定柱式回转悬臂起重机之旋转主体的焊接工艺设计说明书

1、 沈阳理工大学课设专用纸 焊接结构课程设计任务书学院材料科学与工程学院专业焊接学生姓名学号设计题目定柱式回转悬臂起重机之旋转主体的焊接工艺设计设计要求及技术参数： 参数： 筒壁 12m 材质 45钢 设计任务：1、选择焊接方法并确定相关的焊接工艺参数2、绘制焊接工艺设计图3、填写焊接工艺卡片及装配工艺卡4、撰写设计说明书进度安排：1熟悉零件：讲授课程，拟订相关工艺方案 2天2查阅相关资料，提出可行方案 2天3上机画图 3天4书写说明书及填写工艺卡片 4天5图纸及工艺的检测 2天6答辩 2天指导教师（签字）： 年 月 日学院院长（签字）：年 月 日摘 要 定柱式悬臂起重机是现代工业生产和起重运输

2、中实现生产过程机械化、自动化的重要工具和设备。随着我国制造业的发展，悬臂起重机越来越多的应用到工业生产当中。本设计针对的是实际中常用的定柱式悬臂起重机。小吨位起重机应用广泛，相对大吨位起重机较易制造，在我国机械工业中占有十分重要的地位。本设计分别对起重机的筒壁、轴及支承轴套、加强板、嵌套进行了焊接结构设计、并校核其强度，选取所需的轴，支承轴套等标准件，然后画出焊接结构图。分析所用材料焊接性，选用焊接方法，进行焊接工艺设计，编制焊接工艺卡。详细介绍了制造定柱式悬臂起重机所需的参数及焊接工艺。关键词：悬臂起重机；焊接结构；焊接工艺abstract fixed column jib crane is

3、 lifting a modern industrial production and transport in the process of production mechanization and automation of the important tools and equipment. as chinas manufacturing industry, cantilever cranes, more and more applications to the industrial production of these. this design is for a fixed colu

4、mn commonly used in the actual cantilever crane. small tonnage cranes are widely used, relatively large tonnage cranes easier to manufacture, in chinas machinery industry plays a very important position. the design of the crane tube wall, respectively, shaft and bearing sleeve, strengthen the board,

5、 conducted a nested design of welded structures, and to check its strength, select the desired axis, the bearing sleeve and other standard parts, and then draw the welded structure fig. welding materials used in the analysis, the choice of welding method, welding process design, preparation of weldi

6、ng process card. details given column jib crane manufacturing the required parameters and welding process.keywords:cantilever crane; welded structure; welding process焊接结构课程设计任务书i摘 要iiabstractiii第一章 材料的焊接性分析11.1 45钢的化学成分和力学性能11.2轴,支承轴套,加强板及嵌套的焊接性11.3 优质碳素结构钢的焊接性2 一 焊接施工流程-2 二、焊接工艺参数的选择-2 三、现场焊接顺序-3 四

7、、现场技术管理-3 五、结论-3第二章 焊接方法的选择4第三章 钢结构焊接生产工艺43.1 钢材的矫正和表面清理43.2 钢材的放样、画线与号料53.3. 装配与焊接63.3.1 圆筒的焊接63.3.2 嵌套和筒体的焊接63.3.3 轴系与腹板的焊接63.3.4 小肋板，大肋板及下支座肋板与筒体的焊接63.3.5 小肋板，大肋板及下支座肋板与相应腹板的焊接73.3.6 小肋板与轴系的焊接7 3.3.7 腹板与筒体的焊接73.4下料、边缘加工73.5 弯曲和成型83.6 坡口加工83.7 焊后质量检验93.7.1 焊前检验93.7.2 焊接生产中的检验93.7.3 成品检验93.8 涂装10结

8、论11致谢11参考文献12附录a: 工艺卡0113附录b：工艺卡0214附录c：工艺卡0315附录d：工艺卡0416附录e：工艺卡0517iii第一章 材料的焊接性分析1.1 45钢的性质此定柱式悬臂起重机之回转主体的筒壁的材料为45号钢，是优质碳素结构钢。由焊接手册查得这类钢的基本成分c、si、mn。 表1-1 45钢的化学成分 （wt：%） csimncrni0.420.50 0.170.370.500.800.250.30 表1-2 45钢的力学性能 （wt：%） 板厚（mm）抗拉强度 b (mpa）屈服强度 s (mpa）伸长率（%）冲击韧性值 kv (j/cm2 16-3660035

9、54039正火：850 淬火：840 回火：600 抗拉强度：不小于600mpa 屈服强度：不小于355mpa 伸长率：16% 收缩率：40% 冲击功：39j 钢材交货状态硬度：不大于 未热处理：229hbs 退火钢：197hbs 1.2轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零45号钢实验部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两

10、者之间。 轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项： (一)尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（it5it7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（it6it9）。 (二)几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。 (三)相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件

11、的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。 (四)表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为ra2.50.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为ra0.630.16m。 1.3优质碳素结构钢45钢的焊接性 中碳钢含碳量在0.30-0.60%。当含碳量接近0.30%时而含mn不高时，焊接性良好，随着碳含量的增加，焊接性逐渐变差，如果在含碳量为0.50%左右而仍然按照焊接低碳钢常用的焊接工艺，则热影响区可能产生硬脆的马氏体，易于

12、开裂。 45#不是很好焊，属于中碳钢，焊接时注意焊前预热，焊后后热保温一段时间，缓冷，减少马氏体的产生，注意焊接时采用多层多道焊，小电流焊接，减少线能量，分散焊接拘束。 焊接时，相当数量的母材被熔化进入焊缝，使焊缝的含碳量增高，促使在焊缝中产生热裂纹，特别是当硫的杂质控制不严时，更易出现。这种裂纹在弧坑处更为敏感，分布在焊缝中的热裂纹于是与焊缝的鱼鳞状波纹线相垂直。一 焊接施工流程 坡口准备点固焊预热里口施焊背部清根（碳弧气刨）外口施焊 里口施焊自检/专检焊后热处理无损检验（焊缝质量一级合格） 二 焊接工艺参数的选择 通过对45钢的焊接性分析，制定措施如下： 1. 焊接材料的选用 应尽量选择低

13、氢型的焊接材料。选用e5015 （j507）型电焊条。化学成分见下表（%）：元素 c mn si s p cr mo v ti 含量 0.071 1.11 0.53 0.009 0.016 0.02 0.01 0.01 0.01力学性能见下表：机械性能指标 b（mpa） s（mpa） 5（%） （%） akvj-30数值 440 540 31 79 164 2. 坡口形式：（根据图纸和设备供货） 3. 焊接方法：采用手工电弧焊（d）。 4. 焊接电流：为了避免焊缝组织粗大，造成冲击韧性下降，必须采用小规范焊接。具体措施为：选用小直径焊条、窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接工艺（焊接顺序如图一所示）

14、。焊道的宽度不大于焊条的3倍，焊层厚度不大于5mm。第一层至第三层采用3.2电焊条，焊接电流100-130a；第四层至第六层采用4.0的电焊条，焊接电流120-180a。 5. 预热温度：由于45钢的ceq0.45%，在焊接前应进行预热，预热温度t0=150-250，层间温度ti=150-250。 6. 焊后热处理参数：为了降低焊接残余应力，减小焊缝中的氢含量，改善焊缝的金属组织和性能，在焊后应对焊缝进行热处理。热处理温度为：600-650，恒温时间为1小时（板厚10mm时）。三、现场焊接顺序： 1. 焊前预热 在翼缘板焊接前，首先对翼缘板进行预热，恒温30分钟后开始焊接。 焊接的预热、层间温

15、度、热处理由热处理控温柜自动控制，采用远红外履带式加热炉片，微电脑自动设定曲线和记录曲线，热电偶测量温度。预热时热电偶的测点距离坡口边缘15mm-20mm。 2. 焊接 （1） 为了防止焊接变形，每个柱接头采用二人对称施焊，焊接方向由中间向两边施焊。在焊接里口时（里口为靠近腹板的坡口），第一层至第三层必须使用小规范操作，因为它的焊接是影响焊接变形的主要原因。在焊接一至三层结束后，背面进行清根。在使用碳弧气刨清根结束后，必须对焊缝进行机械打磨，清理焊缝表面渗碳，露出金属光泽，防止表层碳化严重造成裂纹。外口焊接应一次焊完，最后再焊接里口的剩余部分。 （2） 当焊接第二层时，焊接方向应与第一层方向相

16、反，以此类推。每层焊接接头应错开15-20mm。 （3） 两名焊工在焊接时的焊接电流、焊接速度和焊接层数应保持一致。 （4） 在焊接中应从引弧板开始施焊，收弧板上结束。焊接完成后割掉并打磨干净。 3. 焊后热处理：焊口焊接完成后应在12小时内进行热处理。如不能及时进行热处理应采取保温、缓冷措施。在进行热处理时，应采用两根热电偶测温，热电偶点焊在焊口的里外侧。4. 焊接检验根据钢结构工程施工及验收规范的要求，焊口采用超声波探伤法进行检验，检验比例为100%。 四、现场技术管理 1. 编制详细的焊接施工作业指导书。 2. 全过程控制焊接工艺是确保质量的核心。 每个柱接头的焊接时，应有专人监控焊接工

17、艺，如焊工不按作业指导书施工应立即终止焊接。在焊接过程中，热处理人员应全程监控层间温度，如超标应立即通知焊工暂停。 3. 提高施工人员质量意识是贯彻焊接工艺的关键 在施工前，进行全员交底，并且开取施工工艺卡。交底中详细讲解焊接工艺特点及严格控制现场焊接工艺的必要性和控制要点。五、结论 按此焊接工艺措施施工，在现场共焊焊口102道，经无损检验一次合格率达到100%。经过实际施工的验证，此焊接工艺措施不仅能在现场指导对45钢的焊接，而且能够保证焊接质量。 第二章 焊接方法的选择 根据定柱式回转悬臂起重机之回转主体成型工艺，施工条件及板厚（12mm），选择手工电弧焊。（111） 手工电弧焊，简称手弧

18、焊，是利用电弧产生的热量来熔化母材和焊条的一种手工操作的焊接方法。焊接时因电弧的高温和吹力作用使焊件局部熔化。在被焊金属上形成一个椭圆形充满液体金属的凹坑，这个凹坑称为熔池。随着焊条的移动熔池冷却凝固后形成焊缝。焊缝表面覆盖的一层渣壳称为熔渣。金属电极外由矿物质熔剂包覆，熔剂熔化时形成焊渣盖住焊接熔池。此外，包覆的熔剂还释放出气体保护焊接熔池，而且，还含有合金元素用来补偿合金熔池的合金损失。 焊条电弧焊的优点：工艺灵活、适应性强，对于不同的焊接位置、接头形式、焊件厚度的焊缝，只要焊条所能达到的任何位置，均能进行方便的焊接。对一些单件、小件、短的、不规则的空间任意位置的焊缝以及不易实现机械化焊接

19、的焊缝，更显得机动灵活，操作方便。应用范围广，焊条电弧焊的焊条能够与大多数的焊件金属性能相匹配，因而，接头的性能可以达到被焊金属的性能。焊条电弧焊不但能焊接碳钢、低合金刚、不锈钢及耐热钢，对于铸铁、高合金钢及有色金属等也可以用焊条电弧焊焊接。此外，还可以进行异种钢焊接和各种金属材料的堆焊等。易于分散焊接应力和控制焊接变形，由于焊接是局部的不均匀加热，所以焊件在焊接过程中都存在着焊接应力和变形。对结构复杂而焊缝又比较集中的焊件、长焊缝和大厚度焊件，其应力和变形问题更为突出。采用焊条电弧焊，可以通过改变焊接工艺，如采用跳焊、分段退焊、对称焊等方法，来减少变形 和改善焊接应力和分布。设备简单、成本较

20、低，焊条电弧焊使用的交流焊机和直流焊机，其结构都比较简单，维护保养也较方便；设备轻便，易于移动，且焊接中不需要辅助气体保护，并具有较强的抗风能力；投资少，成本相对较低。第三章 钢结构焊接生产工艺3.1 钢材的矫正和表面清理 根据工厂的经验，10%100%的钢板、扁钢和15%20%的型材需要矫正。由于定柱式回转悬臂起重机所用板材属于中厚度（12mm）板材，变形量在允许范围内，故无需矫正。 表面清理就是清理钢材表面上的锈、油污和氧化物等。其主要方法有两大类，机械法和化学法。机械法包括喷砂或喷丸，手动风砂轮或钢丝刷等方法。采用喷砂喷丸法处理，效率高，但粉尘大，需在特定场合进行。利用抛丸法一次除锈，除

21、去钢板表面的氧化皮和铁锈，原理是利用离心式抛丸机的旋转叶轮将铁丸或其他磨料高速抛射到钢材的表面上，使氧化皮和铁锈剥落的一种除锈工艺方法。 利用喷丸法二次除锈，喷丸法是利用风管中高速流动的压缩空气将铁丸喷射到钢板表面上，使锈层和氧化皮剥离下来，从而达到除锈的目的。3.2 钢材的放样、画线与号料 放样、划线与号料是决定焊接坯料形状与尺寸公差的重要工艺，亦是焊接结构过程主要质量控制点之一。 放样是在制造金属结构之前，按照设计图样，在放样平台上用1：1的比例尺寸，划出结构或者零件的图形和平面展开尺寸。号料和划线采用划针或者磨尖的石笔、粉线作线。 1） 熟悉施工图，并认真阅读技术要求及设计说明，并逐个核

22、对图纸之间的尺寸和方向等。特别应注意各部件之间的连接点、连接方式和尺寸是否一一对应。规格有疑问之处，应与有关技术部门联系解决。 2） 准备好材料，低合金高强度钢16mnr和优质碳素结构钢30号钢 3） 放样需用的工具：尺、石笔、粉线、划针、划规、铁皮剪等。尺必须经过计量部门的校验复核，合格后方可使用。 4） 号料前必须了解原材料的材质及规格，检查原材料的质量。不同规格、不同材质的零件应分别号料。并依据先大后小的原则依次号料。 5） 样板、样杆上应用油漆写明加工号、构件编号、规格，同时标注上孔直径、工作线、弯曲线等各种加工符号。 6） 放样和号料应预留收缩量（包括现场焊接收缩量）及切割需要的加工

23、余量。板材宽的预留量为2.0mm，板材长的预留量为2.0mm。7） 主要受力构件和需要弯曲的构件，在号料时应按工艺规定的方向取料，弯曲件的外侧不应有样冲点和伤痕缺陷。3.3装配与焊接 装配焊接工艺是焊接结构生产过程的核心，直接关系到产品的质量和生产率。为此，必须为焊接接头制定焊接工艺规程。 装配顺序：圆筒嵌套（轴支承轴套下腹板）小肋板上腹板大肋板下支座肋板 3.3.1 圆筒的焊接 选择手工电弧焊为圆筒成型对接焊缝的焊接方法。此处焊缝为横向焊缝，焊接位置为平焊，焊缝长度1600mm。将钢板放在卷板机上，成型后，进行定位焊。可以有2人同时施焊，每人施焊长度平分，由中心向两端焊接。定位焊焊缝宽15m

24、m，定位间距100mm。相应的焊接材料和焊接工艺参数详见工艺卡013.3.2 嵌套和筒体的焊接选择手工电弧焊为嵌套和圆筒t形焊缝的焊接方法。此处焊缝为环焊缝，焊接位置为平焊，焊缝长度为1771mm。将已成型的嵌套用相应的装配夹具进行定位，然后进行定位焊。由于施工条件的缘故，由一人施焊。定位焊焊缝宽15mm，定位间距为150mm。相应的焊接材料和焊接工艺参数详见工艺卡023.3.3 轴系与腹板的焊接 选择手工电弧焊为轴系与下腹板的t形焊缝的焊接方法。 此处焊缝为环焊缝，焊接位置为平焊，焊缝长度为1771mm。将已成型的嵌套用相应的装配夹具进行定位，然后进行定位焊。由于施工条件的缘故，由一人施焊。

25、定位焊焊缝宽15mm，定位间距为150mm。 相应的焊接材料和焊接工艺参数详见工艺卡033.3.4 小肋板，大肋板及下支座肋板与筒体的焊接 选择手工电弧焊为小肋板，大肋板下支座肋板与筒体的t形焊缝的焊接方法。 此处焊缝为纵焊缝，焊接位置为立焊。将小肋板，大肋板和下支座肋板按画好的装配位置线固定后进行定位焊实现焊接。实现焊接注意肋板与筒体的垂直度，采用手工电弧焊进行点焊定位，再用手工电弧焊进行焊接。具体定位尺寸以工厂经验为主。相应的焊接材料和焊接工艺参数详见工艺卡043.3.5 小肋板，大肋板及下支座肋板与相应腹板的焊接 选择手工电弧焊为肋板，大肋板及下支座肋板与相应腹板的焊接的t形焊缝的焊接方

26、法。 此处焊缝为横焊缝，焊接位置为平焊。将小肋板，大肋板和下支座肋板按画好的装配位置线固定后进行定位焊，实现焊接注意肋板与腹板垂直，采用手工电弧焊进行点焊定位，再用手工电弧焊进行焊接。具体定位尺寸以工厂经验为主。相应的焊接材料和焊接工艺参数详见工艺卡053.3.6 小肋板与轴系的焊接选择手工电弧焊小肋板与轴系的焊接的t形焊缝的焊接方法。此处焊缝为纵焊缝，焊接位置为立焊。将小肋板按画好的装配位置线固定后进行定位焊实现焊接。实现焊接注意肋板与轴系的垂直度，采用手工电弧焊进行点焊定位，再用手工电弧焊进行焊接。具体定位尺寸以工厂经验为主。相应的焊接材料和焊接工艺参数详见工艺卡053.3.7 腹板与筒体

27、的焊接 选择手工电弧焊为腹板与筒体的t形焊缝的焊接方法。 此处焊缝为横焊缝，焊接位置为平焊。将已成型的嵌套用相应的装配夹具进行定位，然后进行定位焊。由于施工条件的缘故，由一人施焊。定位焊焊缝宽15mm，定位间距为150mm。相应的焊接材料和焊接工艺参数详见工艺卡05 3.4下料、边缘加工制造焊接结构的金属材料在画线与号料的基础上，进行机械切割、热切割下料。切割的边缘，特别是装配焊接的边缘，通常要进行边缘加工（坡口加工）。下料后应保证留有半个洋冲眼。切口应保证光滑平整，割后应及时清除熔渣和飞溅。为保证装配的精确度（焊接的或非焊接的）、为了去除不良的边缘、毛坯倒角和加工焊接坡口等，切割下料的金属毛

28、坯需要进行边缘加工。用机械加工（冷加工）方法加工边缘，圆筒工件用车床加工，直线边缘用刨床，铣床或刨边机加工。3.5 弯曲和成型大多数焊接结构，如锅炉、压力容器、船舶、车辆、桥梁及起重机的许多构件，为了达到产品设计图样形状的要求，在焊接之前都经过成形加工。成形工艺包括冲压、卷制、弯曲和旋压等。查jb-t2449-2001，选用上调是卷板机，型号：3wbj-s166000。卷板最大厚度27mm，卷板最大宽度6000mm,最小卷筒直径560mm，上辊直径460mm，下辊直径360mm,下辊中心距530mm，卷板速度6m/min,上辊升降速度80mm/min,主传动电机功率30kw,上辊升降电机功率1

29、6kw。钢板在卷板机上卷制时，钢板的两端总有一段长为a的直边无法卷制，其长度取决与两下辊的中心距。为消除此剩余直边，在钢板卷圆前应作板边预弯曲。通常采用水压机在专用模具上预弯。轴，支承轴套，加强板及嵌套选用相应的型材进行加工成型。3.6 坡口加工 焊接接头坡口形状和几何尺寸的设计，应遵循以下原则: 1) 保证焊接质量 2） 坡口加工简易 3） 便于焊接加工 4） 节省焊接材料坡口的质量应符合下列要求： 1） 表面平整，不得有裂纹、重皮、毛刺、凸凹缩口 2） 切割表面的熔渣、氧化铁、铁屑等应予以清除 3） 坡口尺寸和角度应符合要求。 3.7 焊后质量检验焊前、焊接生产中及成品，必须进行检验，保证

30、符合技术和质量标准，通常用的检验方法有非破坏性检验和无损探伤。3.7.1 焊前检验 主要目的是为了预防或减少焊接时产生缺陷的可能性。 a 焊接材料和母材的检测，用化学分析。 b 焊接设备是否完善合理，根据质量保证书检查，必要时进行质量分析检验。 c 焊条的质量检验，进行宏观化学分析。 d 压缩气体的质量检验，必要时才进行质量分析检验，一般是通过材料质量保证书检查的。 e 零件装配质量、坡口加工和清理等的检查。3.7.2 焊接生产中的检验 首先是防止焊接工艺实施过程中缺陷的形成和及时发现缺陷，其次是督促焊工改进操作，提高质量，对于在施工结束后不能进行检验的部位，应在施工过程中随时进行检验。 a

31、焊接设备的运行情况，通过目视检验。 b 焊接规范正确与否，通过目视检验。c 多层焊过程中夹渣、未焊透、裂纹等缺陷的自检，可通过x射线检验来完成或者超声波探伤均可d 提前实施的必要专门检验，运用无损探伤即可。3.7.3 成品检验 成品检验是焊接结构产品检验的最后环节，在全部焊接工作完毕和焊渣清理干净后进行。 a 外观和尺寸检验，通过目视检验，用观察（允许用不大于20倍的放大镜）和实测法检查几何形状上的缺陷，以及可观察到外部裂纹，表面烧伤，烧穿，喷溅和边缘胀裂等缺陷。 b 焊接试板或抽样试版的检验：焊接工艺缺陷看，焊接残余应力。珠光体含量等的检验，通过无损探伤，如x射线检验，超声波检验等，必要时，进行破坏性检验，如低倍检验等。c 试板力学性能，x射线检验或超声波检验，必要时可用破坏性检验的力学性能检验。3.8 涂装焊接结构的涂装是出厂前的最后一道工序，是焊件在运输、安装、使用过程中，防止大气腐蚀和意外撞击而受损的重要措施。是工程机械产品的表面制造工艺中的一个重要环节。防锈、防蚀涂装质量是产品全面质量的重要方面之一。1）起重机面漆应均匀、细致、光亮、完整和色泽一致，不得有粗糙不平、漏漆、错漆、皱纹，针孔及严重流挂等缺陷。 2）油漆漆膜厚度，每层为2535um总厚度为75