XX大桥主桁下弦杆
目 录
引 言 4 1 钢板检验 5
1.1 钢板检验 5
1.1.1 钢号核对 5 1.1.2 化学成分检验 5 1.1.3 力学性能检验 1.1.4 缺陷检验 1.2 钢板预处理 6 1.3 板材的矫正 7 1.4 钢板的划线、号料 9
1.4.1 划线 10 1.4.2 号料 2 划线下料 2.1下料 10
2.1.1 切割 2.2.2 边缘加工 3 组对 12 4 焊接工艺过程 4.1坡口准备 12
4.1.1 坡口清洁度 4.2焊前准备 12 4.3焊接过程 13
4.3.1 焊缝的焊接 155 焊后矫正 15
6 焊接检验 16 7工装夹具设计 17
7.1 工装卡具概述 17 7.2 工装夹具的组成 18 7.3 工装夹具的特点 18 7.4 工装夹具的设计要点 19 7.5 工装夹具的设计原则 19 7.6 手动拉紧式夹紧器 20
7.6.1 手动拉紧式夹紧器概述 20 7.6.2 手动拉紧式夹紧器的特点 20
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5 5 10
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参考文献 21
引 言
世界现代焊接技术以高效、节能、优质及其工艺过程自动化、数字化、智能化控制为显著特征。在国内，无论是从目前焊接设备和材料构成比的发展趋势，还是从焊接设备和材料的制造技术和发展方向上来看，我国现代化焊接技术已经有了很大的发展，部分产品技术已经达到或接近国外先进水平。随着我国焊接技术的迅猛发展，焊接设备的应用也日益广泛。
建筑钢结构用钢材及焊接填充材料的选用应符合设计图的要求，并应具有钢厂和焊接材料厂出具的质量证明书或检验报告；其化学成分、力学性能和其它质量要求必须符合国家现行标准规定。当采用其它钢材和焊接材料替代设计选用的材料时，必须经原设计单位同意。
钢材的成分、性能复验应符合国家现行有关工程质量验收标准的规定；大型、重型及特殊钢结构的主要焊缝采用的焊接填充材料应按生产批号进行复验。复验应由国家技术质量监督部门认可的质量监督检测机构进行。 钢结构工程中选用的新材料必须经过新产品鉴定。钢材应由生产厂提供焊接性资料、指导性焊接工艺、热加工和热处理工艺参数、相应钢材的焊接接头性能数据等资料；焊接材料应由生产厂提供贮存及焊前烘焙参数规定、熔敷金属成分、性能鉴定资料及指导性施焊参数，经专家论证、评审和焊接工艺评定合格后，方可在工程中采用。
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1钢板检验
1.1 钢板检验
钢板检验是为了检验所用的钢材是否符合国家标准，相关的技术要求，质量标准和等级标准，主要检验以下几个方面：钢号、化学成分、力学性能、表面和内部缺陷等。 1.1.1 钢号核对
钢材入厂时，检验员应该按厂内的钢材进货要求检查所入钢材是否为本厂要求的同批号钢材，且数量是否足够。 1.1.2 化学成分检验
在钢板上取样之后，对其进行化学成分的校对检验。检验的主要元素是碳，锰，硫，磷。化学分析试验的操作应符合GB223的规定，化学成分参见表1。
1.1.3 力学性能检验
通过做静负荷试验，来检验钢材的屈服强度，抗拉强度，伸长率，断面伸缩率，硬度，通过动负荷试验来检验钢材的常温冲击，力学性能参见表2。试样形状、尺寸及试验方法参见GB29-81、GB2651-81、GB2653-81的规定。 1.1.4 缺陷检验
钢材的缺陷主要有表面缺陷和内部缺陷两种。
（1）检验成品钢材的表面缺陷是指检验其是否在运输中受损，出现严重损伤划痕、沙眼、裂纹等，一般为可见的缺陷。
（2）检查所入钢材的内部缺陷是指检查内部是否存在沙眼、气孔、夹渣、
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裂纹、麻点、疏松等缺陷。一般用超声探伤[6]。
1.2 钢板预处理
对于表面有划痕的板材，在保证其最低厚度的前提下将划痕打磨掉，打磨的标准如图1所示：
图1 规定的打磨标准
由于钢材表面的油污、锈蚀和氧化皮等都会影响产品的质量。因此，在进行材料划线、下料之前必须先进行表面预处理。工业生产中常用的机械除锈法包括：风动或电动砂轮、钢丝刷、喷丸、喷沙等。其中喷丸是目前工厂应用较多的大面积净化方法之一。
针对内筒使用的16MnR 普通低合金钢，根据GB23-88，选择Sa3的除锈等级。除锈后应达到图2中的标准。
图2 Sa3除锈标准
本次设计选用的喷丸设备是GYX-2M型钢材预处理装置技术参数见表1，它既可以用于钢板的表面处理，也可用于结构部件的表面处理。该装置进行
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钢材预处理的工艺过程为：电磁吊上料→辊道输送→预热→喷丸→清理丸料→喷漆→烘干→轨道输送出料[7]。
表1 GYX-2M 型钢材预处理装置技术参数
技术特性参数性 预处理钢材规格（mm） 焊件输送速度v/m.min 处理质量 外形尺寸（长/mm×宽/mm×高/mm） 设备总重/t 除锈等级 涂膜等级 100 GYX-2M 钢板宽1000～3000 厚6～600 长2400～12000 V=2～3 SIS05 5900Sn2（A，B） 15～25 62000×25000×7230 1.3 板材的矫正
钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支撑不当，或装卸条件不良及其它原因，可能会产生弯曲、扭曲、波浪及表面不平等变形。当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成型零件的尺寸和几何形状的精度，从而影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以，划线、下料前应予以矫正。因此，矫正有关标准规定了钢板的允许偏差,如表2所示。
表2 钢板的允许偏差
偏差名称 角钢、槽钢、工字钢、管子的直线图 Δ≤b/100 图例 允许值 f≤L/1000＞5 角钢两肢的垂直度 工字钢、槽钢翼缘的倾斜度 Δ≤b/80 矫正方法分为：手工矫正、机械矫正、火焰矫正。因为手工，火焰矫正
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不适合钢板的整体矫正，所以本次设计采用机械矫正法
当钢板有凹凸不平及弯曲变形，不符合标准要求时，则需进行矫正。多辊矫平机是金属板材、带材矫平的通用矫平设备。一般校平辊数目越多，矫平质量越好。本次设计选用的钢板厚度为8mm厚，钢板为16MnR，所以我选用九辊矫辊机[8]。它的工作原理如图3所示，参数见表3。
图3 九辊式矫平机工作原理图
辊数 9 辊距（mm） 360 辊径 （mm） 320 表3 矫正机参数表 钢板最小厚≤40kg/mm² （mm） 5 最大矫正度 （m/s） 0.3 主电机最大功率（kw） 180
矫辊机的矫正原理是使板料通过矫平机的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀地伸长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。矫平的次数与矫平机上下两列辊子之间调整的净空距离有关，一般是略小于被矫钢板的厚度。为了提高矫平效果，可使辊间距离前后不等，前边辊间距离较小，使钢板产
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生较大的变形，以使弯曲均匀，而后面的辊间距离较大，使钢板的变形逐渐减小和平直。这样通过一次就能达到矫平的目的。
矫平机的辊子直径、辊间距离和滚筒数也是影响矫平效果的主要因素。辊间距相当于两支点间距，辊间距越大，辊子使钢板弯曲变形所需要的压力越小，但在相同的下压量时矫平效果差。反之，辊间距越小，钢板弯曲变形所需压力越大，矫平效果越好。
矫正后，经测量，钢板的变形需在规定范围内方可进行下一步加工。
2 划线下料
2.1钢板的划线、号料
2.1.1划线
按构件设计图样的图形与尺寸1:1划在待下料的钢材上，以便按划线图形进行下料加工的工序为划线。生产中经常采用的划线方法有样板和草图划线两种，划线时应注意以下事项：
（1）熟悉结构件的图样和制造工艺，根据图样检验样板、样杆，核对选用的钢号，规格应符合规定的要求；
（2）检查钢板是否有表面麻点、裂纹、夹层及厚度不均匀等缺陷； （3）划线前应将材料垫平、放稳，划线时要尽可能使线条细且清晰，笔尖与样板边缘间不要内倾和外倾；
（4）划线时应标注各种下道工序用线，例如，展开构件的素线位置、弯曲件的弯曲范围或折弯线、中心线、比较重要的装配位置线等，并加以适当标记以免混淆；
（5）弯曲零件号料时，应考虑材料轧制的纤维方向；
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（6）钢板两边不垂直时一定要去边。划尺寸较大的矩形时，一定要检查对角线；
（7）划线的毛坯，应注明产品的图号、件号和钢号，以免混淆； （8）注意合理排料提高材料的利用率[9]。 2.1.2号料
根据图纸上的图样或样板（草图，样杆等）在钢板和型钢上划线的过程称为号料。
号料时，要求把所有结构零件的真实形状、加工要求、装配用线、孔洞等均标记在钢板上面，并用文字和符号注写清楚。号料的质量直接影响下道工序的质量，必须十分认真。
2.2下料
由于整个下弦杆板厚不一，有的需要坡口，有的薄板不需要开坡口。并有些地方要求全焊透。所以下料时不同。 2.2.1切割
钢材的剪裁方法很多，目前金属结构制造厂常用的主要方法有：机械剪裁、气体火焰切割和等离子弧切割等。由于气割设备简单、使用灵活方便；切割速度快、生产效率高；成本低，使用范围广。因此采用气割下料[12]。
气割的实质是金属在氧中的燃烧过程。它利用可燃气体和氧气混合燃烧的火焰产生的预热被切割金属表面，并使其呈活化状态，然后送进高纯度、高速度的切割氧流，是金属在氧气中剧烈燃烧生成金属氧化物熔渣，并放出大量的热量，借助这些燃烧热和高温熔渣的热传导，不断加热切口金属，直至工件底部同时借助高速氧流把燃烧生成的氧化物熔渣吹除；再由被切割工
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件与割炬相对移动形成切缝。
气体切割机选用CG1—30小车式半自动切割机，技术参数如表4所示。
表4 CG1-30技术参数 切割厚度 （mm） 5～60 切割速度 (mm/min) 50～750 型号 S261 电动机 电压(V) 220 功率(kw) 24 2.2.2边缘加工
所谓边缘加工是将工件的边缘或端面加工成符合工艺要求的形状和尺寸精度的加工工序[13]。对下料后的零件进行边缘加工，主要是为了：
①消除前道工序加工所产生的加工硬化层和热影响区；
②消除装配、焊接工件边缘或自由边的各类缺陷，以提高结构的整体质量；
③提高结构的表面质量，也可为产品的后期制作创造条件。本次设计选用B81050A型刨边机进行边缘加工。如图4焊接接头处应边缘加工。
图4 焊接接头需要边缘加工
3.组对 3.1组对顺序
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组对过程中要求按一定的焊接顺序进行组对。如图5
图5 焊接组对顺序 4.焊接过程 4.1坡口准备
坡口形式如图6所示
图6焊接坡口形式
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4.1.1坡口清洁度
严禁在接头间隙中填塞焊条头、铁块等杂物。
施焊前，焊工应检查焊接部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。坡口组装间隙超过允许偏差规定时，可在坡口单侧或两侧堆焊、修磨使其符合要求，但当坡口组装间隙超过较薄板厚度2倍或大于20mm 时，不应用堆焊方法增加构件长度和减小组装间隙；
焊接坡口可用火焰切割或机械方法加工。缺棱为1～3mm时，应修磨平整；缺棱超过3mm时，应用直径不超过3.2mm的低氢型焊条补焊，并修磨平整。当采用机械方法加工坡口时，加工表面不应有台阶；
4.2焊前准备
①施焊前检查焊缝及邻近20～50mm区域内是否存在影响焊接质量的缺陷存在，对存在的缺陷应通过补焊修磨等方法进行去除，确保焊接质量。
②施焊前在焊缝及邻近20～50mm区域用丙酮或酒精等易挥发性溶剂清洗，以去除其表面油脂，污渍、标记、氧化皮的其它杂质。
③检查焊机电路接线是否正常，接地是否良好。 4.3焊接过程
⑴点固焊：使用焊条电弧焊将工件点焊连接，焊条使用E5015，直径Φ5，焊接电流150A。每间隔300mm之间一个点固焊，一般点固焊长度为50mm。
⑵填充焊：采用埋弧自动焊 完成填充，焊丝选用H10Mn2，焊剂选用HJ402-H08A。焊丝直径Φ3.2，焊接电流350～370（A），焊接电压32～38（V），焊接速度28～30（m/h）。
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表5焊缝焊接参数
焊接方法 焊接材料及规格 电源 种类 交流 交流 焊接 电流 /A 150 350~370 焊接 电压 /V 25 32~38 28~30 焊接 速度 /(m/h) 手工电弧焊 埋弧焊 E5015/Φ5 H10Mn2/Φ3.2 板材长板焊接时会出现间隙不均匀的情况，可用如图7形式处理。
图7 间隙不均匀的调整方法
图7为处理间隙不均匀的常用方法。当下部或水平位置间隙合适而上部间隙大时，可在间隙适合处先点焊一点，然后利用吊车使上部间隙缩小，如图7(a)所示；当中部间隙合适而下部间隙大时，可在间隙合适处先点焊一点，然后用吊车使下部间隙缩小，上部间隙自然扩大，如图7(b)所示。 4.3.1焊缝的焊接
经上述措施调整，各焊缝点焊之后。可进行悬臂式焊接操作机，埋弧自动焊完成焊接。焊接参数如表6所示。
表6 焊缝间焊接参数
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焊接 电流 /A 150 350~370 焊接 电压 /V 32~38 焊接 速度 /(cm/min) 28~30 焊接方法 焊接材料及规格 电源 种类 交流 交流 手工电弧焊 埋弧焊 E5015/Φ5 H10Mn2/Φ3.2 5焊后矫正
对于对接接头、T形接头和十字接头坡口焊接，在工件放置条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称顺序焊接；对于有对称截面的构件，宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接；
对双面非对称坡口焊接，宜采用先焊深坡口侧部分焊缝、后焊浅坡口侧、最后焊完深坡口侧焊缝的顺序；
对长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用； 宜采用跳焊法，避免工件局部加热集中；
在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定的情况下，宜采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自保护电弧焊等能量密度相对较高的焊接方法，并采用较小的热输入；
宜采用反变形法控制角变形；
对于大型结构宜采取分部组装焊接、分别矫正变形后再进行总装焊接或连接的施工方法。
对一般构件可用定位焊固定同时变形；对大型、厚板构件宜用刚性固定法增加结构焊接时的刚性；
6焊接检验
6.1无损探伤
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筒体部分焊缝的无损探伤，A，B类焊接头100%无损检测，射线检测应符合JB/T4730-2005测定中Ⅱ级为合格。拼接封头的对接封头成型后100%无损检测，射线检测应符合JB/T4730-2005测定中Ⅱ级为合格。
夹套部分焊缝的无损探伤，A，B类焊接接头无损检测长度不得少于各条焊接接头长度的20%，且不小于250mm，焊缝交叉部位全部检测，射线检测应符合JB/T4730-2005规定中Ⅲ级为合格。拼接封头的对接接头成型后100%无损检测，射线检测应符合JB/T4730-2005规定中Ⅲ级为合格。
各级对接接头允许的条形缺陷长度参照表7。
表7各级对接接头允许的条形缺陷长度 mm
级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 单个条形缺陷最大长度 不 允 许 ≤T/3（最小可为4）且≤20 ≤2T/3（最小可为6）且≤30 大于Ⅲ级 一组条形缺陷累计最大长度 在长度为12T的任意选定条形缺陷评定区内，相邻缺陷间距不超过6L的任一组条形缺陷的累计长度应不超过T,但最小可为4 在长度为6T的任意选定条形缺陷评定区内，相邻缺陷间距不超过•3L的任一组条形缺陷的累计长度应不超过T，但最小可为6 注1：L为该组条形缺陷中最长缺陷本身的长度；T为母材公称厚度，当母材公称厚度
不同时取较薄板的厚度值。
注2：条形缺陷评定区是指与焊缝方向平行的、具有一定宽度的矩形区， T≤25mm，宽
度为 4mm；25 mm＜T≤ 100mm，宽度为6mm；T＞100mm，宽度为8mm。
注3：当两个或两个以上条形缺陷处于同一直线上、且相邻缺陷的间距小于或等于较短
缺陷长度时，应作为1个缺陷处理，且间距也应计入缺陷的长度之中。
各级允许的圆形缺陷最多点数如表8，缺陷点数换算表如表9。
表8 各级允许的圆形缺陷最多点数
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评定区（mm×mm） 10×10 10×20 10×30 母材公称厚度 T（mm） ≤ 10 ＞10～15 ＞15～25 ＞25～50 ＞50～100 ＞100 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 1 3 6 2 6 12 3 9 18 4 12 24 5 15 30 6 18 36 Ⅳ级 缺陷点数大于Ⅲ级或缺陷长径大于T/2 注：当母材公称厚度不同时，取较薄板的厚度。
表9 缺陷点数换算表 缺陷长径,mm 缺陷点数 ≤1 1 ＞1～2 2 ＞2～3 3 ＞3～4 6 ＞4～6 10 ＞6～8 15 ＞8 25
7工装夹具设计
7.1工装卡具概述
工装夹具是指将待装配的零件准确组对，定位并夹紧的工艺装备。
7.2工装夹具的组成
工装夹具通常由各种定位器、夹紧机构、夹具体和装配平台组成。按照所装配的焊接结构，夹具体上可安装多个不同的夹紧机构和定位器。夹具体必须按所装配焊件的结构进行设计，而定位器，夹紧机构和装配平台，则大多数是通用的标准件。
7.3工装夹具的特点
⑴ 由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊，在工装夹具上是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独
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进行的。
⑵ 在焊接过程中，零件会因焊接加热而伸长或因冷却而缩短，为了减少或消除焊接变形，要求夹具能对某些零件给予反变形或者作刚性的夹固。为了减少焊接应力，又要允许某些零件在某一方向可以自由伸缩，因此，工装夹具不是对所有的零件都作刚性的夹固。
⑶ 装焊完的结构，其尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，增加了结构从夹具上卸下的难度。
⑷ 对于熔焊的夹具，工作时主要承受焊件的重力、焊接应力和夹紧力，有的还要承受装配时的锤击力；用于压焊的夹具还要承受顶锻力。
⑸ 工装夹具往往是焊接电源二次回路的一个组成部分，因此绝缘和导电是设计中必须注意的一个问题。
⑹ 工装夹具一般比较大，其夹具上的夹紧点、定位点多达几十个，因此，设计难度较大，特别是定位点、夹紧点的数量、选位和两者的对应关系，都会影响夹具的功能和定位夹紧的质量。
⑺ 工装夹具主要用来保证焊接结构各连接件的相对位置精度和整体结构的形状精度，而其他（机床）夹具主要用来保证零件的加工精度。
⑻ 除精密焊接所用的夹具外，一般工装夹具本身的制造精度及对焊件的定位精度均低于其他（机床）夹具的相应指标。
7.4工装夹具的设计要点
正确的设计和选用夹紧夹具，可大大缩短装配和焊接的周期，减轻劳动强度，提高生产效率，保证焊件的装配和焊接质量。与相应的自动化焊接装配相配，可进一步发挥焊接装备的能力，有利于实现装配焊接的综合机械化
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和自动化。
7.5工装夹具的设计原则
⑴ 应能快装、快卸、结构简单和操作方便。
⑵ 应有足够的空间，便于装配和焊接操作，易于装卸焊件。 ⑶ 应夹紧可靠。
⑷ 应按焊接工艺的要求装有适当的导热、导电、隔热、隔磁和绝缘等装置，以防止各种定位块夹紧机构对焊接过程产生不利的影响。
⑸ 用于大型结构的夹紧夹具，应具有足够的刚度和强度，以保证焊件的装配焊接的精度。
⑹ 夹具上的定位块、定位器夹紧机构，应尽量采用通用化和标准化的元件。
⑺ 应易于制造和组装，同时又能达到所要求的制造精度。
⑻ 气动和液压夹紧夹具，应设置必要的安全保护装置，以防止误操作引起的安全事故。
7.6手动拉紧式夹紧器
7.6.1手动拉紧式夹紧器概述
本次设计的夹具即手动拉紧式夹具。手动拉紧式夹紧器是以人为动力源，通过手柄，靠人工操作作用于装焊作业的机构。它结构简单，但工作效率低，劳动强度大。
手动拉紧式一般任务是在加工时正确的夹持工件，以完成焊接工作。组焊前要先点固焊,通过夹紧器夹筒节的两端来对正筒节的边缘。用固定杆来固定筒节，筒节的一端固定，容易调整，保证横向、纵向无错边，为后面的焊
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接做好充分的准备。
7.6.2手动拉紧式夹紧器的特点
手动拉紧式夹紧器是根据工件的几何形状及加工方式来添置的一种辅助装置。通过的推拉作用，将工件拉拢或定位,结构如图9所示。
它具有动作迅速，操作方便，工人容易接近，容易操作。需要注意的是其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应在工人最易用力的部位。
图9 手动螺旋夹紧器
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参考文献
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