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1、目 录1 结构与母材性能分析11.1 工字形柱结构分析11.1.1 结构特点及应用11.1.2 受力情况11.2 母材性能分析11.2.1 Q235-C钢简介11.2.2 化学成分及其影响11.2.3 Q235-C钢的力学性能11.2.4 Q235-C钢的焊接性分析12 生产工艺流程图13 装配焊接工艺流程13.1 下 料13.2 装配与焊接13.2.1 翼板与腹板的装配焊接13.2.2 肋板焊缝的焊接工艺13.2.3 肋板纵向角焊缝的焊接工艺14 焊接变形14.1 焊接变形的种类14.2 焊接变形的防治措施15 埋弧自动焊15.1 埋弧自动焊的原理15.2 埋弧自动焊的特点及应用15.2.1
2、 埋弧自动焊的特点15.2.2 埋弧自动焊的应用15.3 埋弧自动焊的焊接工艺15.3.1 埋弧焊的焊接材料及选用15.3.2 埋弧焊的冶金过程的特点15.3.3 埋弧焊焊接工艺15.3.4 埋弧焊的常见缺陷及防止方法16 参考文献1II1 结构与母材性能分析1.1 工字形柱结构分析1.1.1 结构特点及应用工字形柱是指工字形断面的轧制铁柱、钢柱或铸钢柱；尤其是用于钢铁结构(如钢架建筑物)中的柱。使用工字形结构不仅可节省材料，还能保证强度和刚性，即利于用最少的材料，承受更大的力。其结构科学合理，塑性和柔韧性好，结构稳定性高，适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构，抗自然灾害能力强，特别适用于一些
3、多地震发生带的建筑结构。广泛用于各种建筑结构、桥梁、车辆、支架、机械等。1.1.2 受力情况工字形柱具有较好的承载能力，由于强轴方向的承载力较大，而工字形柱具有强弱明显的强弱轴关系和非常薄弱的抗扭性能，如果设计不当，很容易出现变形或者失稳的问题。在柱两端受力较复杂，受风载荷、地震载荷、水平以及其他动载荷作用下，两端会产生较大的剪切应力，弯矩大的在柱子中间同时受较大的压力。1.2 母材性能分析1.2.1 Q235-C钢简介Q235-C钢是一种普通碳素结构钢，这种钢容易冶炼，工艺性好，价格低廉。而且在力学性能上也能满足一般工程结构及普通机器零件的要求应用十分广泛。Q235-C表示这种钢的屈服强度为
4、235MPa，质量等级为C级，Q235-C钢含碳量约为0.2%属于低碳钢，S、P和非金属夹杂物较多在相同含碳量及热处理条件下，其塑性、韧性较低，加工成形后一般不进行热处理，大都在热轧状态下直接使用，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。通常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板，大量应用于建筑及工程结构，用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件（如铆钉、螺钉、螺母、轴套、及某些农机零件等）。C级钢还可作某些专业用钢使用。1.2.2 化学成分及其影响Q235-C钢的化学
5、成分如表1-1所示。表1-1 Q235-C的化学成分化学元素碳（C）硅（Si）锰（Mn）磷（P）硫（S）质量分数/%0.170.351.40.0400.040化学元素对Q235-C钢性能的主要影响如表1-2所示。表1-2 化学元素对Q235-C钢性能的主要影响元素名称对性能主要影响碳（C）钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。硅（Si）常用的脱氧剂，有固熔强化作用，提高电阻率，降低磁滞损耗，改善磁导率，提高淬透性，抗回火性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件下的耐蚀性。含量较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢
6、易于在回火时产生石墨化。锰（Mn）降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向。磷（P）固溶强化及冷作硬化作用很好，与铜联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能，与硫、锰联合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性。硫（S）改善切削性。产生热脆现象，恶化钢的质量，硫含量高，对焊接性产生不好影响。1.2.3 Q235-C钢的力学性能Q235-C钢的力学性能如表1-3所示。表1-3 Q235-C钢的力学性能牌号等级屈服强度ReH(N/mm2),不小于抗拉强度
7、Rm/(N/mm2)断后伸长率A/%，不小于冲击试验（V形缺口）厚度（或直径）/mm厚度（或直径）/mm温度/冲击吸收功/J不低于16164040606010010015015020040406060100100150150200Q235C23522521521519518537050026252422210271.2.4 Q235-C钢的焊接性分析Q235-C钢的焊接性分析：按碳当量计算公式计算焊接接头的碳当量 因为Q235-C钢的含碳量较低CE=0.4%，合金元素锰和硅含量不高，所以Q235-C钢在焊接过程中基本无淬硬倾向，冷裂敏感性小，焊接性良好，不会因焊接热周期的快速冷却而引起淬硬而使
8、组织脆化。因此，在板厚小于70mm的焊件焊接时，焊前不需预热，不必严格保持层间温度，除了锅炉、压力容器等重要焊接结构外，焊后不必做消除应力处理。焊接接头具有足够的力学性能和工艺性能。12 生产工艺流程图工字形柱的生产工艺流程图如图2-1所示。翼板加工腹板加工肋板加工钢板复检钢板复检预处理钢板复检预处理拼接下料预处理下料拼接下料翼板与腹板装配纵缝焊接矫正无损探伤肋板装配油漆出厂成品检验总装配（附件等）端部定尺加工肋板焊接焊 接图2-1 工字形柱的生产工艺流程图203 装配焊接工艺流程3.1 下 料根据国家标准，翼板选择规格为12000125022（长宽板厚）和3200125022（长宽板厚）以及
9、腹板选择规格为12000125014（长宽板厚）和3200125014（长宽板厚）。考虑到钢板边缘30mm不能用于生产加工，腹板与翼板的预留加工余量（切割和边缘加工分别留3mm），长度方向上预留焊接收缩量以及肋板收缩量（22.590mm），所以第一块翼板的规格为11900101222，第二块翼板规格为3100101222；第一块腹板规格为1190125014，第二块腹板的规格为3100101222。肋板选择规格为5000125010（长宽板厚）的两块板，每块板使用氧可燃气体火焰切割出11块肋板，每块肋板规格为115744310。为防止肋板焊缝与纵向角焊缝交叉，肋板的四个内角要切掉一部分，半径为
10、20mm。翼板及腹板对接采用开坡口双面埋弧焊，焊丝为H08A，焊剂为HJ431。焊接参数如表3-1所示。表3-1 开坡口双面埋弧焊的焊接参数钢板厚度/mm破口形式焊丝直径/mm焊接顺序坡口尺寸焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/mh-1/（）b/mmP/mm翼板2265正反703310501150600620384036381845腹板145正反70338308506006203638363825453.2 装配与焊接3.2.1 翼板与腹板的装配焊接一、装配对称的工字断面的柱结构制造的程序应是先装配后焊接，即先装配成工字形状并定位焊后再进行焊接。不应边装配边焊接，即不能先焊成T形断面再装另一翼板
11、，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，如图3-1a所示。并焊上定位角铁2。为便于吊装在腹板背上角铁，如图3-1b所示。用90角尺检查腹板与翼板的垂直度，如图3-1c所示。图3-1 工字形结构的装配a)划线与安装定位角铁 b)装配T形梁 c)装配工字梁1、3翼板 2定位角铁 4腹板 5吊具 6直角尺二、定位焊此次装配选择二氧化碳气体保护焊进行定位焊。定位焊是为了装配和固定焊件上的接缝位置而进行的焊接。定位焊缝本身易产生气孔和夹渣，也是导致随后二氧化碳气体保护焊时产生气孔和夹渣的主要原因，所以必须认真地焊接定位焊缝。定位焊缝间距为100150m
12、m，为增加定位焊缝的强度，应适当增大定位焊缝长度，一般为1550mm长。焊丝为H08Mn2SiA，具体焊接工艺参数如表3-2所示。表3-2 定位焊焊接参数焊脚尺寸/mm焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/mh-1焊丝伸出长度/mm气体流量/Lmin-161.62602802729202618201618三、焊接工艺为保证四条纵向角焊缝的焊接质量，生产中常采用“船形”位置施焊，其倾角为45。图3-2即为倾斜焊件的简易装置。图3-2 倾斜焊件的简易装置工字形柱四条纵向角焊缝采用埋弧自动焊进行焊接，需安装引弧板和熄弧板，焊前要认真清理焊接区。焊丝为H08A，焊剂为HJ431。具体焊接工艺
13、参数如表3-3所示。表3-3 翼板与腹板的焊接参数焊脚尺寸/mm焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/mh-162450475343640焊接顺序如图3-3所示。图3-3 工字形结构的焊接顺序焊后采用气体火焰加热对焊接变形进行矫正，至此工字形结构制造完成。3.2.2 肋板焊缝的焊接工艺先在腹板上划肋板装配线，使用合适的夹紧器（如永磁式夹紧器）予以定位夹紧。肋板的焊接选用二氧化碳气体保护焊。为减少焊接变形，采用图3-4所示的肋板焊接顺序。图3-5 肋板 图3-4 肋板焊接顺序肋板如图3-5所示。焊丝选用H08Mn2SiA，具体焊接工艺参数如表3-4所示。表3-4 肋板焊缝的焊接参数焊脚尺寸/mm焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/mh-1焊丝伸出长度/mm气体流量/Lmin-161.626028027292026182016183.2.3 肋板纵向角焊缝的焊接工艺由于肋板与腹板的焊接已完成，经焊接变形矫正后即可对其进行肋板纵向角焊缝（肋板与翼板之间的焊缝）的焊接。选用二氧化碳气体保护焊进行焊接，焊丝选用H08Mn2SiA，具体焊接参数如表3-5所示。表3-5 肋板纵向角焊缝的焊接参数焊脚尺寸/mm焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/mh-1气
