箱型梁课程设计

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1、箱型梁课程设计（总37页）本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可 内页可以根据需求调整合适字体及大小-前言钢结构素有“绿色建筑”之称，近年来钢结构因其自重轻，抗震性性能好，施工 周期短和材料可以回收利用等优点，在我国各个行业中得到了迅猛的发展。随着社会 的发展。人们环境意识、节能意识的提高，许多行业的装置、设备都在向规模化、大 型化发展，这从很大程度上，对钢结构的设计、施工提出了更高的要求。与此同时， 钢结构的设计也在向多元化、大型化发展。钢框架结构以其强度高、重量轻、材质均匀塑性韧性好、安装方便、施工工期短等 优点在各种行业钢结构中，担当着重要角色。钢构件的种类也越来越多，有箱型构 件、H

2、型构件、T型构件和钢管构件等多种类型，其中箱型构件的制造最复杂。箱型梁主要是指截面形状与普通箱子截面无异，因而称之为箱型梁。箱型梁通常由 几个部分组合在一起形成的，如盖板和腹板、隔板、底板这四个方面组合而成。箱型 梁具有一定的先进性和优越性，其属于力学性能方面的经济断面组合结构，常会应用 在龙门吊机、起重船等较为大型的承重结构。箱形结构梁（柱）大量地应用于建筑钢 结构中，尤其是高层或高层建筑结构中，但其内部的隔板焊接多数采用熔嘴式电渣焊 接方法。当桥梁跨度较大时，箱形梁是最好的结构形式，它的闭合薄壁截面抗扭刚度很 大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利。顶底板都具有大的面积，能有效地抵 抗正

3、负弯矩并满足配筋需要，具有良好的动力特性和小的收缩变形值。材质有钢筋混凝土和钢，近年发展了钢砼组合箱型梁，都在试验研究阶段，用 于临时性设施，严禁用于永久性抗震桥梁。箱梁的力学性能优于普通的板和梁，同时降低了桥梁自重。箱梁上部可视为肋梁 支撑体系：多道梁支撑一块板，缩短了板的跨度。下部可视为倒肋梁支撑体系。上下 同时分析时可参考钢结构格构梁的受力状态。这种力学计算模型是充分利用混凝土和 钢筋的材料性能，是节能和节约材料的方法。箱型梁柱其特殊的箱形截面，较传统的 h 型钢，截面具有更高的受力特征，及其更 小的用钢量。箱型结构的结构复杂制作难度大随着现代化箱型梁设备的引进，箱型梁 的相关制作、吊装

4、，焊接等技术难题的不断完善。箱型梁的制作和焊接质量，得到进 一步的提高。溶嘴电渣焊技术攻关取得成功。焊接变形，得到有效的控制。金属结构 厂在 40天时间内完成了 1200 多吨的箱型梁的制作任务一般来说，箱型构件的制作加工必须在工厂焊接，因与施工现场加工相比，其具 有相对成熟的加工生产流水线和比较稳定的加工环境。但对某些工程实际情况来说， 在工厂加工的可行性不是很高，尤其是工程建设地址比较偏远的情况下，一方面会加 增加成本，另一方面施工工期也不能满足要求。这种情况下，箱型构件只能进行现场 制作，但不论在工厂加工还是现场制作，箱型构件的制作工艺流程基本上是一致的。说明书共分为三章，第一章主要讲述

5、了应选择的材料和材料的性能要求以及焊接 性；第二章主要讲述了所选材料的工艺设计,其中包括焊缝位置,接头形式,焊接方法的 选择和材料以及工艺参数的选择.第三章主要讲述的是工艺流程,有原材料的准备,焊前 准备,焊接过程及焊后热处理.最后为总结.目录前言错误!未定义书签第一章：箱型梁焊接结构设计概述错误!未定义书签概述错误!未定义书签箱形梁结构的组成及制造关键点错误!未定义书签箱型梁焊接结构设计要求错误!未定义书签箱型梁焊接结构材料的选择错误!未定义书签箱型梁焊接结构的性能要求错误!未定义书签确定材料错误!未定义书签分析正火钢WH530(15MnNbR)焊接性分析错误!未定义书签。第二章箱型梁结构焊

6、接工艺设计错误!未定义书签箱型梁焊缝位置错误!未定义书签。焊缝接头形式（坡口、坡口角度、钝边、间隙）.错误!未定义书签焊接方法的选择错误!未定义书签焊接材料错误!未定义书签焊接工艺参数的选择错误!未定义书签焊接顺序错误!未定义书签焊接工艺卡错误!未定义书签第三章焊接工艺规程错误!未定义书签焊接原材料的准备错误!未定义书签焊前准备错误!未定义书签焊接过程错误!未定义书签焊后处理及热处理错误!未定义书签总结错误!未定义书签第一章：箱型梁焊接结构设计概述概述随着我国国民经济的发展，作为绿色建筑的钢结构产业得到了快速增长，高层超 高层钢结构建筑拔地而起。在那巍然屹立、坚如磐石的高楼大厦的主要构件中，箱

7、型 柱或箱型梁焊接的质量和生产效率显得尤为重要。900 米楼层的箱型梁 301、302、304、305、是加压气化炉的主要承重梁，箱型梁 是由上下翼板与侧腹板焊接而成。翼板由钢板拼接而成。翼板上的对接焊缝均为二级 焊缝，在整个制作过程中有较高的质量要求，并且每个箱型梁的一般对焊接焊缝要抽 查 20%进行超声波检查。箱形柱是由 4 块板组成管状承重结构一般为矩形或方形。因其刚性大，自重轻， 强度高，中间还可以灌注混凝土，形成特殊紧固式混凝土-钢柱结构，具有良好的承 载轴力、弯矩和抵抗水平力的性能，在高层超高层建筑中广泛应用，该结构件在柱-梁 连接的部位，柱内设有筋隔板，因其工艺复杂焊接熔敷金属量

8、大，隔板处须采用电渣 焊（ses），焊接变形不易控制，施工工艺难度较大，必须认真对待。箱形梁结构的组成及制造关键点箱型梁的截面形状和通常的箱子截面一样，所以叫箱形梁，也叫箱型梁。一般由 上翼板、下翼板、左腹板、右腹板、内有隔板组成。WiijKtii图 1-11 钢结构箱型柱焊接的一关键点 钢结构箱型柱的焊接与 H 型钢焊接、十字型钢焊接有不同之处，主要表现在以下 几个方面：1)钢结构箱型柱的 4 块壁板较厚，焊接时焊道较深，如何施焊堆满焊缝是难点之2）在焊接热循环作用下，焊接区域的母材淬醺性增大，残余应力增大，易产生裂 纹3）钢结构箱型柱腔内隔板焊接采用普通焊接方式无法施焊，需要采用电渣焊设备

9、 解决，焊接难度较大；4）4 道纵向通长焊缝如何施焊才不会使钢结构箱型柱产生焊接变形；5）钢结构箱型柱重量大、钢板厚、刚度大，因此拘束度大，焊接难以保证焊缝的 均匀熔透。对于钢结构箱型柱的焊接，选用手工焊条电弧焊难以完成全部制作，而采用埋弧 焊焊接时，输出能量大，焊接热影响区宽，焊接工艺及电流选用不当会造成晶粒粗 大，焊缝脆化，韧性降低，使焊接接头的抗拉强度下降，因此合理选用焊接设备和焊 接方法非常重要。箱型梁焊接结构设计要求采用合理的焊接结构及接头形式，以减小焊接量、焊接变形。采用适宜的焊缝及剖口形式，以减小焊缝，减小变形。合理布置焊缝，使其居中、对称，以减小偏心收缩力，减小变形。（4）夹具

10、的应用，反变形法 预先设置与焊接变形相反的变形，抵消焊接变形。刚性固定法，可限制焊接变形的产生，使焊接区冷却收缩时产生较多的拉伸塑性 变形，以便抵消一部分压缩塑性变形，使焊接变形有所减小。1、根据梁的特点，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。2 焊缝布置的设计1）要尽量布置在便于焊接的位置；2）要尽量布置在平焊的位置；3）焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形；3 焊接方法选择， 根据工件的尺寸、形状，工厂的焊接能力、焊接质量要求、效率、工艺可行性等来选择合适的焊接方法；4

11、焊接接头的设计，1）焊接接头设计的依据：设计要求、焊接难易程度、焊接成本、施工条件；2）破口形式的设计：一般形式有lVXU四类，选择的依据就是：板材厚度、坡 口加工方法、焊接工艺性、焊接方法、焊接位置、变形控制、熔透要求、经济型；5 焊材的选择优先选择可焊性好的焊材，否则要采取相应措施。1）在结构工作条件下，焊缝、热影响区、熔合线的最脆部位应有足够的抗开裂性 能，母材应具有一定的止裂性能。6 随着钢材强度的提高，断裂韧性和工艺性一般都有所下降因此，不宜采用比实 际需要强度更高的材料特别不应该单纯追求强度指标，忽视其他性能焊缝布置。1）避免焊缝的密集，两焊缝之间的最小距离一般应大于 5 倍的板厚

12、。2）为减小变形，焊缝应尽量对称布置。3）尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中。4）焊缝应远离机加工表面。5）避免和减少焊缝的缺陷，应将焊缝设计布置在便于焊接和检验的地方。焊接接 头母材的等塑性。其含义主要是指接头在结构中的整体变形能力，能和母材一样经受 在制造过程和运行过程中复杂的受力条件。焊接接头的工艺性。焊接接头应布置在便于施工、焊接和检查的部位，焊接坡口 形状和尺寸应适应采用的焊接工艺，具有较高的抗开裂性能，并能防止焊接变形及其 他的焊接缺陷。焊接接头的经济性。焊接是一种消耗能量和优质焊材的工艺过程，故应尽量减少 焊缝的数量，在保证焊接接头强度的前提下减薄焊缝的厚度。在设计焊接坡口形状

13、 时，应在保证工艺性的前提下，尽量减小坡口的倾角和截面尺寸。箱型梁焊接结构材料的选择钢材应用广泛、品种繁多，根据断面形状的不同，钢材一般分为型材、板材、管 材和金属制品四大类。钢材是钢锭、钢坯或钢材通过压力加工制成的一定形状、尺寸 和性能的材料。大部分钢材加工都是通过压力加工，使被加工的钢（坯、锭等）产生 塑性变形。根据钢材加工温度不同，可以分为冷加工和热加工两种。1 按用途分类工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。渗碳钢：a.渗氮钢；b.表面淬火用钢；c.易切结构钢；d.冷塑性成形用钢：包括 冷冲压用钢、冷镦用钢。碳素工具钢：a.合金工具钢；b.高速工具钢。特殊性能钢：

14、a.不锈耐酸钢；b.耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电 热合金钢：d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢。桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。箱型梁主要是在工程建筑上起支撑和传递重力作用，所以材料的选择必须以承受 载荷能力的大小为指标。箱型梁因其特殊的工作环境承受较大的力和振动，所以 其材料用钢应在工程用钢里面选择，那就是低合金结构刚。经实践证明低合金结构刚 最符合箱型梁受载荷的条件了。箱型梁焊接结构的性能要求在箱梁分析中，作用在箱梁上的主要荷载是恒载与活载。恒载是对称作用的，而 箱形梁截面基本上也是对称的，所以恒载一般不会产生偏心作用；活载可以是对称作 用，也可

15、以是非对称偏心作用，必须分别加以考虑。箱梁在偏心荷载作用下，将产生 纵向弯曲、扭转、畸变及横向挠曲四种基本变形状态低合金钢按主要质量等级分为普通质量低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金 钢；按主要性能或使用特性分为可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合 金混凝土用钢及预应力用钢、铁道用地合金钢、矿用低合金钢、其它低合金钢（如焊接 用钢）。常用来制造焊接结构的低合金钢有低合金高强度钢和专用钢。低合金钢强度结构钢的屈服强度级别和热处理状态不同，可分为热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢；专用钢按用途不同，可分为低合金低温钢和珠光体耐热钢把钢锭加热到 1300 摄氏度左右，经热轧成板材，然

16、后空冷即成为热轧钢；钢板的 轧制和冷却后，经 900 摄氏度正火即为正火钢。热轧及正火钢的屈服强度为 295- 980MPa，在调质（淬火+高温回火）状态下供货使用，属于热处理强化钢，包括微合金 化控轧钢、焊接无裂纹钢和抗层状撕裂钢，尽管它们采用了不同的冶炼和控轧技术， 但从本质上讲都属于正火钢。这类钢广泛应用于常温下工作的各种焊接结构，如压力 容器、动力设备、工程机械、桥梁、建筑结构和管线等。而箱型梁就属于建筑结构中 的一种钢结构，而最符合箱型梁性能要求的钢材就是正火钢。当要求钢的屈服强度大 于 390Ma 时，必须在固溶强化的同时加强合金元素的沉淀强化作用。正火钢是在固溶 强化的基础上，加

17、入碳、氮化物形成元素（V、Ti、Nb和Mo等），通过沉淀强化和细 晶强化进一步提高钢钢的强度和保证韧性。正火处理的目的是促使碳化物和氮化物质 点从固溶体中沉淀析出并同时细化晶粒。此外碳化物的析出还降低了固溶在基体中的 碳，使淬透性下降，焊接性也有所改善。确定材料1 几种典型热轧钢及正火钢的牌号及化学成分见表 1-1表 1-1 几种典型热轧钢及正火钢的牌号及化学成分正火状态下使用的钢、Nb的钢，其特点是屈强比较高，属于这类钢的有Q420、WH530和WH590。几种典型 热轧及正火钢的力学性能见表 1-2。表 1-2 几种典型热轧及正火钢的力学性能钢号热处理 状态力学性能R L/MPaeLRm/

18、MPaA (%)冲击吸 收能量 kv2/jQ345热轧=345470630=21=34Q390热轧=390490650=20=34Q420正火=420520680=19=3418MnMoNb正火+ 回火=490=637=16KU2=6913MnNiMoNb正火+ 回火=392569735=18=39WH530正火=370530660=20KU2=31(C)WH590正火=410590730=18=34D36正火=353=490=21X60控轧=414=517经研究分析和以上两个表格，我最终确定箱型梁的最终材料为低合金高强度钢中的正火钢他就是WH530(15MnNbR)。WH530是武汉钢铁公司

19、为满足市场需求所研制的钢 种，其强度、韧性优于目前应用的Q235R，且焊接性良好。分析正火钢WH530(15MnNbR)焊接性分析正火钢由于含合金元紊较多，淬硬倾向有所增加。强度级别及碳当量较低的正火 钢，冷裂纹倾向不大；但随着正火钢碳当量及板厚的增加，淬硬性及冷裂倾向随之增 大，需要采取控制焊接热输人、降低扩散氢含量、预热和及时焊后热处理等措施，以 防止焊接冷裂纹的产生。(1) 碳当量一般认为CEW%时，钢材在焊接过程中基本无淬硬倾向，冷裂敏感性 小。屈服强度为294392MPa热轧钢的碳当量一般都小于%焊接性良好。除钢板厚度很 大和环境温度很低等情况外，一般不需要预热和严格控制焊接热输入。

20、碳当量CE=%时钢的淬硬倾向逐渐增加，属于有淬硬倾向的钢。屈服强度为 440490MPa的正火钢基本上处于这一范围，其中碳当量不超过%时，淬硬倾向不算严 重，焊接性尚好，但随着板厚的增加需要采取一定的预热措施，如Q420o 18MnMoNb的 碳当量在%以上，它的冷裂敏感性较大，焊接时为避免冷裂纹的产生，需要采取较严格 的工艺措施如严格控制热翰人、预热和焊后热处理等。(2) 淬硬倾向焊接热影响区产生淬硬的马氏体或M+B+F混合组织时，对氢致裂纹 敏感；而产生B或B+F组织时，对氢致裂纹不敏感。凡是淬硬倾向大的钢材，连续冷 却转变曲线都是往右移。但由于冷却条件不同，不同曲线的右移程度不同。如CC

21、T曲 线右移的程度比等温转变图TTT曲线大倍以上，而SHCCT曲线右移就更多。因此，在 比较两种钢材的淬硬倾向时，必须注意采用同一种曲线。1)正火钢的淬硬倾向。随着合金元素和强度级别的提高而增大，如Q420和 18MnMoNb相比，两者的差别较大18MnMoNb的过冷奥氏体比15MnVN稳定得多，特别 是在高温转变区。因此，18MnMoNb冷却下来很容易得到贝氏体和马氏体，它的整个转 变曲线比Q420靠右，淬硬性高于0420,故冷裂敏感性也比较大。2) 热影响区最高硬度。最高硬度允许值就是一个刚好不出现冷裂纹的临界硬 度值。碳当量增大时，热影响区淬硬倾向随之提高，但并非始终保持线性关系。另 外

22、，焊接热输人E或冷却时间t8/对热影响区淬硬倾向影响很大。2. 热裂纹和消除应力裂纹(1) 焊缝热裂纹热轧及正火钢一般碳含量较低、而Mn含量较高，因此这类钢具 有较好的抗热裂性能，焊接过程中的热裂纹倾向较小，正常情况下焊缝中不会出现热 裂纹。但个别情况下也会在焊缝中出现热裂纹，这主要与热轧及正火钢中C、S、P等 元素含量偏高或严重偏析有关。碳元素严重偏析，钢板不同部位碳的质量分数相差很大，因此在角焊缝施焊时出 现了大量的热裂纹。在这种情况下，要从工艺上设法减小母材在焊缝中的熔合比，增 大焊缝成形系数，有利于防止焊缝金属的热裂纹。也可以通过焊接材料来调整焊缝金 属的成分，降低焊缝中碳含量和提高焊

23、缝中的Mn含量。焊缝中的碳含量越咼，为了防止硫的有害作用所需的Mn含量也要求越咼。Si的有 害作用也与促使s的偏析有关，因此Si含量高时，热裂纹倾向也增加。(2) 消除应力裂纹含Mo正火钢厚壁压力容器之类的焊接结构，进行焊后消除应 力热处理或焊后再次高温加热的过程中，可能出现另一种形式的裂纹，即消除应力裂 纹，也称再热裂纹SR裂纹)。其他有沉淀强化的钢或合金(如珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢等)的焊接接头中，也可能产生消除应力裂纹。钢中的Cr、Mo元素及含量对消除应力裂纹的产生影响很大。元素之间的相互作用 对消除应力裂纹敏感性的影响更复杂(主要与形成的碳化物形态有关)。消除应力裂纹一般产生在热影响

24、区的粗晶区，裂纹沿熔合区方向在粗晶区的奥氏 体晶界断续发展，产生原因与杂质元素在奥氏体晶界偏聚及碳化物析出“二次硬化” 导致的晶界脆化有关。消除应力裂纹的产生一般须有较大的焊接残余应力，因此在拘 束度大的厚大工件中或应力集中部位更易于出现消除应力裂纹。Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金钢对消除应力裂纹的产生有一定的敏感性。正火钢 中的18MnMoNb和14MnMoV有轻微的消除应力裂纹倾向，可采取提高预热温度或焊后立 即后热等措施来防止消除应力裂纹的产生。3. 非调质钢裸缝的组织和韧性韧性是表征金属对脆性裂纹产生和扩展难易程度的性能。低合金钥组织对韧性的 影响受多种因素的控制，如显微组织

25、、夹杂和析出物等。即使是相同的组织，其数 量、晶粒尺寸、形态等不同，韧性也不一样。尽管影响焊缝金属韧性的因素很复杂， 但起决定作用的是显微组织。低合金高强钢焊缝金属的组织主要包括：先共析铁素体 PF、侧板条铁素体FSP、针状铁素体AF、上贝氏体B、珠光体P等，马氏体较少。焊缝韧性取决于针状铁素体（AF）和先共析铁素体（PF）组织所占的比例。焊缝 中存在较高比例的针状铁素体组织时，韧性显著升高，韧脆转变温度降低，如图3-11a 所示；焊缝中先共析铁素体组织比例增多则韧性下降，韧脆转变温度上升。针状铁素 体晶粒细小，晶粒边界交角大且相互交叉，每个晶界都对裂纹的扩展起阻碍作用；而 先共析铁素体沿晶界

26、分布，裂纹易于萌生，也易于扩展，导致韧性较差。以针状铁素体组织为主的焊缝金属，屈强比一般大于；以先共析铁素体组织为主 的焊缝金属，屈强比多在以下；焊缝金属中有上贝氏体存在时，屈强比小于。焊缝中 AF增多，有利于改善韧性，但随着合金化程度的提高，焊缝组织可能出现上贝氏体和 马氏体，在强度提高的同时会抵消AF的有利作用，焊缝韧性反而会恶化。高强钢焊缝 中AF由100%减少到20%左右，焊缝韧性急剧降低。在热轧及正火钢中Mn、Si在焊接 中既是脱氧元素，又是合金元素，对焊缝金属的组织和韧性有直接影晌。低合金钢焊缝韧性在很大程度上依赖于Si、Mn含量。Si是铁素体形成元素，焊 缝中Si含量增加，将使晶

27、界铁素体增加。Mn是扩大奥氏体区的元素，可以推迟 YTa转变，所以增加焊缝中的Mn含量，将减少先共析铁素体的比例。但Si、Mn含 量的增加，都将使焊缝金属的晶粒粗大。试验研究表明，当Si、Mn含量较少时， YTa转变形成粗大的先共析铁素体组织，焊缝韧性较低，因为微裂纹扩展的阻力较 小。当Mn、Si含量过高时，形成大量平行束状排列的板条状铁素体，这些晶粒的结晶 位向很相似，扩展裂纹与这些晶粒边界相遇不会有多大的阻碍，这也使焊缝金属韧性 较低。因此，Mo和Si含量过多或过少都使韧性下降。中等程度的Mn、Si含量情况 下，可得到针状铁素体+细晶粒铁素体的混合组织，对裂纹扩展的阻力大，焊缝韧性 高。在

28、Mn-Si系基础上加人适量的Ti和B或Ti和Mo均能改善YTa的相变特性， 使对韧性不利的铁素体组织减少，细小、均匀的针状铁素体增多。近些年来，国内外 都在探索向低合金钢焊缝金属中同时添加Ti、B或同时添加Ti、Mo来提高焊缝的韧性 并取得了良好的效果。4. 热影响区脆化（1）粗晶区脆化被加热到1200C以上的热影响区过热区可能产生粗晶区脆化，韧 性明显降低。这是由于热轧钢焊接时，采用过大的焊接热输入，粗晶区将因晶粒长大 或出现魏氏组织而降低韧性；焊接热输人过小，粗晶区中马氏体组织所占的比例增大 而降低韧性，这在焊接碳含量偏高的热轧钢时较明显。含有碳、氮化物形成元素的正火钢采用过大的焊接热翰人

29、时，粗晶区的V （C、 N）析出相基本固溶，这时V （C、N）化合物抑制奥氏体晶粒长大及组织细化作用被削 弱，粗晶区易出现粗大晶粒及上贝氏体、M-A组元等，导致粗晶区韧性降低和时效敏感 性的增大。采用小焊接热输人是避免这类钢过热区脆化的一个有效措施。对含碳量偏高的热 轧钢，焊接热输人要适中；对于含有碳、氮化物形成元素的正火钢，应选用较小的焊 接热输人。如果为了提高生产率而采用大热输入时，焊后应采用8001050C正火处理 来改善韧性。但正火温度超过1100C，晶粒会迅速长大，将导致焊接接头和母材的韧 性急剧下降。在主要合金元素相同的条件下，钢中含有不同类型和不同数量杂质时，热影响区 粗晶区的韧

30、性也会显著降低。S和P均降低热影响区的韧性，特别是大热输人焊接时，P的影响较为严重。N对Mn-Si系低合金钢热影响区韧性的影响如图3-15所示。可以 看到，通过降低N含量，即使焊接热输人在很大范围内变化，也仍然可以获得良好的 韧性。(2)热应变脆化产生在焊接熔合区及最高加热温度低于AC的亚临界热影响区。 对于C-Mn系热轧钢及氮含量较高的钢，一般认为热应变脆化是由于氮、碳原子聚集在 位错周围，对位错造成钉轧作用造成的。一般认为在200400C时热应变脆化最为明 显，当焊前已经存在缺口时，会使亚临界热影响区的热应变脆化史为严重。熔合区易 于产生热应变脆化与此区域常存在缺口性质的缺陷和不利组织有关

31、。热应变脆化易于发生在一些固溶N含量较高而强度级别不高的低合金钢中，如抗 拉强度490MPa级的C-Mn钢。在钢中加人足够量的氮化物形成元素，可以降低热应变 脆化倾向。退火处理也可大幅度恢复韧性，降低热应变脆化，如Q345经600Cx 1 h 退火处理后，韧性大幅度提高，热应变脆化倾向明显减小。5. 层状撕裂主要发生于要求熔透的角接接头或T形接头的厚板结构中。大型厚板焊接结构焊 接时，如果在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力时，可沿钢材轧制方向发生明显阶梯 状层状撕裂。层状撕裂的产生不受钢材种类和强度级别的限制，从Z向拘束力考虑，层状撕裂 与板厚有关，板厚在16mm以下一般不会产生层状撕裂。从钢材

32、本质来说，主要取决于 冶炼质量，钢中的片状硫化物与层状硅酸盐或大量成片地密集于同一平面内的氧化物 夹杂都使Z向塑性降低，导致层状撕裂的产生，其中层片状硫化物的影响最为严重。 因此，硫含量和艺向断面收缩率是评定钢材层状撕裂敏感性的主要指标。合理选择层状撕裂敏感性小的钢材、改善接头形式以减轻钢板Z向所承受的应力 应变、在满足产品使用要求前提下选用强度级别较低的焊接材料以及采用预热及降氢 等辅助措施，有利于防止层状撕裂的发生。第二章箱型梁结构焊接工艺设计箱型梁焊缝位置如图2-1为箱型梁结构图2-1由此图可以看出箱型梁外部结构一共有四条主要焊缝，其焊缝位置全部是横焊 缝。如图2-2所示箱形枉王焊縫-

33、- -:-W嬷恣磁総滋彩滋滋絲SS觀恣縊磁滋輝接方向 背面烂接方向1图2-2焊缝接头形式（坡口、坡口角度、钝边、间隙）板材下料技术要求：1） 4块壁板下料长度加1020 mm的余量;2）数控切割机或直条切割机下料，30 mm厚钢板要用半自动切割小车对称同方向 开单V形坡口，16 mm与12 mm厚钢板全熔透时开单V形坡口，部分熔透时可不开坡口 但在拼装时要与盖板留有5mm的间隙；如图2-3。3）壁板的平直度和旁弯度应控制在允许范围内，取1.0 mm/m且不大于mm,超 出该限值必须进行矫正；4）钢结构箱型柱腔内隔板下料应用数控切割机操作，以保证其几何尺寸、平直度 和对角线；5）为保证内隔板写4

34、块壁板贴合，内隔板需要进行机械加工，保证4条边相互垂 直，不垂直度小于mm，对角线允许偏差小于mm;6）为保证电渣焊焊枪上下移动正常，应使内隔板厚度不小于25 mm,两侧衬板厚 度，当采用ZHR熔嘴电渣焊时应不小于18 mm，ZHS丝极电渣焊时应不小于25 mm。图2-2内隔板（包括工艺隔板），需实行精加工制作。下料制板加工车间采 用数控切割机下料，电渣焊隔板的垫板需要铣边（刨边）。铣削完毕后除 毛刺：并用记号笔编上零件号，保证其尺寸及形位公差如图2-3。电渣焊侧度厚板腹Z度宽板翼亭于腹板宽度-4手工焊侧内隔板图2-4电渣焊垫板条如图2-3内隔板组装：隔板装配采用手工焊和电渣焊衬垫板，焊接按焊

35、接工艺要求进行。如图2-4焊接方法的选择钢结构箱型柱制作工序较多，在此主要介绍钢结构箱型柱制作重点工序的焊接工 艺。钢结构箱型柱在内腔需要增设隔板，这些隔板有些是由于梁柱连接处，需要加强而 设计的，也有的是制造工艺所需增设的。隔板与4块壁板焊接时，应采用电渣焊隔板 及衬板全熔透焊缝，当两隔板间距小于200 mm时，隔板间焊道不40便于施焊时也可 采用单边V形坡口、背面加垫板，K形坡口和V形坡口都必须保证熔透焊，隔板电渣焊 焊道也为全熔透，电渣焊上、下焊孔要求在焊缝正中位置，焊剂、熔嘴要求烘干温度 为200250C，焊丝伸出熔嘴20 mm左右，同一个隔板两侧的电渣焊应同时施焊以避 免构件焊接变形

36、。箱型梁的打底采用手工C02气体保护焊，所用的焊丝必须满足GB/T8110-2008要 求；气体纯度要求为%（体积法）。箱型打底前须先检查外形尺寸、坡口是否符合图纸及工艺要求；检查电渣焊位置是 否按工艺要求做好标识、划好线；检查固定点焊是否符合规范要求。必须检查合格才 可以打底焊接。钢结构箱型柱4块壁板组装完成后，需要焊接4道通长纵向焊缝，这4道纵向焊缝 焊接需要格外注意。为防止焊缝焊接受热不均产生的旁弯等变形，焊接宜采用双丝埋 弧焊设备，4条纵焊缝焊接采用同电流、同方向、同速度由始端向终端焊接，焊前要加 装引弧板和熄弧板，双丝埋弧焊要求同时对同一平面的2道焊缝进行施焊。钢结构箱型柱的4道纵向

37、角焊缝，宜采用全熔透或部分熔透的对接与角接组合焊 缝。要求全熔透时，应采用垫板单面焊接，在梁柱连接区域上下各500 mm范围内，需 采用全熔透焊。焊接材料埋弧焊使用焊丝的品种随被焊金属的种类不同而各异，有炭素结构钢、合金结 构钢、高合金钢和各种有色金属焊丝以及堆焊用的特殊合金焊丝。焊丝表面应光滑，便于焊接时能顺利送进，以免给焊接过程带来干扰，各 种碳钢及不锈钢焊丝的表面最好镀铜，镀铜层既可防锈亦可改善焊丝与导电嘴的电接 触状况。1：埋弧焊焊接材料为焊剂型号：SJ101用途 ：低合金结构钢焊剂颗粒度（mm）:2配用焊丝：H08MnA、H08MnMoAH08Mn2MoA、H10Mn2适用电流种类:

38、 交、直流。2电渣焊焊接材料焊丝为: 15MnV、 15MnVg、 15MnVR、 15MnTi焊剂为：电渣焊接低合金结构钢时、应优先采用HJ360焊剂引弧剂为：YF-150或自制铁丸。熔嘴为：XTHSES 1X或用无缝钢管涂药皮。3二氧化碳气保焊焊接材料焊接方法：C02气保焊电流电压（V）： 20-22焊接速度：（cm/mi n）15-30牌号：ER506直径：e极性：反电流：180-220焊接工艺参数的选择1二氧化碳焊接工艺参数见表2-2焊焊接焊材焊接电流电流焊接速道/ 焊层方法牌 号直 径性攵电流电压(V)度 (cm/min)1C02气保焊ER50601一 180220202215-30

39、表2-22熔嘴电渣焊电渣焊工艺参数见表2-3序 号隔板 -厚度(mm)焊丝 直径(mm)渣池 深度(mm)焊接 电流(A)焊接 电压(V)焊接速 度(m/h)118-25030-504004503638表2-33埋弧焊焊接工艺参数见表2-4序 号板 厚焊 道焊丝 直径(mm)电流 (A)电 压(V )速度(m/h)伸出 长度(mm )114-20盖0 4mm650-33-20-25-30面7003635220盖0 4mm650-33-20-25-30-30面7003635中0 4mm650-33-20-25-30330间层7003635-50盖0 4mm650-33-20-25-30面7003

40、635表2-4焊接顺序焊接顺序为先左上，后右下，再右上，最后左下的顺序焊接，以减小焊接变 形。先把箱形梁腹板放置于平行地面的方向，用埋弧将箱形梁的上面两条焊缝用两台 埋弧焊机同时同向施焊，将焊道深度填到35 mm左右，将箱形梁翻转180度，再将下 面两条焊缝用两台埋弧焊机同时同向施焊，至焊道深度填到35 mm左右。再翻转180 度，将先施焊的两条焊缝用两台埋弧焊机同时同向施焊至此两条焊缝施焊完毕，再翻 转180度，将后施焊的两条焊缝用两台埋弧焊机同时同向施焊至此两条焊缝施焊完 毕。采用两套电渣焊枪同时对称焊接，保持箱体变形一致。焊接工艺卡附录一：上极带小纵缝焊接工艺卡焊接方法埋弧自动焊焊机型号

41、Mz系列埋弧焊焊机母材 牌号 WH530(15MnNbR)规格板厚27mm焊缝名称：腹板与翼板的T形角焊缝坡口形式坡口角度：单面开V形30。坡口焊接顺序翼板腹板丄主焊缝熔透坡口示意图1、清理干净工件表面的油 焊污、灰尘等脏物。前 2、表面打磨粗糙形成沟槽。准 3、烘干焊条，温度为350C 备400C，时间2h，存放温度 100150C。焊 接 材 料焊条牌号H10Mn2焊剂牌号SJ101焊 1、焊前对坡口及其附近区域采用电加热带预热至120140C。前及焊后热处理工。焊接工艺-参数2、焊后箱型梁整体以6080C/h的速度升温至62525C。3、恒温2h后以3050C/h的速度冷却至室温。4、由

42、于焊后的尺寸精度和表面粗糙度不能满足要求，焊层要进行磨削加1、焊接位置：平焊立焊横焊M仰焊全位置其他2、焊条直径：填充4mm3、焊接电源极性：直流反接4、焊接电流大小：填充200300A5、电弧电压：填充33-36V6、焊接速度：2035m/h7、焊接角度：向焊接方向倾斜60808、焊接线能量：打底cm,填充cm9、焊接顺序：先焊大坡口 2/3,然后对背面进行清根后焊小坡口，最后焊大坡口剩余部分10、焊接层数：12层1、外观检测：通过肉眼观察，借助标准样板、量规和放大镜等工具进行检测，检杳表面是否具有裂纹等缺陷。2、无损检测：对焊缝加以100%的射线检测辅以20%的超声波检测，以检杳焊缝 内部

43、是否具有缺陷。编 制,q宀/土校审批包宇佳、片对核准焊接方法熔嘴电渣焊母材牌号 WH530(15MnNbR)焊机型号ZHRT000规格板厚27mm焊缝名称：隔板熔嘴电渣焊坡口形式坡口角度：30焊接顺序口在箱体外标1 隔板标识线在箱体外标记 隔板标识线电渣焊孔20_ - _箱形梁断面电渣焊示意图底2烽接试件（箱形廉幷匕隔扳部位焊口焊 前 准 备4、清理干净工件表面的油 污、灰尘等脏物。5、表面打磨粗糙形成沟槽。6、烘干焊条，温度为350C 400C，时间2h,存放温度焊 接 材 料焊剂牌号HJ360附录二：上极带小纵缝焊接工艺卡100150C。焊 前及 焊后 热处 理5、焊前对坡口及其附近区域米

44、用电加热带预热至120 140C。6、焊后进行球罐整体热处理，将球罐整体以6080C/h的速度升温至625土 25C。7、恒温2h后以3050C/h的速度冷却至室温。8、由于焊后的尺寸精度和表面粗糙度不能满足要求，焊层要进行磨削加 工。焊 接 工 艺参 数11、焊接位置：平焊立焊横焊仰焊全位置其他二12、焊条直径：打底，填充13、焊接电源极性：直流反接14、焊接电流大小：打底，填充400-450A15、电弧电压：打底，填充36-38V16、焊接速度：焊接角度：向焊接方向倾斜608017、焊接线能量：打底cm，填充cm18、焊接顺序：先焊大坡口 2/3，然后对背面进行清根后焊小坡口，最后焊 大坡

45、口剩余部分19、焊接层数：2层3、外观检测：通过肉眼观察，借助标准样板、量规和放大镜等工具进行检测， 检杳表面是否具有裂纹等缺陷。4、无损检测：对焊缝加以100%的射线检测辅以20%的超声波检测，以检杳焊缝 内部是否具有缺陷。编 制，包宇佳对校审批核准附录三：下极带小纵缝焊接工艺卡焊接方法一氧化碳气体保护焊母材规格牌号 WH530(15MnNbR)焊机型号NB-350板厚27mm焊缝名称：腹板与翼板的T形角焊缝坡口角度：单面开V形30。坡口坡口形式焊接顺序主焊缝熔透坡口示意图1、清理干净工件表面的油 焊污、灰尘等脏物。前 2、表面打磨粗糙形成沟槽。准 3、烘干焊条，温度为350C 备400C，

46、时间2h，存放温度 100150C。焊接焊条牌号材料ER606焊 前及 焊后 热处理1、2、 25C。3、4、 工。焊前对坡口及其附近区域采用电加热带预热至120140C。焊后进行球罐整体热处理，将球罐整体以6080C/h的速度升温至625恒温2h后以3050C/h的速度冷却至室温。由于焊后的尺寸精度和表面粗糙度不能满足要求，焊层要进行磨削加1、焊接位置：平焊立焊横焊M仰焊全位置其他2、焊条直径：打底3、焊接电源极性：直流反接焊 接 工 艺-参数4、焊接电流大小：打底180-220A5、电弧电压：打底20-22V6、焊接速度：15-30cm/min7、焊接角度：向焊接方向倾斜60808、焊接线

47、能量：打底cm，填充cm9、焊接顺序：先焊大坡口 2/3,然后对背面进行清根后焊小坡口，最后焊大 坡口剩余部分10、焊接层数：1层焊后检验1、外观检测：通过肉眼观察，借助标准样板、量规和放大镜等工具进行检测， 检查表面是否具有裂纹等缺陷。2、无损检测：对焊缝加以100%的射线检测辅以20%的超声波检测，以检查焊缝 内部是否具有缺陷。编 制1XX校 对审 核批 准第三章焊接工艺规程焊接原材料的准备箱型梁的制作工艺流程：/原材料入厂T检验、矫正T套料 内隔板加工T下料、切割T铣边T开 坡口T加电渣焊垫板T加固焊箱体加工T翼板、腹板下料、切割T腹板开坡口T工艺隔板、电渣焊内隔板与下翼缘装配TU型结构

48、组合 kT内隔板与腹板焊接、工艺隔板与翼板焊接TU型矫正（腹板焊缝处加衬 板）T箱型结构组合（盖板）T加固打底焊T内隔板与翼板之间电渣焊TUT合T主焊缝埋弧焊TUT合格T校形、处理外观T标记T发货焊前准备隔板（包括工艺隔板），需实行精加工制作。下料制板加工车间采用 数控切割机下料，电渣焊隔板的垫板需要铣边（刨边）。铣削完毕后除毛 刺：并用记号笔编上零件号，保证其尺寸及形位公差。I 11 I I 11 I端铳余量理论长度 下料长度腹板下料形式（虚线表示下工序开坡口位置， 预留28表示垫板的位置）翼板划线：首先检查翼板和腹板的长度、宽度、坡口尺寸以及板条的平直度是否合 格，检查合格后进行下翼板的划

49、线。、焊前清除电渣孔内杂物，并辅高压气体清除或用火焰加热烘烤的方 、焊前，焊剂HJ431需经250CX1h烘焙,SJ101需经550CX2h烘焙。 、安装引出位置及安装引弧位置：将黄铜帽孔中心对准焊孔中心，焊前在黄铜帽凹部撒放高约10mm 粒度为01X1的引弧剂，再撒放高约为15mm的焊剂，并用千斤顶顶紧黄 铜帽。 、采用两套电渣焊枪同时对称焊接，保持箱体变形一致。 埋弧焊中间层及盖面焊接： 、焊前准备工作：焊前焊剂烘干12小时；用钢丝刷（装在磨光机上），清除焊缝附近 50mm 范围内的铁锈、氧化皮等杂物。 、加焊引弧板及引出板：引弧、引出板的长度大于150mm，宽度大于或等于100mm，焊缝

50、引出长度不小于60mm，保证引 弧及收弧的质量，防止产生弧坑裂缝。焊接过程1 气体保护焊打底： 、箱型梁的打底采用手工C02气体保护焊，所用的焊丝必须满足GB/T8110-2008 要求；气体纯度要求为%（体积法）。 、箱型打底前须先检查外形尺寸、坡口是否符合图纸及工艺要求； 检查电渣焊位置是否按工艺要求做好标识、划好线；检查固定点焊是否符 合规范要求。必须检查合格才可以打底焊接。 、当箱型梁板厚度在16以下时，打底厚度以腹板厚度减2-3mm为 宜；当箱型梁腹板厚度在16以上时，打底厚度以10-15mm为宜。2 埋弧焊中间层及盖面焊接： 、焊前准备工作：焊前焊剂烘干12小时；用钢丝刷（装在磨光

51、机上） ，清除焊 缝附近 50mm 范围内的铁锈、氧化皮等杂物。 、加焊引弧板及引出板：引弧、引出板的长度大于150mm，宽度大于或等于100mm，焊缝引出长度不小于60mm，保证引弧及收弧的质量，防止产生弧坑裂缝。 、埋弧焊外观成形应均匀平滑，略高于母体平面0-3mm。 、先把箱形梁腹板放置于平行地面的方向，用埋弧将箱形梁 的上面两条焊缝用两台埋弧焊机同时同向施焊，将焊道深度填到35 mm左右，将箱形梁翻转180度，再将下面两条焊缝用两台埋弧焊机 同时同向施焊，至焊道深度填到35 mm左右。再翻转180度，将先 施焊的两条焊缝用两台埋弧焊机同时同向施焊至此两条焊缝施焊完 毕，再翻转180度，

52、将后施焊的两条焊缝用两台埋弧焊机同时同向 施焊至此两条焊缝施焊完毕。（试验工艺） 、当进行T$40mm焊接时，应采取多层多道焊；单道焊缝宽度小 于30mm,严禁焊道增宽超过10mm。 、埋弧焊中间层应严格清渣，厚板焊前预热温度100C，层间温 度 120C-350C。3箱形梁内隔板电渣焊接：、焊前清除电渣孔内杂物，并辅高压气体清除或用火焰加热烘烤的、焊前，焊剂HJ360需经250CX 1h烘焙,SJ101需经550CX2h烘安装引出位置及安装引弧位置：将黄铜帽孔中心对准焊孔中心，焊前在黄铜帽凹部撒放高约10mm 粒度为01X1的引弧剂，再撒放高约为15mm的焊剂，并用千斤顶顶紧黄 铜帽。 、采

53、用两套电渣焊枪同时对称焊接，保持箱体变形一致。焊后处理及热处理.1对于碳素钢、低合金钢的焊接件，焊后消除应力热处理的温度为600 650C，且 不应高于材料最终回火温度。2 奥氏体钢焊接件焊后不进行消除应力热处理，当有特殊要求时热处理温度应不低于 850C。焊后消除应力热处理的保温时间。焊后消除应力热处理保温时间按焊缝厚度每毫米保温确定，但最短不少于30min。 焊接件焊后消除焊接应力，应采取如下方法：1 整体高温回火。将焊件整体放入加热炉中，加热至一定温度，碳钢加热到 600-650C，奥氏体不锈钢加热到850C以上，保温一定时间（一般每毫米厚5分钟，不少于一 小时），然后在空气中缓慢冷却。

54、此法可消除焊接应力的 80-90%。局部高温回火。对焊件焊接应力大的部分局部加热，然后缓慢冷却，消除一部分焊接 应力。3 低温处理消除焊接应力。在焊件上进行不均匀加热，造成适当的温度差，使焊缝区 产生拉力变形，从而消除一部分焊接应力。4 整体结构加载法。把焊成的钢结构根据实际情况，整体加载荷，使内部应力接近屈 服强度，然后卸载，达到部分消除应力的目的。5 还可以用锤击的方法消除焊接应力。这次的课程设计对于我来说有着深刻的意义。这种意义不光是自己能够独立完成 了设计任务，更重要的是在这段时间内使自己深刻感受到设计工作的那份艰难。而这 份艰难不仅仅体现在设计内容与过程中为了精益求精所付出的艰辛，更

55、重要的是背负 恶劣的天气所付出的决心与毅力 !也许自己太过于执着 ,从设计开始就落在大家的后 面。不过还好，很快就将基本的数据设计与整理出来，不至于远离大家的进度。通过 这次设计我才知道原来箱型梁不是只有简单的四块板材用手工电弧焊焊接而成，而是 用三种焊接方法，其复杂至极远远不是我想的那么简单。由于考试已经结束，我可以 有充分的时间搞设计。可惜，有些结构设计上还是不太明白为什么要那样设计。看来 自己学的东西太少了！对于课程设计，我只能说我已经尽了我最大的努力。这就是我 最好，最出色的设计。过程我只能用不堪回首来形容，但是结果确实意义重大的。我 付出了远比设计内容更多的毅力与决心。而我也应该保留

56、这份精神，继续奋斗。感觉 设计对我们这些刚刚入门（或者在某种意义上来说还是门外汉）就是按照条条款款依 葫芦画瓢的过程，有的时候感觉挺没有劲的。反正按照步骤一定可以完成设计任务， 其实不然。设计过程中有许多内容必须靠我们自己去理解，去分析，去取舍。通过这 次的设计，感慨颇多，收获颇多。更多的是从中学到很多东西，包括书本知识以及个 人素质与品格方面。感谢老师的辛勤指导，也希望老师对于我的设计提出意见。参考文献1. 焊接工艺与操作技巧丛书编委会.焊接工艺与操作技巧丛书.2. 陈淦方.埋弧焊.1985 年 02月3. 沪东船厂SDZ型焊机试制小组.工业技术资料SDZ型双丝单面焊双面成 型埋弧焊机.1972 年 06 月4熔焊原理及金属材料焊接英若采主编机械工业出版社5焊接方法与设备雷世明主编械工业出版社6焊接手册机械工业出版社7金属材料手册械工业出版社8焊接评定工艺国家机械局