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1、学号0121201080508成绩武汉理工大学学生实验报告书实验名称： 焊接结构设计与生产训练 开课学院： 材料科学与工程 学 院： 材料科学与工程 专 业： 成型卓越工程师 班 级： 成型ZY1201班 姓 名： 罗 凯 指导老师： 杜学铭 2015 年 7 月 12 日一、课程简介与教学目标焊接结构设计与生产训练是材料成型及控制工程（焊接）专业本科学生的一门必修的实践课程。实验内容以焊接结构设计与生产为主线，涵盖典型焊接结构设计、焊接方法的选择、焊接工艺文件制定、焊接操作等内容。是培养学生的知识综合应用能力和实践能力所必须的教学环节。通过本课程的学习，使学生了解典型焊接结构的设计方法，熟悉
2、各种焊接方法，掌握焊接工艺文件的制定，并根据焊接工艺文件制造出所设计的焊接结构。使学生初步具备参与制定焊接工程实施计划的能力以及实施解决方案的能力；初步具备完成焊接领域相关的工程任务，并参与相关评价的能力。二、任务给定小型焊接结构制造（如图）1）根据图纸下料；2）制定焊接工艺；3）焊接制造；4）测定焊接变形数据三、要求1、设计梁使用材料的板厚应符合相应标准；2、设计梁截面外形尺寸（mm）应是10的整数倍；3、横向焊缝分布要合理；4、设计梁防扭曲变形措施；5、焊接工艺采用焊接工艺卡形式体现；四、结构和母材性能分析1、母材化学成分与力学性能Q235A有一定的伸长率、强度，良好的任性和铸造性，易于冲
3、压和焊接，广泛用于一般机械零件的制造。主要用于建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件。 Q235A由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。2、工字型梁的受力情况工字型吊车梁主要承受如下载荷：1、恒定载荷：结构自重及全部附加恒载荷。2、活动载荷：指吊车等交变载荷。3、冲击载荷：活动载荷引起的冲击力。4、预应力载荷：施加在结构自身上的预应力。 工字型梁主要受力是垂直向下的压力和水平方向的拉力
4、，所以在制造工字型梁的过程中要求要有一定的上挠曲变形。3、钢材预处理将钢材表面的铁锈、油污等杂物除掉。可用喷丸除锈法，机械化操作，效率高，除锈效果好。其具体工艺过程为：电磁吊上料轨道输送预热（4550）喷丸除锈清理丸料自动喷漆烘干（6070）轨道输送出料。如果有钢板凸凹不平的情况可选用机械冷矫平，所用的设备为多辊矫平机。五，钢板切割Q235A钢长/mm宽/mm厚/mm数量/块翼板160025081翼板260025081腹板600350811，划线和尺寸翼板1：长500+32+3+50061000=512mm宽150+32+3=159mm翼板2：长500+32+3+50061000=512mm宽
5、150+32+3=159mm腹板1：长500+32+3+50061000=512mm宽250+3+3=256mm2.坡口形式：焊接前仔细清除金属表面的铁锈、尘垢和油污。坡口形式如图3：坡口加工参数：1=8mm，=8mm，=（502），1=（502），p=（21）mm。六、钢板下料由于母材钢板是Q235A，所以采用气割下料，选用的设备是数控切割机和半自动切割机。七、点固 翼板和腹板的点固用的是手工CO2气体保护焊，其坡口形式如图3所示。八、装配、焊接1、工字型梁的装配对称的工字断面的结构制造的程序应是先装配后焊接，即先装配成工字型状并定位焊后再进行焊接。不应该一边装配一边焊接，即不能先焊成T字断
6、面再装另一翼板，最后焊成完整的工字形，这样做变形大，工序多，生产周期长。装配时先在翼板上划出腹板的位置线，并焊上定位角铁，为便于吊装在腹板背上角铁，用90度角尺检查腹板与翼板的垂直度。1、2、3、4为点固焊顺序，组立前应对翼板、腹板及其他零件去除毛刺、割渣，并应进行矫正矫直，由放样人员划出中心线、定位线，待检验合格后才能进行点焊固定。2、工字梁的纵缝焊接因为工字梁要求有一定的上挠曲变形，所以工字梁的综缝焊接顺序如图5所示：翼板和腹板的焊接使用CO2气体保护焊焊接方法，其坡口形式参照图3,具体的焊接参数见表3。表3 焊接工艺卡产品名称工字梁产品型号零部件名称焊接工艺指导书编号/焊接工艺评定编号图
7、号母材Q235A规格钢号类组别号气体配比流量清根方式层次焊接方法焊接材料电源及极性电流（A）电压（V）焊接速度（cm/s）线 能 量（J/cm）牌号规格1CO2气体保护焊H08Mn2SiA1.2mm直流反接160-18024v0.21962CO2气体保护焊H08Mn2SiA1.2mm直流反接160-18024v0.24083CO2气体保护焊H08Mn2SiA1.2mm直流反接160-18024v0.19484CO2气体保护焊H08Mn2SiA1.2mm直流反接160-18024v0.2297焊接层次，顺序示意图： 技术要求及说明：1、清除坡口两侧内外表面20范围的油污、锈蚀、尘土且应露出金属光
8、泽。2、清除垫板外侧的油污、锈蚀、尘土且应露出金属光泽。九、焊接制造及焊接变形数据的测量焊接制造过程中的各数据记录见表4 表4 数据记录上翼板下翼板腹板高度/mm长/mm/mm宽长/mm/mm宽点固后490131480136241243焊接后489130479134241243变形量111211焊接上翼板与腹板用时焊接下翼板与腹板用时序号01020304用时34769327674166733769焊缝长度/mm500焊接速度/(cm/s)0.21960.24080.19480.2297焊接线能量/(J/cm)17486-1980015946-1794019712-2217616717-1880
9、7十、焊接变形分析 工字型梁在焊接过程中容易出现角变形和挠曲变形。1、产生焊接变形的原因 焊接过程中，对焊件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因 2、焊接变形的种类 焊接变形有7种：纵向收缩;横向收缩;角变形;波浪边形和错边；挠曲；扭曲。3、减少焊接应力与变形的工艺措施主要有： 1）预留收缩变形量 根据理论计算和实践经验，在焊件备料及加工时预先考虑收缩余量，以便焊后工件达到所要求的形状、尺寸。 2）反变形法 根据理论计算和实践经验，预先估计结构焊接变形的方向和大小，然后在焊接装配时给予一个方向相反、大小相等的预置变形，以抵消焊后产生的变形。 3）刚性固定法 焊接时将焊件加以刚性
10、固定，焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固定，可有效防止角变形和波浪变形。此方法会增大焊接应力，只适用于塑性较好的低碳钢结构。 4）选择合理的焊接顺序 尽量使焊缝自由收缩。焊接焊缝较多的结构件时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹。如果焊缝较长，可采用逐步退焊法和跳焊法，使温度分布较均匀，从而减少了焊接应力和变形。 5）锤击焊缝法 在焊缝的冷却过程中，用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝，使金属产生塑性延伸变形，抵消一部分焊接收缩变形，从而减小焊接应力和变形 。 6）加热“减应区”法 焊接前，在焊接部位附近区域(称为减应区)进行加热使之伸长，焊后冷却时，加热区与焊缝一起收缩，可
11、有效减小焊接应力和变形。 7）焊前预热和焊后缓冷 预热的目的是减少焊缝区与焊件其他部分的温差，降低焊缝区的冷却速度，使焊件能较均匀地冷却下来，从而减少焊接应力与变形。减少焊接应力与变形的工艺措施主要有哪些？ 焊接过程中，对焊件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因。 减少焊接应力与变形的工艺措施主要有： 1）预留收缩变形量 根据理论计算和实践经验，在焊件备料及加工时预先考虑收缩余量，以便焊后工件达到所要求的形状、尺寸。 2）反变形法 根据理论计算和实践经验，预先估计结构焊接变形的方向和大小，然后在焊接装配时给予一个方向相反、大小相等的预置变形，以抵消焊后产生的变形。 3）刚性固定
12、法 焊接时将焊件加以刚性固定，焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固定，可有效防止角变形和波浪变形。此方法会增大焊接应力，只适用于塑性较好的低碳钢结构。 4）选择合理的焊接顺序 尽量使焊缝自由收缩。焊接焊缝较多的结构件时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹。如果焊缝较长，可采用逐步退焊法和跳焊法，使温度分布较均匀，从而减少了焊接应力和变形。 5）锤击焊缝法 在焊缝的冷却过程中，用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝，使金属产生塑性延伸变形，抵消一部分焊接收缩变形，从而减小焊接应力和变形 。 6）加热“减应区”法 焊接前，在焊接部位附近区域(称为减应区)进行加热使之伸长，焊后冷却时，加热区与焊缝一起收缩，可有效减小焊接应力和变形。 7）焊前预热和焊后缓冷 预热的目的是减少焊缝区与焊件其他部分的温差，降低焊缝区的冷却速度，使焊件能较均匀地冷却下来，从而减少焊接应力与变形。 8
