焊接专业 毕业设计（私人论文）.doc

机 电 工 程 系毕业设计(论文)专业 焊接技术及自动化级别 06焊接1班 学号 学生姓名 指导教师 2009年4 月 25 日机 电 工 程 系毕业设计任务书设计题目：集装箱吊具金属结构开裂焊接修补工艺分析完成期限：自2008年10月22日 至2009年4月25日止专业 焊接技术及自动化级别 06焊接1班 学号 学生姓名 指导教师 内容摘要集装箱吊具的介绍及在港口装卸中所起的作用，在日常维护中对焊接部位容易产生裂纹的部位金属焊接性进行分析。并对金属焊接工艺中，弧焊电源、焊接速度、焊接电流、焊接层数以及焊接缺陷的分析，着重对吊具金属焊接裂纹缺陷进行了系统分析及预防方法进行阐述。 关键词：港口集装箱吊具、吊具金属结构开裂、焊接修补、焊接工艺、焊接参数、目 录前言5一、集装箱吊具的介绍及作用51、集装箱吊具的介绍52、集装箱吊具的结构特点 63、集装箱吊具分类 6二、集装箱吊具金属焊接工艺61、集装箱吊具开裂及危害 72、集装箱吊具焊接工艺 73、焊接电源及参数的选取 8三、集装箱吊具焊接修补操作111、作好焊前准备 112、焊接操作113、焊后操作12四、焊接工作中裂纹的产生及预防121、定位焊焊接裂纹分析122、封闭焊缝的裂纹预防方法 133、吊具焊接缺陷人为因素 13 参考文献 13前言 加入WTO，中国将在更大范围内和更深程度上参与经济全球化进程，这有利于进一步推进中国社会主义市场经济体制的完善与发展。经济全球化使全球资源在市场的基础作用下在世界范围内加速流动，这其中海运发挥了巨大作用，国际贸易货物中有80%通过海上运输来实现。国际海运的发展促成了国际航运船舶大型化、集装箱化，使得港口的作用异常明显。港口对城市和区域发展发挥重要作用，“以港兴市”、“以港强市”成为许多城市的战略选择。1981年12月，我国第一个集装箱专业化码头在天津建成，开启了我国专业化集装箱港口发展的序幕。随着滨海新区的建立，天津港对整个滨海新区的作用日趋显著，集装箱港口发展不能缺少必要的硬件集装箱吊具。本文讲述，常用集装箱吊具的介绍、作用、吊具金属钢结构的开裂原因及焊接方法。一、集装箱吊具的介绍及作用1、集装箱吊具的介绍图1集装箱吊具是装卸集装箱的专用工具，通常与岸边集装箱起重机、轮胎式集装箱门式起重机、轨道式集装箱起重机、轨道式集装箱门式起重机、集装箱跨式运输车河门座起重机等装卸设备配合使用。如图12、集装箱吊具的结构特点 集装箱吊具采用优质高强度钢材组焊而成，具有结构重量轻，安全可靠，使用方便。适用于各类型码头起重机的集装箱装卸。对用于门座式起重机，虿船桅杆式起重机，其优点更为显著：一是改变了长期使用钢丝绳索具装卸集装箱的不安全性及降低工人劳动强度。二是该吊具有效地防止集装箱由于内部货物堆放不平衡，或货物倾侧而产生集装箱较大变形等不利因素而影响装卸能力。3、集装箱吊具分类集装箱吊具具有与集装箱箱体相适应的结构，通过转锁的箱体的箱角件连接进行起吊作业。集装箱吊具其中的尺寸取决于相应的集装箱，目前国际国内使用最多是为20ft、40ft及45ft集装箱。如天津港多为20ft和40ft集装箱，吊具使用较振华，RAM吊具居多。以天津港集装箱码头有限公司为例：多使用振华吊具和RAM双箱吊具。分别为：振-01到振17为一类无导板单箱吊具，振-17到振-34为双箱吊具，“Z”字吊具为有挡板吊具，RAM双箱吊具.如图2图2二、集装箱吊具金属焊接工艺吊具焊接质量好坏受到了焊接设备、焊材工艺流程、操作技术水平的限制。本文主要介绍了焊接电源、焊接电流、焊接速度、电弧电压、焊接层数、焊条类形、焊条直径等工艺因素对吊具焊接焊缝成形技术焊接质量的影响和造成的相关缺陷。1、集装箱吊具开裂及危害集装箱吊具金属集装箱吊具采用优质高强度钢材组焊而成，由于长期吊具与集装箱之间的机械撞击并长期受到油污侵蚀，使得焊接部位金属的应力腐蚀开裂。如图3图3吊具横梁、导板、挡板等重要构件的焊接生产中，一旦有严重缺陷，质量不合格，焊件的焊补非常困难，而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用，使焊缝的缺陷产生应力集中，加之焊缝的有效使用面积减小，减弱了焊接接头的强度。轻则使产品的使用寿命受到影响，重则导致焊缝断裂，产品破坏，酿成严重的事故。2、集装箱吊具焊接工艺1）焊接前准备2）挖去裂纹部位，其长度应超出裂纹终端50mm，且挖去部位附近100mmm内不应有焊缝存在。根据挖去部位的尺寸焊制T型内衬筋（8，J-507）.坡口准备：=600-700，P=0.4d，C=d。焊前预热：焊道两侧150-200mm内加热至200-4000C。点固焊：避开焊缝的终端3倍焊条直径，适当加大焊缝的长度和宽度。3） 焊接：补板为16Mn，焊接电流为平常的1.3倍，降低焊速至平常的0.8倍，每道焊口要一次焊接完，确保焊接区域温度不小于预热温度，焊接方向指向自由度，焊接顺序合理，焊后缓冷，将工件加热至400-6000C保持2小时后保温缓冷。3、 焊接电源及参数的选取 1）焊机介绍 ZX7400SD/500SD系列逆变式直流手工弧焊机代号(表1）含义： Z整流X下降特性7 IGBT逆变式SD 开发序号400额定电流（400A） 表1 可焊材料：碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁（使用于各种焊条的焊接）。 焊接厚度：适合2mm以上厚度的材料。 焊接位置：适合各种位置的焊接，平焊、立焊、横焊、仰焊。 使用行业：机械、电建、安装、钢结构、锅炉、化工设备、造船、压力容器等行业。 主要特点：a采用独特的PWM脉宽调制技术，动态响应速度快；采用电弧推力调节电流，根据焊接工艺，调节最佳电弧特性，焊接过程稳定不粘焊条； b关键器件采用世界名厂产品，保证整机的性能；c具有电流、电压数字化显示功能，电流预置功能；d断弧焊性能优异，再引弧成功率高；e体积小、重量轻、高效节能，可双层叠放；f输出能力强，输出电缆线可加长至100米； 2）焊机选择手工电弧焊根据被焊工件的材料、厚度、接头形式、焊接位置及焊条直径来选择焊机型号。一般碱性焊条用焊接电流略小于酸性焊条，不锈钢焊条用焊接电流，小于酸性焊条的15%。 表2参考参数：厚度（mm）坡口形式接头形式焊条直径（mm）焊接电流（A）焊机型号2-4I形坡口平板对接T形角焊缝2.53.23.270120130135ZX7250SD68V形坡口I形坡口平板对接T形角焊缝3.24.04.0120170170180ZX7315SD10mm以上V形坡口I形坡口平板对接多层焊T形角焊缝1层3.2 2层4.05.0130180230250ZX7400SDZX7500SD表2 3）焊接电流选择焊接电流大小选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量。焊接电流过大，可以提高生产率，并使熔透深度增加，但易出现咬边、焊穿、增加焊件变形和金属飞溅量，也会使焊接接头的组织由于过热而发生变化，并增大气孔倾向。 尤其在立焊操作时熔池难以控制，易出现焊瘤，弧长增加，就会产生咬边。焊接电流过小，使电弧不稳，熔透深度减小，易出现未焊透、熔合不良、夹渣、脱节等缺陷。焊接电流应根据板件厚度、接头形式、焊接位置、焊接层数、焊条类形、焊条直径和焊接经验等因素综合考虑。对于一定直径的焊条有一个合适的焊接电流范围。如表3表3焊接电流和焊条直径的关系焊条直径/mm1.62.02.53.2456焊接电流/A2540406550801001301602102002702603004）焊接速度 焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数。合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要。焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透又要保证不焊穿，同时还要使焊缝宽度和余高等符合设计要求。焊速过快，使熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成形不良等缺陷。焊速过慢，使高温时间长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，机械性能降低，焊件的变形量增大，同时焊速过慢还会使每层的厚度增大，导致熔渣倒流，形成夹渣等缺陷。5）电弧电压 焊接过程中合理的控制电弧长度是保证焊缝质量稳定的重要因素。焊条电弧焊电弧电压主要由电弧长度决定的。电弧长度越大，电弧电压越高，电弧长度越短，电弧电压越小。电弧过长对熔化金属保护差，空气中的氧、氮等有害气体容易侵入，使焊缝易产生气孔，焊接金属的机械性能降低。但弧长也不易过短，若弧长过短，就会引起粘条现象，且由于电弧对溶池的表面压力过大，不利于溶池的搅拌，使溶池中气体及溶渣上浮受阻，从而引起气孔、夹渣等缺陷的产生。6）焊接层数选择 单面焊双面成形焊接层数的选择对焊缝质量也有一定的影响。焊接层数主要根据焊件厚度、焊条直径、坡口形式和装配间隙等来确定。可作如下近似估算： n=/d 公式（1）式中：n为焊接层数；为焊件的厚度（mm） d为焊条的直径（mm）对于低碳钢和强度等级较低的低合金钢的多层焊时，每层厚度过大，对焊缝金属的塑性（主要表现在冷弯上）有不利的影响，且焊接过程中熔渣易倒流，产生夹渣和未熔合等缺陷。 但每层厚度也不易过小，以免造成焊缝两侧熔合不良。7）焊条类形及焊条直径的选择 焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定。因此，焊条类形选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素。焊条直径的大小除了对生产率有一定的影响外，对焊接质量也有一定的影响。焊条直径一般根据焊件的厚度选择：同时还要考虑接头形式、施焊位置和焊接层数，对于重要的结构还要考虑焊接热输入的要求。表4焊条直径与工件厚度之间的关系焊件厚度/mm234561213焊条直径/mm23.23.24454163、 集装箱吊具焊接修补操作1、作好焊前准备 焊前应对焊机进行试焊，确认焊机的引弧性能和稳定性能好，工艺参数的调节方便、灵活、方可使用。工件应开Y形的坡口，钝边的尺寸一般选在0.51.0mm之间，坡口边缘20mm以内处用磨光机打磨，并将表面的铁锈、油污等清除干净，露出金属光泽。重要结构的焊接一律采用碱性焊条，打底层焊接应选择直径3.2mm的焊条，中间层和盖面层可选用4mm的焊条，并对焊条进行400烘干，保温24h。使用时需要将焊条放在保温筒内，随用随取。焊条停留时间不得超过4h，且反复烘干次数不能多于三次，药皮开裂和偏心度超标的焊条不得使用。2、焊接操作1 选择合适的工艺参数焊条电弧焊的工艺参数通常包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否直接影响焊缝形状、尺寸、焊接质量和生产率。因此选择合适的焊接工艺参数是焊接生产中不可忽视的一个重要问题。焊接电流应根据板件厚度、焊接位置、焊接层数、焊条类形、焊条直径和焊接经验进行选择，保证所选择的电流不易造成焊缝咬边、烧穿、夹渣、未焊透等缺陷。焊接过程中应尽量选择使用短弧焊接，立焊、仰焊时比平焊更短些，以利于熔滴过渡，防止熔化金属下滴，碱性焊条焊接时应比酸性焊条弧长短些，以利于电弧的稳定，以避免咬边、未焊透、气孔等缺陷的产生。 焊速应合适，不宜过慢，以每层厚度不大于4-5mm为宜，以避免高温停留增长，影响焊缝的机械性能，但焊速也不宜过快，以免造成未溶合、未焊透等缺陷。焊接速度直接影响生产率，所以应该在保证焊缝质量的基础上采用较大的焊条直径和焊接电流，同时根据具体情况适当加快焊接速度，以提高焊接生产率。对重要构件要采取焊前先预热、焊后缓冷等措施，以避免冷裂纹的产生。焊接参数对热影响区的大小和性能有很大的影响。采用小的焊接参数，如降低焊接电流，增大焊接速度等，都可以减小热影响区的尺寸。采用小的焊接参数也可防止过热组织生成和晶粒细化。图42 焊工技术水平焊接生产中，焊工对焊接焊缝成形操作技术掌握的水平和技术经验，往往决定了焊缝的质量。因此，加强焊工焊接焊缝成形操作技能的训练及各种焊接位置焊缝的焊接参数的掌握是保证焊缝质量的关键。3、焊后操作焊接完毕以后，对焊接表面需要砂轮打磨光滑，同时需要探伤检查是否有新的焊接缺陷，确认无误后重新刷补防锈漆同吊具相通颜色。四、焊接工作中裂纹的产生及预防裂纹是焊接接头中最危险的缺陷之一，对于低碳钢和强度等级较低的普低钢，这些我们日常工作中常用材质来说，裂纹的问题比较容易解决，其产生原因和克服方法如下：焊接金属热裂纹：这种裂纹的断口呈蓝黑色，即金属在高温下被氧化的颜色。其总是产生在焊缝正中心或垂直于焊缝鱼鳞纹处；焊缝表面可见的热裂纹呈不明显的锯齿状，弧坑处呈放射状的火口裂纹亦属于热裂纹。其产生原因及克服方法如下：1 焊条质量不合格；选用正规厂家生产的合格产品。使用碱性焊条施焊之前必须严格执行其烘烤、保温程序，否则，绝不可用于焊接。2 在大刚度部位施焊时，收弧过于突然；改善收弧操作技术，填满弧坑后方可结束收弧。1、定位焊焊接裂纹分析定位焊时也容易出现裂纹，这种裂纹属于热应力裂纹。具体控制方法如下：1） 定位焊应遵循对角、均衡、交错的原则，并避开焊缝的始端和终端。遇到大刚度或厚重焊件时，可适当加大焊缝尺寸，并立即实施焊接，必要时，可将焊道两侧100200mm区域加热到200左右，使用碱性焊条施焊。2）采用合理的焊接顺序。首先焊接收缩量最大的焊缝；交叉焊时，铲去前道焊肉；拼接时保证焊缝的自由收缩量；开缓和槽减小应力；尽量采用冷焊法；焊接方向指向自由端；焊后消除残余应力。2、封闭焊缝的裂纹预防方法1) 对箱体或容器上的裂纹，可在裂纹的终端打止裂孔，其直径为1.52倍焊条直径，然后实施焊接。2) 环型焊缝可打三处对称分布的止裂孔，再实施分布焊接。3) 大刚度或厚重材质的焊接应对称操作、分步施工，且尽可能采用多层多道焊法。3、吊具焊接缺陷人为因素1）焊工的操作技能及经验不足。2）使用J422焊条施焊时，未在起始端拉长焊弧预热工件，收弧不彻底。3）盲目使用碱性焊条，且不按要求烘烤、保温。4）