溫度后，噴出高速切割氧流，使預熱處金屬燃燒并放出熱量實現切割的方法。鋼材的切割是利用氣體火焰（稱預熱火焰）將鋼材表面加熱到能夠在氧氣流中燃燒的溫度（即燃點），然后送進高純度、高流速的切割氧，使鋼中的鐵在氧氛圍中燃燒生成氧化鐵熔渣，同時放出大量的熱。借助這些燃燒熱和熔渣不斷加熱

24、鋼材的下層和切口前緣，使之也達到燃點，直到工件的底部。與此同時，切割氧流把氧化鐵熔渣吹掉，從而形成切口將鋼材切割開。氣體火焰切割的實質是被切割的材質在純氧中燃燒的過程，不是熔化過程。從宏觀上來說，氣體火焰切割是鋼中的鐵在高純度氧中燃燒的化學過程和借助切割氧流動量排除熔渣的物理過程相結合的一種加工方法。低碳鋼及其氧化物的熔點、燃燒熱及切割性如表35所示。表35 低碳鋼及其氧化物的熔點、燃燒熱及切割性金屬熔點/金屬氧化物氧化反應熱/KJ氧化物熔點/氣割性低碳鋼1500FeOFe2O3Fe3O4267.81120.513701565良好氣割中常用的氣體有乙炔、丙烷、石油氣及各種混合燃氣等。其中，乙炔

25、和丙烷是最常用的兩種氣體。它們的的物理性能和化學性能比較如表36所示。表36 乙炔與丙烷的性能比較氣體相對分子質量密度/Kg·m-3著火點/16相對空氣質量之比總熱值/KJ·m-3需氧量中性焰溫度/爆炸范圍/%理論實際氧氣中空氣中氧氣中空氣中乙炔C2H2261.173350.91529632.51.1310026302.8932.580丙烷C3H8441.855101.52857461.13.5252021162.3552.510根據使用效果、成本、氣源等情況綜合分析，丙烷是乙炔比較理想的代用燃料。氧-丙烷切割要求氧氣純度高于99.5%，丙烷氣的純度也要高于99.5%。與氧

26、-乙炔火焰切割相比，氧-丙烷切割的特點如下：切割面上緣不燒塌，熔化量少；切割面下緣黏性熔渣少，易于清除；切割面的氧化皮易剝落，切割面的粗糙度相對較低；切割厚鋼板時不塌邊，后勁足，切口表面光潔，棱角整齊，精度高；傾斜切割時，傾斜角度越大，切割難度越大；比氧-乙炔切割成本低，總成本約降低30%以上。綜上，所以選用的燃氣是丙烷氣，而不是乙炔氣。氧-丙烷切割按使用的割炬分為射吸式割炬和等壓式，射吸式割炬用于手工切割，等壓式割炬多用于機械切割。氧丙烷等壓式割炬機械切割的工藝參數如表37所示。表37 壓式割炬機械切割工藝參數切割厚度/mm割嘴號氧氣壓力/MPa燃氣壓力/MPa切割速度/mm·mi

27、n-151010.300.03450500102020.300.03350450204030.350.03300350406040.450.042503006010050.600.0423025010015060.700.0420023015018070.800.0517020018022080.900.051407022026090.950.0590140260300101.000.057090切割時，切割氧壓力取決于割嘴類型和嘴號，可根據工件厚度選擇氧氣壓力。切割氧氣壓力過大，易使切口變寬、粗糙；壓力過小，易造成粘渣。切割氧氣壓力的推薦值如表38所示。表38 切割氧壓力推薦值工件厚度/mm

28、3121230305050100100150150200200300切割氧壓力/MPa0.40.50.50.60.50.70.60.80.81.01.01.41.01.4綜上，可選切割參數：切割翼緣板，切割氧壓力0.6MPa，切割速度：250300mm/min；切割腹板，切割氧壓力0.6MPa，切割速度為350450mm/min；切割筋板，切割氧壓力為0.5MPa，切割速度為350450mm/min。切割前，應仔細清除切割金屬表面的鐵銹、塵垢和油污。切割時，預熱火焰開始用氧化焰（氧氣與丙烷混合比為5：1），以縮短預熱時間。正常切割時轉換用中性焰（混合比為3.5:1）。相對于氧-乙炔切割，氧-丙

29、烷切割速度要慢一些。3.5 裝配與焊接3.5.1 翼板與腹板的裝配焊接、裝配對稱的工字斷面的梁結構制造的程序應是先裝配后焊接，即先裝配成工字形狀并定位焊后再進行焊接。不應邊裝配邊焊接，即不能先焊成T形斷面再裝另一翼板，最后焊成完整的工字形，這樣做變形大、工序多、生產周期長。裝配時先在翼板上劃出腹板的位置線，如圖3-1a所示。并焊上定位角鐵2。為便于吊裝在腹板背上角鐵，如圖3-1b所示。用90°角尺檢查腹板與翼板的垂直度，如圖3-1c所示。圖3-1 工字形結構的裝配a)劃線與安裝定位角鐵 b)裝配T形梁 c)裝配工字梁1、3翼板 2定位角鐵 4腹板 5吊具 6直角尺、定位焊此次裝配選擇

30、二氧化碳氣體保護焊進行定位焊。定位焊是為了裝配和固定焊件上的接縫位置而進行的焊接。定位焊縫本身易產生氣孔和夾渣，也是導致隨后二氧化碳氣體保護焊時產生氣孔和夾渣的主要原因，所以必須認真地焊接定位焊縫。定位焊縫間距為150250mm，為增加定位焊縫的強度，應適當增大定位焊縫長度，一般為240mm長。焊絲為H08Mn2SiA，具體焊接工藝參數如表39所示。表3-9 定位焊焊接參數焊腳尺寸/mm焊絲直徑/mm焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/m·h-1焊絲伸出長度/mm氣體流量/L·min-161.62602802729202618201618、焊接工藝為保證四條縱向角焊縫的焊接質

31、量，生產中常采用“船形”位置施焊，其傾角為45°。圖3-2即為傾斜焊件的簡易裝置。圖3-2 傾斜焊件的簡易裝置工字形柱四條縱向角焊縫采用自動埋弧焊進行焊接，需安裝引弧板和熄弧板，焊前要認真清理焊接區(qū)。焊絲為H08A，焊劑為HJ431。具體焊接工藝參數如表310所示。表3-10 翼板與腹板的焊接參數焊腳尺寸/mm焊絲直徑/mm焊接電流/A電弧電壓/V焊接速度/m·h-1102450475343640焊接順序如圖3-3所示。圖3-3 工字形結構的焊接順序焊后采用氣體火焰加熱對焊接變形進行矯正，至此工字形結構制造完成。3.5.2 肋板焊縫的焊接工藝先在腹板上劃肋板裝配線，使用合適

32、的夾緊器（如永磁式夾緊器）予以定位夾緊。肋板的焊接選用二氧化碳氣體保護焊。焊絲選用H08Mn2SiA，具體焊接工藝參數如表311所示。表3-11 肋板焊縫的焊接參數焊腳尺寸/mm焊絲直徑/mm焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/m·h-1焊絲伸出長度/mm氣體流量/L·min-161.626028027292026182016183.5.3 肋板縱向角焊縫的焊接工藝由于肋板與腹板的焊接已完成，經焊接變形矯正后即可對其進行肋板縱向角焊縫（肋板與翼板之間的焊縫）的焊接。選用二氧化碳氣體保護焊進行焊接，焊絲選用H08Mn2SiA，具體焊接參數如表3-12所示。表3-12 肋板縱向角

33、焊縫的焊接參數焊腳尺寸/mm焊絲直徑/mm焊接電流/A電弧電壓/V焊接速度/m·h-1氣體流量/L·min-161.228028302025肋板焊接完成后，如果沒有變形，在長度方向上測量一定尺寸切割后進行端面銑平或磨平；如果存在變形，則焊后對其進行矯正后再進行定尺加工。以上所有工序完成之后，使用超聲波對工字形梁整體進行探傷，檢驗合格后方可出廠。4.焊接變形4.1焊接變形種類焊接結構焊后的殘余變形，主要可分為以下六種：縱向收縮變形：構件焊后在焊縫方向發(fā)生收縮。如圖4-1所示（a）。橫向收縮變形：構件焊后在垂直焊縫方向發(fā)生收縮。如圖4-1所示（a）。焊接結構焊后出現的收縮變形是

34、難以修復的，必須在構件下料時加余量。彎曲變形：構件焊后發(fā)生彎曲。如圖4-1所示（c）。這種焊接變形是由于構件上的焊縫不對稱或焊件斷面形狀不對稱、焊縫的縱向收縮和橫向收縮而產生的變形。角變形：焊后構件的平面圍繞焊縫產生的角變形。如圖4-1所示（b）。主要由于焊縫截面形狀不對稱，或施焊層次不合理致使焊縫在厚度方向上橫向收縮量不一致所產生的。波浪邊形：焊后構件呈波浪形。如圖4-1所示（e）。這種變形在薄板焊接時容易產生。產生原因是由于焊縫的縱向收縮和橫向收縮在拘束度較小結構部位造成較大的壓應力而引起的變形；或由幾條相互平行的角焊縫橫向收縮產生的角變形而引起的組合變形；或由上述兩種原因共同作用而產生的

35、變形。扭曲變形：焊后沿構件的長度出現螺旋形變形。如圖4-1所示（d）。這種變形是由于裝配不良、施焊程度不合理，致使焊縫縱向收縮和橫向收縮沒有一定規(guī)律而引起的變形。（a）縱向收縮和橫向收縮 （b）角變形 （c）彎曲變形（d）扭曲變形 （e）波浪邊形圖4-1 焊接變形種類以上幾種類型的變形，在焊接結構生產中往往并不是單獨出現的，而是同時出現、相互影響。焊接變形是焊接結構生產中經常出現的問題。比較復雜的變形，矯正的工作量比焊接工作量還要大。如果矯正不當，會造成廢品。4.2 減少和預防焊接變形的方法4.2.1 退火消除焊接變形法焊接殘余應力是引起焊接變形的根源，沒有焊接殘余應力存在就不會產生焊接變形。

36、對此可將組裝定位焊成形的構件，根據焊接變形規(guī)律、焊接變形方向將待焊件夾持于剛形體或兩預測變形相反的待焊件相互點焊一起，然后施焊。焊接時剛形體或兩焊件點焊一起相互約束可抵制焊接變形產生，但焊接殘余應力仍存在。當拆除約束后，焊接變形隨之產生。對于低碳結構鋼（如本次設計的Q235B），將其放入退火爐中墊平加熱。退火規(guī)范選擇600650，保溫4h。加熱溫度要求均勻，冷卻緩慢（最好隨爐緩冷）到室溫，則焊接結構件消除殘余應力比較徹底，可使焊接結構件不產生焊接變形。4.2.2 剛性固定法 剛性大的焊件焊后變形一般較小。當焊件剛性較小時，利用外加剛性拘束方法，以較少焊件焊后變形的方法稱為剛性固定法。這種方法是

37、采用強制手段減少焊接變形的一種方法。采用這種方法焊接變形比自由狀態(tài)下焊接變形小。這種方法對于板件厚度小于10mm、形狀較小的薄板焊件效果較好。對成批量生產的小型焊件，可做成組裝定位焊及焊接胎具。對于厚度大于12mm的大型焊件，雖不能完全消除焊接變形，但可減少變形。4.2.3 反變形法反變形法是減少焊接變形的普遍應用方法。反變形是在構件未焊前，先將構件預制成人為的變形，使其變形方向與焊接引起的變形相反，則焊后構件的 變形與預制變形可互相抵消，達到構件變形減少或消除焊接變形。對于工型鋼，焊件反變形法主要包括：工字梁翼緣板的塑性反變形法工字梁翼緣板的塑性反變形法，即翼緣板要采用壓力機壓出角變形，這種

38、角變形是將翼緣板在預彎處加外力，使其截面產生的彎曲應力大于翼緣板材料的屈服點S，則翼緣板產生塑性彎曲變形，這種變形成塑性反變形法。如圖4-2所示。圖4-2 翼緣板反變形根據以下公式計算：=（btan）/2式中反變形量；b翼緣板寬度；翼緣板反變形角。其數值大小與蓋板的厚度、焊腳尺寸K及焊接方法有關。彈性反變形法在難以進行塑性變形預彎時，用卡具在預測焊接變形的相反方向加外力使其產生相反方向變形，則焊接變形便會減小。4.2.4 正確的焊接順序當主梁的截面和上下焊縫對稱時，先焊接梁的下面兩道焊縫比先焊接上面兩道焊縫產生的拱曲變形大。由于先焊下部寒風冷卻后收縮，相當于梁上加一個彎矩，使梁上部產生拉應力，

39、則焊接上部焊縫是在受拉應力區(qū)焊接，則焊接彎曲變形比先焊的兩道焊縫彎曲變形小。焊接主梁上蓋板與筋板的焊縫，為避免焊接方向的影響，可采取如圖4-3所示的焊接方向，即由中間向兩邊焊接或兩邊相反方向焊接。圖4-3 影響焊接變形最小的焊接方向5 自動埋弧焊5.1 自動埋弧焊的原理焊接電源的兩極分別接至導電嘴和焊件。焊接時，顆粒狀焊劑由焊劑漏斗經軟管均勻地堆敷到焊件的待焊處，焊絲由焊絲盤經送絲機構和導電嘴送入焊接區(qū)，電弧在焊劑下面的焊絲與母材之間燃燒。電弧熱使焊絲、焊劑及母材局部熔化和部分蒸發(fā)。金屬蒸氣、焊劑蒸氣和冶金過程中析出的氣體在電弧的周圍形成一個空腔，熔化的焊劑在空腔上部形成一層熔渣膜。這層熔渣膜

40、如同一個屏障，使電弧、液體金屬與空氣隔離，而且能將弧光遮蔽在空腔中。在空腔的下部，母材局部熔化形成熔池；空腔的上部，焊絲熔化形成熔滴，并以渣壁過渡的形式向熔池中過渡，只有少數熔滴采取自由過渡。隨著電弧的向前移動，電弧力將液態(tài)金屬推向后方并逐漸冷卻凝固成焊縫，熔渣則凝固成渣殼覆蓋在焊縫表面。在焊接的過程中，焊機不僅起著保護焊接金屬的作用，而且起著冶金處理的作用，即通過冶金反應清除有害雜質和過渡有益的合金元素。5.2 自動埋弧焊的特點及應用5.2.1 自動埋弧焊的特點自動埋弧焊的優(yōu)點：（1）生產效率高 埋弧焊所用的焊接電流可大到1000A以上，比焊條電弧焊高57倍，因而電弧的熔深能力和焊絲熔敷效率

41、都比較大。這也使得焊接速度可以大大提高。（2）焊接質量好 這一方面是由于埋弧焊的焊接參數可通過電弧自動調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)能夠保持穩(wěn)定，對焊工操作技術要求不高，因而焊縫成形好，成分穩(wěn)定；另一方面也與采用熔渣進行保護，隔離空氣的效果好有關。（3）勞動條件好 埋弧焊時，沒有刺眼的弧光，也不需要焊工手工操作。這既能改善作業(yè)環(huán)境，也能減輕勞動強度。（4）節(jié)約金屬及電能 對于2025mm厚一下的焊件可以不開破口焊接，這既可節(jié)省由于加工坡口而損失的金屬，也可使焊縫中焊絲的填充大大減少。同時，由于焊劑的保護，金屬的燒損和飛濺也大大減少。由于埋弧焊的電弧熱量能得到充分的利用，單位長度焊縫上所消耗的電能也大大降低。自

42、動埋弧焊的缺點：（1）焊接適用的位置受到限制 由于采用顆粒狀的焊劑進行焊接，因此一般只適用于平焊位置的焊接，如平焊位置的對接接頭、角接接頭以及堆焊等。對于其他位置，則需要采用特殊的裝置以保證焊劑對焊縫區(qū)的覆蓋。（2）焊接厚度受到限制 這主要是由于當焊接電流小于100A時電弧的穩(wěn)定性通常變差，因此不適于焊接厚度小于1mm的薄板。（3）對焊件坡口加工與裝配要求較嚴 這是因為埋弧焊時不能直接觀察電弧與坡口的相對位置，必須保證坡口的加工和裝配精度，或者采用焊縫自動跟蹤裝置才能保證不焊偏。5.2.2 自動埋弧焊的應用埋弧焊已有70多年歷史，至今仍是現代焊接生產中生產效率高、應用廣泛的熔焊方法之一。由于埋

43、弧焊具有生產效率高、焊縫質量好、熔深大、機械化程度高等特點，其應用廣泛，至今仍是鍋爐、壓力容器、船舶、橋梁、起重機械、工程機械、冶金機械以及海洋結構、核電設備等制造的主要焊接手段，特別是對于中厚板、長焊縫的焊接具有明顯的優(yōu)越性?？珊附拥匿摲N有：碳素結構鋼、低合金結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼以及復合鋼等。此外，用埋弧焊堆焊耐熱、耐蝕合金，或焊接鎳基合金、同基合金等也能獲得很好的效果。5.3 自動埋弧焊的焊接工藝5.3.1 埋弧焊的焊接材料及選用、焊絲焊絲在埋弧焊中是作為填充金屬的，也是焊縫金屬的組成部分，所以對焊縫質量有直接影響。根據焊絲的成分和用途可將其分為碳素結構鋼焊絲、合金結構鋼焊絲和不銹鋼焊絲

44、三大類。在選擇埋弧焊用焊絲時，最主要的是考慮焊絲中錳和硅的含量。無論是采用單道焊還是多道焊，應考慮焊絲向熔敷金屬中過渡的Mn、Si對熔敷金屬力學性能的影響。為適應焊接不同厚度材料的要求，同一牌號的焊絲可加工成不同的直徑。焊絲一般成卷供應，使用前要盤卷到焊絲盤上，在盤卷及清理過程中，要防止焊絲產生局部小彎曲或在焊絲盤中相互套迭。否則，會影響焊接時正常送進焊絲，破壞焊接過程的穩(wěn)定，嚴重時會迫使焊接過程中斷。、焊劑焊劑在埋弧焊中的主要作用是造渣，以隔絕空氣對熔池金屬的污染，控制焊縫金屬的化學成分，保證焊縫金屬的力學性能，防止氣孔、裂紋和夾渣等缺陷的產生。同時，考慮實施焊接工藝的需要，還要求焊劑具有良好的穩(wěn)弧性能。埋弧焊的焊劑可按制造方法、用途、化學成分、化學性質以及顆粒結構等分類。我國目前主要是按制造方法和化學成分分類。按制造方法可將焊劑分為熔煉焊劑、燒結焊劑和粘結焊劑三大類。、焊劑和焊絲的選用與配合焊劑和焊絲的正確選用及二者之間的合理配合，是獲得優(yōu)質焊縫的關鍵，也是埋弧焊工藝過程的重要環(huán)節(jié)。所以必須按焊件的成分、性能和要求，正確、合理地選配焊劑和焊絲。在焊接低碳鋼和強度等級較低的合金鋼時，選配焊劑和焊絲通常以滿足力學性能要求為主，使焊縫強度達到與母材等強度，同時要滿足其它力學性能指針要求。在此前提下，即可選用下面兩種配合方式中的任何