焊接专业吊泵骨架课程设计说明书Word下载.docx
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1产品的技术要求及原始数据分析
1.1产品概况
（1）名称：
吊泵骨架。
（2）产品技术要求
●必须按图样，工艺文件，技术标准施焊
●应在引弧板或破口内引弧，禁止在非焊接部位引弧，焊缝应在引出板上收弧，弧坑应填满
●角焊缝的根部应保证焊透（受压件）
●接弧处应保证焊透与融合
●层间温度不超过规定范围
●每条焊缝应尽可能一次焊完
（3）简图如图所示，主要的部件由立柱、横梁、构架头、角钢、支架等五大部分组成。
立柱是用20号槽钢制成，其长为2875mm，用于适应吊泵悬挂的高度以及固定整个装置。
横梁也是用20号槽钢制成，其长为940mm，用于稳固立柱和整体结构，构架头主要有两个80×
43×
5mm的8号槽钢，一个角钢∠40×
40×
3mm以及一块盖板组成，主要用来悬挂吊泵以及起到封闭作用。
角钢是∠75×
75×
10mm型号的，一共有两个，用来起到固定横梁和立柱的作用。
（4）用途：
主要用于矿山立井开凿过程中汲送带有泥砂的浑水。
泵与电机的壳体通过托架连接，托架固定在槽钢焊制的吊架上。
吊架上部装有绳轮，整个机组的重量由穿过绳轮的钢丝绳承担。
简单而言，吊泵骨架起连接固定作用。
如下简图：
1.2原始数据、选材、机器选用
1.2.1焊接母材
本产品为吊泵骨架，主要用于承托吊泵，没有特殊的性能要求，因此选用一般的低碳钢即能满足要求，本设计选用典型的低碳钢Q235.如表所示：
Q235化学成分
牌号
等级
化学成分（质量分数）（%）
C
Mn
Si
S
P
≤
Q235
A
0.14~0.22
0.30~0.65
0.30
0.050
0.045
B
0.12~0.20
0.30~0.70
≤0.18
0.35~0.80
0.040
D
≤0.17
0.035
Q235力学性能
拉力强度MPa
屈服点MPa
伸长率（%）
375~500
235
26
1.2.2钢材焊接性分析
Q235又可细分为好几类，其中有：
A-保证力学性能，B-保证力学性能和冷弯性能，C-保证化学成分等。
即Q235A，Q235B,Q235C等。
在这里为了满足力学性能的需要选用Q235A。
（1）化学成分
Q235A，其成分为：
C:
0.14-0.22,Mn:
0.30-0.65,Si≤0.30,S≤0.050,P≤0.045，Cr允许残余含量≤0.030，Ni允许残余含量≤0.030，Cu允许残余含量≤0.030。
（2）力学性能
Q235A交货状态，以热轧空冷状态供应，根据需方要求，经双方协议，也可以正火处理状态交货。
抗拉强度≥375-500MPa，屈服强度≥235MPa，伸长率≥18%，断面收缩率≥25%。
（3）焊接性能
强度不高、塑性好，具有优良的焊接性。
几乎能用各种工艺方法进行焊接，不需采用特殊工艺措施即可获得优质焊接接头。
焊缝产生裂纹、气孔倾向性小，只有当母材、焊接材料成分不合格，如碳、硫、磷含量偏高时，焊缝中才有可能产生热裂纹。
Q235A焊接通常不需要焊前预热，只是在环境温度较低或结构刚性过大时，才考虑预热措施。
1.2.3表面清理
由于材料容易受到氧化而使表面生锈，还有表面可能有油污垢，因此焊前将材料除锈、除污。
采用喷砂处理，把SiO2干砂用专门的喷砂装置借助压缩空气将其急速喷射到金属材料表面或焊接坡口处，来去除母材表面的氧化皮和油污等。
本设计采用DT-4720P移动式喷砂机，其主要技术规格如下：
型号
喷砂机外形尺寸
自 重
总容量
电 源
压缩空气源
DT-4720P
φ600×
1450
260Kg
0.3m
220V/50Hz
压力4-8bar（kg/m3）流量3-6m3/min干燥压缩空气
利用它可以进行高效率的除锈清理，表面等级可达Sa2.5-Sa3；
喷砂出口速度可达200M/S以上，大大提高了喷砂效率和表面清理质量。
1.2.4备料机
（1）ZLQ-9型（龙门式）切割机
ZLQ-9型切割机与4型切割机类似，亦为龙门式结构，横向跨度有3m、4m、5m、6m等多种规格，均采用双边驱动，纵向导轨每节3m，按用户要求配置。
可根据用户要求配置多把割炬，也可配置成数控切割和直条切割两用、火焰与等离子两用。
可选配自动调高系统。
其主要的功能特点是，控制系统采用工控机，现场可直接绘制CAD图形，切割时可图形跟踪。
（2）CDW43S12×
2500型钢板矫正机：
CDW43S12×
2500型钢板矫正机技术数据
型号
2500
最大矫平厚度/mm
12
最大矫平宽度/mm
板材屈服点/MPa
360
校平速度/m·
min-1
7
主电动机功率/KV
55
外行尺寸（长×
宽×
高）/m
7.77×
3.8×
2.12
2备料的加工
2.1立柱
材料：
Q235型20号槽钢，尺寸：
腰高h=200mm，腿宽b=75mm，腰厚d=9mm。
按图纸采用火焰切割机切割出立柱槽钢（图示2，3），长度为2775mm，形状如图一。
并在脚部开孔。
板面10个螺孔采用手工热切割，按图样要求确定开孔中心，划出中心线和圆周开孔线，打上冲眼，并用色漆标上主中心线的编号，然后切割，再用丝锥攻出螺纹。
另外要进行表面清理。
采用DT-4720P移动式喷砂机喷丸处理，除去钢板上的油渍、锈渍等。
（图一）
2.2横梁
横梁材料：
Q235型槽钢钢材，尺寸：
腰高h=200mm腿宽b=75mm，腰厚d=9mm按图纸采用火焰切割机切割出横梁槽钢，长度为940mm，形状同图一。
2.3构架头
Q235，尺寸：
槽钢型号：
腰高h=80mm腿宽b=43mm，腰厚d=5mm，长570m，形状如图1。
盖板：
厚度10mm，长920mm，宽230mm。
角钢：
∠40×
3mm，长854mm，形状如图二。
（图二）
加工工艺,矫正：
CHA42-250型双柱液压校直机.切割下料。
采用ZLQ-9型火焰切割机切割加工出钢板.表面清理。
2.4角钢
∠75×
10mm，长330mm，如图三。
（图三）
2.5支架
材料及尺寸：
Q235碳素结构钢，方板：
宽160mm，长220mm，厚26mm，倒角60°
如图3a。
圆板：
外径140mm。
方板、圆板孔直径80mm。
如图三b。
肋板：
宽44mm，长150mm，倒角60°
。
如图3c。
（a）（b）（c）
3焊接材料及工艺参数的选择
3.1焊接方法的选择
由于本产品为吊泵骨架，性能要求比较粗糙，需要施焊的位置比较多,又大多都是比较短的焊缝，结构的限制用自动焊受到限制，所以本设计选用手弧焊焊接。
手工电弧焊设备简单通用，可用成本较低的交流或直流焊接电源。
灵活方便，几乎可用于焊接各种位置、各种厚度和形状的焊件。
3.2接头形式及设计
在焊接结构设计中，为做到正确合理的选择焊接接头的类型、坡口形状和尺寸，主要应该综合考虑以下几个方面：
●设计要求----保证接头满足使用要求；
●焊接的难易与焊接变形----焊接容易实现，变形能够控制；
●焊接成本----接头准备和实际焊接所需费用低，经济性好；
●施工条件----制造施工单位具备完善施工要求所需的技术、人员和设备条件。
在设计焊接接头时，除了依据上述原则，还应注意：
接头的可达性、可检测性以及为防止或减小腐蚀设计上应考虑的问题。
（1）接头的可达性
接头焊接时为保证获得理想的接头质量，必须保证焊条、焊丝或电极能方便的到达欲焊部位，这就是焊接接头设计时要考虑的可焊到性。
（2）接头的可探伤性
接头检测面的可接近性和几何形状与材质的探伤适宜性。
考虑焊接接头的探伤问题时，往往是根据必要性，而不是根据技术上的可能性来决定。
所以焊接质量要求越高的接头，越要注意接头的可探伤性。
（3）避免接头腐蚀的注意事项
防止和减小缝隙腐蚀或沉淀物腐蚀的方法是：
第一，力求采用对接焊焊缝焊透，不采用单面焊根部有未焊透的接头；
第二，要避免接头缝隙及其形成的尖角和结构死区，要使液体介质能完全排放、便于清洗，防止固体物质在结构底部沉积。
对于选择性腐蚀，除了正确选择材料外焊接加工也起到重要作用。
为避免对介质接触面的有害影响，当焊接非直接接触面时，防治与减少这种腐蚀的措施有：
1）合理选择焊接方法和相应的焊接规范参数；
2）增加壁厚，保证壁厚足够；
3）焊接中间过渡层。
本设计大多是搭接接头、T形接头，少数的对接接头，焊缝形式都为角焊缝，不存在全焊透问题，一般焊脚尺寸不超过薄板的3/4，又所选材料一般板厚在8-12mm，所以焊脚选择5mm。
此外，构架头的槽钢与角钢的连接属于对接接头需开坡口，采用V形坡口，开口角度60°
3.3焊条牌号及直径选择
主要取决于材料性质，焊件的厚度，接头形式焊缝位置，焊缝参数等因素。
焊条直径与板厚关系如下表：
焊件厚度（㎜）
＜4
4～8
＞8～12
＞12
焊条直径（ф㎜）
≤3.5
ф3～4
ф4～5
ф5～6
本设计选用的是Q235低碳结构钢，板厚一般为8-12mm，焊缝为角焊缝，焊缝位置复杂，所以根据设计选用E4303焊条，由上表选择焊条直径为4mm。
E4303焊条制备工艺选择300℃烘干2小时，焊条在焊前要进行烘干去除水分。
3.4焊接参数选择
（1）焊接电流的选择
焊接电流的大小，主要根据焊条类型，焊条直径，焊件厚度以及接头型式焊缝位置及层次等因素，结构钢焊条平焊位置时，焊接电流可根据下列经验公式来初选。
I=KdI——焊接电流K——经验系数d——焊条直径
焊接电流经验系数和焊条直径关系：
焊条直径（㎜）
ф1.6
ф2～2.5
ф3.3
ф4～6
经验系数（A/mm）
20～25
25～30
30～40
40～50
本设计选用焊条直径4mm，所以选用焊接电流为160A,另外立焊、横焊、仰焊时焊接电流应比平焊电流小10～20%。
（2）焊接电压的选择和输出方式的选择
为了加热集中，电弧稳定燃烧，有适合的熔深，应采用短弧焊，因此焊接电压应选择适中，本设计选择焊接电压为31-40V，输出方式初选直流反接。
（3）焊接电源的选择
晶闸管弧焊电源有直流和交流类。
直流晶闸管弧焊电源实质上是焊接整流器的另一种。
结构简单，动特性好，反应速度快。
电压调节范围大。
选用ZDK-250型晶闸管式弧焊电源，技术数据表。
技术数据表
输入容量/kVA
初级电压/A
次级电压/V
电流调节范围/V
负载持续率/%
14.5
380
77
30~300
60
（4）定位焊缝形状与尺寸见表。
焊缝形状与尺寸
焊件厚度/mm
定位焊缝高度/mm
定位焊缝宽度/mm
定位焊缝间距/mm
≤4
5-6
50-100
4-12
3-6
10-20
100-200
＞12
15-20
100-300
（5）焊脚尺寸（见表）通常，焊脚取稍大些。
焊脚尺寸
δ/mm
>
=2-3
6-9
9-12
12-16
16-23
23-30
30-60
Kmin/mm
2
3
4
5
6
8
10
4装配与焊接工艺
本产品设计选用装配与焊接过程同时进行。
焊前对材料进行复查。
保证材料的焊接性。
如图：
第一步、将两立柱在工作台上用固定块按图纸尺寸加以固定，根据图纸将两角钢固定在相应位置并进行立焊焊接如图中引线1。
焊接参数见表1。
表1：
项目
参数
焊条
E4303
焊条直径/mm
3.2
焊接电源
直流反接
焊接电流/A
160~210
坡口
不开
焊速为/cm/min
8～10
焊缝形式
连续焊缝，一次成型
焊脚K/mm
第二步、在立柱的相应位置画出两横梁的位置，先将一侧的横梁固定在相应位置并进行平焊焊接，接着翻转装配体并将其垫平，将另一横梁固定在相应位置用与前一横梁相同的方法焊接如图中引线2。
焊接参数见表2.
表2
直流正接
焊速/cm/min
8～10
第三步、将焊好的立柱和横梁垫高、垫平，在横梁上画出构架头的位置画出，将下好料的构架头槽钢按相应位置固定进行立焊如图中引线3。
焊接参数见表3。
表3
100~120
交错断续焊缝
第四步、将角钢固定在构架头槽钢的相应位置，进行立焊焊接如图中引线4。
焊接参数见表4。
表4
100~130
第五步、在构架头槽钢和角钢上画出盖板的位置，将盖板按相应位置固定，进行3面焊如图中引线5。
焊接参数见表5。
表5
110~130
第六步、将支架固定在横梁槽钢相应位置进行焊接。
首先将带孔的方板固定在横梁上进行横焊。
再将带孔的圆板按相应位置固定在方板上进行四周平焊。
最后用肋板将方板和横梁按图纸连接，进行平焊、立焊如图中引线6。
焊接参数见表6。
表6
180~220
15
另外在立柱槽钢的脚部添加加固支撑垫板，将垫板点固在相应位置进行四周焊接。
5焊接技术要求
（1）必须按图样、工艺文件，技术标准施焊。
（2）焊接环境。
在出现下列任一情况时需采取有效防护措施否则禁止施焊。
a、风速：
气体保护焊时大于2m/s，其他焊接方法大于10m/s。
b、相对湿度大于90%。
c、雨雪环境。
d、焊件温度低于-20°
C。
当焊件温度为0~-20º
C时，应在开始焊处100mm范围内预热道15º
C以上。
（3）、应在引弧板或坡口内引弧，禁止在非焊接部位引弧，焊缝应在引出板上收弧，弧坑应填满。
（4）、防止地线电缆线焊钳与焊件打弧。
（5）、电弧擦伤处的弧坑需要打磨，使其均匀过度到母材表面，若打磨后的厚度低于规定值则需要补焊。
（6）、角焊缝的根部应保证焊透（受压件）。
（7）、接弧处应保证焊透与融合。
（8）、层间温度不超过规定范围。
（9）、每条焊缝应尽可能一次焊完。
6产品质量检验
6.1外观检验
焊接接头的外观检验是一种手续简便而又应用广泛的检验方法，是成品检验的一个重要内容，主要是发现焊缝表面的缺陷和尺寸上的偏差。
一般通过肉眼观察，借助标准样板、量规和放大镜等工具进行检验。
若焊缝表面出现缺陷，焊缝内部便有存在缺陷的可能。
6.2无损检验
采用射线探伤可以检查出气孔，夹渣，未焊透，未熔合，裂纹等缺陷。
6.3焊后处理
焊接完成后表面的熔渣、氧化皮等污染物需进行清理。
清理干燥一段时间后在其表面涂刷防护
参考资料
1、《机械工程手册》―第26、43、42篇
2、《焊接结构生产》邢晓林主编
3、《电弧焊》姜焕中主编
4、《容器设备制图》石油工业出版社
5、《焊接结构及生产设计》天津大学贾安东主编
6、《焊接手册》第一、第三卷
7、GB-3323-87《钢熔化焊对接接头探伤射线照相和质量等级》
8、GB-1152-81《锅炉及压力容器对接焊缝超声波探伤》
9、焊接工艺设计指导书
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