高校课程教学大纲焊接结构生产Word下载.docx
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第三节焊接残余应力
一、焊接残余应力的分类
1.按产生应力的原因分
(1)热应力
(2)相应应力
(3)塑变应力
2.按应力存在的时间分
(1)焊接瞬时应力
(2)焊接残余应力
二、焊接残余应力对焊接结构的影响
1.对结构强度的影响
2.对焊件加工尺寸精度的影响
3.对受压杆件稳定性的影响
三、消除或减小焊接残余应力的方法
1.热处理法
(1)整体热处理
(2)局部热处理
2.机械拉伸法
3.温差拉伸法
4.锤击焊缝
5.振动法
四、焊接残余应力的测定
1.机械方法
(1)切条法
(2)钻孔法
2.物理方法
(1)磁性法
(2)X射线衍射法
(3)超声波法
第二章焊接接头的应力分布及静载强度
【教学目的】(通过本章学习,了解焊接接头的基本知识,掌握常用焊接接头工作应力分布)
【教学重点与难点】(本章重点是焊接接头的强度,难点是焊接接头的脆性断裂与疲劳破坏)
【教学内容】由两个或两个以上焊件通过焊接方法连接而成的接头,称为焊接接头。
本章主要介绍焊接接头的基本形式;
接头的工作应力分布状况及其静载条件下的强度。
第一节焊接接头的基本知识
一、焊接接头的组成
焊接接头由焊缝金属、熔合区、热影响区所组成。
二、焊接接头基本形式
1.电弧焊接头
(1)对接接头
(2)T形(十字)接头
1)开坡口的T形(十字)接头是否能焊透要看坡口的形状和尺寸。
2)不开坡口的T形(十字)接头通常是焊不透的。
(3)搭接接头
(4)角接接头
(5)端接接头
第二节常用焊接接头的工作应力分布
一、应力集中
1.应力集中的概念
在几何形状突变处或不连续处应力突然增大的现象称为应力集中。
2.焊接接头产生应力集中的原因
(1)焊缝中的工艺缺陷
(2)焊接接头处几何开状的改变
(3)不合理的接头形式和焊缝外开
第三节 焊接接头的静载强度
一、焊接接头的设计
1.焊接接头设计的几点注意事项:
1)应尽量使接头形式简单、结构连续,且不设在最大应力作用截面上。
2)角焊缝的焊脚尺寸不宜过大,大尺寸角焊缝的单位面积承载能力较低;
正面角焊缝的刚度比侧面角焊缝的刚度大,实际强度也比侧面角焊缝的大。
3)尽量避免在接头厚度方向上传递力,减小接头部分应力分布的复杂程度。
4)接头要便于制造和检验
二、焊接接头静载强度计算的假设
1)残余应力对接头强度没有影响。
2)接头的工作应力是均布的,以平均应力计算。
3)由几何不连续而引起局部应力集中对接头强度没有影响。
4)正面角焊缝和侧面角焊缝在强度上无差别。
5)焊脚尺寸的大小对焊缝的强度上无差别。
6)角焊缝都是在切应力作用下破坏的,按切应力计算其强度。
7)忽略焊缝的余高和少量的熔深(不包括埋弧焊和焊)对接头强度的影响,以焊缝中最小断面为计算断面(又称危险断面)。
第四节 焊接接头的脆性断裂
与疲劳破坏
一、焊接结构的脆性断裂
1.影响金属脆断的主要因素
(1)材料状态的影响
1)材料厚度对脆性破坏的影响
①厚板在缺口处容易形成三向应力使材料变脆,因为沿厚度方向的收缩和变形受到较大的限制。
②从冶金方面分析,薄板生产时压延量大,
轧制温度低,组织致密;
而厚板轧制次数少,终轧温度高,组织疏松,内外层均匀性差。
2)脆性断裂通常发生在体心立方和密排六方晶格的金属和合金中
3)对于低碳钢和低合金刚来说,晶粒度对钢的塑性—脆性转变温度也有很大影响,晶粒度越细,其转变温度越低。
4)钢中的C、N、O、H、S、P均增加钢的脆性,另一些元素如Mn、Ni、Cr、V,如果加入适量,则有助于减小钢的脆性。
2.预防焊接结构脆性断裂的措施
(1)正确选用材料
1)要求母材应具有一定的止裂性能。
2)随着钢材强度的提高,断裂韧性和工艺性一般都有所下降。
(2)采用合理的焊接结构设计
1)尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中。
2)在满足结构使用条件下,尽量减少结构的刚度,以降低应力集中和附加应力。
3)不应通过降低许用应力值来减少脆性的危险性,因为这样的结果将使厚度过分增大,从而提高钢材的脆性转变温度,降低其韧性值,反而易引起脆性断裂。
4)对于附件或不受力焊缝的设计,应与主要腕力焊缝一样给予足够重视,防止这些接头部位产生脆性裂纹,以致扩展到主要的受力元件中,使结构破坏。
5)减少和消除焊接残余拉伸应力的不利影响。
二、疲劳破坏
重复应力所引起的裂纹起始和缓慢扩展而产生结构部件的操作现象称为疲劳。
1.影响疲劳强度的因素
(1)应力集中的影响
(2)残余应力的影响
(3)缺陷的影响
2.提高疲劳强度的措施
(1)降低应力集中
1)采用合理的结构形式,减小应力集中,以提高疲劳强度。
2)昼采用应力集中系数小的焊接接头
3)当采用角焊缝时,须采取综合措施来提高接头的疲劳强度。
4)用表面机械加工方法消除焊缝及其附近的各种刻槽,提高表面光洁度。
(2)调整残余应力区
1)整体处理包括整体退火或超载预拉伸法。
2)采用局部加热或挤压可以调节焊接残余应力区,在应力集中处产生残余压应力。
(3)发送材料的力学性能
通过表面强化处理,用小辊挤压或用锤轻打焊缝表面及过渡区,或用小钢丸喷射焊缝区,以提高接头的疲劳强度。
(4)特殊保护措施
第三章 焊接结构概述
【教学目的】(通过本章学习,了解焊接结构的基本构件,掌握齿轮的焊接)
【教学重点与难点】本章重点是焊接压力容器结构、分类、工作条件、设计步骤,难点是焊接梁、柱、桁架结构。
【教学内容】焊接梁的设计主要包括:
确定梁的高度、翼缘板的宽度和厚度、腹板的高度及厚度等内容。
第一节焊接结构的基本构件
一、焊接梁、柱、桁架结构
1.焊接梁
(1)焊接梁的分类、用途及结构特点
(2)焊接梁的设计
焊接梁的设计主要包括:
焊接梁的设计步骤和内容包括以下几个方面:
1)选择制造梁的材料。
2)选择焊接梁的结构形式及截面。
3)进行梁所承受载荷的分析和计算。
4)考虑梁的强度、刚度和稳定性,保证梁安全使用的论证。
5)进行梁的整体和细节设计,如节承、加固、加肋等。
6)具有较好的经济效益,节省材料,制造省工,安装方便。
7)绘制梁的施工图。
(3)焊接梁截面尺寸的确定
1)梁高的确定。
2)腹板尺寸的确定。
3)翼缘板(盖板)尺寸的确定。
二、焊接容器结构
1.焊接容器的分类
(1)按用途分有反应容器、换热容器、分离容器和储存容器4类(见表3-1)。
(2)按设计压力
(3)按设计温度
(4)按容器壳体结构
(5)按制造容器材料
2.容器的工作条件
(1)载荷性质
(2)环境温度
(3)工作介质
3.焊接压力容器设计步骤与内容
1)收集充装介质特征、设计压力、设计温度等原始资料。
2)参照有关标准选择容器的几何尺寸,如筒体的内径、长度、封头形式等。
3)确定有关设计参数,如容器材料、许用应力、焊缝系数等。
4)计算筒体和封头的壁厚。
5)强度校核。
6)焊接接头设计。
7)附件设计。
4.齿轮的焊接结构
三、辅板圆柱焊接齿轮
焊接齿轮材料的选择应注意以下几点:
1)轮齿直接在轮缘上制出,此种结构的轮缘材料必须能满足轮缘与辐板焊接工艺性能的要求。
2)轮缘与轮齿分开制作再焊接,此种结构轮缘材料可选用焊接性好的Q235A钢或Q345(16Mn)钢等普通结构钢制作。
3)轮毂是轮体与轴相连的部分,转动力矩通过轮毂与轴的过盈配合或键进行传递,因此所用材料的强度较轮辐略高,可选用35钢或45钢制作。
第四章焊接结构备料及成形加工
【教学目的】(通过本章学习,了解钢材变形的原因,掌握钢材矫正及预处理)
【教学重点与难点】本章重点是划线、放样、下料,难点是弯曲与变形。
【教学内容】焊接结构的备料加工一般要经过钢材的矫正、预处理、划线、放样、下料、弯曲、压制、校正等工序,这对保证产品质量、缩短生产周期、节约材料等方面均有重要的影响。
本章将着重讲授钢材的矫正方法、焊接件的加工方法和工艺。
第一节 钢材的矫正及预处理
一、钢材变形的原因
1.轧制过程中引起的变形
2.钢材因运输和不正确堆放产生的变形
3.钢材在下料过程中引起的变形
火焰矫正的步骤一般包括:
①分析变形的原因和钢结构的内在联系;
②正确找出变形的部位;
③确定加热的方式、加热位置和冷却方式;
④矫正后检验。
二、钢材的预处理
1.机械除锈法
钢材经喷砂或抛丸除锈后,随即进行防护处理,其步骤为:
1)用经净化过的压缩空气将原材料表面吹净。
2)涂装防护底漆或浸入钝化处理槽中,做钝化处理,钝化剂可用10%(质量分数)磷酸锰铁水溶液处理10min,或用2%(质量分数)亚硝酸溶液处理1min。
3)将涂装防护底漆后的钢材送入烘干炉中,用加热到70℃的空气进行干燥处理。
2.化学除锈法
第二节 划线、放样与下料
一、识图与划线
(一)焊接结构的施工图
1.焊接结构图的特点
2.焊接结构图的读识方法
(二)划线
1.划线的基本规则
1)垂线必须用作图法。
2)用划针或石笔划线时,应紧抵钢直尺或样板的边沿。
3)圆规在钢板上划圆、圆弧或分量尺寸时,应先打上样冲眼,以防圆规尖滑动。
4)平面划线应遵循先画基准线,后按由外向内,从上到下,从左到右的顺序划线的原则。
2.划线的方法
划线可分为平面划线和立体划线两种
3.基本线型的划法
(1)直线的划法
(2)大圆弧的划法
二、放样
1.实尺放样
(1)放样基准
(2)放样程序放样程序一般包括结构处理、划基本线型和民开三个部分。
2.展开放样
(1)展开原理分可展表面和不可展表面两种。
(2)展开方法地有平行线法、放射线法和三角形法三种。
3.光学放样
三实尺放样过程举例
1.识读施工图
在识读施工图样过程中,主要解决以下问题。
1)弄清产品的用途及一般技术要求。
2)了解产品的外部尺寸、质量、材质和加工数量等概况,并与本厂加工能力比较,确定或熟悉产品制造工艺。
3)弄清各部分投影关系和尺寸要求,并确定可变动和不可变动的部位及尺寸。
四、下料
1.手工下料
1)克切;
2)锯割;
3)砂轮切割;
4)气割。
气割的过程如下:
1)调整火焰。
2)开始气割时,必须用预热火焰将切割处金属加热至燃烧温度(即燃点)。
3)把切割氧气喷射至已达到燃点的金属时,金属便开始剧烈的燃烧(即氧化),产生大量的氧化物(熔渣),由于燃烧时放出大量的热合氧化物呈液体状态。
4)燃烧时所产生的大量液态熔渣被高压氧气流吹走。
2.机械下料
(1)剪切
(2)热切割
热切割包括数字气割、等离子弧切割、光电跟踪气割等。
(3)冲裁
第三节弯曲与成形
一、弯曲成形
1.弯曲成形过程
(1)初始阶段
(2)塑性变形阶段
(3)断裂阶段
2.钢材的变形特点对弯曲加工的影响
(1)弯力
(2)回弹现象
影响回弹的主要原因有:
1)材料的屈服点越高,弹性模量越小,加工硬化越激烈,弯曲变形的回弹越大。
2)材料的相对弯曲半径r/t越大,材料变形程度就越小,则回弹越大。
3)当弯曲半径一定时,弯曲角越大,表示变形区长度越大,回弹也越大。
4)其他因素,如零件的开状、模具的构造、弯曲方式及弯曲力的大小等,对弯曲件的回弹也有一定的影响。
减小回弹常采取下列措施:
1)将凸模角度减去一个回弹角,使板料弯曲程度加大,板料回弹后恰好等于所需的角度。
2)采取校正弯曲,在弯曲终了时进行校正,即减小凸模的接触面积或加大弯曲部件的压力。
3)减小凸模与凹模的间隙。
4)采用拉弯工艺。
5)在必要时和许可的情况下,可采取加热弯曲。
第四节 拉延和旋压
一、拉延
拉延是利用凸模把板料压入凹模,使板料变成中空形状零件的的工序。
二、旋压
三、爆炸成形
第五章焊接结构的装配与焊接工艺
【教学目的】(通过本章学习,了解装配基本条件及装配基准,掌握焊接结构的装配工艺)
【教学重点与难点】本章重点是焊接结构的焊接工艺,难点是焊接工艺评定。
【教学内容】装配是将焊件按产品图样和技术要求,采用适当工艺方法连接成部件或整个产品的工艺过程;
焊接是将已装配好的结构,用规定的焊接方法、焊接参数进行焊接加工,使其连接成一个牢固整体的工艺过程。
本章重点介绍装配与焊接这两道工序的工艺方法。
第一节焊接结构的装配
一、装配基本条件及装配基准
1.装配的基本条件
(1)定位
(2)夹紧
(3)测量
2.装配用设备
(1)对装配用设备的一般要求
(2)装配用平台
(3)胎架
二、焊接结构的装配工艺
1.装配前的准备
(1)熟悉产品图样和工艺规程
(2)装配现场和装配设备的选择
(3)工量具的准备
(4)零、部件的预本和除锈
(5)正确掌握装配公差标准
2.装配工艺过程的制定
(1)装配工艺方法的选择
1)互换法的实质是用控制焊件的加工误差来保证装配精度
2)选配法是考虑焊件的加工成本,适当放宽加工的公差带
3)修配法是指焊件预留修配余量,在装配过程中修去多余部分的材料,使装配精度满足技术要求。
(2)装配顺序的确定
第二节焊接结构的焊接工艺
一、焊接工艺制定的原则和内容
1.制定焊接工艺的原则
(1)能获得满意的焊接接头
(2)焊接应力与变形要小
(3)可焊到性好,旋焊方便
(4)翻转次数少,生产效率高
(5)成本低,经济效益好
2.焊接工艺制定的内容
二、焊接工艺方法的选择
1.选择焊接方法
2.选择焊接材料
3.选择焊接设备
三、焊接工艺参数的选定
四、确定合理的焊接热参数
1.预热
2.后热
3.焊后热处理
五、焊接工艺评定
1.焊接工艺评定的目的
2.焊接工艺评定条件与规则
(1)焊接工艺评定的条件
(2)焊接工艺评定的规则
3.焊接工艺评定方法
4.焊接工艺评定程序
第六章 装配—焊接工艺装备
【教学目的】(通过本章学习,了解焊件的定位及定位器,掌握装配—焊接夹具设计的基本知识)
【教学重点与难点】本章重点是夹具设计的内容与步骤,难点是装配—焊接夹具。
【教学内容】本章着重介绍装配—焊接工艺装备的种类和组成、定位及夹紧机构;
焊接变位机械装置与设备的分类、作用和结构特点等方面的内容。
第一节装配—焊接夹具
焊接结构生产中经常采用的有:
装配定位焊夹具、焊接夹具、矫正夹具等。
一、焊件的定位及定位器
1.定位原理
2.定位基准的选择
3.定位器及其应用
(1)平面定位用定位器
1)挡铁
①固定式挡铁②可折式挡铁
③永磁式挡铁④可退式挡铁
2)支承钉和支承板一般有固定式和可调式两种。
①固定式支承钉。
②可调式支承钉。
③支承板定位。
(2)圆孔定位用定位器
1)固定式定位销
2)可换式定位销
3)可折式定位销
4)可退式定位销
第三节装配—焊接夹具设计的基本知识
一、夹具设计的基本要求与依据
1.夹具设计的基本要求
2.夹具设计的依据
(1)夹具设计任务单
(2)焊件图样及技术条件
(3)焊件的装配工艺规程
(4)夹具设计的技术条件
(5)焊接装配夹具的标准化和规格化资料
二、夹具设计的内容与步骤
绘制草图、绘制焊接装配夹具工作总图和绘制夹具零件图三个阶段。
1.绘制草图阶段
(1)基准的选择
(2)绘制焊件图
(3)定位件和夹紧件设计
(4)夹具主体(骨架)设计
第七章焊接结构工艺性分析
【教学目的】(通过本章学习,了解焊接结构工艺性分析的目的与步骤,掌握焊接结构工艺性分析的内容)
【教学重点与难点】本章重点是典型焊接结构工艺性分析,难点是型钢桁架的结构工艺性分析。
【教学内容】为了提高设计产品结构的工艺性,对新设计的产品、改进设计的产品以及外来产品的图样,首次生产前一般要进行结构工艺性分析。
本章主要介绍焊接结构工艺性分析的目的、步骤、内容及其典型结构的工艺性分析。
第一节焊接结构工艺性分析的目的与步骤
一、焊接结构工艺性分析的目的
二、焊接结构工艺性分析的步骤
1.产品结构图分析
2.产品结构技术要求
第二节焊接结构工艺性分析的内容
一、从减小焊接应力与变形的角度分析结构的合理性
1.尽可能减少焊缝数量和焊缝的填充金属量
2.尽可能选用对称的构件截面和焊缝位置
3.尽可能地减小焊缝截面尺寸
4.采用合理的装配顺序
5.尽量避免焊缝相交
二、从降低应力集中的角度分析结构的合理性
1.尽量避免焊缝过于集中
2.尽量采用合理的接头形式
3.尽量避免构件截面的突变
三、从焊接生产工艺性角度分析结构的合理性
1.从接头的可焊到性进行分析
2.从接头的可探伤性分析
3.从材料的焊接性分析
四、从焊接生产经济性角度分析结构的合理性
1.合理利用材料
2.减小焊接生产劳动量
(1)尽量取消多余加工
(2)尽量减少辅助工时
(3)尽量利用型钢和标准件
3.采用先进的焊接技术
第三节典型焊接结构工艺性分析
一、轮的结构工艺性分析
1.轮的工作特点
2.轮休珠结构
(1)轮缘
(2)辐板
(3)轮毂
3.焊接齿轮结构分析
二、型钢桁架的结构工艺性分析
1.桁架的技术参数
2.型钢桁架节点结构分析
第八章 焊接工艺的制定
【教学目的】(通过本章学习,了解焊接结构生产工艺规程的基本知识,掌握焊接结构工艺规程的编制)
【教学重点与难点】本章重点是编制工艺规程的步骤,难点是焊接工艺规程的编制内容与要求。
【教学内容】工艺规程是指导焊接生产工艺的技术文件。
本章主要介绍焊接工艺规程的基本知识、作用、内容及编制的步骤,并阐述对焊接生产工艺过程分析的内容与方法。
第一节焊接结构生产工艺规程的基本知识
一、生产过程和工艺过程
二、工艺过程的组成
1.工序
2.工位
3.工步
第二节 焊接结构工艺规程的编制
一、焊接工艺规程的作用
1.工艺规程是指导焊接生产的主要技术文件
2.工艺规程是生产组织和生产管理的基本依据
3.工艺规程是新建工厂或扩建、改建旧厂的技术基础
4.工艺规程是交流先进经验的桥梁
二、编制工艺规程的依据
1.产品图样
2.图标和部颁布标准
3.产品的生产纲领和生产生产类型
(1)单件生产
(2)大量生产
(3)成批生产
4.工厂或车间现有的生产条件
(1)车间现有的生产设备
(2)车间的辅助能力
(3)材料的储备情况
(4)人员状况和管理水平
三、编制工艺规程的步骤
1.准备工作
2.产品的工艺过程分析
3.拟定工艺路线
(1)加工方法的确定
(2)加工顺序的确定
(3)加工设备和工装的确定
四、焊接工艺规程的编制内容与要求
1.焊接材料
2.焊接准备
3.焊接要求
4.焊后热处理
5.焊缝返修
第九章 典型焊接结构的生产工艺
【教学目的】(通过本章学习,了解桥式起重机桥架的生产工艺,掌握主梁及端梁的制造工艺)
【教学重点与难点】本章重点是桥架的装配与焊接工艺,难点是压力容器的生产工艺以及船舶及舾装件的焊接工艺。
【教学内容】焊接结构的品种繁多,应用广泛。
本章仅介绍起重机、压力容器和船舶等典型焊拉产品的结构件,重点描述其制造难点、技术关键及其生产工艺。
第一节桥式起重机桥架的生产工艺
起重机结构形式包括桥式起重机、门式起重机、塔式起机重机、汽车起重机等多种形式。
一、桥式起重机的组成、主要部件的结构特点及技术标准
1.桥式起重机桥架的组成
(1)中轨箱形梁桥架
(2)偏轨箱形染桥架
(3)偏轨空腹箱形梁桥架
(4)箱形单主梁桥架
2.主要部件结构特点及技术标准
(1)主梁
(2)端梁
二、主梁及端梁的制造工艺
1.主梁制造工艺要点
(1)拼板对接焊工艺
(2)肋板的制造
(3)腹板上拱度的制备
三、桥架的装配与焊接工艺
1.桥架装焊工艺选择
(1)作业场地的选择
(2)垫架位置的选择
(3)桥架组装基准
(4)桥架装焊顺序
第二节 压力容器的生产工艺
一、压力容器的基本知识
压力容顺是能承受一定压力作用的密闭容器。
1.压力容器的分类
(1)按设计压力划分
(2)按综合因素划分
1)Ⅰ类容器
2)Ⅱ类容器
3)Ⅲ类容器
第三节 船舶及舾装件的焊接工艺
2.船体结构的特点
(1)零部件数量多
(2)结构复杂、刚性大
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