焊接结构课程设计

焊接结构课程设计说明书

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第1章总体焊接结构分析 (1)

1.1 泵站油箱的简介 (1)

1.2油箱的主要参数设计 (1)

1.3零件工艺分析 (2)

1.4 焊缝位置的确定 (2)

1.5焊接结构装配分析 (2)

第2章母材的基本数据及性能分析 (3)

2.1母材的基本数据 (3)

2.2母材的焊接性分析 (4)

第3章焊接方法的选择和分析 (5)

3.1焊接方法的确定 (5)

3.2 埋弧焊的主要特点 (5)

3.3埋弧焊的冶金特点 (6)

3.4低碳钢焊接要点 (7)

第4章焊料、焊接设备的选择 (7)

4.1低碳钢埋弧焊焊丝和焊剂的配合 (7)

4.2埋弧焊设备的选择 (8)

第5章油箱焊接工艺设计 (9)

5.1确定焊接顺序 (9)

5.2下料、开孔、及表面处理 (10)

5.3油箱埋弧焊工艺 (10)

5.3.1焊前准备 (10)

5.3.2焊接材料 (11)

5.3.3焊接参数 (11)

5.3.4焊后检验 (12)

第6章焊接工艺规程 (13)

第7章焊接工艺卡 (14)

第8章个人心得 (15)

参考文献 (16)

1．总体焊接结构分析

1.1泵站油箱的简介

结构简图如下：

1—液位计2—吸油管3—空气过滤器4—回油管5—侧板6—入孔盖7—放油塞8—地脚9—隔板10—底板11—吸油过滤器12—盖板

泵站油箱的结构如图所示，主要是由是盖板、底板、左右侧板、前后板六块钢板焊接而成的长方体结构。是用于液压系统中储放液压油的箱体，在液压系统中的主要作用有：

1.贮存供系统循环所需的油液；

2.散发系统工作时所产生的热量；

3.释放混在油液中的气体；

4.为系统中元件的安装提供位置。

1.2 零件工艺分析

如零件图所示，其结构不复杂，是大量生产，体积适中，应选用焊接。

焊接制造该零件的过程中，虽然零件结构简单，在焊接过程中，主要考虑是零件的氧化和箱内表面防腐处理。为减小氧化可点焊装配后尽快施焊，以防止长时间放置变形或定位焊缝被氧化或破坏。焊前可对箱体内表面喷丸后涂防锈油处理，以内表面被矿物油腐蚀。为了减少焊接缺陷，焊件接缝附件必须严格清理铁锈、油污；为去除残余应力并改善焊接接头的组织与性能，瓶体焊接后应该进行整体正火处理，至少要进行去应力退火。

1.3焊缝位置的确定

油箱属长方体结构，故其焊缝为长方体各条棱边，焊接接头属角接接头，中间隔板的焊接属T形接头。

在设计焊接结构时，要注意把开孔、焊缝和转角错开，开孔边缘与焊缝的距离应不小于开孔处实际壁厚的3倍，且不小于100mm。开孔及焊缝不允许布置在部件转角处或扳边圆弧上，并应离开一定距离。

1.4焊接结构装配分析

焊接结构的装配是将已经加工好的零件组装成部件，再将部件组装成整体结构的生产过程。焊件的组装固定通常采用定位板、定位焊缝、装配平台、装焊工夹具和变位机械等。

焊件的组装不仅仅要求组件的尺寸与配合符号符合设计图样的要求，而且要保证接头的装配及定位焊缝的质量符合工艺要求。接缝间隙的大小与所采用的焊接工艺方法有关。板对板焊缝采用埋弧焊，所以焊缝间隙允差为焊接工艺规程规定值的3±0.5mm。装配焊件时要保证间隙均匀，高低平整，错边量小，以点焊定位，并且定位点焊质量与主焊缝质量要求一致。必要时采用专用工装、卡具。

在焊缝两端要加装引弧板和引出板，待焊后再割掉，其目的是使焊接接头的始端和末端获得正常尺寸的焊缝截面，而且还可除去引弧和收尾容易出现的缺陷。

1.5油箱的主要参数设计

1.体积参数的确定：

长*宽*高=1800mm*1100mm*800mm

2.壁厚的确定：

根据液压油箱的设计要求可知，当体积大于320L时，钢板厚度为4~6mm，本设计油箱体积将近1600L，故其钢板厚度可取6mm。

2.母材的基本数据及性能分析

2.1 材料的选择及其主要参数

生产实际中液压油箱的材料通常为不锈钢或碳素结构钢，综合考虑材料的焊接性及生产成本，选择Q235B作为箱体的材料。

Q235B的主要参数如下（GB/T 700-2006）：

2.2 母材的焊接性分析

碳当量法就是把钢中各元素都分别按照相当于若干含碳量的办法综合起来，作为判断钢材焊接性的标志。由国际焊接学会推荐的碳当量法计算公式如下：

CE=ω（C）+1/6ω（Mn）+1/5ω（Cr）+1/5ω（Mo）+1/5ω（V）+1/15ω（Ni）+1/15ω（Cu）+1/24ω（Si）+…（当CE小于0.40%时焊接性良好）

而Q235B的碳当量CE按上式计算在0.40%以下，故焊接性是良好的。一般情况下不必采取预热、控制层间温度和焊后保温措施。

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。

但在少数情况下，焊接时也会出现困难：

1)、采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差。

2)、沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大。

3)、采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条焊接Q235-B钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹。

4)、某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度。

总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，几乎所有焊接方法都

能适用于低碳钢的焊接，但焊接时应该注意以上可能出现的问题。

3. 焊接方法的选择和分析

3.1 焊接方法的确定

焊接方法必须根据被焊材料的焊接性，接头的形式，焊接厚度，焊缝空间位置，焊接结构特点以及工作等多方面因素综合考虑后予以选择确定。焊接方法选择的总原则是在保证产品质量条件下，优先选择常用的焊接方法，若生产批量大，还必须考虑尽量提高生产效率和降低成本。

现在提供的母材规格为：Q235B钢板，要求平板角接或T形接头，由于焊接要求相对简单，焊条电弧焊、埋弧焊，电阻焊以及气焊都可满足要求，其中焊条电弧焊和埋弧焊都比较常用，生产批量按大批量生产，则可选用埋弧焊，因为焊接位置简单，可实现自动化焊接，大批量生产能提高效率和降低成本。

3.2 埋弧焊的特点

埋弧焊的主要优点：

1、生产效率高：一方面焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提高，因此电弧的溶深和焊丝溶敷效率都大大提高。（一般不开坡口单面一次溶深可达20mm）另一方面由于焊剂和溶渣的隔热作用，电弧上基本没有热的辐射散失,飞溅也少，虽然用于熔化焊剂的热量损耗有所增大，但总的热效率仍然大大增加。

2、焊缝质量高：熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以通过自动调节保持稳定，对焊工技术水平要求不高,焊缝成分稳定，机械性能比较好。

3、劳动条件好：除了减轻手工焊操作的劳动强度外，它没有弧光辐射，这是埋弧焊的独特优点。埋弧焊弧光不外露，没有弧光辐射，机械化的焊接方法减轻了手工操作强度，这些都是埋弧焊独特的特点。

埋弧焊的主要缺点：

1、埋弧焊采用颗粒状焊剂进行保护，一般只适用于平焊和角焊位置的焊接，其他位置的焊接，则需采用特殊装置来保证焊剂对焊缝区的覆盖和防止熔池金属的漏淌。

2、焊接时不能直接观察电弧与坡口的相对位置，需要采用焊缝自动跟踪装置来保证焊炬对准焊缝不焊偏。

3、埋弧焊使用电流较大，电弧的电场强度较高，电流小于100A时，电弧稳定性较差，因此不适宜焊厚度小于1mm的薄件。

3.3 埋弧焊的冶金特点

埋弧焊与焊条电弧焊相似，都是在电弧热作用下，产生气体、液体熔渣、液体金属之间的化学冶金反应，化学冶金过程决定了焊缝的化学成分，但埋弧焊方法也有自己的冶金特点。

1.焊缝保护效果好焊条电弧焊都是气―渣联合保护焊缝区。埋弧焊则是焊剂

熔化形成液态熔渣膜围绕电弧空间，可有效阻止空气侵入电弧空间，保护作用好

于焊条电弧焊。分析低碳钢焊缝金属中的含氮量可以证明，埋弧焊焊缝金属中氮

的体积分数为0.002%，焊条电弧焊焊缝金属中氮的体积分数为0.02% ~0.03%。

因此，埋弧焊时焊缝虽有明显的铸造组织，但仍具有较高的韧性。

2.冶金反应充分埋弧焊对焊缝的热输入打，焊缝区的金属处于液态的时间长（比焊条电弧焊长几倍），因而使得液态金属、液态熔渣和气相之间的化学冶金

反应更充分，熔池中的气体、夹杂物容易逸出，有利于消除气孔、夹渣等缺陷。

3.焊缝的化学成分稳定埋弧焊时焊接参数相对比较稳定，母材、焊丝和焊剂

的熔化率也就比较稳定，焊缝化学冶金反应进行的程度比较一致，从而使焊缝的

化学成分波动较小。

4.焊缝的组织易粗化埋弧焊时使用的焊接电流大，热输入打，熔池金属高温停留

时间长，冷却凝固时间长，使得埋弧焊焊缝晶粒容易长大[1]。

3.4低碳钢焊接要点

（1）埋弧焊时若焊接线能量过大，会使热影响区粗晶区的晶粒过于粗大，

甚至会产生魏氏组织，从而使该区的冲击韧性和弯曲性能降低，导致冲击韧性和

弯曲性能不合格。故在使用埋弧焊焊接，尤其是焊接厚板时，应严格按经焊接工

艺评定合格的焊接线能量施焊。

（2）在现场低温条件下焊接、焊接厚度或刚性较大的焊缝时，由于焊接接头冷

却速度较快，冷裂纹的倾向增大。为避免焊接裂纹，应采取焊前预热等措施。4.焊料、焊接设备的选择

4.1 Q235B埋弧焊焊丝和焊剂的配合

低碳钢埋弧焊的焊接工艺基础是母材与焊丝、焊剂的匹配及工艺参数的选择。母材和焊丝焊剂的匹配应按等强原则进行匹配，即根据钢材不同的强度级别选择与母材强度相当的焊缝金属是这类钢焊材选用的基本原则，当然，与此同时还要根据产品的使用条件、产品结构和板材厚度等因素，综合考虑焊缝金属的韧性、塑性和焊接接头的抗裂性。只要焊缝强度不低于或略高于母材标准抗拉强度的下限值即可。若选择的焊材焊缝金属强度过高，将会导致接头的韧性、塑性及抗裂性降低，接头的弯曲性能不易合格。

H08A+HJ431是目前应用最广泛的低碳钢埋弧焊焊丝与焊剂组合，焊剂中的MnO和SiO2在高温下与Fe反应，Mn和Si得以还原，并起脱氧剂和合金剂的作

用，从而保证焊缝金属的力学性能。本次设计就选择H08A+HJ431的组合。

所选焊剂化学成分如下：

所选焊丝化学成分如下：

4.2埋弧焊设备的选择

根据焊接电流、焊接电压、焊接速度以及焊丝直径可以选用MZ—1000型埋弧焊机，其参数如表6所示

表6 MZ—1000型埋弧焊机参数

焊接电源的选择MZ—1000型埋弧焊机可配用交流电源，也可配用直流电源。配用交流电源时，一般用BX2—1000型弧焊变压器，空载电压分为69V和78V 两档，可根据网压的实际情况和焊接参数的要求选用。因为所需焊接电流较大，所以焊接时选择交流接法，根据母材规格以及焊接要求可选用单丝焊

5.油箱焊接工艺设计

5.1 确定焊接顺序

油箱整体结构如下图所示：

I

油箱的总体结构属长方体结构，焊缝包括长方体的各条棱边角接接头、隔板与底板及前后板的T形接头、支撑脚与底板的角接接头。

焊接顺序是先焊箱体及隔板，最后焊支撑脚。具体的顺序如下：

1.将前后板、左右板以及隔板以点焊的方式固定在底板上（注意各个焊点的距离不超过70mm，T形接头双面焊点要错开）。

2.将上述点焊固定好的钢板采用连续焊接的方式依次焊好（一条焊缝尽量一次焊完，并且尽快施焊，以防止长时间放置变形或定位焊缝氧化）。

3.焊盖板（先点焊固定再连续施焊）。

4.焊支撑脚。

5.2 下料、开孔及表面处理

1、剪板：按照图纸油箱尺寸，配合剪板工序完成剪板操作。并对已完成剪切的板材进行检验，检验包括长、宽尺寸及对角线尺寸。

2、开孔：对照油箱图纸及油箱各部分板材，划线确定各孔中心位置，并标记。借助开孔工具，找准划线后所确定的各孔中心位置，开孔。

3、去毛刺：包括各板件四周、孔周围、隔板周围，需将金属残渣清理干净并打

磨平整。

4、表面处理：清理板材表面锈迹及划痕、使表面光滑整洁。并用手锤将各板材正直、正平。

5.3 油箱埋弧焊工艺（以焊缝I为例）

焊缝I的结构如图1所示：

图1 图2

通过查《实用工程材料焊接手册》表1.1-7可得，板厚为6mm的T形接头可采用埋弧焊平角焊法，采用I形坡口双面焊（如图2所示），I形坡口不用开坡口，只需在装配定位焊时保证装配间隙为2mm即可。

5.3.1焊前准备

板件不开坡口，装配定位焊的间隙为2mm，并且在焊缝两侧装配引弧板和熄弧板，尺寸均为150mm*150mm。对焊缝及其两侧附近的铁锈、油污等杂质进行清理，方法有手工清除（如钢丝刷、风动砂轮等）、机械清除（如喷丸）等，使其露出金属光泽。焊前，清理焊丝表面的油污、铁锈等污物。

5.3.2焊接材料

焊剂采用HJ431，焊丝采用φ3mm（查下表）的H08A；定位焊的焊条采用φ4mm的J422。焊前，焊剂HJ431在250°C烘干2h ；焊条在150°C烘干2h。经过烘干的焊剂、焊条放在100°C左右的封闭的保温筒里，随用随取。

5.3.3焊接参数

1、确定焊脚尺寸：一般≤5mm钢板焊脚尺寸为5mm ；≥6~10mm钢板焊脚尺寸为钢板厚度-1；≥12~16mm钢板焊脚尺寸为钢板厚度-2；≥16mm以上钢板焊脚尺寸建议开破口用全熔透焊接，V型破口焊脚尺寸为1/4板厚，∠型破口焊角尺寸为1/2板厚.

故本次设计焊缝焊脚尺寸5mm。通过查《焊接手册》第三版第一卷表4-19平角焊焊接条件可得，本次焊接参数为：

5.3.4 焊后检验

焊接结束后，要及时回收未熔化焊剂，观察焊缝成形时，要等焊缝凝固并冷却后再除去渣壳，否则会影响焊缝的性能。

1 外观检测

a．利用低倍放大镜或肉眼观察焊缝表面是否有咬边、夹渣、气孔、裂纹等表面缺陷。

b．用焊接检验尺测量焊缝余高、焊瘤、凹陷、错口等。

c．检验焊件是否变形。

2 无损检测

无损检测的目的是检查焊缝的表面与内部裂纹，夹杂、气孔、未熔合和未焊透等工艺性缺陷。无损检测一般都安排在外观检测之后进行，由于本焊接工艺易于出现裂纹,所以可以用超声波探伤和磁粉探伤。这里焊后做超声波检验和相应的X射线检验。度检测通过对堆焊层拉伸、剪切、刨削试验，评定不同情况下焊层与基体结合强度及堆焊层内聚强度[7]。

参考文献

［1］王宗杰．熔焊方法及设备［M］．机械工业出版社,2010 ．

［2］龚国尚、严绍华．焊工实用手册［M］．中国劳动出版社，1993．

［3］周振丰．焊接冶金学［M］．机械工业出版社，2002．

［4］孙景荣．实用焊工手册［M］．化学工业出版社，1997．

［5］刘会杰．焊接冶金与焊接性［M］．机械工业出版社，2008．

［6］杨立军．材料连接设备及工艺［M］．机械工业出版社，2004．

［7］赵熹华. 焊接检验［M］．机械工业出版社，1993．

［8］陈茂爱，王新洪，陈俊华等．现代焊接技术［M］．化学工业出版社，2010．