工字梁焊接结构的焊接工艺设计与制造.docx
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工字梁焊接结构的焊接工艺设计与制造
学生学号
实验课成绩
学生实验报告书
实验课程名称
综合实验
（二）
典型焊接结构的焊接工艺设计与制造
开课学院
材料科学与工程
指导教师姓名
学生姓名
学生专业班级
2011
--
2012
学年
第
1
学期
实验教学管理基本规范
实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。
为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。
1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参照执行或暂不执行。
2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。
3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。
每部分均在实验成绩中占一定比例。
各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。
各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。
4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。
教师要在实验过程中抽查学生预习情况，在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。
5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。
在完成所有实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。
6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。
附表：
实验考核参考内容及标准
观测点
考核目标
成绩组成
实验预习
1．预习报告
2．提问
3．对于设计型实验，着重考查设计方案的科学性、可行性和创新性
对实验目的和基本原理的认识程度，对实验方案的设计能力
20%
实验过程
1．是否按时参加实验
2．对实验过程的熟悉程度
3．对基本操作的规范程度
4．对突发事件的应急处理能力
5．实验原始记录的完整程度
6．同学之间的团结协作精神
着重考查学生的实验态度、基本操作技能；严谨的治学态度、团结协作精神
30%
结果分析
1．所分析结果是否用原始记录数据
2．计算结果是否正确
3．实验结果分析是否合理
4．对于综合实验，各项内容之间是否有分析、比较与判断等
考查学生对实验数据处理和现象分析的能力；对专业知识的综合应用能力；事实求实的精神
50%
实验课程名称：
综合实验
（二）
实验项目名称
典型焊接结构的焊接工艺设计与制造
实验成绩
实验者
专业班级
组别
第三组
同组者
实验日期
2011年12月22日
一、实验目的
熟悉低碳钢焊接工艺文件内容，学习和掌握焊接工艺文件的制定；熟悉低碳钢焊接焊前准备和工艺过程，加深理解电弧焊方法的特点、焊接工艺参数对焊缝成形及焊接质量的影响，了解焊接质量的评定方法和过程。
二、实验内容
1、完成规定的典型焊接结构的焊接工艺设计（见图1），母材Q235A；
2、完成典型焊接结构制造；
3、焊接缺陷的分析处理；
4、焊接变形的控制和矫正；
图1焊接工字梁
其中实验数据为L=500mm，B=80mm，H=120mm，A1=8mm，A2=12mm。
三、实验设备、仪器及耗材
１、主要焊接及切割设备：
手工电弧焊机、半自动CO2气体保户焊机、手工及自动切割设备、碳弧气刨设备等;
2、焊接材料：
药芯焊丝、实芯焊丝、焊条、CO2气体、氧气、CO2气体、乙炔、碳棒等等;
3、Q235A钢板。
4、各类工具
四、实验要求
1、完成规定结构的制造，翼板至少两块钢板对接，焊接方法自选，焊接工艺自定并实施焊接；
2、用CAD图表述结构尺寸并进行相关焊缝标注；
3、不同尺寸及不同形式的焊缝制定相应的工艺卡（工艺卡以表格的形式，应有相应的焊接接头图）；
4、工艺卡应独立设计表格，其内容可相同，表格应有区别。
五、实验步骤
1、制定焊接工艺文件（装配、整形、焊接方法、焊接规范参数、焊接材料准备、焊接顺序等），焊接工艺卡片采用表格形式。
教师审定后实施。
2、根据焊接梁结构确定所用钢板尺寸
3、依据所定钢板尺寸下料及坡口加工
4、装配
5、整形
6、根据你所制定的焊接工艺文件焊接
7、焊接质量检验、焊接缺陷分析处理
8、焊后变形矫正
6、实验过程记录
1、焊接工艺卡
焊接工艺卡
母材
Q235
焊接位置
平焊
清根手段
砂轮,碳刨
焊接方法
CO2气体保护焊
成型工艺
双面焊
焊丝直径
焊接材料
H08Mn2SiA（焊丝）
焊后热处理
消除热应力
焊接规范参数
电流（A）
电压（V）
伸出长度（mm）
气体流量（L/min）
电源种类和极性
焊接层
一层
150-170
18-21
10-14
10-15
直流反接
反面
170-200
20-23
10-14
10-15
直流反接
序号
施焊要求
1
焊前将待焊区域及附近20mm范围内的水分、油污及赃物去除干净
2
焊缝余高<3mm
3
注意根本焊透
4
焊缝外观检验合格后，筒体经行20%X-RT射线探伤，按JB4730-94ш级合格
节点图
表1对接接头焊缝工艺卡
表2交接接头焊接工艺卡
2、根据焊接梁结构确定所用钢板尺寸
根据梁结构确定所用钢板尺寸为：
12
120
505
图2腹板实际切割所需尺寸
80
5058
图3翼板实际切割过程所用尺寸
考虑到火焰切割后平整度不够以及开坡口所需要加工余量，故相应增加了尺寸。
3、依据所定钢板尺寸下料及坡口加工
30°30°
88
150
350
50°
120
50°
500
图4翼板和腹板下料图
4、焊接顺序及应力分析
图5
工字梁上下角焊缝对称分布．在相同数值的焊接规范下进行焊接，每道焊缝引起的变形量并非互相抵消，而且先焊的引起的变形最大，但最后焊接的焊缝变形一般总是和最先焊的焊缝引起的变形方向一致，所以在装配完毕以后，焊接顺序也是很重要的，正确的焊接顺序能减少变形，根据图5出现的弯曲变形会很小。
图6
扭曲变形产生的根本原因主要是焊缝的角变形沿焊缝长度分布不均匀,在焊接工字梁的时候如图所示的焊接顺序和焊接方向，则会产生如图6所示的扭曲变形，这主要是角变形沿焊缝长度逐渐增大的结果。
如果改变焊接顺序，沿同向焊接，就会克服这种扭曲变形，这是因为两条相邻的焊缝同时同向同一个方向焊接，这样就会相互抵消各自的焊接变形
5、装配
装配时为保证腹板在翼板的中间位置，可在两块翼板中心出画上标记，在将其中一块翼板和腹板装好，用直角尺确保垂直度，并靠在压块上进行点固，同样的方法将第二块翼板也点固在一起。
6整形
焊后出现变形的矫正的方法为：
（1）、机械矫正法
机械矫正法是利用外力使构件产生与焊接变形相反的变形，使两者抵消。
焊接变形是由于塑性区缩短而造成的，而机械矫正法就是通过外力使那些
缩短的部分拉长，以此来矫正焊接变形，外力通常是采用压力机。
此外还可以用锤击法来延展焊缝及附近区域的金属，以减小变形。
还可用碾压法，碾压焊缝及两侧使之伸长。
运用此法，对冷作硬化大的材料要引起注意，高强钢要注意冷脆。
（2）火焰矫正法
该法是利用火焰局部加热时产生的压缩塑性变形使较长部位的金属缩短来达到矫正变形的目的。
所以说本法的基本原理与前者正好相反，前者是使短的部分拉长而后者是使长的部位缩短。
具体做法是用气焊焊炬在工件较长的部位加热。
为了提高矫形效率，可以在加热的同时在加热点周围喷水冷却来限制火焰加热的范围，提高对加热点的挤压作用。
7、根据所制定的焊接工艺文件焊接
焊接顺序：
（1）用反变形法对接翼板。
（2）将翼板和腹板整体组装在一起，用点固的方式整体固定装配，注意几条焊缝间交叉放置，间距至少是板厚的20倍。
（3）长条角焊缝的焊接顺序是底面左侧-上面右侧-上面左侧-底面右侧。
8、焊后结构照片
9、焊后分析
焊后工字梁出现了明显的变形，其中以翼板与腹板的角焊缝的的角变形为主。
此工字梁翼板于腹板的垂直度不是很好，很显然是由于焊接时缺少必要的工装夹具，导致在焊接过程中无法控制变形。
结构的长度
原长
焊后长
1
2
3
平均值
长
505
502
502
503
宽
83
82
82.
82
高
110
108
109
108
108
表3：
箱形梁的结构参数变化。
单位（mm）
由表3知，在翼板的对接中，钢板发生了收缩变形，长度方向上收缩量为2mm左右。
宽度方向上的收缩量为1mm。
高度方向为1mm。
U（V）
I（A）
Q（L/min）
t
翼板1正
秒4
翼板1反
秒65
翼板2正
秒6
翼板2反
秒1
底面左侧
分28秒
上面右侧
分37秒
底面右侧
分18秒
上面左侧
分36秒
表4：
焊接工艺参数
由上表可计算得出
翼板正面焊速为196~212mm/min，反面焊速为497~527mm/min
角焊缝焊速为138~151mm/min
由表4可知，本次实验的焊接速度
余高
角焊缝厚度
翼板1正
底面左侧
翼板1反
上面右侧
翼板2正
底面右侧
翼板2反
上面左侧
表5焊缝参数
由焊接参数计算可知，正面对接接头的余高超出了预设的3mm，说明焊接速度过慢，焊丝的熔敷量过大。
由于腹板跟翼板上焊脚高度保持一致，故焊脚高k=
。
角焊缝k值由上到下分别为、、、。
除了底面左侧焊缝，其他的k值均大于预设的8m，这里的焊接速度而是过慢，焊丝的熔敷量过大。
7、思考题
1、你是如何控制焊接变形的？
你所制造的焊接结构焊后变形如何？
如变形太大，如何矫正？
?
答：
通过选择焊接顺序、反变形法、恰当的焊接规范的选择以及开坡口来进行控制。
焊接顺序的角焊缝为同方向焊，对接焊缝为左下→右上→左上→右下，对接焊缝焊前采用反变形法，事先反向弯曲一个小角度。
同时在保证结构的承载能力的条件下，采用开坡口的焊缝可以比一般角焊缝减少焊缝金属，对减小变形有利。
这次焊后变形比较大，原因是没有合适的工装夹具，基本上是用手扶着焊，导致无法精确控制变形。
在本次实验中，主要采用了机械矫正的方法。
由于火焰矫正对技术要求较高，只是现场了解了下，主要是靠焊后小锤敲击的方法来矫正。
2、有无焊接缺陷出现？
原因是什么？
答：
首先是角变形。
由于没有夹具，无法再对接接头焊接时准确对准，同时对反变形法操作不熟练，导致焊后出现多次角变形。
不得不将翼板重新切割，再次打磨进行对接接头焊接。
其次是未焊透。
原因有两个。
一个是由于之前翼板存在一定程度的角变形，导致跟腹板无法保持一定距离。
使得前后距离保持不一致。
如下图
腹板
翼板
另一个原因是焊接规范中电流实际使用时比预定稍小，预定为180~200A，但实际多为160~190A，导致热输入量过小。
在这里，另一个比较重要的焊接速度因素反而影响不大。
因为我们的焊接速度控制的很好，熔敷量也足够。
这次的未焊透主要就是实际电流过小。
还出现了弧坑。
由于收弧和断弧操作不当在焊道末端形成的低洼部分，其原理是焊条停留时间短，填充金属不够。
还出现了飞溅。
这主要是CO2气体保护焊短路过渡中不可避免的缺陷，
8、实验总结
在本次试验中，我们设计的是很简单的工字梁，但在实验过程中基本上把学过的知识都综合了一遍。
在这次的实际操作中，我发现以前主要关注的焊接规范必须要与实际生产中相结合，并严格执行才能取得所得焊缝。
之前的课堂学习主要把精力放在了焊接材料的选择，焊缝的成型原理，焊接结构的选择，焊后检验等理论知识，这次用最简单的Q235焊接结构同样简单的工字梁却发现实际操作跟理论是有区别的，保证工艺卡跟现场操作的一致是需要严格的标准来执行。
这点在焊接规范中的电流电压选择，焊速控制中尤为重要。
在这次实验中，工装夹具的重要性也得到了体现。
我们由于缺少必要的工装夹具，无法体现刚性固定法中对焊缝加热跟收缩变形的控制。
导致出现较大的焊接缺陷。
这次实验让我学到了很多课堂上学不到的知识，我相信，这会对我以后的学习跟工作起到很重要的帮助。
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