伸臂式焊接变位机设计--工作台回转机构设计 毕业设计.doc

摘要摘要 焊接变位机运动系统的设计是焊接变位机方案设计的核心内容，而焊接变位机运 动自由度的确定是其前提条件。焊接变位机的关键是对变位机进行最佳位置焊接所需 要的运动自由度的设计，如平动或转动的设计。伸臂式焊接变位机是将工件回转，翻 转，以便使工件上的焊缝置于水平和船形位置的机械装置。伸臂式焊接变位机是应用 最广泛的一种焊接变位机，载重量一般不超过 1 吨。其主体部分是翻转机构、回转机 构、底座。 此次论文论述了焊接变位机械的组成，工作原理，重点讲述了其中的回转机构的设计， 回转机构通过带传动，二级蜗杆蜗轮减速器的传动，从而使工作台得到预期的回转速 度。回转机构中测速发电机的使用，将其工作台的瞬间速度反馈到电动机，从而调整 电动机的转速，进而使工作台的回转速度稳定在某个范围内，保证了焊缝质量。 关键词关键词：焊接变位机械；测速发电机；回转机构；减速器 i abstract the design of the moving system of the welding positioner is the core content of the scheme design ,but the system depends on the moving freedoms certainty.the key part of the design of the welding positioner is the design of the moving freedom, according to the best welding position. the main parts of the welding positioner include overturning machinery, circumgyrating machinery,and the base.the arm- extending welding posioner is used most widely ,the load is less than one ton.the arm-extending welding positioner is the machine which makes the workpiece circumgyrate and overturn to make the welding line on the workpiece park the level direction and cymbate position. the welding positioners makeup and operating principle make up of the paper ,which disserates the design of the turning gear of the machine .the belt driving and two stage worm worm wheel retarder make the turning gear realize the mans anticipating speed.the use of the techogenerator which will feed back the instant speed to the generator and then the controller will adjust the speed makes sure of the high welding line quality. key words: welding positioner; techogenerator; turning gear; retarder ii 目录目录 摘要摘要.i abstract.ii 目录目录 前言前言 1 第第 1 章章 绪论绪论 2 1.1 伸臂式焊接变位机械概述 .2 1.2 课题研究的意义及现状.5 1.3 论文主要研究内容.5 第第 2 章章 回转机构中非标准件的设计计算及校核回转机构中非标准件的设计计算及校核 7 2.1 回转主轴的设计计算和校核.7 2.2 减速器的设计计算.9 2.3 带传动的设计计算.26 第第 3 章章 回转机构中标准件的选择及校核回转机构中标准件的选择及校核 29 3.1 轴承的选择及校核.29 3.2 键的选择及校核.34 3.3 电动机螺纹紧固件密封圈的选择及校核.36 第第 4 章章 焊接变位机械其它机构的简单设计概述焊接变位机械其它机构的简单设计概述 37 4.1 伸臂梁的设计计算.37 4.2 倾斜机构中减速器的设计计算.37 4.3 底座和箱体的设计.37 结论结论 39 参考文献参考文献 40 致谢致谢 41 附件附件 1 .42 iii 附件附件 2 .53 0 前言前言 随着现代工业的发展和焊接技术的不断进步，焊接作为一种金属连接的工艺方法。 在金属结构生产中已基本取代了铆接连接工艺。许多传统的铸锻制品也有焊接制品或 铸-焊，锻-焊制品所代替。 焊接结构广泛用于是由于化工工业重型与矿山机械，起重与运输设备，汽车与船 舶制造，航空航天技术，建筑结构与国防工业等领域中。许多产品，例如大型的超高 压容器，除采用焊接工艺外，难以设想有更好的方法。在先进的工业国中，焊接产品 的用钢量已达到总用钢量的 43%以上，为了制造如此庞大的焊接结构产品，需建立大 量专门制造焊接结构的工厂，而其中焊接变位机则是满足其焊接工艺的重要基础。 本次论文主要介绍 0.5t 伸臂式旋转焊接变位机的总体设计及其装配，其中包括回 转机构，倾斜机构，箱体，底座的设计及其计算，重点介绍其中的回转机构的设计， 回转机构主要包括工作台，回转主轴，二级蜗轮蜗杆减速器，带传动部分，电动机等。 经过设计计算及其校核各个主轴，所选零件的强度和寿命达到要求的标准。 编者 2009 年 6 月 1 第第 1 章章绪论绪论 1.1 伸臂式焊接变位机械概述伸臂式焊接变位机械概述 随着现代工业的发展和焊接技术的不断进步，焊接作为一种金属连接的工艺 方法。在金属结构生产中已基本取代了铆接连接工艺。许多传统的铸锻制品也有 焊接制品或铸-焊，锻-焊制品所代替。 焊接结构广泛用于是由于化工工业重型与矿山机械，起重与运输设备，汽车 与船舶制造，航空航天技术，建筑结构与国防工业等领域中。许多产品，例如大 型的超高压容器，除采用焊接工艺外，难以设想有更好的方法。在先进的工业国 中，焊接产品的用钢量已达到总用钢量的 43%以上，为了制造如此庞大的焊接结 构产品，需建立大量专门制造焊接结构的工厂，而其中焊接变位机则是满足其焊 接工艺的重要基础。近几年来对焊接产品的质量要求也越来越高，传统的手工定 位已不能够满足其精度要求，焊接变位机械便应运产生使用，近几年并随着控制 理论的成熟发展，将其运用到其机械当中，发挥了越来越大的作用。伸臂式焊接 变位机械主要用于手工焊和筒形工件的自动焊，为了防止侧向倾覆以及不使整机 机构尺寸过大，其载重量一般设计在 1000 千克，最大不超过 3000 千克。 1.1.1焊接变位机械的组成分类及使用特点焊接变位机械的组成分类及使用特点 焊接变位机械是焊接工艺设备的一部分，焊接工艺设备的分类见图 2-1。概 括地说焊接变位机械由回转机构，倾斜机构及其底座三大部分组成：回转机构由 工作台，回转主轴，二级蜗轮蜗杆减速器，带轮，电动机，箱体等组成；倾斜机 构由伸臂梁，二级蜗轮蜗杆减速器，带轮，电动机，箱体等组成。 通常焊接变位机械可分为变位机、翻转机、滚轮架、升降机等四大类： 一、变位机 变位机是通过工作台的旋转和翻转运动，使工件所有焊缝处于最理想的位置 进行焊接，使焊缝质量的提高有了可靠的保证，它是焊接各种轴类、盘类、筒体 等回转体零件 的理想设备，同时也可用来焊接机架、机座、机壳等非长形工件。 选用变位机时应注意以下几点: 2 (1) 应根据工件的质量、固定在工作台上的工件重心至台面的重心高度、重心 偏心距来选用适当吨位的变位机。 (2) 要在变位机上焊接圆形焊缝时，应根据工件直径与焊接速度计算出工作台的 回转速度；如变位机仅用于工件的变位，工作台的回转速度及倾翻速度应根据工 件的几何尺寸及重量选择，对大型、重型工件速度应慢些。工作台的倾翻速度一 般是不能调节的，如在倾翻时要进行焊接工作，应对变位机提出特殊要求。 (3) 工作台应有联接焊接地线的位置，且不受工作台回转的影响。不允许将焊接 地线接在变位机机架上，从而使焊接电流通过轴承的转动零件。 (4) 批量生产定型工件时，可选用具有程序控制性能的变位机。 (5) 变位机只能使工件回转、翻动，要使焊接过程自动化、机械化，还应考虑用 相应的焊接操作机械。 二、翻转机 它是将工件绕水平轴翻转，使之处于有利施焊位置的机械，适用于梁、柱、 框架、椭圆容器等长形工件的装配焊接。焊接翻转机种类繁多，常见的有头架式、 头尾架式、框架式、转环式、链条式及油压千斤顶式。 (1) 头尾架式翻转机 这种翻转机由主动的头架及从动的尾架组成，它们之间的 距离可根据所支撑的工件长度调节。当工作较重时应考虑将头尾架固定在基础上， 防止倾倒。头尾架式翻转机的缺点是工件由两端支承，翻转时头架端要施加扭转 力，因而不适用于刚性小，易挠曲的工件；另外，当设备安装不当，头尾架的两 根枢轴不在同一轴线上时，工件会受到过大的扭转力矩使翻转困难，甚至造成工 件扭坏或枢轴因发生超负荷而扭断。对于短工件可以不考虑两端支撑，可仅将工 件固定在头架上进行反转，而不用尾架。 (2) 框架式翻转机 用一根横梁连接在头尾架的枢轴上或工作台上，可构成框架 式翻转机。工作时工件固定在横梁上有横梁带动工件一起翻转。为减小驱动力矩， 应使横梁工件合成的纵向重心线尽可能与枢轴的轴线相重合。 (3) 转环式翻转机 这类翻转机使用于长度和重量均较大，截面又多变化的工件 翻转。 (4) 液压千斤顶式翻转机 液压千斤顶式翻转机结构简单，载重量大，通常用于 将工件作的翻转。 9045 3 三、滚轮架 图 2-1 焊接生产工艺装备的分类 它是借助焊件与主动滚轮间的摩擦力带动圆筒形焊件旋转的机械装置。主 要用于回转体工件的装配与焊接，其载重可从几十千克到千吨以上。按其结构 形式可分为三大类： 1、自调式滚轮架 2、长轴式焊接滚轮架。 3、组合式焊接滚轮架。 四、升降机 它是用来将工人及装备升降到所需的高度的装置，主要用于高大焊件的手 工焊和半自动焊及装配作业。其主要结构形式有： 1、管结构肘臂式。 焊接生产工艺装备 装配用工艺装备 焊接用工艺装备 装配焊接组 合工艺装备 装配焊接组 合辅助装备 检查用工艺装备 定位器及定位装置 推拉装置 压夹器及装配装置 装配台架 焊件操作机械 焊接机械 焊工操作机械 焊接辅助装置 焊接变位机 焊接滚轮架 焊接翻转机 横臂式焊接机 单轨式焊接机 悬架式焊接机 门架式焊接机 爬行式焊接机 电渣焊焊接机 焊接机器人 焊丝处理装置 焊剂回收装置 焊剂垫 4 2、管筒肘臂式。 3、板结构肘臂式。 4、立柱式。 1.1.2 伸臂式伸臂式焊接变位机械的工作原理焊接变位机械的工作原理 焊接变位机械主要为焊接工艺提供合适的工作焊点，其具体的实现过程是：回转机 构由电动机拖动，电动机输出一定的转速，经过带轮一次减速后，然后经过二级蜗轮蜗 杆减速器两次减速，最后由回转主轴，经过工作台输出焊件所需要的焊接速度，以期达 到所需要的焊缝要求； 倾斜机构主要实现工件在空间上的倾斜，本次论文所要研究的是倾斜机构空间四 十五度范围内的倾斜，其具体的实现过程：整个倾斜机构由电动机拖动，电动机输出 一定的转速，经过带轮一次减速后，然后经过二级蜗轮蜗杆减速器两次减速，最后其 输出轴与锥角四十五度的伸臂梁相连接，伸臂梁与回转机构相连从而实现工作台在空 间上的四十五度倾斜。底座在整个机械工作过程中起到抗振，平衡的作用。 1.2 课题研究意义及现状课题研究意义及现状 当前焊接变位机械的研究在国内已经比较成熟，有普通的焊接变位机械，如伸臂 式焊接变位机械,座式焊接变位机械等等。伸臂式焊接变位机械与座式焊接变位机械的 区别是：伸臂旋转时在空间的轨迹为一锥面。因此在改变工件倾斜位置的同时，将伴 随有工件的升高和下降。其中，有些焊接变位机械将液压系统应用到回转机构和倾斜 机构中，实现了比较好的工作效果。本次论文处于对大学四年所学的知识进行的一次 综合性的梳理及应用，对学生的综合能力进行的一次较为实质性的锻炼。 1.3 论文主要研究内容论文主要研究内容 本次论文从整体上对焊接变位机械进行设计，它包括焊接机械当中的倾斜机构， 回转机构，以及底座的总体设计，同时对机械当中的回转机构进行了详细的设计描述： 从工作台的设计到回转主轴，二级蜗轮蜗杆减速器，带轮及其传动带的设计计算，电 动机的选择，箱体的设计等。该次论文中回转机构采用了测速发电机（测速发电机 是 5 输出电动势与转速成比例的微特电机。测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输 出电动势 e 和转速 n 成线性关系，即 e=kn,k 是常数。改变旋转方向时输出电动势 的极性即相应改变。在被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电动势， 就能获得被测机构的转速，故又称速度传感器 ）和导电装置，其目的是利用控制理 论即将工作台的即时速度反馈给电动机，从而实现工作台的精确回转，保证焊接质量， 获得优良的焊缝成型，导电装置可防止焊接电流通过轴承，齿轮等传动零件时起弧， 产生 “咬伤”零件的现象 6 第第 2 章章 回转机构中非标准件的设计计算和校核回转机构中非标准件的设计计算和校核 2.1.回转主轴的设计计算及校核回转主轴的设计计算及校核 工作台及其工件总质量，回转主轴的危险断面位于轴承处，所受的弯曲 kg m700 力矩为： 图 2-1 回转主轴受力分析示意图 （2-1）sincossin2cossin 2222 hg ehmw 其中：综和质量，g 偏心距，这里取emme160 台面高度，这里取。hmmh370 这里 ，的取值参见下表 2-1。eh 回转轴倾斜角。 7 回转轴转角。 表 2-1 焊接变位机械的型号及参数 型号 最大负荷 q(kg) 偏心距 e (mm) 重心距 b(mm) 台面高度 h (mm) 回转速度 n1(r/min) 焊接额定 电流 a（ma） 倾斜角度 () hb2525 40 63 -0.5016.00315 135 hb2525 50 80 -0.258.00500 135 hb100100 63 100 -0.103.15500 135 hb250250 160 400 1000 0.051.60630 135 hb500500 160 400 1000 0.051.601000 135 hb10001000 250 400 1250 0.051.601000 135 hb20002000 250 400 1250 0.031.001250 135 hb31503150 250 400 1600 0.031.001250 135 hb40004000 250 400 1600 0.031.001250 135 hb50005000 250 400 1600 0.0250.801250 135 hb80008000 200 400 1600 0.0250.801600 135 hb1000010000 200 400 2000 0.0250.801600 135 hb1600016000 200 500 2000 0.0160.501600 120 hb2000020000 200 630 2500 0.0160.502000 120 hb3150031500 200 800 2500 0.0160.502000 120 hb4000040000 160 800 3150 0.0100.3152000 105 hb5000050000 160 1000 3150 0.0100.3152000 105 hb8000080000 160 1000 3150 0.0100.3152000 105 其轴承处的扭矩： ， （2-2）cossineg mn 按第三强度理论折算的当量弯矩为： （2-3） 22 mmm nwxd 2 22 sincossincoseheg 该式在满足条件时才出现最大值。sin h e ctg 其值为: , （2- ehm g xd 22 max 4） 对于指定的变位机：，该数据由文献10表 7-11 查得。33 . 0 h e 从而得出 74.71 1 min h e ctg 8 74.1612 min 1 max h e ctg 因此回转主轴的强度可选在的范围内任意位置进行计算。 minmax 其值： （2- 3 22 min 10 ehg d 5） 式中：基本许用应力，且， nk 1 其中：比例因子，5 . 0 应力集中系数，6 . 1k 安全系数，7 . 1n 对称疲劳极限根据材料确定，取回转主轴材料为 45 钢，正火处理。所对应 1 的 mpa 255 1 mpa 88.46 7 . 16 . 1 2555 . 0 代入上式可得：mm d 8 . 93 88.46 2 . 053 . 0 70010 3 22 min 在这里取。mmd94 2.2.减速器的设计计算减速器的设计计算 蜗杆模数和蜗轮模数相等， m1m2 5 21 mm 取 9 则蜗杆分度圆直径： q md 11 （245） 58 1 dmm40 hdd aa111 （246） 1640 1 damm56 蜗轮的分度圆直径： zmd 222 （247） 。295 2 dmm145 2. 校核蜗轮的齿面接触疲劳强度校核蜗轮的齿面接触疲劳强度 首先蜗轮蜗杆材料选用： 蜗轮选用铸造锡青铜：zcusn10p1，蜗杆选用: 20cr. 蜗轮蜗杆中心矩: qma z 2 2 （248） 829521amm 5 . 92 圆整其中心距：mm aw 100 根据公式： hehatkzz 3 2/ （249） 材料 ze o 型密封圈可以适用于往复运动，以及转动等情况下，在耐压性，耐高速性， 耐热性，耐寒性，耐久性等性能上都比较好，可广泛用于静密封，此时耐久性较 好根据轴承及轴的工作情况，选择 o 型密封圈。 10 第第 4 章章 焊接变位机械其它机构的简单设计概述焊接变位机械其它机构的简单设计概述 4.1 伸臂梁的设计计算伸臂梁的设计计算 整个回转机构的重量：载重：，机身重： km g 500 1kmg 500 2 则：。 km g 1000 总 由工作情况可知，臂梁所承受的最大弯矩发生在当回转机构处于水平位置时： 整个臂梁可视作悬臂梁，其力学模型简化如下： 11 则计算其相关力有：lgn mff yx max ,10000, 0 , , （4-1） 32 3 d w g m g 总 （4-2） 6 3 max 10100 32 d m lgm w 当时， 3 5 3 1014 . 3 108 . 932 l dmml850 ，这里取。mmd93mmd108 4.2 倾斜机构中减速器的设计计算（略）倾斜机构中减速器的设计计算（略） 该部分的计算不属于本次论文的内容。 4.3 底座和箱体的简单设计底座和箱体的简单设计 底座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，其次是强度和抗振性能；当同时 用作滑道时，滑道部分还应具有足够的耐磨性。此外，对具体的机械，还应满足特殊 的要求，并力求具有良好的工艺性。 底座和箱体的结构尺寸和大小，决定于安装在它的内部或外部的零件和部件的形 状和尺寸及其相互配置，受力与运动情况等。设计时应使所装的零件和部件便于装拆 与操作。底座和箱体的一些结构和尺寸，如壁厚，凸缘宽度，肋板厚度等，对机座和 箱体的工作能力，材料消耗，质量和成本，均有重大的影响。但是由于这些部位的形 状不规则和应力的分布复杂性，基本上按照经验公式，经验数据，或比照现用的类似 机件进行设计，而略去强度和刚度等的分析与校核。 12 此次论文设计采用的机座和箱体的设计采用经验公式和比照的方法进行设计。 结论结论 本次毕业设计从整体上对伸臂式焊接变位机械进行设计，它包括伸臂式焊接机械 当中的倾斜机构，回转机构，以及底座的总体设计，同时对机械中的回转机构进行了 详细的设计描述：从工作台的设计到回转主轴，回转主轴是重要的零部件，它将连接 工作台和减速器，故其强度必须满足其工作强度，二级蜗轮蜗杆减速器（两级减速， 速比相同， ） ，带轮及其传动带的设计计算，电动机的选择，在回转机构中的电动机选 为交流电动机，箱体的设计，箱体采用经验及其类比方法进行设计。设计中回转机构 采用了测速发电机（测速发电机是输出电动势与转速成比例的微特电机。测速发电 机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势e 和转速 n 成线性关系，即 e=kn,k 13 是常数。改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。在被测机构与测速发电机 同轴联接时，只要检测出输出电动势，就能获得被测机构的转速，故又称速度传感 器）和导电装置，其目的是利用控制理论：即将工作台的即时速度反馈给电动机的控 制装置，控制装置根据事先设置好的参数对电动机的转速进行时时调节，使电动机维 持在一定的速度范围之内，从而实现工作台的精确回转，利于焊头进行焊接工序，保 证了焊接质量，获得优良的焊缝成型及其焊缝质量，导电装置可防止焊接电流通过轴 承，齿轮等传动零件时起弧，产生“咬伤”零件的现象。以上两个装置的使用将更好 的使焊接变位机械服务于当代产品的焊接工序中，提高了产品的质量。 参考文献参考文献 1 濮良贵,纪名刚. 机械设计(第八版)m.北京:高等教育出版社,2006. 2 机械设计手册(新版 3)m.北京:机械工业出版社,2004. 3 朱龙根. 简明机械零件设计手册m.北京:机械工业出版社,1997. 4 周浩森. 焊接结构生产及装备m.北京:机械工业出版社,1999. 5 中国机械工程学会,焊接学会. 焊接手册m.北京:机械工业出版社,1992. 6 焦馥杰. 焊接结构分析基础m.上海:上海科学技术文献出版社,1991. 7 曾乐. 焊接工程学m.北京:新时代出版社,1986. 8 沈世瑶. 焊接方法及设备m.北京:机械工业出版社,1982. 9 上海船舶工业设计研究院,机械工业部第五设计研究院,北京船舶工程第五设计 14 研究所. 焊接设备选用手册m.北京:机械工业出版社,1984. 10 美国焊接学会,韩鸿硕,张桂清. 焊接新技术m.北京:宇航出版社,1981. 11 薛迪目. 焊接概论m.北京:机械工业出版社,1987. 12 机械设计手册(第二版)m.北京:机械工业出版社,2004. 13 刘鸿文. 材料力学m.北京:高等教育出版社,2006. 14 张海根. 机电传动控制m.北京:高等教育出版社,2001. 15 陈于萍,周兆元. 互换性与测量技术基础m.北京:机械工业出版社,2007. 16 李庆芬,朱世范,陈其廉. 机电工程专业英语m.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社, 2007. dimarogonas, a.d. ,machine design ,john wiley & sons,2000 17 cross, n. ,engineering design methods , john wiley & sons,2000 18 致谢致谢 本次毕业是在终结大学四年学习的情况下进行的，力求对大学之所学能够来一次 集中巩固及其创新利用。它涵盖面很广，涉及了机械的所有内容，是培养高级工程技 术人才的一次综合训练。经过论文的选材，开题，构思，设计等一系列的训练，相信 自己对设计有了进一步的认识，在计算能力，英文文献阅读翻译，查找相关信息等多 种能力得到了一次深刻的锻炼，在整个过程中，可以说完成了工程师基本训练和逐步 具有从事科学研究的工作能力，受益匪浅，相信对以后的学习工作会有很大帮助。 毕业设计是在刘琨明老师及其院里老师的悉心帮助，指导下完成的，在此给予衷 心的感谢！ 15 附件附件 1 外文翻译 16 外文翻译 1 焊接焊接 美国焊接协会将焊接定义为：“金属的局部结合” 。在这部分金属中，结合区是由 加热到适当温度而得到的，而这种适当温度的获得，可以通过使用压力或不使用压力， 使用填料金属或不使用填料金属。使用的填料金属或者有与焊件相同或相近的熔点， 或者熔点在其焊件以下，但必须在 800以上。有 34 钟焊接方法，它们分别如下： 气焊气焊 气焊是一组焊接工艺方法的组合。说到这种焊接方法，其焊区是通过用一束气体火 焰或多束气体火焰加热，加压或者不加压，利用填料金属材料或不使用填料材料而获 得的。 在所有气焊方法中，人们最常使用的是氧乙炔焊氧乙炔焊。这种方法是利用氧气和乙炔的 混合气体来产生热量，利用焊剂可以降低焊区的氧化程度，从而获得一个更好的焊点。 这种焊接方法适用于黑色金属（其中包括铸铁）和有色金属，同时也能够胜任比较厚 的金属焊件。 17 氢氧焊氢氧焊适用于熔点比较低的金属。比如，铝镁和铅。 加压气焊利用氧乙炔火焰作为热源，但是，不需要填料金属。相反，焊接熔合区一 般通过对被加热的构件施加压力获得，或者在被加热的过程中，或者在构件加热后， 得到这种熔合区。这种焊接方法能够用于黑色金属和有色金属当中。 电弧焊电弧焊 电弧焊是这样一种焊接工艺方法：焊接区通过一束电弧或多束电弧加热产生。在这 过程中可以施加压力，也可以不施加压力；可以使用填料金属，或不使用填料金属获 得。有八种不同的电弧焊方法。它们是：（1）碳弧焊， （2）保护金属电弧焊， （3）焊 芯电弧焊， （4）气保护金属极电弧焊， （5）气保护钨极电弧焊， （6）埋弧焊， （7）等 离子焊接， （8）电栓焊 。 在这些方法中，最常用的是保护金属电弧焊保护金属电弧焊。 它被定义为这样一种焊接方法，在焊接过程中，焊接区是通过电弧焊产生的热量而 融化形成的，而这种电弧是在工件和覆盖金属药皮的焊条中产生。这种保护来源于覆 盖电极的分解，其中并未施加压力，填料金属也来源于电极。 在人工和自动化生产装备中，保护金属电弧焊这种工艺方法都会用到。电极也可 以用于黑色金属（包括铸铁） ，所有不同型号的碳钢，轴承钢，铜合金钢，铝，镍，镍 合金，和其他铜制品。这种焊接技术用于很多领域，尤其用在机械，交通设备，管道 系统的生产和不同的结构中。例如，建筑，机座，构架等等。下面介绍的两种广泛使 用的焊接方法是埋弧焊工艺方法和等离子焊工艺方法。 埋弧焊埋弧焊 它是这样一种电弧焊工艺方法：其中，焊接区通过加热产生，而这种加热是通过一 束或多束电弧实现的，电弧又是由一个单金属极或多个金属极和工件之间产生的。这 种电弧由位于工件上的粒状的可熔化地材料所保护，在这个过程中，可以不施加力， 也可以施加力，而所需要的填料金属，可以从电极中获得。当然，有时可以从附加的 材料中获得。 这种工艺方法能够用于所有自动化设备中。在这种设备中，电极和粒状焊剂的进给 量是被控制的。这种方法同样也适用于半自动化生产装备中，在这些半自动化生产装 备中，电极和粒状焊剂的进给量是有人工所控制的。既然，这种粒状焊剂必须覆盖焊 18 接点，那么这种方法将被限制在只能用于水平位置的焊件，尤其适合那种比较长而又 比较直的焊接点。同样，比起其他焊接方法，人类通常需要保护金属电弧焊去焊接那 些比较厚的金属。 埋弧焊可用于那些低碳钢，高强度低合金钢，烙合金钢，烙镍合金钢。如果采用 某些特别方法，那么也有可能焊接高合金钢。 等离子焊等离子焊 它是这样一种焊接方法：其中焊接区已由加热产生，而所需要的热量是由一种压 缩电弧供应，而这种压缩电弧是在一个电极和工件（传导电弧）产生的，或者是在一 个电极和压缩喷嘴（非传导电弧）产生的。这种保护作用由一种热的电离气体实现的。 这种气体是从金属环发射端发射出来，或者是由外加的辅助保护气所提供。而这种保 护气或许是由一种插入式气体，或是一种气体混合物。外加压力可以用，也可以不用， 而且填料也可以用也可以不用。 等离子焊用于要求焊接质量要求较高的焊接场所中，能够焊接 5 英尺厚的铝构件 中，或无缝钢可以达到 4 英尺厚。既然没有燃烧的物体供热，那么焊接点便没有高强 度，不能够承受高压和冲击载荷。 这种等离子电弧由处于一个金属环中的电极所引导，而这个金属环能够通过电极 引导内部气流。在这些等离子束中金属环的发射末端在尺寸上比金属环的上端尺寸小。 这样一个发射喷嘴便产生了较大气流，另外一个喷嘴内壁线性排列在一种陶瓷材料上。 虽然等离子束能够由多种气体产生，但必须保证这些气体不被氧化，否则不应该 被使用。对这种要求较高的便是这种气体的比热容（热量传递率） ，而不是它所能获得 的温度。因此，较高比热容的气体能够传递较多的热量，这种特性使该气体更使用于 焊接，较大的构件也可以。氩气，氦气，氢气，也是比较常用的气体。相比氩气和氦 气，氢气有比较高的比热容，能够产生温度较高的电弧。 其它形式的电弧焊，即是：碳弧焊，焊芯电弧焊，气保护金属极电弧焊，碳弧焊，焊芯电弧焊，气保护金属极电弧焊， 气保护钨极电弧焊和电栓焊气保护钨极电弧焊和电栓焊。这些焊接方法常用在一些特定场合中，或者批量 生产。例如，碳弧焊被用于镀锌的薄片钢，黄铜，青铜和铅。然而，尽管焊芯电弧焊 使用一种焊芯电极，但在批量生产中仍持续的需要从卷轴焊料中获得。 19 电栓焊电栓焊 它借助电栓焊枪来实现。电栓焊抢能够将一个电栓焊接到一个工件的表面。这种 方法广泛用于汽车，造船，铁路及工厂基础设施机构建设。 电阻焊电阻焊 它是一组焊接工艺方法的组合。在这种方法中，焊接区由加热形成，而这些热量 来源于回路电阻。在电流回路中，工件作为电流回路的一部分，或者还要使用压力。 共有六种电阻焊工艺。它们是：（1）电阻电焊， （2）电阻缝焊， （3）凸焊， （4）闪光 焊， （5）电阻对焊， （6）储能焊。电阻焊应用于批量生产中，借助合理的工具及控制 系统，他很方便的适用于自动化生产当中，其中也包括焊接后需要进行预热和进行热 处理的任何工件中。在电阻焊中，使用最为广泛的是电阻点焊，电阻缝焊以及凸焊。 电阻点焊电阻点焊： 电阻点焊是这样一种焊接工艺方法，在接合面处的熔合区通过加热而产生，其中 这些热量来源于通电电阻。通电回路是由在压力作用下，通过几个电极将工件连接在 一起形成的。因此，所形成的焊接产品的形状和尺寸主要有电极的尺寸和轮廓形状所 限制。电阻点焊仅仅局限于比较薄的金属焊接当中（例如，厚度在 0.001 英寸到 0.125 英寸的钢和镁，0.16 英寸厚的铝片）即是，钢，铝，镁，镍，镍合金，青铜和黄铜。 一些特性不相近的金属可以进行点焊，但是有困难。 电阻缝焊电阻缝焊 他是这样一种电焊工艺方法：在这种方法中，结合区的焊接由加热产生，这种热 量来源于通电电阻，这种通电回路是由在压力作用下，多个电极将工件连接起来的结 果。最终的焊接有一系列的重叠的电阻焊接点所组成，而这些电阻焊接点是通过旋转 各电极逐次沿着某一条焊缝而形成的。原则上，电阻点焊与电阻缝焊是相近的。 电阻缝焊主要用于焊接质量要球较高的焊件上，但这中焊接方法仅仅局限于焊接 标准厚度的金属版，而这些金属板的厚度往往比那些用于点焊的金属板的厚度要薄的 多。而电阻缝焊所能胜任的标准焊件厚度范围位于英寸 0.1000.125 之间。 凸焊凸焊 它定义为这样一种焊接方法：在这种焊接方法中，结合面处的焊接区由加热产生， 而这种热量来源于通电电阻，这种通电回路是由在压力作用下，多个电极将工件连接 20 起来的结果。最终的焊接点位于预先决定的位置点上，而这些位置点往往由突出的隆 起的部分以及相互接触的位置所决定。 凸焊是和点焊相似的一种焊接方法。其不同点在于，凸焊往往使提供的热量局部 化，细化，从而使得这种方法能够焊接比较厚的金属材料。那么，由此以来，多处工 件位置将可以进行同时焊接。这样，其最终结果便是在焊接结构的强度上，该种方法 将比电阻点焊大。 闪光焊闪光焊 在这种工艺方法中，两个对焊表面被固定地夹住，同时让它们相距很近。结果将 在这两个对焊表面产生电弧，这样产生的电弧将促使它们加热到熔化温度。在这个焊 件上，两个焊接表面通过外力结合在一起，完成了焊接。强加外力使得它们结合，这 样会使焊接金属发生膨胀，将会向焊接点外部膨胀。在焊接完毕后，这部分多出来的 金属往往被除掉。预热（对于大部分构件来说）和过后热处理（也就是热处理） ，完全 可以作为整个焊接程序的一部分。 能够用于电阻点焊的材料，往往也能够用于闪光焊，虽然这种方法大部分用于黑 色金属中，如铜，铜合金，还有一些铅制品。不能够使用这种方法获得令人满意的焊 接点。但是，特性不相近的金属却可以使用这种工艺方法进行焊接，甚至包括一些难 熔的金属，例如，钨，钼，以及钛。 电阻对焊电阻对焊 电阻对焊这种工艺方法和闪光焊很相似，除了有一点不同，那就是在电路切断之 前，要焊接的工件彼此的紧密相接触，因此在这种方法中，便没有电弧光。电阻对焊 广泛用于管状构件的连接，铜管，大型铜环。当然它也用于连接黑色和有色金属条。 储能焊（冲击焊）储能焊（冲击焊） 储能焊是这样一种焊接工艺方法：在这种工艺方法，焊接熔合区是通过热量同时 在整个对焊表面产生，而这种热量来源于一束电弧，而这种电弧是由伴随压力突然间 施加，电能快速释放而产生的，这种力地施加，要么在电能释放期间，要么紧跟其后。 储能焊被用于特殊的焊接场合， （例如，焊接那些用闪光焊不经济的，特性不同的 金属） 。这种焊接方法也被用于焊接针状金属，电栓，螺栓等等，以及焊接其他的零部 件。例如，管道，金属棒，或者细长管等它们之间的焊接或者它们与一些焊件的平面 21 焊接。 钎焊钎焊 钎焊是这样一种焊接工艺方法：在这种工艺方法中，焊接熔合区通过加热到合适 的温度，以及用一种填料金属而获得的，而这种填料金属拥有高于 800的熔点，但是 小于焊接件的凝固点。这种填料金属通过毛细作用被放置在两个距离很近的焊接件的 表面。总共有六种钎焊焊接工艺方法，它们是：（1）红外线钎焊， （2）焊炬钎焊， （3）炉中钎焊， （4）感应钎焊， （5）电阻加热钎焊或者说接触钎焊， （6）浸渍钎焊。 在这些钎焊方法中，最主要的不同点，便是要焊接的金属件其加热的方式。同时，六 种方法中，也只有四种方法对工业具有一定的重要性，即是:炉中钎焊，感应加热钎焊， 和浸渍钎焊。这些方法的定义及其简短的描述，在以下的段落中有所体现： 焊炬钎焊焊炬钎焊 这种焊接工艺方法可能会使用乙炔，天然气，丁烷，或者再结合空气，或者说氧 气用以供应热量，这种热量用以熔化填料金属并将填充于焊接件的两表面，这种焊接 技术并没有广泛的用于持续批量生产之中。 炉中钎焊炉中钎焊 炉中钎焊是一种高生产率的焊接生产方法在这种方法中热量有燃烧的气体或者有 电力加热的汽油所供应，这种炉具有盒子形状或持续的曲线形状。他是用一种线形网 状带来传送要被钎焊的工件。在焊接件被送入炉中之前，炉中钎焊要求预先成型的填 料金属，应该放置在被焊接的工件上。这种钎焊方法非常适用于大量生产中，他能够 通过维持炉中的内部环境而避免焊剂的使用。 感应加热钎焊感应加热钎焊 正如炉中钎焊的那样，感应加热钎焊也要求使用成型的填料金属。热量是通过将 需钎焊的零件放置在高频感应油当中，焊接的工件被涡流加热。因为焊接件提供电磁 阻，用以改变其感应区，加热非常迅速，通过在感应油中的合理成型，那么产生的热 量便能够用于钎焊的主要焊接区域。当设计合理的加工工具和进给装置安装在生产设 备中，那么感应钎焊便能用于机械生产。 浸渍钎焊浸渍钎焊 工件可以通过两种方法中的一种进行钎焊。在化学浸渍钎焊中，要焊接的工件必 22 须与预先成型的填料金属同时准备好，准备好之后，将它们放进一个装有钎焊剂的熔 池里。在金属在熔池里进行溶化的这道工序里，组装的零件第一次被重新融化，然后 进渍在装有填料金属的金属池里。钎焊的后一种方法主要用于焊接小的零件；然而， 前一种方法便适用于焊接大的零件。 其他焊接工艺其他焊接工艺 除了前述的一些方法之外，还有一些固态的焊接技术和其他的焊接工艺方法。这 些方法被美国工艺学会定义如下： 超声波焊超声波焊 一种焊接区域处于固态时的焊接工艺方法，而这种熔合区的获得，是通过外加高 频振动能量实现的，而工件是通过外加压力连接在一起。 摩擦焊摩擦焊 摩擦焊是一种固态焊接工艺方法，其熔合区的热量获得是从相互摩擦的两表面的 机械感应的相对运动中实现的。这些工件的连接也是通过施加外力实现的。 锻焊锻焊 锻焊它是一种固态焊接方法，其熔合区的热量获得是通过加热或或使用压力或充 分的锤击而在相互接触的两表面形成永久性的变形。 爆炸焊爆炸焊 爆炸焊它是一种固态焊接方法，其焊接熔合区受到高速运动的影响。 扩散焊扩散焊 扩散焊它是一种固态焊接方法，其两接触表面熔合区的获得是通过压力的使用和 逐步升高的温度。这种工艺方法并没有牵扯到宏观变形和工件的相对运动。固态填料 金属可以使用也可以不使用。 冷焊冷焊 冷焊它是一种固态焊接方法，其两接触表面熔合区的获得是仅仅通过外加机械压 力实现的。 热剂焊热剂焊 热剂焊它是一系列的焊接工艺方法的组合，其两接触表面熔合区的获得是通过加 23 热而实现的，热量来源于温度很高的液态金属，或者来源于一种化学反应的热量。这 种化学反应是在一种金属氧化物和铝之间实现的。整个过程可以施加压力也可以不施 加压力。当使用这种方法时填料金属是从液态金属中获得。 激光束焊激光束焊 激光束焊是这样的一种焊接方法，其两接触表面熔合区的获得是通过加热而实现 的，热量来源于固有激光束的使用，而这种激光束固在其金属表面。 电子束焊电子束焊 电子束焊是这样的一种焊接方法，其两接触表面熔合区的获得是通过加热而实现 的，热量来源于高速电子运动。 外文翻译 2 机械设计准则机械设计准则 设计是从实际或者假想的需要开始的。对于现有的设备可能需要在耐用性，效率， 重量，速度或成本等方面做进一些改进工作；也可能需要新的设备完成以前由人来做 的工件，例如，计算或者装配。当目标完全或部分被确定以后，下一个设计步骤是对 完成所需要