焊接专业课程设计.doc

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1、Q345钢焊接工艺设计学院：机械工程学院专业班级：材料成型及控制工程专业08级1班指导老师：卜志翔老师[摘要]此文主要针对Q345的焊接性进行分析，分析焊接结构特点，绘制焊接结构装配图，制定合理的焊接工艺，进行焊后检验，制作焊接工艺卡。[关键词]Q345钢；焊接工艺；焊接结构装配；焊后检验；焊接工艺卡。结构材料为Q345钢，Q345钢壁厚均为10mm，鼓筒外直径为1000mm焊接工艺设计。做端板与鼓筒的焊接工艺。1、进行焊接结构件的分析如上图a的旋转体：该旋转体由筋板、轮辐、轮毂、鼓筒端板几部分组成。轮毂时是轮体与轴相连

2、的部分，转动力矩通过它与轴之间的过盈配合或键进行传递，它的结构是个简单的厚壁圆筒体。轮毂的工作应力一般不高，所用材料的强度应等于或略高于轮辐所用材料的强度，用低合金结构钢Q345钢能满足其焊接性要求。轮毂毛坯为铸钢件或锻件，也有用厚钢板弯制焊成。轮辐位于轮缘和轮毂之间，主要起支撑轮缘和传递轮缘与轮毂之间扭矩的作用，它的构造对轮体的强度和刚度以及对结构质量有重大影响。轮辐为焊接结构，所用材料一般选用焊接性较好的普通结构钢，此处Q345钢能满足其要求。这里的轮缘即鼓筒，起支承与夹持工作部件的作用。2、Q345钢的焊接性分析Q

3、345钢属16Mn系列钢种，一般在热轧状态下供货，它具有良好的综合力学性能、低温冲击韧性,冷冲压性及切削性，在机械行业中应用极广，可以制造大型船舶、铁路车辆、桥梁、管道、锅炉、压力容器、石油储存罐、起重机械、厂房钢架等承受负荷的焊接结构。Q345钢属于热轧钢，焊接性重点分析的内容是冷裂纹、热裂纹、消除应力裂纹、层状撕裂（厚大件）。Q345的化学成分见表1，其力学性能见表2。表1Q345钢的材料化学成分钢号化学成分CSiMnSPCrMoVNiQ345≤0.2≤0.551.00～1.60≤0.045≤0.045__0.02～

4、0.15_表2Q345钢的力学性能钢号热处理状态屈服强度σs/MPa抗拉强度σb/MPa伸长率δ5(%)冲击吸收功AKU/JQ345热轧≥345≥490≥20≥592.1冷裂纹产生的原因及防止的措施热轧钢含有少量的合金元素，碳当量比较低，一般情况下冷裂倾向不大。由于焊接热影响区的淬硬及冷裂纹倾向与钢种的化学成分有密切关系，因此可以用化学成分间接的评估钢材冷裂纹的敏感性。把钢中的合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标，即所谓碳当量（CE或Ceq）。Q345钢碳当量的计算可以通过

5、日本工业标准（JIS）的碳当量公式:Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%)来求解出Ceq(JIS)≈0.385，由表3可知[1]表3：根据钢材强度和碳当量确定预热温度钢材强度级别σb/MPa碳当量界限Cep（JIS）（%）工艺措施5000.46焊接时不需预热6000.52焊前预热750C7000.52焊前预热1000C8000.62焊前预热1500C焊接时可不需预热，实际应用时常预热到某一较低温度。钢种的淬硬倾向、一定的含氢量和足够的拘束应力是焊接时产生冷裂纹的三大主要

6、因素。下面也从这三方面分析Q345(16Mn)的冷裂纹倾向。（1）淬硬倾向与低碳钢相比，Q345钢在连续冷却时，珠光体转变右移较多，使快冷过程中铁素体析出后剩下的富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而是转变为含碳量较高的贝氏体和马氏体，具有淬硬倾向。16Mn焊条电弧焊冷速快时，热影响区会出现少量铁素体、贝氏体和大量马氏体。而低碳钢焊条电弧焊时，则出现大量铁素体、少量珠光体和部分状体。因此，16Mn热轧钢与低碳钢的焊接有一定差别。但当冷却速度不大时，两者相近。16Mn由于其含碳量低，故在淬火时，如冷却速度不是太快，就会得到低碳马

7、氏体组织，或者是铁素体+珠光体组织，由于这些组织的硬度不高，因而其淬硬倾向小，只有在冷却速度较快时，才会得到高碳马氏体组织，则有一定的淬硬倾向。（2）含氢量焊接时，焊缝中的氢主要来源于焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污，以及环境湿度等。对16Mn来说，只要板厚不太大且冷却速度控制得当，由于焊接温度高，增强了氢的活动能力，使大部分氢会从焊缝中扩散逸出同时，当焊缝冷却时，其组织会由奥氏体向铁素体等转变，由于氢在奥氏体中的溶解度大大高于在铁素体中的溶解度，会有部分氢逸出。因而到最后，焊缝中的残余氢量就不足以形成冷裂纹。（

8、3）拘束应力焊接时，焊缝中的应力主要包括热应力、组织应力和由于白身拘束条件所造成的应力。目前，普遍采用拘束度(R)综合表示这三种应力的大小，拘束度的计算可采用如下公式:R=K1δ式中:K一板厚拘束度系数，N/(mm‘.mm);δ一板厚，mm;由上式可见，拘束度与材料板厚有很大关系，板厚越大，所造成的拘束度也越大，则拘