目录1 结构与母材性能分析11.1 工字形柱结构分析11.1.1 结构特点及应用11.1.2 受力情况11.2 母材性能分析11.2.1 Q235-C钢简介11.2.2 化学成分及其影响21.2.3 Q235-C钢的力学性能31.2.4 Q235-C钢的焊接性分析32 生产工艺流程图53 装配焊接工艺流程63.1 下料63.2 装配与焊接63.2.1 翼板与腹板的装配焊接63.2.2 肋板焊缝的焊接工艺83.2.3 肋板纵向角焊缝的焊接工艺84 焊接变形94.1 焊接变形的种类94.2 焊接变形的防治措施105 埋弧自动焊115.1 埋弧自动焊的原理115.2 埋弧自动焊的特点及应用125.2.1 埋弧自动焊的特点125.2.2 埋弧自动焊的应用125.3 埋弧自动焊的焊接工艺135.3.1 埋弧焊的焊接材料及选用135.3.2 埋弧焊的冶金过程的特点145.3.3 埋弧焊焊接工艺155.3.4 埋弧焊的常见缺陷及防止方法166 参考文献181 结构与母材性能分析1.1 工字形柱结构分析1.1.1 结构特点及应用工字形柱是指工字形断面的轧制铁柱、钢柱或铸钢柱；尤其是用于钢铁结构(如钢架建筑物)中的柱。

使用工字形结构不仅可节省材料，还能保证强度和刚性，即利于用最少的材料，承受更大的力。

其结构科学合理，塑性和柔韧性好，结构稳定性高，适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构，抗自然灾害能力强，特别适用于一些多地震发生带的建筑结构。

广泛用于各种建筑结构、桥梁、车辆、支架、机械等。

1.1.2受力情况工字形柱具有较好的承载能力，由于强轴方向的承载力较大，而工字形柱具有强弱明显的强弱轴关系和非常薄弱的抗扭性能，如果设计不当，很容易出现变形或者失稳的问题。

在柱两端受力较复杂，受风载荷、地震载荷、水平以及其他动载荷作用下，两端会产生较大的剪切应力，弯矩大的在柱子中间同时受较大的压力。

1.2 母材性能分析1.2.1 Q235-C钢简介Q235-C钢是一种普通碳素结构钢，这种钢容易冶炼，工艺性好，价格低廉。

而且在力学性能上也能满足一般工程结构及普通机器零件的要求应用十分广泛。

Q235-C表示这种钢的屈服强度为235MPa，质量等级为C级，Q235-C钢含碳量约为0.2%属于低碳钢，S、P和非金属夹杂物较多在相同含碳量及热处理条件下，其塑性、韧性较低，加工成形后一般不进行热处理，大都在热轧状态下直接使用，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。

通常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板，大量应用于建筑及工程结构，用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件（如铆钉、螺钉、螺母、轴套、及某些农机零件等）。

C 级钢还可作某些专业用钢使用。

1.2.2化学成分及其影响Q235-C 钢的化学成分如表1-1所示。

化学元素对Q235-C 钢性能的主要影响如表1-2所示。

表1-2化学元素对Q235-C 钢性能的主要影响1.2.3Q235-C钢的力学性能Q235-C钢的力学性能如表1-3所示。

表1-3 Q235-C 钢的力学性能牌号等级屈服强度R eH(N/mm2),不小于抗拉强度R m/(N/mm2)断后伸长率A/%，不小于冲击试验（V形缺口）厚度（或直径）/mm 厚度（或直径）/mm温度/℃冲击吸收功/J不低于≤16>16~40>40~60>60~100>100~150>150~200≤40>40~60>60~100>100~150>150~200Q235 C 235 225 215 215 195 185 370~500 26 25 24 22 21 0 271.2.4Q235-C钢的焊接性分析Q235-C钢的焊接性分析：按碳当量计算公式计算焊接接头的碳当量因为Q235-C钢的含碳量较低CE=0.4%，合金元素锰和硅含量不高，所以Q235-C钢在焊接过程中基本无淬硬倾向，冷裂敏感性小，焊接性良好，不会因焊接热周期的快速冷却而引起淬硬而使组织脆化。

因此，在板厚小于70mm的焊件焊接时，焊前不需预热，不必严格保持层间温度，除了锅炉、压力容器等重要焊接结构外，焊后不必做消除应力处理。

焊接接头具有足够的力学性能和工艺性能。

2 生产工艺流程图工字形柱的生产工艺流程图如图2-1所示。

3 装配焊接工艺流程3.1 下料根据国家标准，翼板选择规格为12000×1250×22（长×宽×板厚）和3200×1250×22（长×宽×板厚）以及腹板选择规格为12000×1250×14（长×宽×板厚）和3200×1250×14（长×宽×板厚）。

考虑到钢板边缘30mm不能用于生产加工，腹板与翼板的预留加工余量（切割和边缘加工分别留3mm），长度方向上预留焊接收缩量以及肋板收缩量（22.5~90mm），所以第一块翼板的规格为11900×1012×22，第二块翼板规格为3100×1012×22；第一块腹板规格为1190×1250×14，第二块腹板的规格为3100×1012×22。

肋板选择规格为5000×1250×10（长×宽×板厚）的两块板，每块板使用氧可燃气体火焰切割出11块肋板，每块肋板规格为1157×443×10。

为防止肋板焊缝与纵向角焊缝交叉，肋板的四个内角要切掉一部分，半径为20mm。

翼板及腹板对接采用开坡口双面埋弧焊，焊丝为H08A，焊剂为HJ431。

焊接参数如表3-1所示。

钢板厚度/mm破口形式焊丝直径/mm焊接顺序坡口尺寸焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/m·h-1α/（°）b/mm P/mm翼板22 65正反70 3 31050~1150600~62038~4036~381845腹板14 5 正反70 3 3830~850600~62036~3836~3825453.2.1 翼板与腹板的装配焊接一、装配对称的工字断面的柱结构制造的程序应是先装配后焊接，即先装配成工字形状并定位焊后再进行焊接。

不应边装配边焊接，即不能先焊成T 形断面再装另一翼板，最后焊成完整的工字形，这样做变形大、工序多、生产周期长。

装配时先在翼板上划出腹板的位置线，如图3-1a所示。

并焊上定位角铁2。

为便于吊装在腹板背上角铁，如图3-1b所示。

用90°角尺检查腹板与翼板的垂直度，如图3-1c所示。

图3-1 工字形结构的装配a)划线与安装定位角铁 b)装配T形梁 c)装配工字梁1、3－翼板 2－定位角铁 4－腹板 5－吊具 6－直角尺二、定位焊此次装配选择二氧化碳气体保护焊进行定位焊。

定位焊是为了装配和固定焊件上的接缝位置而进行的焊接。

定位焊缝本身易产生气孔和夹渣，也是导致随后二氧化碳气体保护焊时产生气孔和夹渣的主要原因，所以必须认真地焊接定位焊缝。

定位焊缝间距为100~150mm，为增加定位焊缝的强度，应适当增大定位焊缝长度，一般为15~50mm长。

焊丝为H08Mn2SiA，具体焊接工艺参数如表3-2所示。

焊脚尺寸/mm 焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/m·h-1焊丝伸出长度/mm气体流量/L·min-16 1.6 260~280 27~29 20~26 18~20 16~18为保证四条纵向角焊缝的焊接质量，生产中常采用“船形”位置施焊，其倾角为45°。

图3-2即为倾斜焊件的简易装置。

图3-2 倾斜焊件的简易装置工字形柱四条纵向角焊缝采用埋弧自动焊进行焊接，需安装引弧板和熄弧板，焊前要认真清理焊接区。

焊丝为H08A ，焊剂为HJ431。

具体焊接工艺参数如表3-3所示。

表3-3翼板与腹板的焊接参数焊脚尺寸/mm焊丝直径/mm 焊接电流/A 电弧电压/V焊接速度/m ·h -162 450~475 34~3640焊接顺序如图3-3所示。

图3-3 工字形结构的焊接顺序焊后采用气体火焰加热对焊接变形进行矫正，至此工字形结构制造完成。

3.2.2 肋板焊缝的焊接工艺先在腹板上划肋板装配线，使用合适的夹紧器（如永磁式夹紧器）予以定位夹紧。

肋板的焊接选用二氧化碳气体保护焊。

为减少焊接变形，采用图3-4所示的肋板焊接顺序。

肋板如图3-5所示。

焊丝选用H08Mn2SiA ，具体焊接工艺参数如表3-4所示。

焊脚尺寸/mm 焊丝直径/mm 焊接电流/A 焊接电压/V 焊接速度/m ·h -1焊丝伸出长度/mm 气体流量/L ·min -161.6260~280 27~29 20~2618~2016~18由于肋板与腹板的焊接已完成，经焊接变形矫正后即可对其进行肋图3-5 肋板图3-4 肋板焊接顺序板纵向角焊缝（肋板与翼板之间的焊缝）的焊接。

选用二氧化碳气体保护焊进行焊接，焊丝选用H08Mn2SiA，具体焊接参数如表3-5所示。

后进行端面铣平或磨平；如果存在变形，则焊后对其进行矫正后再进行定尺加工。

以上所有工序完成之后，使用超声波对工字形柱整体进行探伤，检验合格后方可出厂。

4 焊接变形4.1 焊接变形的种类焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。

焊后，焊件残留的变形称为焊接残余变形。

焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、挠曲变形、角变形、错边变形、扭曲变形和波浪变形等共七种，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。

变形种类有翼板角变形、整体挠曲、弯曲（旁弯）、扭曲和腹板的波浪变形。

翼板上的角变形，根本原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致的，焊缝接头形式不同，其角变形的特点也是不同。

但是焊接工字形柱的时候常是以Ｔ形接头的形式出现，Ｔ形接头角变形可以看成是由立板相对于水平板的回转与水平板本身的角变形两部分组成。

在焊接翼板的时候一面温度较高，另一面较低，在焊接的那面受热膨胀较大，另一面较小，这样翼板冷却的时候厚度方向上的收缩不均匀，焊接收缩面较大，另一面较小，产生了角变形。

角变形的大小与焊接规X以及焊件的刚性有关，焊接规X中数值越大，它的输出能量就越大，造成厚度方面的收缩就不均匀，角变形也就会很大，焊件的刚性越小，焊后引起的变形就越大，所以在焊接工字形结构的时候就要合理加强板的刚性,但是在批量生产的时候，基本采用刚性固定的方法,以加强焊接板的刚度。