焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計說明書

課程設(shè)計說明書1、前言箱形截面具有良好的結(jié)構(gòu)性能，在現(xiàn)代各種橋梁中得到廣泛應(yīng)用，尤其是各種結(jié)構(gòu)形式的預應(yīng)力混林土橋梁板，采用箱形截面更能適應(yīng)構(gòu)造和施工要求。箱形梁抵抗彎曲變形的能力很強，空間抗彎剛度、抗剪剛度都遠大于單梁的抗彎、抗剪剛度；但箱形梁一旦發(fā)生扭曲變形就很難矯正而降低其穩(wěn)定性，因此如何控制和減小各種變形便成了首要問題。箱形梁是一個整體，上下蓋板、腹板、隔板及筋板間都互相聯(lián)系，相互制約，在焊接過程中會產(chǎn)生應(yīng)力而變形，因此必須在各道工序制作過程中有效控制各種變形，尤其是扭曲變形。箱形梁變形主要有扭曲變形、彎曲變形和角變形，預防變形需要正確選定焊接次序、反變形法、剛性固定法和錘擊焊縫法。本次課程設(shè)計基本要求：采用Q390材料，設(shè)計板厚為6-12mm的帶加強筋及安裝端面的箱型梁。選擇合適的坡口加工方法，合理的焊接順序、焊接方法以及焊接材料，制作焊接工藝規(guī)程和焊接工藝卡。2、焊接結(jié)構(gòu)總體設(shè)計2.1、基本工作原理箱形梁的結(jié)構(gòu)具有良好的結(jié)構(gòu)性能，箱形梁有很強的抵抗彎曲變形能力，空間抗彎剛度和抗剪剛度都遠大于單梁的抗彎和抗剪剛度，其具有如下特點：（1）截面抗扭剛度大，具有良好的穩(wěn)定性；（2）頂板和底板能有效地抵抗正負彎矩并滿足配筋的要求，適應(yīng)正負彎矩的結(jié)構(gòu)；（3）可采用懸臂施工法、頂推法等施工方法；（4）承重結(jié)構(gòu)與傳力結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使各部件共同受力，截面效率高，并適合預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)空間布束；2.2、焊接結(jié)構(gòu)總體設(shè)計1、箱型梁組成部分：箱型梁主要組成部分有：底板、腹板、隔板、蓋板、牛腿以及安裝端面等。課程設(shè)計箱型梁尺寸設(shè)計：蓋板500mm×500mm×2000mm，翼板500mm×500mm，腹板500mm×2000mm,安裝端面500mm×800mm，其他形狀尺寸及定位尺寸見圖紙。2、箱型梁加工工序：（1）下料：下料前對材料檢查。連接材料和涂料均應(yīng)具有質(zhì)量合格證，并應(yīng)符合設(shè)計要求和合同規(guī)范。下料前排版、熟悉圖紙以及制作工藝要求。號料前應(yīng)先確認材質(zhì)，和熟悉工藝要求，根據(jù)排版圖、下料加工單、零件草圖和實樣圖進行號料。下料后進行切割，切割前清除母材表面的油污、鐵銹和水分。切割后，氣割表面應(yīng)光滑無裂紋、熔渣和飛濺。（2）腹板組裝：箱體的腹板上組裝焊接，進行定位焊焊接，按對腹板條料先劃中心線、坡口加工，再進行墊板安裝的制作流程。在進行墊板組裝時，先以中心線為基準安裝一側(cè)墊板，再在以安裝好的墊板為基準安裝另一側(cè)墊板，應(yīng)嚴格控制兩墊板外緣之間的距離。組裝兩側(cè)腹板，使隔板對準腹板上所劃的位置，翼板與腹板的垂直度不大于1mm；再對腹板與隔板及腹板與翼板之間的焊縫進行定位。隔板與腹板之間的全焊透焊縫焊接完畢并檢測合格后，將U形箱體重新吊至組立機平臺上，利用組立機上部壓緊裝置組裝上翼板。（3）隔板的組裝：為保證焊接質(zhì)量，對隔板夾板實行機加工，其下料采用數(shù)控火焰切割機進行，夾板的機加工在銑邊機上進行，銑削完畢后應(yīng)去除毛刺，并用記號筆編上零件號；對內(nèi)隔板的非電渣焊側(cè)應(yīng)按工藝要求進行坡口加工，加工的質(zhì)量應(yīng)符合《切割工藝標準》的相關(guān)規(guī)定，坡口形式應(yīng)符合氣保焊的條件，具體坡口形式如附圖所示。(4)箱形柱整體組裝：箱形柱整體組裝:將鋼柱本體放置在組裝平臺上，確定水平基準，根據(jù)各零（部）件在圖紙上的位置尺寸，用石筆在鋼柱本體上進行劃線，其位置線包括中心線、基準線等，各部件的位置線應(yīng)采用雙線標識，定位線條應(yīng)清晰、準確，避免因線條模糊而造成尺寸偏差。待組裝的零（部）件（如牛腿等），應(yīng)根據(jù)其在結(jié)構(gòu)中的位置，先對部件進行組裝焊接，使其自身組焊在最佳的焊接位置上完成，實現(xiàn)部件焊接質(zhì)量的有效控制。在組裝平臺上，按其部件在鋼柱上的位置進行組裝2.3、焊接接頭設(shè)計2.3.1、結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）接頭形式接頭形式為焊縫角接接頭，采用Y形坡口，坡口角度為40°—50°。（2）強度校核設(shè)計（1）進行計算時，首先應(yīng)弄清楚接頭的受載情況，分別計算出各載荷引起的應(yīng)力，然后計算其合力。在計算其合成應(yīng)力之前，還必須明確各應(yīng)力的方向、性質(zhì)和位置。應(yīng)該確定危險點上的最高應(yīng)合成應(yīng)力，如果危險點難以確定時，應(yīng)選幾個高應(yīng)力點計算合成應(yīng)力，其合成應(yīng)力最高的為危險。（2）在計算合成應(yīng)力時，最高正應(yīng)力和最高切應(yīng)力雖并不在同一點上，但在計算時常以最大正應(yīng)力和平均切應(yīng)力計算其合成應(yīng)力，這樣更偏于安全。（3）在粗略計算時，有時把正應(yīng)力當作切應(yīng)力考慮，這也是偏向安全的簡化計算方法。強度校核公式為τ合≤[τ/]。已知焊縫寬度為10mm，外形尺寸為500mm×500mm，如圖示。K=10mm，B=480mm，h=480mm，ymax=250mm。（M為構(gòu)件所承受彎矩，N為構(gòu)件所承受的軸向應(yīng)力）IF=（0.7K/6）×[(h+k)3+3Bh2]翼板合成應(yīng)力τ合=Mymax/IF+N/0.76Kl≤[τ/]2.3.2、焊接材料（1）Q390材料成分表Q390材料化學成分表（2）Q390鋼的種類及合金元素的作用Q390鋼的種類包括15MnV、15MnTi、16MnNb等鋼種。Q390鋼中加入合金元素V、Nb、Ti對鋼材性能的會產(chǎn)生影響。V：縮小γ相區(qū)，在α—Fe中無限固溶，在γ—Fe中的最大溶解度約1.35％，V也是強碳化物形成元素。加入V可提高淬透性和回火穩(wěn)定性，能產(chǎn)生二次硬化和固溶強化作用，還有細化晶粒作用。Ti：縮小γ相區(qū)，在α—Fe及γ—Fe中的最大溶解度分別約0.7％及0.75％，系最強碳化物形成元素。加入Ti能起到固溶強化作用，大大改善韌性。提高回火穩(wěn)定性，有二次硬化作用，細化晶粒對鋼的焊接性有利。Nb：縮小γ相區(qū)，不形成γ相全圈，在α—Fe及γ—Fe中的最大溶解度分別約1.8％及2.0％，強碳化物形成元素。部分元素進入固溶體，固溶強化作用很強，顯著提高鋼的淬透性。由于細化晶粒作用，使鋼具有很好的抗氫性能。（3）Q390鋼的焊接性我們已經(jīng)知道Q390鋼的化學成分，那么我們可以根據(jù)其化學成分計算該鋼的碳當量（CE）和冷裂紋敏感指數(shù)（Pc），根據(jù)計算結(jié)果可知Q390鋼具有一定的冷裂紋傾向，因此焊接Q390鋼時需要采取適當?shù)暮盖邦A熱，且其預熱溫度為150℃—230℃。CO2氣體保護焊時，焊后立即進行回火處理，溫度為200℃—250℃，焊后回火處理減少了焊接接頭內(nèi)應(yīng)力，改善了街頭的塑性和韌性。2.3.3、加工方法（1）坡口加工坡口加工采用碳弧氣刨法，碳弧氣刨是被廣泛應(yīng)用的一種坡口加工和清理焊根的工藝方法，它是利用碳極電弧的高溫，將金屬局部加熱到熔化狀態(tài)，同時再用壓縮空氣的氣流，將這些熔化金屬吹掉，達到刨削或切削金屬的目的。通電時在碳棒與工件接近處產(chǎn)生電弧，并熔化金屬，高壓空氣氣流隨即將熔化金屬液吹走而完成刨削。碳棒作為電極被刨鉗夾住，刨鉗接正極，工件接負極。碳棒與工件之間的傾角開始時，取15°—30°，隨后逐漸增大到25°—40°，即可進行正常刨削，并控制好碳棒的進給速度和刨削速度。碳弧氣刨的氣刨槍使用時應(yīng)盡可能順風操作，防止鐵液及熔渣燒損工作服及燙傷皮膚。當刨削結(jié)束時，應(yīng)先將碳弧熄滅，過幾秒鐘后再關(guān)閉氣閥。碳弧氣刨需用直流電源，氣刨時煙霧大，應(yīng)注意排氣。氣刨主要適用于仰、立位置的焊根的清理、清除焊接缺陷、開坡口、清除鑄件上的毛邊、澆冒口等，還可以切割不銹鋼等材料的薄板。（2）焊接方法選擇采用手工電弧焊打底，CO2氣體保護焊焊接焊縫。手工電弧焊的電流范圍80-150A，電壓范圍10—20V,焊接速度6—10，選擇牌號為E5015焊條，焊條直徑為4mm。CO2氣體保護焊電流范圍170-250A，電壓范圍15—25V,焊接速度20—30，選擇牌號為ER50-6焊條，焊條直徑為2.5mm。3、焊接工藝規(guī)程（1）SMAW打底焊焊接工藝規(guī)程焊接工藝規(guī)程日期：2014-1-10Date焊接工藝規(guī)程WeldingProcedureSpecification支持的焊接工藝評定號：/焊接工藝：SMAWSupportingPQR№WeldingProcess(s)焊接方法：手工□自動□半自動□機械Type(s)ManualAutomaticSemi-AutoMachine接頭型式Joints接頭設(shè)計：Y形坡口形式JointsDesign墊板（有/無）：無Backing(Yes/No)墊板材料：□金屬□非熔金屬BackingmaterialMetalNonfusingMetal□非金屬□其它NonmetalOther母材BaseMetal填充金屬FillerMetal材質(zhì)：Q390SpecificationtypeandgradetoSpecificationtypeandgrade壁厚范圍：/ThicknessRange管徑范圍：/PipeDia.Range牌號E5015//TrademarkAWS號AWS№規(guī)格A5.18E5015////4.0mmSize焊接位置Position氣體保護Gas對接焊縫位置：/角焊縫位置：端面翼板PositionofGroovePositionoffillet焊接方向：/WeldingProgression保護方式Type氣體類型Gas(es)氣體成份Mixure氣體流速FlowRate噴嘴Shielding電特性ElectricalCharacteristics電流類型和極性：SMAW直流正接CurrentType＆Polarity最大線能量：////////拖罩Trailing/Max.HeatIntput背面Backing/預熱Preheat焊后熱處理PostWeldHeatTreatment最小預熱溫度：150℃Min.PreheatTemp.最大層間溫度：230℃溫度范圍：200℃—250℃TemperatureRange處理時間：≥1hMax.InterpassTemp.TimeRange焊接層次WeldLayers牌號焊接方法Process直徑填充金屬FillerMetal電流電特性Electrical電壓焊接速度TravelSpeed備注RemarksTrademarkDia.Amp.RangeVoltRange（2）GTAW焊接工藝規(guī)程焊接工藝規(guī)程日期：2014-1-10Date焊接工藝規(guī)程WeldingProcedureSpecification支持的焊接工藝評定號：SupportingPQR№/焊接工藝：GTAWWeldingProcess(s)焊接方法：手工□自動□半自動□機械Type(s)ManualAutomaticSemi-AutoMachine接頭型式Joints接頭設(shè)計：Y形坡口形式JointsDesign墊板（有/無）：無Backing(Yes/No)墊板材料：□金屬□非熔金屬BackingmaterialMetalNonfusingMetal□非金屬□其它NonmetalOther母材BaseMetal填充金屬FillerMetal材質(zhì)：Q390SpecificationtypeandgradetoSpecificationtypeandgrade壁厚范圍：/ThicknessRange管徑范圍：/PipeDia.Range牌號ER50-6//////TrademarkAWS號AWS№規(guī)格A5.18ER50-62.0mmSize焊接位置Position氣體保護Gas對接焊縫位置：/角焊縫位置：端面翼板PositionofGroovePositionoffillet焊接方向：/WeldingProgression保護方式Type氣體類型Gas(es)氣體成份Mixure氣體流速FlowRate噴嘴ShieldingAr≥99.75%8～12L/Min電特性ElectricalCharacteristics電流類型和極性：GTAW直流正接CurrentType＆Polarity最大線能量：/拖罩Trailing/////Max.HeatIntput背面Backing/預熱Preheat焊后熱處理PostWeldHeatTreatment溫度范圍：200℃—250℃TemperatureRange處理時間：≥2h最小預熱溫度：150℃Min.PreheatTemp.最大層間溫度：230℃Max.InterpassTemp.焊接層次TimeRange焊接方法填充金屬電特性焊接速度備注WeldLayersProcessFillerMetalElectricalTravelSpeedRemarks4、焊接工藝卡焊接工藝卡單位名稱：所依據(jù)的工藝評定報告編號：5-033-005B修改文件編號：/工藝卡編號：AQ-WPS-001批準日期：2014年1月10號日期：/評定項目：1.外觀檢查2.無損探傷3.斷口檢查4.機械性能5.金相焊接方法：Ws/Ds產(chǎn)品名稱：2000×500尺寸箱型梁自動化程度：手工施焊接頭：接頭型式角接接頭襯墊//襯墊材料/其他母材：類號/級號/與類號/級號/鋼號Q390與鋼號Q390相焊接母材厚度范圍：對接接頭/角接接頭12mm—30mm焊縫金屬厚度范圍：管子直徑范圍：對接接頭10mm—12mm/角接接頭/填充金屬根部填充ER50-6Ф2.0蓋面ER50-6Ф2.0焊條型號規(guī)格（mm）//焊絲牌號/ER50-6ER50-6規(guī)格（mm）焊劑型號其他///Ф2.0Ф2.0////焊接位置：端面翼板角焊縫焊接方向：由下至上預熱溫度：200℃—230℃層間溫度：200℃—250℃預熱保持方式：電阻加熱，持續(xù)控溫焊后熱處理：溫度范圍：200℃—250℃5、焊措接變形控制措施及矯正方案箱形梁是一個整體，上下蓋板、腹板、隔板及筋板間都互相聯(lián)系，相互制約，在焊接過程中會產(chǎn)生應(yīng)力而變形，因此必須在各道工序制作過程中有效控制各種變形，尤其是扭曲變形。箱形梁變形主要有扭曲變形、彎曲變形和角變形，預防變形的方法就需要我們正確選定焊接次序、反變形法、剛性固定法和錘擊焊縫法。在施焊過程中注意焊縫的施工次序，以對稱施焊為主要次序。焊縫厚度要分層次達到設(shè)計要求，不能一次完成一條焊縫。施焊次序與分層施焊相結(jié)合，不能局部一次完成施焊。焊條和焊劑使用前必須嚴格按使用說明書的規(guī)定進行烘干。烘干后的焊條和焊劑應(yīng)保存在100～150℃的恒溫箱中。制定并實施合理的焊接工藝，焊接工藝是保證焊接質(zhì)量的重要手段,也是有效控制焊接變形的途徑：⑴施焊前,應(yīng)檢查坡口組對質(zhì)量,如發(fā)現(xiàn)尺寸超差或坡口及其附近有缺陷,應(yīng)處理后方可施焊。⑵焊前必須清除工件焊縫周圍不少于20mm范圍內(nèi)的油、水、