【正文】 主梁的強(qiáng)度驗(yàn)算主梁中間截面的最大彎矩應(yīng)力為：式中 主梁中間截面對水平重心軸線xx的抗彎截面模數(shù)，其近似值為：；主梁中間截面對垂直重心軸線yy的抗彎截面模數(shù)，其近似值為：。因此可得：由表219查得Q235鋼的許用應(yīng)力為故主梁支承截面的最大剪應(yīng)力為：式中 主梁支承截面所受的最大剪力。主梁支承截面對水平重心軸線xx的慣性矩，其近似值為：S主梁支承截面半面積對水平重心軸線xx的靜距：由此可得：由表224查得Q235的許剪應(yīng)力為[τ]=,故。 主梁的垂直剛度驗(yàn)算主梁在滿載小車輪壓作用下，在跨中所產(chǎn)生的最大垂直撓度為： 式中 。 。 因此可得：允許的撓度公式為：因此,。 主梁的水平剛度驗(yàn)算主梁在大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)慣性載荷作用下，產(chǎn)生的水平最大撓度為：式中 作用在主梁上的集中慣性載荷作用在主梁上的均布慣性載荷由此可得：水平撓度的許用值為：因此。第六章 焊接方法的介紹 CO2氣體保護(hù)焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊（簡稱CO2焊）的保護(hù)氣體是二氧化碳（有時(shí)采用CO2＋Ar的混合氣體）。由于二氧化碳?xì)怏w的熱物理性能的特殊影響，使用常規(guī)焊接電源時(shí)，焊絲端頭熔化金屬不可能形成平衡的軸向自由過渡，通常需要采用短路和熔滴縮頸爆斷、因此，與MIG焊自由過渡相比，飛濺較多。但如采用優(yōu)質(zhì)焊機(jī)，參數(shù)選擇合適，可以得到很穩(wěn)定的焊接過程，使飛濺降低到最小的程度。由于所用保護(hù)氣體價(jià)格低廉，采用短路過渡時(shí)焊縫成形良好，加上使用含脫氧劑的焊絲即可獲得無內(nèi)部缺陷的高質(zhì)量焊接接頭。因此這種焊接方法目前已成為黑色金屬材料最重要焊接方法之一。在焊接中，對于一定直徑的焊絲，為了維護(hù)穩(wěn)定的焊接過程，通常采用短路過渡和細(xì)顆粒過渡兩種形式。目前在我國的CO2焊接方法中，應(yīng)用最為廣泛的是短路過渡形式。 短路過渡形式的焊接特點(diǎn) 短路過渡形式的CO2焊，常常是在細(xì)焊絲，低電壓，小電流的條件下實(shí)現(xiàn)的?！L,隨著焊絲直徑增大，飛濺顆粒和飛濺數(shù)量都相應(yīng)增大。㎜，㎜的焊絲，如再采用短路形式焊接，飛濺會(huì)相當(dāng)嚴(yán)重，所以很少應(yīng)用短路過渡時(shí)采用低的電弧電壓，小的焊接電流，可以使電弧的加熱范圍小，熔池體積小，再加上短路過渡時(shí)電弧時(shí)而燃燒，時(shí)而熄滅，交替加熱的特點(diǎn)，所以特別適合焊接薄板和全位置焊縫的焊接。焊接薄板時(shí)，變形小，生產(chǎn)效率高，而且操作上容易掌握，對技工技術(shù)水平要求不高。此外還由于焊接線能量小，焊接過程中光輻射、熱輻射以及煙塵等都比較小，因而容易在生產(chǎn)上得到應(yīng)用和推廣。1）電弧電壓及焊接電流 電弧電壓是焊接參數(shù)中關(guān)鍵的一個(gè)。它的大小決定了電弧的長短和熔滴過渡的形式，它對焊縫成型、飛濺、焊接缺陷及焊縫的力學(xué)性能也有很大的影響。實(shí)現(xiàn)短路過渡的條件之一是要保持較短的電弧長度。所以就焊接工藝參數(shù)而言，短路過渡的一個(gè)重要特征就是低電壓。在一定的焊絲直徑及焊接電流下，電弧電壓若過低，電弧引燃困難焊接過程不穩(wěn)定。電弧電壓過高，則由短路過渡轉(zhuǎn)變?yōu)榇箢w粒的長弧過渡，焊接過程也不穩(wěn)定。只有電弧電壓與焊接電流匹配的合適時(shí)，才能獲得穩(wěn)定的焊接過程。并且飛濺小，焊縫成型好。2)焊接回路電感 進(jìn)行短路過渡焊接時(shí)，焊接回路中一般要串接附加電感。其作用主要有兩方面：調(diào)節(jié)短路電流增長速度 短路電流過大或過小時(shí)，對飛濺和焊接過程的穩(wěn)定性都是不利的。調(diào)節(jié)電弧燃燒時(shí)間，控制母材熔深 在短路期間短路電流的能量大部分傳輸?shù)胶附z中去。只有電弧燃燒期間，電弧的大部分熱量才輸入工件，并形成一定的熔深。一般說來，短路頻率高的電弧，其燃燒時(shí)間很短，因此熔深小。適當(dāng)增大電感，可以調(diào)節(jié)電弧的燃燒時(shí)間，從而控制母材的熔深。3) 焊接速度 焊接速度對焊縫成型，接頭的力學(xué)性能以及氣孔等缺陷的產(chǎn)生都有影響。隨著焊接速度的增大，焊縫熔寬降低，熔深和余高也有一定減少。4)焊絲伸出長度 由于短路過渡時(shí)采用的焊絲都比較細(xì)，因此焊絲伸出長度上產(chǎn)生的電阻便成為焊接參數(shù)中不可以忽略的因素。其它工藝參數(shù)不變時(shí)，隨著焊絲伸出長度的增加，焊接電流下降，熔深亦減小。直徑越細(xì)，電阻率越大。5)氣體流量 細(xì)絲小線能量焊接時(shí)氣體流量的范圍通常為5～15L/min，中等規(guī)范焊接時(shí)約為20L/min；粗絲線能量自動(dòng)焊時(shí)則為25～50L/min。在焊接電流較大，焊接速度較快或戶外作業(yè)等情況下，氣體流量要適當(dāng)加大，以使保護(hù)氣體有足夠的挺度，提高其抗干擾的能力。6)電源極性 CO2一般都采用直流反極性。因?yàn)榉礃O性時(shí)飛濺小，電弧穩(wěn)定，成型較好，而且焊縫金屬含氫量低，焊縫熔深大。焊接生產(chǎn)飛濺大是CO2電弧焊的主要缺點(diǎn)，當(dāng)前減少金屬飛濺的措施主要有以下幾個(gè)方面：① 正確選擇工藝參數(shù) 調(diào)整電流與電壓的關(guān)系，選擇焊接電流時(shí)應(yīng)盡可能避開飛濺較高的大電流區(qū)域，電流確定后再匹配適當(dāng)?shù)碾妷?，以保證飛濺量最小。焊槍前傾后傾最好不要超過20186。另外焊絲伸出長度應(yīng)盡可能縮短。② 顆粒過渡焊接時(shí)在CO2中加入Ar氣CO2氣體在電弧溫度區(qū)間熱導(dǎo)率較高，加上分解吸熱，消耗電弧大量熱能，從而引起弧柱及電弧斑點(diǎn)的強(qiáng)烈收縮，易形成大滴狀飛濺，是飛濺的主要原因。雖然通過合理選擇工藝參數(shù)以及采用潛弧方法等可以降低飛濺率，但飛濺量仍然很大。在CO2氣體中加入一定數(shù)量的AR氣，是減少飛濺的有效方法。③ 短路過渡時(shí)限制金屬液橋爆斷能量 在短路過渡的最后階段，由于短路電流的急劇增大，使金屬液橋迅速加熱，造成熱量的聚集，導(dǎo)致液橋爆斷而產(chǎn)生飛濺。減少飛濺的方法有以下幾種：ⅰ 在焊接回路中串接電抗器、電阻或增大電源變壓器的阻抗ⅱ 采用電流波形控制法，通過控制輸出電流波形，使金屬液橋在低的電流上升速度和低的短路峰值電流下爆斷，以減少飛濺。ⅲ 電流切換法 一旦金屬液橋達(dá)到臨界尺寸后便進(jìn)行電流切換，將電流從高值換到低值，使液橋縮頸在小電流下爆斷。ⅳ 采用低飛濺焊絲 對于實(shí)心焊絲在滿足力學(xué)性能的前提下應(yīng)盡量降低焊絲中的含碳量，采用表面經(jīng)過CS2CO3，K2CO3等物質(zhì)活化處理過的焊絲。 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的優(yōu)點(diǎn)1．焊接成本低。其成本只有埋弧焊和手工電弧焊的40~50%。 2．生產(chǎn)效率高。其生產(chǎn)率是手工電弧焊的1~4倍。 3．操作簡便。明弧，對工件厚度不限，可進(jìn)行全位置焊接而且可以向下焊接。 4．焊縫抗裂性能高。焊縫低氫且含氮量也較少。 5．焊后變形較小。角變形為千分之五，不平度只有千分之三。 6．焊接飛濺小。當(dāng)采用超低碳合金焊絲或藥芯焊絲，或在CO2中加入Ar，都可以降低焊接飛濺。 埋弧焊（含埋弧堆焊及電渣堆焊等）是一種電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。其固有的焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接生產(chǎn)率高、無弧光及煙塵很少等優(yōu)點(diǎn)，使其成為壓力容器、管段制造、箱型梁柱等重要鋼結(jié)構(gòu)制作中的主要焊接方法。近年來，雖然先后出現(xiàn)了許多種高效、優(yōu)質(zhì)的新焊接方法，但埋弧焊的應(yīng)用領(lǐng)域依然未受任何影響。從各種熔焊方法的熔敷金屬重量所占份額的角度來看，埋弧焊約占10%左右，且多年來一直變化不大。埋弧焊的焊接參數(shù)主要有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑和伸出長度等。1） 焊接電流 一般焊接條件下，焊縫熔深與焊接電流成正比。 隨著焊接電流的增加，熔深和焊縫余高都有顯著增加，而焊縫的寬度變化不大。同時(shí)，焊絲的熔化量也相應(yīng)增加，這就使焊縫的余高增加。隨著焊接電流的減小，熔深和余高都減小。2） 電弧電壓電弧電壓的增加，焊接寬度明顯增加，而熔深和焊縫余高則有所下降。但是電弧電壓太大時(shí)，不僅使熔深變小，產(chǎn)生未焊透，而且會(huì)導(dǎo)致焊縫成形差、脫渣困難，甚至產(chǎn)生咬邊等缺陷。所以在增加電弧電壓的同時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)增加焊接電流。3）焊接速度當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊接速度增加時(shí)，焊接熱輸入量相應(yīng)減小，從而使焊縫的熔深也減小。焊接速度太大會(huì)造成未焊透等缺陷。為保證焊接質(zhì)量必須保證一定的焊接熱輸入量，即為了提高生產(chǎn)率而提高焊接速度的同時(shí)，應(yīng)相應(yīng)提高焊接電流和電弧電壓。4） 焊絲直徑與伸出長度當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊絲直徑增加時(shí)，弧柱直徑隨之增加，即電流密度減小，會(huì)造成焊縫寬度增加，熔深減小。反之，則熔深增加及焊縫寬度減小。 當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊絲長度增加時(shí)，電阻也隨之增大，伸出部分焊絲所受到的預(yù)熱作用增加，焊絲熔化速度加快，結(jié)果使熔深變淺，焊縫余高增加，因此須控制焊絲伸出長度，不宜過長。5） 焊絲傾角焊絲的傾斜方向分為前傾和后傾。傾角的方向和大小不同，電弧對熔池的力和熱作用也不同，從而影響焊縫成形。當(dāng)焊絲后傾一定角度時(shí)，由于電弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了預(yù)熱作用，電弧對熔池的液態(tài)金屬排出作用減弱，而導(dǎo)致焊縫寬而熔深變淺。反之，焊縫寬度較小而熔深較大，但易使焊縫邊緣產(chǎn)生未熔合和咬邊，并且使焊縫成形變差。6） 其他a. 坡口形狀 。 埋弧焊工藝焊前準(zhǔn)備：埋弧焊在焊接前必須做好準(zhǔn)備工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的裝配以及焊絲表面的清理、焊劑的烘干等。1） 坡口加工坡口加工要求按GB 986—1988執(zhí)行，以保證焊縫根部不出現(xiàn)未焊透或夾渣，并減少填充金屬量。坡口的加工可使用刨邊機(jī)、機(jī)械化或半機(jī)械化氣割機(jī)、碳弧氣刨等。2） 待焊部位的清理焊件清理主要是去除銹蝕、油污及水分，防止氣孔的產(chǎn)生。一般用噴砂、噴丸方法或手工清除，必要時(shí)用火焰烘烤待焊部位。在焊前應(yīng)將坡口及坡口兩側(cè)各20mm區(qū)域內(nèi)及待焊部位的表面鐵銹、氧化皮、油污等清理干凈。3） 焊件的裝配裝配焊件時(shí)要保證間隙均勻，高低平整，錯(cuò)邊量小，定位焊縫長度一般大于30mm，并且定位焊縫質(zhì)量與主焊縫質(zhì)量要求一致。必要時(shí)采用專用工裝、卡具。 對直縫焊件的裝配，在焊縫兩端要加裝引弧板和引出板，待焊后再割掉，其目的是使焊接接頭的始端和末端獲得正常尺寸的焊縫截面，而且還可除去引弧和收尾容易出現(xiàn)的缺陷。4） 焊接材料的清理埋弧焊用的焊絲和焊劑對焊縫金屬的成分、組織和性能影響極大。因此焊接前必須清除焊絲表面的氧化皮、鐵銹及油污等。焊劑保存時(shí)要注意防潮，使用前必須按規(guī)定的溫度烘干待用。 埋弧焊主要缺陷及防止埋弧焊時(shí)可能產(chǎn)生的主要缺陷，除了由于所用焊接工藝參數(shù)不當(dāng)造成的熔透不足、燒穿、成形不良以外，還有氣孔、裂紋、夾渣等。本節(jié)主要敘述氣孔、裂紋、夾渣這幾種缺陷的產(chǎn)生原因及其防止措施。1） 氣孔埋弧焊焊縫產(chǎn)生氣孔的主要原因及防止措施如下：a. 焊劑吸潮或不干凈焊劑中的水分、污物和氧化鐵屑等都會(huì)使焊縫產(chǎn)生氣孔，在回收使用的焊劑中這個(gè)問題更為突出。水分可通過烘干消除，烘干溫度與肘間由焊劑生產(chǎn)廠家規(guī)定。防止焊劑吸收水分的最好方法是正確肋儲(chǔ)存和保管采用真空式焊劑回、收器可以較有效地分離焊劑與塵土，從而減少回收焊劑在使用中產(chǎn)生氣孔的可能性。b. 焊接時(shí)焊劑覆蓋不充分由于電弧外露并卷入空氣而造成氣孔。焊接環(huán)縫時(shí)，特別是小直徑的環(huán)縫，容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象，應(yīng)采取適當(dāng)措施，防止焊劑散落。熔渣粘度過大 焊接時(shí)溶入高溫液態(tài)金屬中的氣體在冷卻過程中將以氣泡形式溢出。如果熔渣粘度過大，氣泡無法通過熔渣，被阻擋在焊縫金屬表面附近而造成氣孔。通過調(diào)整焊劑的化學(xué)成分，改變?nèi)墼恼扯燃纯山鉀Q。c. 電弧磁偏吹焊接時(shí)經(jīng)常發(fā)生電弧磁偏吹現(xiàn)象，特別是在用直流電焊接時(shí)更為嚴(yán)重。電弧磁偏吹會(huì)在焊縫中造成氣孔。磁偏吹的方向、受很多因素的影響，例如工件上焊接電纜的聯(lián)接位置：電纜接線處接觸不良、部分焊接電纜環(huán)繞接頭造成的二次磁場等。在同一條焊縫的不同部位，磁偏吹的方向也不相同。在接近端部的一段焊縫上，磁偏吹更經(jīng)常發(fā)生，因此這段焊縫氣孔也較多。為了減少磁偏吹的影響，應(yīng)盡可能采用交流電源；工件上焊接電纜的聯(lián)接位置盡可能遠(yuǎn)離焊縫終端；避免部分焊接電纜在工件上產(chǎn)生二次磁場等。工件焊接部位被污染 焊接坡口及其附近的鐵銹、油污或其他污物在焊接時(shí)將產(chǎn)生大量氣體，促使氣孔生成，焊接之前應(yīng)予清除。2） 裂紋通常情況下，埋弧焊接頭有可能產(chǎn)生兩種類型裂紋，即結(jié)晶裂紋和氫致裂紋。前者只限于焊縫金屬，后者則可能發(fā)生在焊縫金屬或熱影響區(qū)。結(jié)晶裂紋 鋼材焊接時(shí)，焊縫中的S 、P等雜質(zhì)在結(jié)晶過程中形成低熔點(diǎn)共晶。隨著結(jié)晶過程的進(jìn)行，它們逐漸被排擠在晶界，形成了“液態(tài)薄膜”。焊縫凝固過程中，由于收縮作用，焊縫金屬受拉應(yīng)力，“液態(tài)薄膜”，不能承受拉應(yīng)力而形成裂紋?？梢姰a(chǎn)生“液態(tài)薄膜”和焊縫的拉應(yīng)力是形成結(jié)晶裂紋的兩方面原因。鋼材的化學(xué)成分對結(jié)晶裂紋的形成有重要影響。硫?qū)π纬山Y(jié)晶裂紋影響最大，但其影響程度又與鋼中其他元素含量有關(guān)，如Mn與S 結(jié)合成MnS而除硫，從而對S的有害作用起抑制作用。Mn還能改善硫化物的性能、形態(tài)及其分布等。因此，為了防止產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，對焊縫金屬中的Mn／S值有一定要求。Mn／S值多大才有利于防止結(jié)晶裂紋，還與含碳量有關(guān)。圖 1 表示C 、Mn 、S含量與焊縫裂紋傾向的關(guān)系?？梢姾珻量愈高，要求Mn／S值也愈高。Si和Ni的存在也會(huì)增加S的有害作用。埋弧自動(dòng)焊的主要優(yōu)點(diǎn)是：1）生產(chǎn)率高 埋弧焊的焊絲伸出長度（從導(dǎo)電嘴末端到電弧端部的焊絲長度）遠(yuǎn)較手工電弧焊的焊條短，一般在50mm左右，而且是光焊絲，不會(huì)因提高電流而造成焊條藥皮發(fā)紅問題，即可使用較大的電流（比手工焊大5－10倍），因此，熔深大，生產(chǎn)率較高。對于20mm以下的對接焊可以不開坡口，不留間隙，這就減少了填充金屬的數(shù)量。2）焊縫質(zhì)量高 對焊接熔池保護(hù)較完善，焊縫金屬中雜質(zhì)較少，只要焊接工藝選擇恰當(dāng)，較易獲得穩(wěn)定高質(zhì)量的焊縫。3）勞動(dòng)條件好 除了減輕手工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度外，電弧弧光埋在焊劑層下，沒有弧光輻射，勞動(dòng)條件較好。 埋弧自動(dòng)焊至今仍然是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種焊接方法。適于批量較大，較厚較長的直線及較大直徑的環(huán)形焊縫的焊接。廣泛應(yīng)用于化工容器、鍋爐、造船、橋梁等金屬結(jié)構(gòu)的制造。這種方法也有不足之處，如不及手工焊靈活，一般只適合于水平位置或傾斜度不大的焊縫；工件邊緣準(zhǔn)備和裝配質(zhì)量要求較高、費(fèi)工時(shí)；由于是埋弧操作，看不到熔池