船舶焊接开题报告

1/22船舶焊接开题报告紫琅职业技术学院XX届船舶工程技术专业毕业论文开题报告开题是否通过请指导教师在括号内打“”焊接技术专业开题报告范文-中厚板高强钢大线能量焊接接头组织性能分析关键词：焊接接头组织性能一.课题背景钢板被广泛用于诸如建筑、桥梁、压力容器、储罐、管线和船舶等基础建设和大型建筑中。建筑构件的大型化和高层化发展趋势要求钢板的厚度增加,同时具有更高的综合性能,包括更高的力学性能、高效的加工性能以及优良的抗腐蚀性能和抗疲劳破坏性能等。但是,随着钢板强度的提高,其冲击韧度和焊接性能显著下降,焊接裂纹敏感性增加。随着能源、石油、化工、水电等行业的迅速发展,工程结构越来越朝着大型化、轻量化方向发展，而焊接作为一种重要的加工手段,在结构制造领域正受到越来越多的关注。以造船业为例,焊接成本占整个成本的30%以上。因此,提高焊接生产效率在结构制造中具有重要意义。而随着焊接线能量的提高,传统低合金高强钢的焊接热影响区性能恶化,易产生焊接冷裂纹问题13。2/22由于焊接为厚板加工的主要方式,焊接钢结构用中厚钢板已几乎占所有扁平材钢铁产品的一半，并被认为是当今钢结构桥梁、船舶及海洋平台、高层建筑钢结构、管线、压力容器等制造领域用钢的主导产品。而随着厚度的增加，如何获得钢板高强度、高韧性及优良焊接性三者之间的良好匹配成为了问题的关键所在。但是按照传统冶金学原理，在提高钢板强度的同时必将以损失韧性和焊接性为前提4。总之，迄今为止，有关中厚板高强钢大线能量焊接冶金、焊接性及焊接工艺的研究相对较少，许多焊接理论和焊接技术问题还未得到解决。本文较系统地研究了中厚板高强钢大线能量焊接焊接接头的组织结构特点，其目的旨在为提高中厚板高强钢大线能量焊接技术水平提供必要的依据，具有重要的理论意义和实际应用价值。二本课题国内外研究的历史和现状大线能量焊接技术1大线能量焊接技术介绍我国年钢铁消耗已经突破3亿吨，其中钢结构的使用量高达亿吨，包括建筑、桥梁、机动车辆等钢结构产业。钢结构未来向大型化发展，采用50kJ/cm以上大线能量焊接将是必然趋势。而单面埋弧焊、气电立焊及电渣焊等大线能量焊接技术因其熔敷效率高、焊接速度快、焊接质量3/22好、节约能源、操作方便且易于自动化等优点，成为现代钢制结构制造行业中应用最为广泛的高效焊接技术。下面对这3种在结构制造行业应用最为广泛的大线能量焊接技术进行介绍。单面埋弧焊?单面埋弧焊技术是采用较大的焊接电流，在背面用衬垫强迫成型条件下，将焊件一次焊透从而获得双面焊缝的一种焊接工艺5-6。根据所用衬垫的不同，单面埋弧焊技术又可分为焊剂铜衬垫法和焊剂垫法。FCB法是在坡口背面放铜板，铜板之上均匀地铺一层焊剂，利用通气软管等简单的上升机构将铜板压紧在坡口背面，只在正面焊接一道，背面也能形成焊道。FCB法原理见图a。RF法是将含有热硬化性树脂粉末的焊剂放入皮带式或槽型的RF装配架内上层，其下部是装有铺底焊剂的焊剂袋，再下部是膨胀用的通气软管，依靠膨胀将焊剂压紧在坡口背面，同样是正面焊接一道，背面也能形成焊道。RF法原理见图b。单面埋弧焊技术可应用于船舶、钢结构、桥梁等钢板的焊接。气电立焊气电立焊是采用自动控制上升系统、配用专门的药芯焊丝、以CO2或Ar+O2气体保护进行自动单面焊双面一次成型的高效大线能量焊接技术5，其工艺过程稳定、操作简便、焊缝质量优良，生产效率比手工电弧焊高10倍4/22以上。气电立焊多用于大型石油储罐、高炉、巨型船舶的大立缝焊接，其原理如图2所示。电渣焊电渣焊是利用电流通过导电的液体熔渣所产生的电阻热使金属熔合的一种大线能量熔焊方法7。为了保持熔池形状，必须辅以铜冷滑块强制焊缝成形。电渣焊的热源来自焊丝自身的电阻热和渣池热，渣池最高温度达2000左右，渣池内产生剧烈的涡流，使温度比较均匀，从而使工件边缘熔化。电渣焊的原理如图所示。2大线能量焊接对钢铁材料组织性能的影响焊接时伴随这热量输入，由于母材热影响区上各点距焊缝的远近不同，经历的热循环不同，使得整个焊接热影响区的组织和性能不均匀分布810。如图所示，在焊缝金属区，钢本身发生熔化。在熔合线和未受热影响的基体材料之间形成HAZ。紧靠熔合线的基体金属温度接近钢的固相线温度，因此，该区域显微组织迅速粗化，成为粗晶热影响区。随着距熔合线距离的增大，热循环峰温下降，在某一区域达到的一个温度范围相当于正火温度，这个区域为细晶热影响区。离熔合线的距离再进一步增大时，钢被加热进入奥氏体和铁素体的两相区和不发生任何相变区。这两个区域分别为两相区和亚临界热影响区。从一个区到另一个区的过渡是连续的。在多层焊接情况下，一次形成5/22的热影响区显微组织将经受二次过程。如生成两相区或亚临界粗晶热影响区，情况则变得更为复杂。焊接热循环过程伴随HAZ中微观组织而变化，相变组织主要取决于材料的淬透性和冷却速度等等，可能的相变组织包括铁素体、珠光体、上贝氏体、下贝氏体、马氏体等。通常情况下，CGHAZ的韧性一般都较低，其原因在于奥氏体晶粒粗化和粗大相变组织的生成。因此，大线能量焊接用钢的合金设计和焊接工艺均非常重视细化HAZ组织。高强钢1高强钢的定义关于高强度钢的定义，各国的专门机构和科学工作者的见解不尽相同。美国钢铁学会曾对其定义为“高强度低合金钢是一种专门类别的钢，:在这类钢中，由于除碳而外，有意地加入一种或多种合金元素，从而使力学性能提高，并且在大多数情况下，具有良好的抗腐蚀性能。这类钢通常以轧制状态，或根据焊接要求以退火、正火高强度结构钢的焊接性与液压支架结构强度的研究或消除应力状态，一般地以保证最低力学性能来供应。”日本的高强度钢低温用钢的焊接一书对高强度钢有如下的叙述:“高强度钢是考虑焊接性的抗拉强度在6/22490MPa以上的低碳低合金用钢。”在文献中11-12日本学者荒木透著对高强度钢描述为:“具有程度的拉伸强度、焊接性、缺口韧性、耐大气腐蚀性优良的结构用钢。”前苏联学者13-14认为应当将在热轧状态下具有不低于325MPa屈服强度的钢划分为低合金高强度建筑钢。德国学者D.拉达伊15认为，高强钢可分高强度结构钢、超高强度结构钢、细晶粒结构钢、表面淬火钢、热处理钢、奥低体钢和马氏体钢。上述定义也只是单纯从钢材的强度来加以区分。具体到焊接结构件来说，除考虑材料的抗拉强度外，更应考虑材料的焊接性能。我国学者与淦、潘建武在六十年代所著的合金钢与优质钢中对高强度钢的定义是引用对钢材料所做的分类标准，主要是按材料的屈服强度对高强度钢来进行分类:屈服强度在343MPa以上，抗拉强度在以上，屈服比大于70%的钢定义为高强度钢。我国的材料科学与一程百科全书对高强度低合金钢介绍如下:“高强度低合金钢是屈服强度大于275MPa的钢。”1959年，在国内研制并吸取国外相关标准经验基础上，制定了我国低合金高强度钢第l个部颁标准YB13一59，即“低合金高强度钢钢号和一般技术条件”:，它包括屈服强度为295一39oMPa的低合金高强度钢和钢筋两个钢类的12个钢号。后改名为7/22“低合金结构钢钢号和一般技术条件”。该标准于1988年升为国家标准，即GB1591一88名为“低合金结构钢”。标准中列入了屈服强度由295一440Mpa范围的17个钢号。1992年参照国际上通用的叫法，又改名为“低合金高强度结构钢，。从整体上说，我国对钢材的划分标准土要是从二个方面来分类的，即:化学成份、金相组织和品质，对于高强度钢没有明确的定义。2低合金调质高强钢的焊接性低合金调质高强钢含碳量W较低,一般都在%以下,其高强度及良好的综合机械性能是通过在低碳基础上加入多种提高淬透性的合金元素和调质热处理获得强度高、韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体组织而得到的16。这类钢合金系统复杂,淬硬性大,在焊接过程中主要会出现三个问题:热影响区的软化;热影响区的脆化;焊接冷裂纹。热影响区的软化是因为热影响区上凡是被加热且温度处于回火温度至Ac1范围的区域,其碳化物会积聚长大而使刚才软化。对于焊后不再进行调质处理的焊接,热影响区软化的问题是不可避免的,焊接工艺的任务是要控制好热输入等参数以得到合适的软化区域宽度和软化程度。热影响区的脆化和焊接冷裂纹则是矛盾的两个方面,拘束度相同的情况下,这个矛盾是围绕着冷却速度而产生的。低合金高强钢淬透性大,冷裂倾8/22向大,但是由于含碳量低,焊接形成低碳马氏体又加上其Ms转变温度较高,在此温度下冷却得比较慢,生成的马氏体得以“自回火”,冷裂纹可以避免。如果马氏体转变速度很快那么马氏体就不到“自回火”,冷裂纹倾向必然增大。热影响区的脆化是由于焊接冷却时在800500区间的冷却速度慢导致形成了上贝氏体加M-A的混合脆性组织16-17。总结起来,矛盾关系可以用图1来表示。通过示意图我们可以清楚地看出低合金调质高强钢焊接工艺的重点任务之一是在交集区域内寻找合适的冷却速度从而得到解决矛盾的平衡点。为了得到合适的冷却速度并控制好热影响区的软化,必须要综合考虑的因素有焊接方法、焊材匹配、线能量、预热及层间温度等。中厚板中厚板材料是国民经济发展所依赖的重要钢铁材料.是国家工业化不可缺少的钢材品种，中厚板生产水平及材料所具有的水平是国家钢铁工业及钢铁材料水平的标志。国外工业化国家，中厚板的需求量占钢材总量的14%一16%.虽然我国中厚板的生产量占钢材总量的比例已达11%，但仍然满足不了国内消费需求，每年仍需大量进口。中厚板的品种繁多，用途广泛，在国民经济发展中具有重要地位，对促进国民经济发展起着重要作用。我国造船工业发展前景广阔，现船舶制造能力已跃9/22居世界第三位，年造船能力已达300350万吨，年约需造船用钢板近百万吨.并以年3%一5%的速度递增。船舶制造轻量化是造船工业技术的发展趋势，中厚板生产行业不断开发、生产高强度、高精度及具备良好低温韧性、焊接性和规格多。我国能源基础建设的重点是大力发展火电发电一台30万kw的发电机组需用锅炉钢板约4500吨，随着民用、工业、电站用锅炉制造业的发展，锅炉用钢板的需求量日益增加.因锅炉是具有潜在危险的特殊设备.对钢板质量要求严格.因此，中厚板生产行业不仅提供了中、低压锅炉用材，同时正致力于开发生产难度大的高压、超高压锅炉用材。石油化工、机电等行业对压力容器用材的品种、规格需求是相当广泛的.其质量方面的要求也相当高。在低、中、高压力容器和常、低、高温压力容器方面形成品种系列化对压力容器制造业的发展是很必要的。如目前尚需进口国内迫切需要的低温、耐热、不锈、不锈复合及高强度压力容器钢板也将逐渐由国内生产.这类钢板年需求量在50万吨以上。我国中厚板行业在70、80年代，以扩大生产规模、提高产量满足市场对材料数量上的要求为主要目标的指导思想现已发生了重大变化。随着社会的进步和发展，中厚板材料使用行业对材料提出了诸多更高要求，引导并推动10/22了中厚板材料科学技术的发展，在这种形势下，中厚板行业充分依靠材料科学的研究成果、运用高新技术，使中厚板材料向优质、多品种、低成本的方向发展，是适应使用行业的要求，促进社会进步和发展所面临的新的挑战。因此，中厚板材料品种多样化、性能综合化、良好的尺寸精度和表面质量是中厚板材料科学研究的目标。而以冶炼、连铸、轧制、热处理等高新技术开发逐渐形成的整体技术是实现这一目标的重要保证。目前，应要大力研究、开发、生产微合金化的低合金高强度中厚板材料，提高微合金化钢的比例，缩小与发达工业国家在品种、质量、性能方面的差距。随着日新月异的科学技术进步.出现了除钢铁材料以外的新型材料.形成工业材料多元化的竞争局面，但对使用中厚板材料的大工业行业来说.在未来相当长的时期内.这些新型材料将不可能对中厚板材料所具有的重要地位形成影响。而且，随着使用行业的发展，将会更加依赖多品种、高性能的中厚板材料。可以说，中厚板材料依然是未来社会进步和发展的重要基础材料。因此，中厚板的焊接研究也成了目前倍受关注的课题1823。高彩茹、马金龙、王佳夫等对屈服强度为380MPa的超级钢中厚板进行气体保护焊工艺及接头冲击韧度进行了了研究24。结果表明：焊接电流在200一300A可实11/22现顺利焊接且电流已较大，不宜再增加电流。此时，焊接过程平稳，外观无表面缺陷，成形美观，焊缝完全熔合，无裂纹及未熔合发生，接头质量良好。将焊接电压设定在28一30V左右，电压的微小波动对焊接热输人的影响不大。在焊缝处组织基本上是铸造组织。如果是单道焊接，焊缝组织全部是柱状晶，柱状晶的周边是先共析的铁素体网。柱状晶内是针状铁素体。网状铁素体的尺寸越小，则冲击韧度越好。当焊接电流增大时，散热速度降低，高温阶段停留时间长，网状铁素体的尺寸增加，韧性会降低。针状铁素体的尺寸与数量也是影响韧性的一个重要因素，粗大的先共析铁素体和平行排列的针状铁素体对金属裂纹传播距离长，对裂纹的传播抗力小，当针状铁素体小而量多时，韧性良好。三.工作计划和方案论证1.工作计划第一阶段：收集整理资料，熟悉工艺，方法和设备，完成开题报告。第二阶段：设计初步焊接工艺参数，准备实验材料。第三阶段：根据设计的初步焊接试验工艺参数，进行施焊。对焊缝拍摄宏观照片和测量润湿角，并进行分析12/22比较，寻找最佳工艺参数。第四阶段：不同工艺参数下的焊接接头组织性能分析。分别对焊接接头组织进行金相照相，扫描电镜试验，XRD和能谱分析，机械性能和力学性能分析测试。第五阶段：整理实验数据，编写论文2.方案论证埋弧焊是目前中厚板高强钢焊接中应用最多的焊接方法，并且可以实现比较好的接头性能。本课题的主要是通过不同的焊接工艺参数下来比较中厚板高强钢焊接中不同的组织，从而为性能研究奠定基础。自动钨极氩弧焊焊机，金相照相等设备实验室均具备，而实验所需钢材可以采购到。此工艺的关键是要调节各种参数，保证焊接接头的质量及美观性。综上所述，方案中的主要问题，在实际条件下不难解决，因而此方案是可行的。四.参考文献1马耀芳,王富林,高建国,等.800MPa级高强钢的焊接试验研究J.水力电力机械,1994:3-9.2MitsuhiroOkatsu,TohruHayashi,KenitiofAdvancedextremely-lowcarbonbainiticsteelforthickpaltesof570MPagradethroughas-rolledprocessJ.KawasakiSteel13/22TechnicalReport,1999,:56-62.3秦晓钟.压力容器用钢与标准的技术进展A.第四届全国压力容器学术会议专题报告集C.4陈晓，李书瑞，陈颜堂.国内外中厚板产品开发现状及发发展趋势.XX钢结构学术年会论文集.5李敏，郑香增.大线能量焊接用钢的研究概况J.山东冶金，XX:8-12.6贾贵忱，吴执中，吕纯杰等.单面埋弧焊双面成形的焊接缺陷及防止措施J.焊接，1995:21-22.7姜焕中.电弧焊及电渣焊M.北京:机械工业出版社，1995.8张文钺.焊接冶金学M.北京:机械工业出版社,1996,1899Tae-KyuLEE，KinHJ，KangBY，sizeonthenucleationofacicularferriteinweldsJ.ISIJInternational，2000，40:1260.10KohichiYamamoto，ToshieiHasegawa，onIntragranularferriteformationinTi-OxideBearingsteelsJ.ISIJInternational，1996，36:80.11WH70钢板.舞阳钢铁有限责任公司；舞阳钢铁14/22公司焊接结构用WH100高强度钢板.供货技术条件.12AltinoJR,ofheatinputonplasticdeformationofundermatchedweldsJ.JounalofMaterialsProcessingTechnology,2002,128:240-249.13中国机械工程学会焊接学会.焊接结构设计与制造委员会.焊接结构设计手册M.1990年3：142143.14李亚江，杨虎重.焊接材料选用指南M.北京：中国建材工业出版社；215D.拉达伊德.焊接热效应-温度场.残余应力.变形M.北京：机械工业出版社.1997年1月第1版；1.16陈祝年.焊接工程师手册M.北京:机械工业出版社,200217赵琳,张旭东,陈武柱.800MPa级低合金钢焊接热影响区韧性的研究J.金属学报,XX:392-396.18荆其臻，王华，金镭.我国中厚板材料发展现状及迈人21世纪对策.宽厚板.4:1-8.19田莉.我国中厚板生产状况及发展趋势.中国钢铁业.XX:30-3320戴立先.建筑钢结构厚钢板现场焊接技术.焊接与切割.XX:39-4121陈东雁.厚钢板的焊接技术.铁道建筑技术.15/22XX:96-9822于彬.中厚板自动埋弧焊质量控制.金属铸锻焊技术.XX,37:146-14723HanMoonSik,GeonKwonOh.FreenitrogeneffectoncreepfailureandcreepcrackgrowthofC-MnsteelJ.JournalofMaterialsScience,XX,39:24高彩茹，马金龙，王侍夫，刘相华，吕朝阳.超级钢中厚板焊接工艺对接头冲击韧度的影响.机械工程材料.XX,30:5-9中国计量学院现代科技学院毕业设计开题报告学生姓名：朱涛学号：0930117122专业：机械电子工程班级：机电091班设计题目：小型焊接机器人的结构设计指导教师：冯娟系：机电工程系XX年3月20日1选题的背景和意义16/22在科技日益发达的今天，机器人已逐步进入人类的生产生活当中。当初只能在电视电影上看到的机器人，那些能够举起千斤重物的机器人，能够在墙上飞檐走壁的机器人。在我们这个时代已经不是梦想，在大街上我们可以看到爬壁机器人的高空作业，在深海机器人又可以代替人类考察，甚至上月球进行研究考察数据。这些机器人将在我们的生活中越来越平凡。在工业生产中机器人更有人类难以取代的位置。机器人可以在恶劣的环境下代替人类工作，机器人不会觉得累。在焊接方面机器人更是做的比较出色。对于线条、点面进行的焊接精确度是相当的高。焊接机器人的质量直接就决定了生产制造出的产品的质量，所以制造一个精度高，机构精巧的焊接机器人是必不可少的。机器人在现代化生产生活中具有广泛的应用，尤其是工业机器人的应用。工业机器人是一种多用途的机器人。在恶劣的环境中机器人可以代替人类完成绝大部分的工作，因此工业机器人在高温、低温、缺氧、等环境中应用较多。焊接机器人的应用在半自动化生产中比较广泛，如汽车外壳、底盘的生产等。从大角度来看国内焊接机器人的应用不少，但是国人自主研发的焊接机器人还是比较薄弱的，在生产中大多用的是德系，日系等国外技术生产的机器人。就国内国人17/22自足研发焊接机器人，其重要部件如电机等还是需要向外国订购。从这方面可以看出，虽然中国是一个大国，但工业发展还是落后与其他小国家的。不管国内还是国外对于焊接机器人的需求都是很大的，拥有一款好的焊接机器人将在焊接行业占领主导地位。从20世纪90年代以来，计算机的迅速发展，人工智能、传感器技术等大部分新型技术都应用到了焊接机器人当中。使焊接机器人越来越接近人工智能，焊接技术也越来越高。焊接机器人根据国际标准化组织工业机器人术语标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，焊接机器人工作站，从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，主要有以下优点：稳定和提高焊接质量；提高劳动生产率；改善工人劳动强度，可在有害环境工作；18/22降低了对工人操作技术要求；缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资；2研究内容与拟解决的主要问题研究内容了解焊接机器人实际应用中的意义和该类机器人的发展现状，对焊机机器人的原理、构造、运动轨迹有全面的认识，以及对机器人的机械结构、电机分配有全面的把握。对该课题进行深入的分析，选择实现方便、稳定、安全、高效的方案，完成小型焊接机器人的结构设计。拟解决主要问题1)需要对小型焊接机器人的整个结构的构思；2)通过结构的设计选择合适的电机；3)根据机械结构设计合理的传动结构；4)需要对设计的传动机构及零件进行校核；5)完成焊接部分的结构设计，使机器人能够实现焊接；6)学习绘图软件，如Solidworks、AutoCAD绘制部分装配图三维图。3实施方案通过对国内外相关资料文献的学习，使我对焊接机器人的结构、性能等有了一定的了解。拟采用以下的实施19/22方案：第一步,构思焊接机器人的结构，例如：机器人的运动结构等。第二步，利用AutoCAD，SolidWorks等计算机辅助软件实现装置的初步设计，图1为本设计的初步设计方案。第三步，通过查阅相关资料完成必要零件的选型与设计，例如：电机、齿轮等。第四步，完成机械图的绘制。图16自由度全关节机械臂本章小结整个设计过程循序渐进，先从整体把握，再逐个部分突破，最后整体联调。从理论分析，方案设计到实验实践，线路清晰明确，有助于对焊接机器人的设计。4实施计划03月11日03月16日：理解课题，查阅并收集资料，翻译外文文献并写