焊接工艺

《焊接工艺设计说明书》

题目：焊接工艺设计说明书

院系：材料工程学院

专业：材料成型及控制工程（焊接方向）

学号： 051111207 姓名：陈晓

指导教师：卢庆华、杨尚磊

完成时间： 2014.11.30

目录

第一章圆筒焊接结构设计概述 (2)

1.1圆筒焊接结构设计简介 (2)

1.2 圆筒材料的选择 (1)

第二章圆筒焊接工艺设计 (1)

2.1确定焊缝的位置 (4)

2.2焊接接头形式的设计 (5)

2.3焊接方法的选择 (12)

2.4焊接材料的选择 (12)

2.5焊接工艺参数的选择 (13)

2.6 确定焊接顺序 (14)

2.7焊接工艺卡片的制定 (14)

第三章结构设计的工艺过程 (15)

3.1焊接原材料的准备 (15)

3.2焊前准备 (15)

3.3焊接过程 (15)

3.4焊后处理及检验 (15)

第四章课程设计总结 (16)

附表一： (18)

附表二： (19)

第一章支架焊接结构设计概述

1.1圆筒焊接结构设计简介

1.1.1圆筒的结构组成及制造关键点

（1）组成

主要有底板圆柱，支架和圆筒。

（2）制造关键点

圆筒与底板圆柱间焊缝的焊接和圆筒与支架之间焊缝的焊接。

1.1.2圆筒的设计要求

底板圆柱厚度80mm、支架10mm、圆筒壁厚5mm。

生产类型：单件生产

1.2圆筒材料的选择

选择牌号为H90的黄铜

黄铜H90的化学成分如表1所示(%)：

表1 黄铜H90化学成分

Cu Ni Fe Pb Zn杂质

:88.0-91.00.5 0.10 0.03 余量0.2 1.2.1 圆筒材料的性能要求

（1）对强度性能的要求

抗拉强度：（σb/MPa）≥245 伸长率：（δ10/%）≥35

1.2.2 材料的确定

强度比紫铜高(但在普通黄铜中,它是最低的)，导电、导热性好，在大气和淡水中有较高的耐蚀性,且有良好的塑性，易于冷、热压力加工，易于焊接、锻造和镀锡，无应力腐蚀破裂倾向。热加工温度850～950℃;退火温度650～720℃;消除内应力的低温退火温度200℃。国标黄铜带H90（日标黄铜带C2200）：含铜量90%，又称金奖黄铜。具有细致光泽、良好加工性、伸抽性、防蚀性。不易时效破裂，可应用于建筑材料、个人随身配件、化妆品配件、热水器水箱、喇叭锁、拉链头、子弹弹头、汽车灯帽。黄铜H90有良好的机械性能和耐腐蚀性能，

能够承受冷热压加工，并且容易镀锡，主要用于散热器冷热管料及散热器波浪带等。黄铜H90和H96性能相似，强度稍高，可镀金属，用于各种给排水管，双金属片及奖章，艺术品等。

第二章圆筒焊接工艺设计

2.1确定焊缝的位置

如下图所示，图1为工件的示意图，图2为工件的焊缝位置示意图。

图1 工件示意图

图2 工件焊缝位置示意图

2.2焊接接头形式的设计

在此结构中，焊接接头的形式为角接。

2.2.1焊接接头的选择

（1）圆筒结构与底板圆柱结构的连接应采用双面焊缝的T型接头，如图3所示。

图3 圆筒结构与底板圆柱之间的角接头

（2）支架与圆筒结构之间的连接应采用双面焊缝的T型接头，如图4所示。

图4 板材与圆柱体之间的角接头

2.2.2坡口的设计

1.坡口形式

（1）若采用I形坡口，如果预留间隙过小，则出现未焊透；预留间隙过大，则容易焊穿，装配间隙要求精度严格，难以控制。

（2）若采用U形坡口，坡口制备困难，成本高；

（3）若采用单面V形坡口，并留有一定间隙，焊接过程中金属填充量少，易于焊透。

表2

表

综上所述，根据表2，底板与圆管之间的连接既焊缝1应采用双边V形坡口，角度为40度，支架板材与圆管体之间的连接既焊缝2应采用单边V形坡口，角度为40度。

2.坡口加工

采取的方法，根据焊件的尺寸、形状及加工条件确定。有以下方法：

(1)剪边：以剪板机剪切加工，常用于I形坡口。

(2)刨边：用刨床或刨边机加工，常用于板件加工。

(3)车削：用车床或车管机加工，适用于管子加工。

(4)切割：用氧一乙快火焰手工切割或自动切割机切割加工成I形、V形、X 形和K形坡口。

(5)碳弧气刨：主要用于清理焊根时的开槽，效率较高、劳动条件较差。

(6)铲削或磨削：用手工或风动、电动工具铲削或使用砂轮机(或角向磨光机)磨削加工，效率较低，多用于焊接缺陷返修部位的开槽。

由此这里选择切割。

2.2.3焊接夹具的选择

三爪卡盘利用均布在卡盘体上的三个活动卡爪的径向移动，把工件夹紧和定位的机床附件

2.3焊接方法的选择

在支架制造中，生产中常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、熔化极气体保护焊、钨极惰性气体保护焊、药芯焊丝电弧焊和等离子弧焊等。拟采用的焊接方法主要根据被焊钢种、接头厚度、焊缝位置和坡口形式以及对接头的质量要求等来选择，同时还应考虑到该种焊接方法的效率和生产成本。

由于支架材料为黄铜H90，底板圆柱厚度为80mm ，圆筒厚度为5mm，支架厚度为10mm，都属于中厚板。所以采用焊条电弧焊，其工艺简单，特点如下：

（1）焊接设备简单，成本低；

（2）工艺灵活，货源充足；

（3）对工作场地无特殊要求；

（4）可在任何位置焊接；

（5）对各种钢材的适应性强，可焊接碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢等。

（6）焊条的品种齐全，可按技术要求选择与母材性能相配的焊条；

（7）焊缝金属的力学性能良好，特别是低温冲击韧性相当高；

（8）操作方便，容易控制焊接变形。

2.4焊接材料的选择

焊接材料的选择依据是所焊焊缝与母材等强度等化学成分。

焊接材料选择原则如下:

等强度原则:选用含彩焊材熔敷金属的抗拉强度与被焊母材的抗拉强度相等或相近，这是焊接结构钢最常用的原则；

等韧性原则：选用焊材熔敷金属的韧性与被焊母材的韧性相等或相近，在高强度钢焊接时常采用强度等级略低于木材但韧性相等的焊材；

等强度原则：熔敷金属的化学成分符合或接近母材金属，这是不锈钢和耐热钢焊接是选材的最主要原则；

焊条电弧焊使用焊条按所焊钢种类别可分碳钢焊条、低合金焊条和不锈钢焊条。由于本次设计所选用的母材为黄铜，因此选择焊接材料只需要考虑抗拉强度，可不考虑熔敷金属的化学成分与母材匹配。

由于此次设计母材为黄铜H90，其抗拉强度值为245Mpa，因此选用与此强度相近的T227焊条，T227为磷青铜焊条，有一定强度，塑性，韧性，耐磨性及耐蚀性，适于紫铜，黄铜，磷青铜等焊接

2.5焊接工艺参数的选择

2.5.1 焊条直径的选择

表3

焊条直径的选择主要取决与焊件厚度、接头形式、焊缝位置及焊接层数等因素。在一般情况下，可按照焊件厚度选择焊条直径。由于底板厚度为80mm，圆筒壁厚度为5mm。根据表3焊条直径与焊件厚度的关系，可选择如下直径的焊条：底

板圆柱与圆管之间的焊接选用直径为4.0mm的焊条，由于支架的厚度为10mm，圆管与支架间的焊接间的焊接选用直径为4.0mm的焊条。

2.5.2 焊接电流的选择

焊接电流的选择应根据焊条的类型、直径、焊件的厚度、接头形式、焊缝空间位置等因素来考虑，其中焊条直径和焊缝空间位置最为关键.

底板与圆筒间采用横焊，圆筒上的支架采用平焊。

由于材料与材料厚度关系， 4.0mm的焊条采用160~210A的电流.

2.5.3 电弧电压的选择

根据电源特性，由焊接电流决定相应的电弧电压。此外电弧电压还与弧长有关，电弧长则电弧电压高，电弧短则电弧电压低，由于此次设计选用的是酸性焊条，焊接为长弧焊，因此电弧电压相对较高。

综上所述，电弧电压选用11-12V。

2.5.4 焊接速度的选择

由于本次设计选用手工电弧焊，操作时因用短弧焊接焊条不做横向或者前后摆动，只沿焊缝直线移动。操作时应当用短弧焊接，焊条不做横向和前后摆动，只沿焊缝的直线移动。焊接速度要快，不应低于0.2～0.3m/min。多层焊时，层与层之间的氧化膜及渣应清除干净。黄铜的铜液流动性大故溶池最好处于水平位置,若溶池必须倾斜,则倾角不应大于15°。

2.5.5 焊接层数的选择

焊接层数应视焊件的厚度而定。

由于底板圆柱板厚为80mm，圆筒壁厚为5mm，支架厚度为10mm，底板与圆筒体之间的焊接层数为4层、支架与圆筒体之间的焊接均采用多层焊，焊接层数为2层。

2.5.6 电源种类及极性的选择

由于直流电源电弧稳定，飞溅小。所以可选BX1-315型弧焊变压器，其极性为直流反接，即DCEP。

2.6 确定焊接顺序

第一步：底板圆柱与圆筒体上的角接接头的焊接。

第二步：圆筒与支架之间的角接接头的焊接。

2.7焊接工艺卡片的制定

2.7.1 焊接工艺卡制定的具体内容

（1）合理的选择焊接方法及相应的焊接设备与焊接材料。

（2）合理地选择焊接工艺参数。

（3）合理地选择焊接材料。

（4）合理地选择焊接工艺措施。

（5）选择或设计合理的焊接工艺装备。

2.7.2 焊接工艺制定的原则：

（1）技术上的可行性

（2）经济上的合理性

（3）良好的劳动条件

焊条电弧焊的工艺卡片如附表一至附表二所示。

第三章结构设计的工艺过程

3.1焊接原材料的准备

（1）圆柱底板的准备

（2）将前面所选的材料为黄铜H90、厚度为80mm的材料截成直径为150mm的圆柱。

（3）圆筒体的准备

（4）将前面所选的材料为黄铜H90、加工成壁厚为5mm、外径为100mm、中间凸出部分为200mm的的圆筒件（如图1中所示）。

（5）支架的准备

（6）将前面所选的材料为黄铜H90、厚度为10mm的板材截成如图1所示的支架。

3.2焊前准备

（1）坡口的加工制备

（2）工件的清理与装配

（3）焊条烘干

（4）焊机的检查及调试

3.3焊接过程

（1）将圆柱底板与圆柱分别用三爪卡盘夹住固定到焊接要求位置。

（2）然后用点焊固定圆柱底板于其上，再用车削开坡口并用手工电弧焊焊接。（3）支架与圆筒间的装配及其焊接。

3.4焊后处理及检验

（1）采用热处理工艺对焊缝进行焊后处理；

（2）采用射线探伤对焊缝进行焊接检验。

第四章课程设计总结

在本次焊接结构课程设计的学习，同时在老师的帮助下，我尝试着运用了所学的了所学的专业知识，学到了很多新的相关知识。在完成课程设计期间遇到了许多问题，但是在老师的帮助下，同时也通过自己查资料，解决了问题，受益匪浅。重要的是，通过本次焊接结构课程设计，培养了分析和解决工程实际问题的能力，同时也使自己掌握了焊接各方面的专业知识。通过这次焊接结构课程设计，提高了自己将理论与实际相结合解决问题的能力。

附表一：

焊接工艺卡（1）

接头型式简图：角接接头

焊后热处理：无

附表二：

接头型式简图：角接接头

焊后热处理：无