焊接结构课程设计说明书

课程设计说明书1、前言箱形截面具有良好的结构性能，在现代各种桥梁中得到广泛应用，尤其是各种结构形式的预应力混林土桥梁板，采用箱形截面更能适应构造和施工要求。箱形梁抵抗弯曲变形的能力很强，空间抗弯刚度、抗剪刚度都远大于单梁的抗弯、抗剪刚度；但箱形梁一旦发生扭曲变形就很难矫正而降低其稳定性，因此如何控制和减小各种变形便成了首要问题。箱形梁是一个整体，上下盖板、腹板、隔板及筋板间都互相联系，相互制约，在焊接过程中会产生应力而变形，因此必须在各道工序制作过程中有效控制各种变形，尤其是扭曲变形。箱形梁变形主要有扭曲变形、弯曲变形和角变形，预防变形需要正确选定焊接次序、反变形法、刚性固定法和锤击焊缝法。本次课程设计基本要求：采用Q390材料，设计板厚为6-12mm的带加强筋及安装端面的箱型梁。选择合适的坡口加工方法，合理的焊接顺序、焊接方法以及焊接材料，制作焊接工艺规程和焊接工艺卡。2、焊接结构总体设计2.1、基本工作原理箱形梁的结构具有良好的结构性能，箱形梁有很强的抵抗弯曲变形能力，空间抗弯刚度和抗剪刚度都远大于单梁的抗弯和抗剪刚度，其具有如下特点：（1）截面抗扭刚度大，具有良好的稳定性；（2）顶板和底板能有效地抵抗正负弯矩并满足配筋的要求，适应正负弯矩的结构；（3）可采用悬臂施工法、顶推法等施工方法；（4）承重结构与传力结构相结合，使各部件共同受力，截面效率高，并适合预应力混凝土结构空间布束；2.2、焊接结构总体设计1、箱型梁组成部分：箱型梁主要组成部分有：底板、腹板、隔板、盖板、牛腿以及安装端面等。课程设计箱型梁尺寸设计：盖板500mm×500mm×2000mm，翼板500mm×500mm，腹板500mm×2000mm,安装端面500mm×800mm，其他形状尺寸及定位尺寸见图纸。2、箱型梁加工工序：（1）下料：下料前对材料检查。连接材料和涂料均应具有质量合格证，并应符合设计要求和合同规范。下料前排版、熟悉图纸以及制作工艺要求。号料前应先确认材质，和熟悉工艺要求，根据排版图、下料加工单、零件草图和实样图进行号料。下料后进行切割，切割前清除母材表面的油污、铁锈和水分。切割后，气割表面应光滑无裂纹、熔渣和飞溅。（2）腹板组装：箱体的腹板上组装焊接，进行定位焊焊接，按对腹板条料先划中心线、坡口加工，再进行垫板安装的制作流程。在进行垫板组装时，先以中心线为基准安装一侧垫板，再在以安装好的垫板为基准安装另一侧垫板，应严格控制两垫板外缘之间的距离。组装两侧腹板，使隔板对准腹板上所划的位置，翼板与腹板的垂直度不大于1mm；再对腹板与隔板及腹板与翼板之间的焊缝进行定位。隔板与腹板之间的全焊透焊缝焊接完毕并检测合格后，将U形箱体重新吊至组立机平台上，利用组立机上部压紧装置组装上翼板。（3）隔板的组装：为保证焊接质量，对隔板夹板实行机加工，其下料采用数控火焰切割机进行，夹板的机加工在铣边机上进行，铣削完毕后应去除毛刺，并用记号笔编上零件号；对内隔板的非电渣焊侧应按工艺要求进行坡口加工，加工的质量应符合《切割工艺标准》的相关规定，坡口形式应符合气保焊的条件，具体坡口形式如附图所示。(4)箱形柱整体组装：箱形柱整体组装:将钢柱本体放置在组装平台上，确定水平基准，根据各零（部）件在图纸上的位置尺寸，用石笔在钢柱本体上进行划线，其位置线包括中心线、基准线等，各部件的位置线应采用双线标识，定位线条应清晰、准确，避免因线条模糊而造成尺寸偏差。待组装的零（部）件（如牛腿等），应根据其在结构中的位置，先对部件进行组装焊接，使其自身组焊在最佳的焊接位置上完成，实现部件焊接质量的有效控制。在组装平台上，按其部件在钢柱上的位置进行组装2.3、焊接接头设计2.3.1、结构设计（1）接头形式接头形式为焊缝角接接头，采用Y形坡口，坡口角度为40°—50°。（2）强度校核设计（1）进行计算时，首先应弄清楚接头的受载情况，分别计算出各载荷引起的应力，然后计算其合力。在计算其合成应力之前，还必须明确各应力的方向、性质和位置。应该确定危险点上的最高应合成应力，如果危险点难以确定时，应选几个高应力点计算合成应力，其合成应力最高的为危险。（2）在计算合成应力时，最高正应力和最高切应力虽并不在同一点上，但在计算时常以最大正应力和平均切应力计算其合成应力，这样更偏于安全。（3）在粗略计算时，有时把正应力当作切应力考虑，这也是偏向安全的简化计算方法。强度校核公式为τ合≤[τ/]。已知焊缝宽度为10mm，外形尺寸为500mm×500mm，如图示。K=10mm，B=480mm，h=480mm，ymax=250mm。（M为构件所承受弯矩，N为构件所承受的轴向应力）IF=（0.7K/6）×[(h+k)3+3Bh2]翼板合成应力τ合=Mymax/IF+N/0.76Kl≤[τ/]2.3.2、焊接材料（1）Q390材料成分表Q390材料化学成分表（2）Q390钢的种类及合金元素的作用Q390钢的种类包括15MnV、15MnTi、16MnNb等钢种。Q390钢中加入合金元素V、Nb、Ti对钢材性能的会产生影响。V：缩小γ相区，在α—Fe中无限固溶，在γ—Fe中的最大溶解度约1.35％，V也是强碳化物形成元素。加入V可提高淬透性和回火稳定性，能产生二次硬化和固溶强化作用，还有细化晶粒作用。Ti：缩小γ相区，在α—Fe及γ—Fe中的最大溶解度分别约0.7％及0.75％，系最强碳化物形成元素。加入Ti能起到固溶强化作用，大大改善韧性。提高回火稳定性，有二次硬化作用，细化晶粒对钢的焊接性有利。Nb：缩小γ相区，不形成γ相全圈，在α—Fe及γ—Fe中的最大溶解度分别约1.8％及2.0％，强碳化物形成元素。部分元素进入固溶体，固溶强化作用很强，显著提高钢的淬透性。由于细化晶粒作用，使钢具有很好的抗氢性能。（3）Q390钢的焊接性我们已经知道Q390钢的化学成分，那么我们可以根据其化学成分计算该钢的碳当量（CE）和冷裂纹敏感指数（Pc），根据计算结果可知Q390钢具有一定的冷裂纹倾向，因此焊接Q390钢时需要采取适当的焊前预热，且其预热温度为150℃—230℃。CO2气体保护焊时，焊后立即进行回火处理，温度为200℃—250℃，焊后回火处理减少了焊接接头内应力，改善了街头的塑性和韧性。2.3.3、加工方法（1）坡口加工坡口加工采用碳弧气刨法，碳弧气刨是被广泛应用的一种坡口加工和清理焊根的工艺方法，它是利用碳极电弧的高温，将金属局部加热到熔化状态，同时再用压缩空气的气流，将这些熔化金属吹掉，达到刨削或切削金属的目的。通电时在碳棒与工件接近处产生电弧，并熔化金属，高压空气气流随即将熔化金属液吹走而完成刨削。碳棒作为电极被刨钳夹住，刨钳接正极，工件接负极。碳棒与工件之间的倾角开始时，取15°—30°，随后逐渐增大到25°—40°，即可进行正常刨削，并控制好碳棒的进给速度和刨削速度。碳弧气刨的气刨枪使用时应尽可能顺风操作，防止铁液及熔渣烧损工作服及烫伤皮肤。当刨削结束时，应先将碳弧熄灭，过几秒钟后再关闭气阀。碳弧气刨需用直流电源，气刨时烟雾大，应注意排气。气刨主要适用于仰、立位置的焊根的清理、清除焊接缺陷、开坡口、清除铸件上的毛边、浇冒口等，还可以切割不锈钢等材料的薄板。（2）焊接方法选择采用手工电弧焊打底，CO2气体保护焊焊接焊缝。手工电弧焊的电流范围80-150A，电压范围10—20V,焊接速度6—10，选择牌号为E5015焊条，焊条直径为4mm。CO2气体保护焊电流范围170-250A，电压范围15—25V,焊接速度20—30，选择牌号为ER50-6焊条，焊条直径为2.5mm。3、焊接工艺规程（1）SMAW打底焊焊接工艺规程焊接工艺规程日期：2014-1-10Date焊接工艺规程WeldingProcedureSpecification支持的焊接工艺评定号：/焊接工艺：SMAWSupportingPQR№WeldingProcess(s)焊接方法：手工□自动□半自动□机械Type(s)ManualAutomaticSemi-AutoMachine接头型式Joints接头设计：Y形坡口形式JointsDesign垫板（有/无）：无Backing(Yes/No)垫板材料：□金属□非熔金属BackingmaterialMetalNonfusingMetal□非金属□其它NonmetalOther母材BaseMetal填充金属FillerMetal材质：Q390SpecificationtypeandgradetoSpecificationtypeandgrade壁厚范围：/ThicknessRange管径范围：/PipeDia.Range牌号E5015//TrademarkAWS号AWS№规格A5.18E5015////4.0mmSize焊接位置Position气体保护Gas对接焊缝位置：/角焊缝位置：端面翼板PositionofGroovePositionoffillet焊接方向：/WeldingProgression保护方式Type气体类型Gas(es)气体成份Mixure气体流速FlowRate喷嘴Shielding电特性ElectricalCharacteristics电流类型和极性：SMAW直流正接CurrentType＆Polarity最大线能量：////////拖罩Trailing/Max.HeatIntput背面Backing/预热Preheat焊后热处理PostWeldHeatTreatment最小预热温度：150℃Min.PreheatTemp.最大层间温度：230℃温度范围：200℃—250℃TemperatureRange处理时间：≥1hMax.InterpassTemp.TimeRange焊接层次WeldLayers牌号焊接方法Process直径填充金属FillerMetal电流电特性Electrical电压焊接速度TravelSpeed备注RemarksTrademarkDia.Amp.RangeVoltRange（2）GTAW焊接工艺规程焊接工艺规程日期：2014-1-10Date焊接工艺规程WeldingProcedureSpecification支持的焊接工艺评定号：SupportingPQR№/焊接工艺：GTAWWeldingProcess(s)焊接方法：手工□自动□半自动□机械Type(s)ManualAutomaticSemi-AutoMachine接头型式Joints接头设计：Y形坡口形式JointsDesign垫板（有/无）：无Backing(Yes/No)垫板材料：□金属□非熔金属BackingmaterialMetalNonfusingMetal□非金属□其它NonmetalOther母材BaseMetal填充金属FillerMetal材质：Q390SpecificationtypeandgradetoSpecificationtypeandgrade壁厚范围：/ThicknessRange管径范围：/PipeDia.Range牌号ER50-6//////TrademarkAWS号AWS№规格A5.18ER50-62.0mmSize焊接位置Position气体保护Gas对接焊缝位置：/角焊缝位置：端面翼板PositionofGroovePositionoffillet焊接方向：/WeldingProgression保护方式Type气体类型Gas(es)气体成份Mixure气体流速FlowRate喷嘴ShieldingAr≥99.75%8～12L/Min电特性ElectricalCharacteristics电流类型和极性：GTAW直流正接CurrentType＆Polarity最大线能量：/拖罩Trailing/////Max.HeatIntput背面Backing/预热Preheat焊后热处理PostWeldHeatTreatment温度范围：200℃—250℃TemperatureRange处理时间：≥2h最小预热温度：150℃Min.PreheatTemp.最大层间温度：230℃Max.InterpassTemp.焊接层次TimeRange焊接方法填充金属电特性焊接速度备注WeldLayersProcessFillerMetalElectricalTravelSpeedRemarks4、焊接工艺卡焊接工艺卡单位名称：所依据的工艺评定报告编号：5-033-005B修改文件编号：/工艺卡编号：AQ-WPS-001批准日期：2014年1月10号日期：/评定项目：1.外观检查2.无损探伤3.断口检查4.机械性能5.金相焊接方法：Ws/Ds产品名称：2000×500尺寸箱型梁自动化程度：手工施焊接头：接头型式角接接头衬垫//衬垫材料/其他母材：类号/级号/与类号/级号/钢号Q390与钢号Q390相焊接母材厚度范围：对接接头/角接接头12mm—30mm焊缝金属厚度范围：管子直径范围：对接接头10mm—12mm/角接接头/填充金属根部填充ER50-6Ф2.0盖面ER50-6Ф2.0焊条型号规格（mm）//焊丝牌号/ER50-6ER50-6规格（mm）焊剂型号其他///Ф2.0Ф2.0////焊接位置：端面翼板角焊缝焊接方向：由下至上预热温度：200℃—230℃层间温度：200℃—250℃预热保持方式：电阻加热，持续控温焊后热处理：温度范围：200℃—250℃5、焊措接变形控制措施及矫正方案箱形梁是一个整体，上下盖板、腹板、隔板及筋板间都互相联系，相互制约，在焊接过程中会产生应力而变形，因此必须在各道工序制作过程中有效控制各种变形，尤其是扭曲变形。箱形梁变形主要有扭曲变形、弯曲变形和角变形，预防变形的方法就需要我们正确选定焊接次序、反变形法、刚性固定法和锤击焊缝法。在施焊过程中注意焊缝的施工次序，以对称施焊为主要次序。焊缝厚度要分层次达到设计要求，不能一次完成一条焊缝。施焊次序与分层施焊相结合，不能局部一次完成施焊。焊条和焊剂使用前必须严格按使用说明书的规定进行烘干。烘干后的焊条和焊剂应保存在100～150℃的恒温箱中。制定并实施合理的焊接工艺，焊接工艺是保证焊接质量的重要手段,也是有效控制焊接变形的途径：⑴施焊前,应检查坡口组对质量,如发现尺寸超差或坡口及其附近有缺陷,应处理后方可施焊。⑵焊前必须清除工件焊缝周围不少于20mm范围内的油、水、