焊接结构生产与实例电子课件教案绪论

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1、绪绪 论论1.焊接结构及焊接生产的开展焊接结构及焊接生产的开展2.焊接结构的特点与分类焊接结构的特点与分类3焊接生产的特点焊接生产的特点1.焊接结构及焊接生产的开展焊接结构及焊接生产的开展1焊接结构的开展 2焊接结构生产的开展 1焊接结构的开展 焊接结构获得进一步推广和应用。焊接结构生产是将各种经过轧制的金属材料及铸、锻等坯料采用焊接方法制成能承受一定载荷的金属结构制造过程。随着焊接技术的开展和进步，焊接结构的应用越来越广泛，焊接结构几乎渗透到国民经济的各个领域。如机械制造、石油化工、矿山机械、能源电力、铁道车辆、国防装备、航空航天、舰船制造等，与其他可制造金属结构的工艺如锻造、铸造、铆接相比

2、，只有焊接结构的占有率是上升的。在工业兴旺的国家中一般焊接结构占钢产量的45%50%，如前苏联到20世纪80年代中期焊接结构已近80Mt，其用钢量占全苏联总量的50%。我国2001年钢产量即达亿t，2002年更达亿t。所以仅根据“九五工业现代化目标，2000年产钢量亿t，原煤产量14亿t，原油产量亿t，天然气产量300400亿m3，发电设备年装机容量2000万kW其中火电设备1500万kW，2007年汽车产量560万辆，2006年船舶产量1452万t。2007年111月份，我国粗钢产量达44783万t，焊接钢材用量占全部钢产量的50%。由于采矿机械，采油、炼油、输油装备，大型风能、水电、火电、

3、核电成套设备，大中型建筑机械，国防工业成套装备以及规模生产汽车和农用车及其组装焊接生产线的建设，要求机械工业提供大型冶金设备，并且这些重大成套技术装备极大局部为焊接结构。1焊接结构的开展 焊接结构向大型化、高参数、精确尺寸方向开展。如100万t级巨型油轮；容积为10万m3的大型储罐；国产核电站600MW反响堆压力壳，高达，内径，外径，壁厚从195475mm，国外还有1480MW反响堆压力壳，高，直径，壁厚从200600mm，重达483t；工作压力为，温度为650的电站锅炉；壁厚达200280mm，内径2m，筒体部件长20多米，重达560t的热壁加氢反响器；还有众所周知的，总发电装机容量达182

4、0万kW的三峡电站，年发电847亿kW时，相当于6个半葛洲坝电站和10个大亚湾核电站，到2021年全部机组发电后，三峡电站向华东、华中、川东供电，并与华北、华南联网，成为中国电力布局的“中枢，它采用26台70万kW水轮发电机组，其水轮机的座环、转轮叶片、主轴、蜗壳等都是巨型焊接结构，仅蜗壳其进口直径就达12m，壁厚7080mm，而水轮机叶片不仅焊接量大，而且要求精度高。与此相对应，数控切割、数控卷板、少切屑、无切屑和一次成形、精密成形的应用使得一些重型机械的主要部件在设计时采用焊接件，已经突破了将其作为毛坯的传统概念，这些焊接件采用先进的切割和焊接方法，不经机械加工或很少加工即可直接进行装配，

5、并保证必要的安装装配精度和公差要求。如近净形焊熔焊熔工件到达或接近净加工尺寸外形技术特别适用于对材料有特殊要求或对形状有一定要求的场合，可获得或接近获得最终形状的零部件，故特别适用于零部件原型的开发；具有“世界第一拱桥之称的上海卢浦大桥，全长3900m，跨度550m，为世界跨度最大的全焊钢结构拱桥，用厚度30100mm的细晶粒钢焊接而成如图01所示。图图0-1 正在合拢中的上海卢浦大桥正在合拢中的上海卢浦大桥 图图0-2 中国国家体育场中国国家体育场 图图0-3 西部原油成品油管道工程西部原油成品油管道工程 1焊接结构的开展 由于以上原因，焊接结构材料已从碳素结构钢转向采用低合金结构钢、合金结

6、构钢、特殊用途钢，工业兴旺国家采用了的而我国已经开发或正在研制的微合金化控轧钢如TMCP钢、高强度细晶粒钢、精炼钢如CF钢、非微合金化的C-Mn钢、制造海洋平台根底导管架用的Z向钢。高强和超高强度钢也开始广泛用于制造焊接结构，如高强管线钢X80、X100、X120钢，汽车车身用超轻型结构用钢，高耐火性高层建筑用钢；制造固体燃料火箭发动机壳的4340钢，抗拉强度可达1765MPa等。焊接结构的设计应依据其工作条件和要求分别按照有关的标准进行，接受有关部门的监督，但结构设计共同的开展趋势是采用计算机辅助技术进行优化设计，从而使结构更加经济合理，并且减少了设计的工作量。2焊接结构生产的开展 先进的优

7、质、高产、低耗、廉价和清洁的焊接不断开展并快速在焊接生产中获得应用。如在很多场合，CO2气体保护焊代替了焊条电弧焊；用富氩的混合气体保护焊、氩弧焊MIG焊和TIG焊焊接高强度钢、大厚度的压力容器；热壁加氢反响器采用窄间隙焊；需要单面焊的压力容器和管道中常用的TIG焊、STT外表张力过渡法焊打底；药芯焊丝气体保护焊已用于诸如造船、重型机械、大型储罐等焊接结构的空间焊缝；管道的高速旋转电弧焊，全自动的气电保护焊和脉冲闪光焊；在航空航天、核设备的焊接中使用了激光焊、氩弧焊。一些传统的焊接工艺又有新开展，如搅拌摩擦焊、活性焊剂氩弧焊，埋弧焊有了多丝串联和并联，还有热丝、填金属粉、窄间隙埋弧焊等。即使采

8、用焊条电弧焊的场合，也采用了高效焊接工艺，例如在长输管道的焊接中采用向下立焊方法对接、在造船焊接中采用重力焊、广泛采用铁粉焊条等。2焊接结构生产的开展 包括上述先进焊接工艺在内的焊接机械化和自动化得到推广，焊接机器人得到应用。表01是20世纪90年代国外一些工业先进国家按焊接填充金属重量计算已到达机械化、自动化的水平，我国与之相比差距较大。焊接生产中的备料工艺有了重大进步。这是使整个生产工艺现代化、自动化和短流程的一个重要环节。例如广泛采用数控热割机，目前主要采用数控氧乙炔气割下料，如海上平台的导管架，全部管节点的构成管头各种空间曲线，都采用了精密的数控切割。有的工厂6mm以上的钢材大都采用数

9、控热切割方法下料，使划线、下料实现了自动化，保证了零件的形状、尺寸正确，边缘光滑，不再需用边缘刨削来改善零件精度，80%以上的板材零件只需这道下料工序和修磨即可进入装配。一些工厂根据产品特点还保存了局部剪床下料，但由剪切向热切割、数控切割过渡的趋向已十清楚显。与上述变化相对应，热切割工艺与设备得到了很大开展，新的热切割工艺，如等离子弧切割、激光切割等获得应用。国 别前苏联美 国日 本德 国中 国机械化和自动化所占百分比40%55%45%64%25%表表0-1 工业先进国家已到达机械化、自动化比例工业先进国家已到达机械化、自动化比例 2焊接结构生产的开展 加强了根本金属如钢材、铝合金等的外表处理

10、和边缘处理，以保证热切割的连续、焊接及装配质量和本钱涂饰质量。焊接结构的可靠性预测。焊接结构的可靠性保证主要表达在三个方面：大型装备中焊接结构的应力控制；薄板结构的变形控制；服役装备结构的寿命预测和评估。目前采用的主要方法是利用高速计算机、工具软件和模型进行仿真模拟，提供工艺优化的方法，以及利用各种消除应力的手段来解决这一问题，进行大型水轮机转子的应力评估、大功率电动机主轴应力分析等。焊接工作者正在完成焊接结构的“理论工程试验实践向“理论计算机模拟实践的过渡。焊接结构生产的开展趋势。焊接领域将来的开展趋势是高速焊接、数字化电源、传感技术、激光应用、自动化、省力化。2.焊接结构的特点与分类焊接结

11、构的特点与分类1焊接结构优点 2焊接结构存在的问题 3焊接结构的分类 4焊接结构设计和制造的相关标准 1焊接结构优点 焊接结构可以减轻结构的重量，提高产品的质量，特别是大型毛坯的质量相对铸造毛坯。相对铆接结构其接头效能较高，节省金属材料，节约基建投资，可以取得较大的经济效益。如120000kN水压机改用焊接结构后，主机重量减轻20%26%，上梁、活动横梁减轻20%40%，下梁减轻50%；某大型颚式破碎机改用焊接结构后，节约生产费用30多万元，本钱降低了20%25%。焊接结构由于采用焊接连接，理论上其连接厚度是没有限制的与铆接相比，这就为制造大厚度巨型结构创造了条件。采用焊接能使结构有很好的气密

12、性和水密性，这是储罐、压力容器、船壳等结构必备的性能。前述热壁式加氢反响器和核容器是极好的实例。焊接结构多用轧钢制造，它的过载能力、承受冲击载荷能力较强和铸造结构相比。对于复杂的连接，用焊接接头来实现要比铆接简单得多，高水平的焊接结构设计人员可以灵活地进行结构设计，并有多种满足使用要求可供选择，简单的对接焊和角焊就能构成各种焊接结构。1焊接结构优点 焊接结构可根据结构各部位在工作时的环境，所承受的载荷大小和特征，采用不同的材料制造，并采用异种钢焊接式堆焊制成。从而满足了结构使用性能，又降低制造本钱。如热壁加氢反响器，内壁要有抗氢腐蚀能力，如全用抗氢钢卷制，贵而不划算，尿素合成塔那么要耐包括尿素

13、在内多种化工产品的腐蚀，故这类厚壁筒内壁采用堆焊或内衬不锈钢或镍基合金来制造。节省制造工时，同时也就节约了设备及工作场地的占用时间，这也可以获得节约资金的效果。例如在现代造船厂里，一个自重200000t的油轮，可在不到3个月的时间里下水，同样的油船如用铆接制造，需要一年多的时间下水。与铆接结构的经济性相比，它还具有结构制造成品率高的特点，即焊接结构制造过程中一旦出现焊接缺陷，修复比较容易，很少产生废品。2焊接结构存在的问题 焊接结构中必然存在焊接剩余应力和变形。绝大多数焊接结构都是采用局部加热的焊接方法制造，这样不可防止地将产生较大的焊接应力和变形。焊接应力和变形不仅影响结构的外型和尺寸；在一

14、定条件下，还将影响结构的承载能力，如强度、刚度和稳定性；对焊后加工也带来一些问题，如尺寸的稳定性和加工精度；同时还是导致焊接缺陷的重要原因之一。焊接过程会局部改变材料的性能，使结构中的性能可能不均匀。尤其是某些高强度、超高强度钢，如微合金控轧钢有优良的性能，但它要求焊接过程实现焊缝金属洁净化和通过微合金化使之实现细晶粒化。一些金属材料焊接比较困难，这就导致了焊接缺陷，虽然焊接缺陷大多数能够修复，但是一旦漏检或修复不当那么可能带来严重的问题，如形成应力集中，加之性能不均匀将更严重地影响结构的断裂行为，降低结构的承载能力。焊接结构是一个整体，这一方面是气密、水密的前提，另一方面刚度大，在焊接结构中

15、易产生裂纹，使之很难像铆接或螺栓连接那样在零件的过渡处被制止，由于这个原因和上述原因焊接应力和变形、缺陷、大应力集中、性能不均匀等导致焊接结构对脆性断裂和疲劳、应力腐蚀等的破坏特别敏感。由于科学技术的进步，无损检测手段获得了重大开展，但到目前为止，经济而十分可靠的检测手段仍感缺乏。3焊接结构的分类 梁、柱和桁架结构。分别工作在横向弯曲载荷和纵向弯曲或压力下的结构可称为梁和柱。由多种杆件被节点连成承担梁或柱的载荷，而各杆件都是主要工作在拉伸或压缩载荷下的结构称为桁架。作为梁的桁架结构杆件分为上下弦杆、腹杆又分竖杆和斜杆，载荷作用在节点上，从而使各杆件形成只受拉或压的二力杆。实际上，许多高耸结构，

16、如输变电钢塔、电视塔等也是桁架结构。梁、柱和桁架结构是组成各类建筑钢结构的根底，如高层建筑的钢结构、冶金厂房的钢结构屋架、吊车梁、柱等、冶炼平台的框架结构等。它还是各类起重机金属结构的根底，如起重机的主梁、横梁，门式起重机的支腿、栈桥结构等等。用作建筑钢结构的梁、柱和桁架常常在静载下工作，如屋顶桁架。而作为起重机的金属结构，包括桥梁桁架和起重机桁架那么在交变载荷下工作，有时还是在露天条件下工作，受气候环境与温度的影响，这类结构的脆性断裂和疲劳问题应引起更大关注。3焊接结构的分类 壳体结构。它是充分发挥焊接结构水、气密特点，应用最广、用钢量最大的结构。它包括各种焊接容器、立式和卧式储罐圆筒形、球

17、形容器包括水珠状容器、各种工业锅炉、废热锅炉、电站锅炉的锅筒、各种压力容器，以及冶金设备高炉炉壳、热风炉、除尘器、洗涤塔等、水泥窑炉壳、水轮发电机的蜗壳等。运输装备的结构。它们大多承受动载，有很高的强度、刚度、平安性要求，并希望重量最小，如汽车结构轿车车体、载货车的驾驶室等、铁路敞车、客车车体和船体结构等。而汽车结构全部、客车体大局部又是冷冲压后经电阻焊或熔焊组成的结构。复合结构及焊接机器零件。这些结构或零件是机器的一局部，要满足工作机器的各项要求，如工作载荷常是冲击或交变载荷，还常要求耐磨、耐蚀、耐高温等。为满足这些要求，或满足零件不同部位的不同要求，如前焊接结构优点所述，这类结构往往采用多

18、种材料与工艺制成的毛坯再焊接而成，有的就构成所谓的复合结构，常见的有铸压焊结构、铸焊结构和锻焊结构等。4焊接结构设计和制造的相关标准 国内常用标准代号GB 国家标准代号GB/T 国家推荐性标准代号SH 石油化工行业专业标准代号QB 轻工行业标准代号YB 冶金行业标准代号HG 化工行业标准代号JB 机械行业标准代号SJ 电子行业标准代号QC 汽车行业标准代号TB 铁道运输行业标准代号CB 船舶工业标准代号HB 航空工业行业标准代号 QJ 航天工业行业标准代号 国外常用标准代号ISO 国际标准化组织代号IEC 国际电工委员会标准代号IIW 国际焊接学会代号AWS 美国焊接学会代号CEN 欧洲标准化

19、委员会代号ANSI 美国国家标准学会代号AISI 美国钢铁学会代号AISE 美国钢铁工程师学会代号ASM 美国金属学会代号ASIM 美国材料学会代号ASME 美国机械工程师协会或锅炉压力容器标准代号BS 英国标准代号DIN 德国标准代号JIS 日本工业标准代号NF 法国标准代号OCT 前苏联标准代号 4焊接结构设计和制造的相关标准 焊接根底标准焊缝符号表示法GB/T 3241988；焊接术语GB/T 33751994；气焊、焊条电弧焊及气体保护焊焊缝坡口根本形式和尺寸GB/T 9851988；埋弧焊焊缝坡口根本形式和尺寸GB/T 9861988；焊接及相关工艺方法代号GB/T 51852005

20、；钢结构焊缝外形尺寸JB/T 79491999；钢制件熔焊工艺评定JB/T 69631993；焊接质量要求 金属材料的熔焊 第14局部GB/T 12467.141998；钢熔焊焊工技能评定GB/T 151692003。4焊接结构设计和制造的相关标准 锅炉、压力容器、核电用容器常用标准及规程压力容器平安技术监察规程99版；蒸汽锅炉平安技术监察规程1996；热水锅炉平安技术监察规程1992；钢制压力容器GB 1501998；钢制球形储罐GB 123371998；钢制塔式容器JB 47101992；液化石油气钢瓶 GB58422006；固定式锅炉建造规程GB/T 165071996；锅炉角焊缝强度计

21、算方法JB/T 67341993；锅炉焊接工艺评定JB44201989；工业锅炉焊接管孔JB/T 16252002；钢制压力容器焊接工艺评定JB 47082000；钢制压力容器焊接规程JB 47091992；锅炉压力容器焊工考试规那么劳动部；锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规那么国质检锅2002；2600MW压水堆核电厂核岛系统设计建造标准GB/T 157611995；压水堆核电厂核岛机械设备焊接标准.19包括焊接材料验收、工艺评定、焊工的资格评定等19项；ASME第卷焊接和钎焊评定；EN288-钢材电弧焊工艺评定。4焊接结构设计和制造的相关标准 造船和建筑工程行业常用标准及规程钢质海船入级

22、与建造标准2005版；船舶焊缝符号CB/T 8601995；921A、922A钢焊接坡口根本形式及焊缝外形尺寸CB 12201993；船体结构焊接坡口形式及尺寸CB/T 31901997；钢结构设计标准GB 500172003；网架结构设计与施工规定JGJ 791；焊工考试规那么船检局；钢结构工程施工及验收标准GB 502052001。水利、电力行业常用标准及规程火力发电厂金属技术监督规程DL 4382000；电站钢结构焊接通用技术条件DL/T 6781999；火力发电厂焊接技术规程DL/T8692004；工业金属管道工程施工及验收标准GB 502351997；现场设备、工业管道焊接工程施工及

23、验收标准GB 502361998；水工金属结构焊接通用技术条件SL 362006；水工金属结构焊工考试规那么SL 351992；焊工技术考核规程DL/T 6791999。4焊接结构设计和制造的相关标准 铁路桥梁、机车车辆行业常用标准及规程铁路桥梁钢结构设计标准TB 10002.21999；钢桥制造包括通用桁梁、板梁、箱梁等三个技术条件；TB/T 2659.1.31995；机车车辆耐候钢焊接技术条件TB/T 24461993；机车车辆焊接技术条件包括新造和修理：TB/T 1580199515811996；内燃机车柴油机机体焊接技术条件TB/T 17421991；铁路工人技术标准TB/T 2152

24、.19.211990包括了焊接的主要工种。石油天然气和其他一些行业常用标准及规程立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收标准GBJ 1281990；海上固定平台规划、设计和建造的推荐做法SY/T 48021992等同采用API RP 2A；浅海钢质固定平台结构设计与建造技术标准SY/T 40941995；浅海钢质移动平台结构设计与建造技术标准SY/T 40951995；长输管道线路工程施工及验收标准SY J400190；油气管道焊接工艺评定方法SY 40521992；管道下向焊接工艺规程SY/T 40711993；汽轮机焊接工艺评定JB/T 63151992。4焊接结构设计和制造的相关标准 工程机械工

25、程机械焊接件通用技术条件JB/T 59431991。机器人标准工业机器人词汇JB/T126431997；工业机器人性能标准及其试验方法JB/T126422001；工业机器人特性表示JB/T126442001。3焊接生产的特点焊接生产的特点焊接生产过程是指采用焊接的工艺方法把毛坯、零件和部件连接起来制成焊接结构的生产过程。如上所述，各种各样的焊接结构都是焊接生产的产品，有许多就是最终的制成品，如大型球罐、全焊钢桥、热风炉、加氢反响器、蒸煮球、尿素合成塔等；更多那么是最终制成品的主要部件或零件，如全焊船体、工业锅炉主体、起重机的金属结构。压力容器的承压壳、油罐车的油罐和底架、内燃机车柴油机的焊接机体及水轮机的主轴、转轮和座环等。在工厂中负担焊接生产的车间，如金属结构车间、装焊车间、总装车间等是工厂的主要车间之一，在一些情况下，它是初级产品、半成品的准备车间如汽车制造厂的车体车间或车身车间，是工厂最终产品的总装车间、涂饰车间或成品库的供给者，同时它也是工厂的备料车间切割下料与冲压成形、零件机加工等、机加工车间、某些中间仓库的“消费者。它还必须由动力车间包括变电站、空压站、锅炉房、氧乙炔站等提供能源。总之，焊接生产和工业生产的其他部门有着紧密地联系，随着焊接结构和焊接生产的开展，焊接生产在工业生产中占有越来越重要的地位。