客车CW-200K转向架构架制造工艺设计【三维PROE】【7张cad图纸】【原稿可编辑】
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毕 业 设 计 说 明 书题目：客车CW-200K转向架构架制造工艺设计专业： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 职称： 年 月摘 要为适应我国现代化建设的需要，相信焊接技术必将得到更迅速的发展，并在工业生产中发展发挥出更重要的作用。随着工业生产的发展，对焊接技术提出了多种多样的要求。一方面由于工业生产的发展对焊接技术提出了高要求，另一方面由于科学技术的发展又为焊接技术的进步开拓了新的途径。另外我们也在不断探索新的焊接方法，从以前的几种焊接方法到现在的很多中，从最原始的手工电弧焊到现在的窄间隙埋弧焊、机器人焊接，从以前的焊工保护差到现在的焊工保护好，种种的种种都可以看出，我们国家在发展，我们的焊接技术同样在发展，在不久的将来更高端的焊接技术将被发现，该焊接技术价廉、劳动强度小，焊出来的东西更好更完美。根据Q235钢选择合适的成型工艺以及焊接方法、编制合理的工艺规程、选择正确的装配方法、对焊接缺陷的预测、危害分析以及找出相关的补救措施。关键词：焊接工艺，焊接方法，焊接缺，焊接检验目 录摘 要II目 录III第1章 转向架的制作工艺51.1 母材的选择51.2各支撑件的制造61.2.1划线61.2.2 号料61.2.3 下料61.3气割71.4 钻孔7第2章 转向架的装配工艺82.1坡口形式与焊接技术92.1.1 坡口形式92.1.2 坡口的加工方法92.2 焊接工艺路线单102.3焊接方法与设备112.3.1手工电弧焊112.3.2 CO2气体保护焊122.3.3 MAG焊142.4 焊接接头的常见缺陷与危害和补救措施16第3章 夹具的设计173.1 焊接夹具的作用173.2 夹具设计的要求173.3 选择与设计焊接夹具类型的依据173.4 焊接夹具的使用18第4章 焊接检验204.1 焊接检验的作用204.2 焊接检验方法的确定204.3 超声波检验的优点204.4 采用超声波探伤的方法及设备204.5 超声波探伤的实施步骤20结束语22致谢23参考文献24第1章 绪论3.1 焊接夹具的作用（1）提高了产品的装配精度,优化产品质量。（2）采用焊装夹具可以精确地对零件定位并牢固的夹紧，保证装配件的相对位置，减少了由于人工划线的误差带来的不准确。同时焊装夹具在焊装过程中使零件的变形受到一定的限制，可以大大减少焊接变形，使焊后零件的结构尺寸容易达到图纸要求。（3）焊接时间短，能够批量生产，减少加工费，降低产品成本。（4）采用了焊装夹具，零件有定位元件定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，加快了装配作业的进程。另外在焊装夹具上有扩力机构牢固夹紧，可减轻工人的体力劳动，提高装配效率。夹具可强行加固焊件或预先给于反变形，能控制和消除焊接变形，提高焊接质量，减少或取消焊后校正变形或修补工艺残缺的工序，使整个产品的生产品缩短。虽然制作焊装夹具增加了产品的成本，但焊装夹具的使用减少了焊接和装配工时的消耗，提高了产量，易形成大批量生产，从而减少加工费，使产品总成本降低。增加了产品的均匀性，能得到具有互换性的产品。采用焊装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，使焊接质量稳定，所以可提高焊件的互换性能。减轻了工人劳动强度，使不熟练工人操作也成为可能。如果不使用夹具，在装配定位焊时，要求工人在生产节拍时间内划线来保证装配焊接零件的相互位置是不可能的。在焊接时，装配钳工要始终扶持住工件，保证焊接时的装配精度。提高质量方面，一个焊件在自由状态下焊接，焊后一般都会发生变形，如果变形超出技术要求，就会影响到后面的装配工作，或者影响到产品将来的工作性能。利用焊接夹具，可以精确地对焊件定位和牢靠的夹紧，焊接时，它的变形就受到限制扩大焊机的工作范围，一台效率高的埋弧自动焊机，如果没有夹具配合使用，它只能焊接平焊位置的直线焊缝改善劳动条件，手工装配的劳动强度大，焊接时靠人力去翻转工件是不可能的，也不安全，而焊接夹具可以轻而易举的做到3.2 夹具设计的要求 1.保证夹具有一定的使用寿命 2.夹具本身必须有良好的制造工艺性和较高的机械效率 3.夹具的设计应保证标准化、规格化，以提高夹具的可维护性 4. 夹具设计须使被装配酌零件或部件获得正确的位置和可靠的夹紧，并且在焊接时它能够防止焊件产生变形 5.夹具工艺性能应优良，零部件装配要容易，取出要方便 6.夹紧单元要灵活、可靠、拆卸方便，夹紧力适中，夹紧应一次到位，不能碰伤及损坏零部件 7.夹具结构合理，工人操作方便、安全，有足够的操作空间及良好的视野3.2.1焊装夹具的功用（1）在汽车转向架焊接过程中定位夹紧，保证转向架零件之间正确的装配关系，同时保证转向架焊接质量及焊接过程顺利采用焊装夹具可以精确地对零件进行定位并牢固的夹紧，保证装配件的相对位置，减少了由于人工划线的误差带来的定位不精确。同时焊装夹具在焊接过程中使零件的变形受到一定的限制，可以大大减少焊接变形，使焊后零件的结构尺寸容易达到图纸要求。（2）缩短焊装时间，能够批量生产，减少加工费，降低产品成本采用了焊接夹具，零件由定位元件定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，加快了装配作业的进程。另外在焊装夹具上备有扩力机构牢固夹紧，可减轻工人的体力劳动，提高装配效率，夹具可强行夹固焊件或预先给予反变形，能控制和消除焊接变形，提高焊接质量，减少或取消焊后矫正变形或修补工艺缺陷的工序，使整个产品的生产周期缩短。虽然制作焊装夹具增加了产品成本，但焊装夹具的使用减少了装配和焊接工时的消耗，提高了产量，易形成大批量生产，从而减少加工费用，使产品总成本降低。（3）增加了产品的均匀性，能得到具有互换性的产品采用焊装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，使焊接质量稳定，所以可提高焊件的互换性能。（4）减轻了工人劳动强度，使不熟练工人操作也成为可能如果不使用夹具，在装配定位焊接时，要求工人在生产节拍时间内划线来保证装配焊接零件的相互位置是不可能的。在焊接时，装配钳工要始终扶持住工件，保证其位置在焊接过程中不发生变动，这项工作也非常困难和疲劳。焊装夹具的使用降低了对工人的技术要求，也减少了工人的劳动强度。3.2.2焊装夹具设计原则（1）焊装夹具必须保证焊件焊后能获得正确的几何形状和尺寸，尤其是保证转向架上门窗等孔洞的尺寸和形状。在装配时，夹具必须使被装配的元件获得正确的位置和可靠和夹紧，并且在焊接时能阻止焊件产生变形。（2）焊装夹具应动作迅速，操作方便。操作位置要处于工人容易接近最宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设计在工人最易用力的部位。当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。（3）焊装夹具的设置应便于施工，有足够的装配焊接空间，不能影响间接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊点保持适当距离，或布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够或转位。（4）夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，以及焊件的表面质量。夹紧力适当，使夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束过大而产生较大的应力。（5）为了保证使用安全，应设置必要的安全互锁保护装置。（6）用于大型零件焊接的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具的刚度，对结构的形状精度尺寸精度影响较大。（7）在同一个夹具上，定位元件和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。（8）焊装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率，尽量使制作时投资少成本低。 （9）尽量选用已通用化标准化的夹紧机构及标准零部件来设计制造焊装夹具。上述这些原则是设计转向架焊装夹具时所必须考虑的，但具体到焊装夹具的结构上却是差异甚大，有的焊装夹具只有一个简单的框架，有的则相当复杂。一般来说，应根据生产批量的大小和产品结构的特点并结合本厂的生产条件来选择焊装夹具的类型，设计夹具。3.3 选择与设计焊接夹具类型的依据1.夹具的可靠性2.对焊件的适用性3.焊接方法对夹具的特殊要求4.安装、调试、维护的可行性5.尽量选用已通用化、标准化的夹具37第1章 转向架的制作工艺1.1 母材的选择根据转向架的结构强度要求及经济因素选择母材16MN。查图纸， 焊接零件使用的都是16MN材料。16MN钢的化学成分如表1-1 化学成分（%）CNaSi SP16MN0.140.220.300.650.300.050 0.045 16MN钢的力学性能如表1-2力学性能b/MPas/MPas（%）16MN 375460235 2616MN是一种低碳钢，低碳钢中含碳较低，含锰、硅又少，所以在通常情况下不会因焊接而引起严重的硬化组织和淬化组织，这种钢材的塑性和冲击韧性优良，焊成的接头塑性和冲击韧性也很好，焊接时一般不需要预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，可以说整个焊接过程中不需要特殊的工艺措施，其焊接性优良，可以采用各种焊接方法焊接。1.2各支撑件的制造1.2.1划线划线是根据设计图样上的图形和尺寸，按1：1的比例在待下料的钢材表面上划出加工界限的过程。划线是结构制造中较为细致的工作，要求所划的零件尺寸和形状正确，并合理的使用钢材。因此划线前应看图样，明确零件的尺寸、形状和技术要求。対划线的基本要求是线条清晰匀称，定型、定位尺寸准确。由于划线的线条有一定宽度，一般要求精度达到0.25-0.5mm。应当注意，工件的加工精度不能完全由划线确定，而应该在加工过程中通过测量来保证把后板展开再按图纸设计图样上的图形和尺寸，按1:1的比例在待下料的钢材上画出加工界限，再经过加工做出样板，用样品进行划线。1.2.2 号料在成批生产和重复次数较多时，为了提高生产率和节约原材料，一般先做成样板，用样板进行划线，即为号料。1、号料的方法号料的方法有很多，常用的有样板号料和草图号料。当图形比较复杂、曲线较多时，通常利用样板号料以提高质量和效率。而形状比较规则的矩形板、肋板等，则按草图号料或按号料卡片直接在钢材上号料。2、样板的分类样板按其用途可分为划线样板和检测样板两种。划线样板按其用途可分为展开样板、划孔样板和切口样板。3、号料的作用节约原材料提高生产率1.2.3 下料下料就是将毛坯或工件从原材料上分离下来的工序。常用的下料方法有锯割、砂轮切割、剪切、冲裁和热切割。我采取的下料方法为热切割中的氧-乙炔气体切割，所选用的设备是CG21520型摇臂式仿形气割机，之所以选择它是因为它的设备简单，操作方便，生产效率高，切割质量较好，成本低，可以切割厚度大形状复杂的零件。采用气割将母材按样板切割成40x30的底板和100x50的横板。图1-1 CG2型摇臂式仿形气割机对于成形方法我采取的是锻压成形，它是金属压力生产中的一部分。所谓金属压力加工即对胚料施加外力使其产生塑性变形，改变尺寸形状以及改善性能用以制造机械零件或毛胚的成形加工方法。此次用的就是其中锻压成形工艺，它是锻压和冲压的总称。按图样将材料锻压成形。1.3气割气割时，一般选切内圆，然后再切外圆。切割时首先要在钢板上割个孔，切割方法是先对钢板进行预热，嘴头要垂直于钢板，至钢板暗红达到切割温度时，将割嘴倾斜一些，便于氧化铁渣的吹出，此时打开高压氧将铁渣吹出。开始切割时高压氧不要开得太大，随着割炬逐渐往后拖，将割嘴倾斜相反方向的熔化金属吹出。当氧化铁渣的火花不再上飞时，说明正将钢板切透。这时将嘴头和钢板垂直，割炬延内圆线切割。为了保证切口质量，切割速度不宜过快。 1.4 钻孔按图纸要求在各零件上钻出相应的孔，并攻出相应的螺纹。第2章 转向架的装配工艺装配是将焊前加工好的零、部件，采用适当的工艺方法，按生产图样和技术要求连接成部件或整个产品的工艺过程。由转向架零件图可以看出转向架是由5件零件组成，下板、左右基柱、上板组成。焊接前要先进行组装，进行装配。 装配工艺规程是规定产品或部件装配工艺规程和操作方法等的工艺文件,是制订装配计划和技术准备,指导装配工作和处理装配工作问题的重要依据。它对保证装配质量,提高装配生产效率,降低成本和减轻工人劳动强度等都有积极的作用。 制定装配工艺规程的原则 1、保证产品质量；延长产品的使用寿命 2、合理安排装配顺序和工序，尽量减少手工劳动量，满足装配周期的要求；提高装配效率 3、尽量减少装配占地面积，提高单位面积的生产率 4、尽量降低装配成本。装起来，并经过调试、检验使之成为合格产品的过程 转向架的装配是指各零件间的装配，即盖板与轴承座之间的圆形直角焊缝，盖板与肋板之间的直焊缝，轴承座与肋板之间的弧形直角焊缝装配工艺。 1、盖板座之间的圆形直角焊缝 2、盖板与肋板之间的直角焊缝 3、座与肋板之间的弧形直角焊缝2.1坡口形式与焊接技术2.1.1 坡口形式坡口指的是为了保证焊接质量,在焊接前对工件需要焊接处进行的加工，可以气割，也可以切削而成，一般为斜面，有时也为曲面。开坡口可保证电弧能深入焊缝根部，保证焊缝焊透，便于消除夹杂，获得较好的焊缝成行，而且能调节母材和填充金属的融合比例。在焊接时改变坡口的大小可以改变焊缝金属的化学成分，因此，对焊接质量有很大的影响。在保证焊接质量的前提下坡口角度开的小点为好，这样，可以减少工作量。坡口根据需要，有Y型坡口，型坡口，型坡口，型坡口等坡口形式，但大多要求保留一定的钝边。根据设计的需要，在焊件的待焊部位加工一定的几何形状的沟槽，即是坡口。手弧焊的坡口形式，应根据结构的形式、工件厚度、技术条件的要求而选择。选择坡口的形式时，在保证工件焊透的前提下，需考虑焊缝的融合比，坡口的形式是否容易加工，以及焊接生产率高低和和焊件变形大小等。手弧焊与气体保护焊的坡口的基本形式如表2-1所示序号工件厚度（mm）坡口形式坡口尺寸（mm）13I形坡口b:0-1.523I形坡口 b:0-231.8 I形坡口 b:0-243I形坡口b:0-22.1.2 坡口的加工方法（1）刨削。有角度要求的坡口，可用刨床或刨边机对钢板边缘做刨削。（2）车削。圆形工件或管子开坡口，可用车床或管子坡口机、电动车管机等将边缘车削。（3）剪切。对I形接头较薄的钢板，用剪切机剪切。（4）气割。它是应用较多的坡口加工方法，可以得到直线形与曲线形任何角度的各种类型的坡口。但是，手工气割焊件的尺寸和形状精度较差，表面粗糙，需尽可能用半自动或自动化的切割方法。焊前的清理焊前，对熔化极惰性气体保护焊应严格清楚金属表面的氧化膜、油脂和水分等赃物，所有方法因材质不同而不同。机械清理对不锈钢一般用纱布打磨清理，然后用丙酮或汽油去除油污。2.2 焊接工艺路线单表2-2工序号工序名称工序内容工艺装备及设备辅助材料0检验材料应符合国家标准要求的质量证书10划线号料、划线，按图纸尺寸要求的尺寸在原材料上划线20切割下料按划线尺寸切割下出所有配件的坯料CG2型摇臂式仿形气割机30刨边按图要求刨坡口、加工边缘刨边机40成形将已下料的钢板卷制成所需板样卷板机50装配定位按零件图样进行装配并施定位焊，定位焊长度为5-8mm,间距为30-50mm焊机焊丝、焊条、保护气体60预热一般情况下不预热，若在寒冷条件下，预热至25070焊接将已装配的焊件施连续焊焊机焊丝、焊条、保护气体80检验检测焊缝的密封性焊缝外观合格，按国家标准进行超声波探伤A型脉冲反射法探伤仪90焊后处理清除焊件上的所有焊渣角向打磨机100涂漆将规定的油漆涂于产品上110包装2.3焊接方法与设备用于低碳钢的焊接方法很多，如氧乙炔焊、手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、等离子弧焊、电渣焊、电阻焊、摩擦焊、热剂焊、钎焊等，几乎涉及所有的焊接方法。近年来，开发呢各种高效率、高质量的焊接工艺和方法，如单面焊双面成行，高效率铁粉焊条和重力焊条电弧焊、氩弧焊封底-焊条电弧焊联合实用法，采用烧结焊剂和快速焊剂的埋弧焊、窄间隙埋弧焊、药芯焊丝气体保护电弧焊、旋转电弧加热焊等。这些高效率、高质量的焊接方法在低碳钢结构中获的了日益广泛的应用，下面主要从经济效益、效率、设备复杂程度、操作方便等方面来选择焊接方法：2.3.1手工电弧焊手工电弧焊的焊接参数包括焊条种类和牌号、焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度焊条电弧焊的优点：（1）工艺灵活、适应性强对于不同的焊接位置、接头形式，只要焊条所能达到的任何位置，均能进行方便的焊接。（2）应用范围广 焊条电弧焊的焊条能够与大多数金属性能相匹配，因而接头的性能可以达到被焊金属的性能。（3）易于分散焊接应力和控制焊接变形 由于焊接是局部的不均匀加热，所以在焊接过程都存在着焊接应力和变形。采用焊条电弧焊，可以通过改变焊接工艺，如采用跳焊、分段退焊、对称焊等方法来减少变形和改善焊接应力的分布。（4）设备简单成本低 焊条电弧焊所用的设备结构都比较简单，维护保养也方便，设备轻便而且易于移动，且焊接中不需要辅助气体保护，并具有较强的抗风能力。投资少，成本相对较低。（1）焊条种类和牌号的选择焊条的选择因考虑焊缝金属力学性能和化学成分，焊接构件使用性能和工作条件，焊接结构特点及受力条件以及施工条件和经济效益。低碳钢16MN是一种普通结构钢，它要求焊缝金属和母材等强度，而从使用性能和工作条件考虑，支架要承受动载荷和冲击载荷，除强度要满足外，还要保证焊缝金属具有较高的冲击韧性和塑性，所以要选抗裂性好、工艺性好的酸性焊条。焊条牌号等如表2-3牌号国标药皮类型焊接电流主要用途J422E4303钛钙型交直流焊接重要的低碳钢结构和同强度等级的低合金钢（2）焊条直径的选择根据焊件厚度选择焊条直径，焊条直径焊件厚度的关系如表2-4 焊件厚度/mm234-56-1213焊条直径/mm23.23.2-44-54-16在板厚相同的条件下，平焊位置的焊接所选用的焊条直径比其他位置大一些，立焊，横焊和仰焊应选用较细的焊条，一般不超过4.0mm。第一层焊道应选用小直径焊条焊接，以后各层可以根据焊件的厚度选用较大的焊条。T形接头、搭接接头都选用较大直径的焊条。（3）焊接电流的选择a根据焊条直径选择焊接电流。每种直径的焊条都有合适的电流范围。表2-5就是各种直径焊条合适的焊接电流参考值焊条直径/mm1.62.02.53.2456焊接电流/A25-4040-6550-80100-130160-210200-270260-300b根据焊接位置选择焊接电流。平焊可选择较大的电流焊接，横焊、立焊、仰焊，其焊接电流较平焊位置小10%-20%。（4）电弧电压的选择 选择电弧电压，主要由电弧长度决定。电弧的长度一般等于焊条直径的1/2倍至1倍，相应的电弧电压则为16-25v。酸性焊条弧长等于焊条直径，碱性焊条弧长则为焊条直径的1/2。2.3.2 CO2气体保护焊 CO2气体保护焊的特点 1.焊接成本低 CO2气体来源广、价格低廉，而且消耗的焊接电能少，所以CO2焊的成本低，仅为埋弧焊及电弧焊的30%-50%。 2.生产率高 由于CO2焊的焊接电流密度大，使焊缝厚度增加，焊丝的熔化率提高，熔敷速度加快；另外，焊丝又是连续送进，且焊后没有焊渣，特别是多层焊接时，节省了清洁时间。所以生产率比焊条电弧焊高1-4倍。 3.焊接变形和焊接应力小 由于电弧热量集中，焊件加热面积小，同时CO2气体具有较强的冷却作用，因此，焊接应力和变形小。 4.操作性能好，适用范围广 焊丝型号 送气速度 电压 送丝速度 ER49-1 6-12L/min 17-30V 1.5-9m.min-1=1.0-2.0mm 拉丝式 焊丝R=0.8mm 伸长长度8mm 短路过度=2.0-12 拉丝式 焊丝R=1.2mm 伸长长度12mm 短路过度焊接参数包括焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、电源极性、气体流量、装配间隙与坡口尺寸、喷嘴到焊件的距离。（1）焊丝直径 焊丝型号：ER49-1 焊丝直径一般根据焊件厚度、焊接空间位置及生产率的要求来选择。当焊接薄板或中厚板的立、横、仰焊时，多采用直径1.6mm以下的焊丝；在平焊位置焊接中厚板时，可以采用直径1.2mm 以上的焊丝，焊丝直径的选择如表3-6：焊丝直径/mm熔滴过渡形式焊件厚度/mm焊缝位置0.5-0.8短路过渡1.0-2.5全位置颗粒过渡2.5-4.0平焊1.0-1.4短路过渡2.0-8.0全位置颗粒过渡2.0-12.0平焊1.6颗粒过渡3.0-12.0全位置1.6颗粒过渡6.0平焊（2）焊接电流。它的大小主要由送丝速度决定，送丝速度越快，则焊接电流越大。电流为：60-250A（3）电弧电压。短路过渡时，电弧电压计算式如下： V=0.04I-16+20+/-2.0(A) 焊接电流和电弧电压最佳配合值如表3-7 平焊 立焊 仰焊焊接电流（A）701301802201819.520181818电弧电压（V）12017021026021.52324192122 （4）焊接速度。半自动焊时，熟练焊工的焊接速度为18-36m/h；自动焊时，焊接速度可高达150m/h。（5）焊丝伸出长度。焊丝伸出长度一般约为焊丝直径的10倍，且随焊接电流的增加而增加。（6）电源极性。焊接一般结构用直流反极性。（7）气体流量。CO2气体流量因根据焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度及喷嘴直径等选择。在细丝CO2焊时，气体流量约为8-15L/min,粗丝CO2焊时，气体流量约为15-25L/min。（8）装配间隙及坡口尺寸。由于CO2焊焊丝直径比较细，电流密度大，电弧穿透力强，电弧热量集中，对于8mm的焊件不开坡可焊透，对于必须开坡口的焊件，一般坡口角度可由焊条电弧焊的60左右减至30-40，钝边可相应增大2-3mm，根部间隙可相应减少1-2mm。（9）喷嘴到焊件的距离喷嘴与焊件间的距离应根据焊接电流来选择，如下图 2.3.3 MAG焊MAG是熔化极活性气体保护焊的简称，是采用在惰性气体氩中加入少量的氧化性气体（CO2、O2或其他混合气体）的混合气体作为保护气体的一种熔化极气体保护焊方法。MAG焊的特点1.MAG焊的熔池、熔滴温度较高，电流密度大，焊缝厚度大，熔敷效率高，有利于提高焊接生产效率。2 . MAG焊具有一定的氧化性，克服了纯氩保护时表面张力大、液态金属黏稠、易咬边及斑点漂移等问题。同时改善了焊缝成形，接头力学性能好。3.MAG焊由于电弧温度高，易于形成喷射过渡，其电弧燃烧稳定，飞溅减少，熔敷系数提高，节省焊接成本。MAG焊用的设备MAG焊的设备与CO2气体保护焊的设备类似，它只是在CO2气体保护系统中加入了氩气源和气体混合配比器。其型号为ZPG1500。 MAG焊设备由氩气瓶、二氧化碳气瓶、干燥器、送丝小车、焊接电源、混合气体配比器、焊枪、减压流量计等组成。MAG焊接参数的选择MAG焊的工艺参数主要有焊丝的选择、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源种类极性等。 1.焊丝的选择 MAG焊时，由于保护气体有一定的氧化性必须使用含有Si、Mn等脱氧元素的焊丝。又因为支架1的母材为低碳钢，则选用ER491的焊丝，其直径为1.2mm。2.焊接电流 焊接电流的大小应根据工件的厚度、坡口形状、所采用的焊丝直径以及所需要的熔滴过渡形式来选择，又支架1所用的材料厚度为8mm,所以焊接电流在200A左右。3.电弧电压 电弧电压的高低决定了电弧长短与熔滴的过渡形式。只有当电弧电压与焊接电流有机地匹配，才能获得稳定的焊接过程。当电流与电弧电压匹配良好时，电弧稳定、飞溅少、声音柔和，焊缝熔合情况良好。根据材料厚度等选定电弧电压为23V左右。4.焊丝伸出长度 焊丝伸出长度一般为焊丝直径的10倍左右，则伸出长度为10-15mm。5.气体流量 流量太小，起不到保护作用；流量太大，由于紊流的产生，保护效果亦不好，而且气体的消耗太大，成本升高。一般对1.2mm的焊丝，选择气体流量为15L/min左右。6.焊接速度 焊接过快可以产生很多缺陷，如未焊透、熔合情况不佳、焊道太薄、保护效果差、产生气孔等；焊接速度太慢则又可能产生焊缝过热、甚至烧穿、成形不良、生产率太低等。因此，焊接速度确定应由操作者在综合考虑板厚、电弧电压及焊接电流、层次、坡口形状及大小、熔合情况和施焊位置等因素来确定并时调整，选定焊接的速度为250mm/min左右。7.电源种类极性 为了减少飞溅，一般均采用直流反接性焊接，即焊件接负极，焊枪接正极。2.4 焊接接头的常见缺陷与危害和补救措施常见的缺陷为气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。产生气孔的原因是在焊前未烘干焊条、焊件表面污物清理不净。产生为焊透未熔合的主要原因是电流过小、运条太快。夹渣是由于焊接电流过小、速度太快、清理不净，致使渣或非金属夹杂物来不及浮出而形成。分为点状和条状。裂纹可分为热烈纹、冷裂纹和再热裂纹等。热裂纹是由于焊接工艺不当在施焊时产生的。冷裂纹是焊接应力过高焊条中含氢太高或焊件刚性差异过大造成的。再热裂纹一般是再次加热而产生的。 气孔和夹杂是焊接生产中常遇到的典型焊接缺陷，它不仅削弱焊缝的有效工件断面，同时也会带来应力集中，显著降低焊缝金属的强度和韧性，对动载强度和疲劳强度更为不利。在个别情况下，气孔和夹杂会引起裂纹。裂纹的危害是可能导致破坏事故的发生，造成严重的事故性后果。未焊透、未熔合的危害是：未焊透和未熔合处易产生应力集中，使接头力学性能下降。 为保证焊接结构的性能与质量，防止裂纹发生，改善焊接接头的韧性、消除焊接应力，可进行适当的热处理。热处理工艺可处于焊接工序之前或之后，主要包括预热、后热及焊后热处理。 通过适当的热处理，可以充分发挥钢材的潜力，显著提高钢的力学性能延长零件的寿命; 还可以消除铸、锻等热加工工艺造成的各种缺陷为后续工序做好组织准备。因此热处理在机械制造中占有十分重要的地位.。第3章 夹具的设计3.4 焊接夹具的使用 转向架的焊接夹具有1个。1.工件在夹具上要装夹牢靠，如盖板和肋板的焊接，这是角焊缝，应保证其的垂直度2.焊接未完成时，一般不允许拆除夹具，以防焊件产生变形，影响装配精度3.当多人同时操作时，应注意操作安全4.焊件在夹具上要夹紧，牢靠，不能有松动。3.2.2 焊接方法的选择转向架都是由型钢、板材和冲压件组焊而成的焊接结构，合理的选择焊接方法对保证转向架钢结构的制造质量、提高生产效率及降低成本，都有重要的意义。现在车辆焊接中主要采用的焊接方法有：手弧焊，电弧焊和数控龙门焊接机床焊接。手弧焊是车体钢结构制造中使用最早的一种焊接方法，主要优点是焊接灵活，但生产效率不高，已逐渐被其他焊接方法所取代。但在焊接小部件，如中侧门折页座、下侧门折页座、吊环等还是采用手弧焊。电弧焊已越来越广泛的使用，它是利用气体作为保护气体的电弧焊。这种焊接方法具有生产效率高（比焊条电弧焊高13倍），成本低（是埋弧焊和焊条电弧焊的40%50%），焊接质量好的特点。在焊接转向架比较长的焊缝时，采用自动焊接小车，不仅提高焊接效率，而且提高的焊接的质量，焊缝均匀。数控机床焊接主要是针对两条相互对称的焊缝采用的焊接方法，它的机器手两个焊接喷嘴，可以同时焊两条焊缝，而且都很均匀，能很好的满足对称性。在两个焊枪中间还有一个压紧器，可以相当于一个夹紧器来用。在转向架焊接中主要用于侧柱焊接和斜撑焊接。数控龙门焊专机的特点（1）数控龙门焊专机主要由双驱动龙门架、滑动小车、机头、焊接电源、数字控制系统、水冷系统等组成。该设备纵向行走(数控平车移动)和横向行走(滑动小车移动)采用2轴联动数控交流伺服驱动系统，故能对转向架帽形钢横缝、侧板纵缝、斜撑缝进行焊接。 （2）焊缝跟踪。机头运动轨迹(对准焊缝川要由2轴数控联动控制实现(即xoy平面插补)，机头可上下升降。同时配置焊缝自动跟踪系统，以补偿加工误差造成的焊逍偏差。并根据用户不同需要配置自动跟踪系统。（3）数控系统。人机界面为工控触摸屏，采用32位R1SC处理器，高可靠的触摸面板，超强的清晰度和宽的视角，是一个功能强大、操作简便的屏幕编辑器。主控采用YLC系列，具有小烈化、高速度、高性能，自带两轴数控控制功能，能够高精度控制x轴、y轴的定位位置和运行方式。伺服驱动系统，具有高稳定性和输出精度高等特点。数控系统除控制焊枪运动轨迹外，还可以预置位置和速度、对水冷装置的起停、焊接电源的引弧焊接收弧等进行自动控制，具有多种检测控制功能。（4）操作系统。人机界面随时监控x轴y轴的运行方向和数据，且可以根据加工需要改变x轴y轴的定位变量和速度，达到焊接工艺要求的轨迹、长度、方式、速度。系统具有自动、于动、中步功能，单动每操作一次对编入PLC的焊接工序进行中步执行;而自动操作是在机头定位工作完成后，起动命令系统，系统就全部按照设定的运行轨迹和焊接工艺参数完成全部操作。3.3 转向架焊接工位划分 现在很多工厂为了提高生产效率普遍采用流水生产线，这样可以提高生产效率，对工人的技术要求也比较单一，工人的熟练度就会提高，从而提高产品质量。为了使每步工序的生产节奏差别不大，现在对将转向架焊接划分为组装工位、侧柱焊工位、斜撑焊工位、转向架反面焊工位。工件组装工序完工后，由各胎架上的输送系统传送工件，并在侧柱焊工位、斜撑焊工位上依次完成侧柱、斜撑、侧板与转向架板缝的焊接。附件焊胎上的工件人工完成附件组焊后，通过转向架翻转机翻转后实现转向架反面焊接，最后由天车将工件吊离生产线。 1. 转向架组装工位转向架组装工位（第一工位）主要由转向架组对胎、侧柱连铁料架、侧板料架等组成，所完成的工作时将侧板、上转向架和连铁组对焊接（见图32）。组对胎架主要由定位夹紧单元、上下连接单元、可移连铁定位槽、输送系统等组成。(1)将侧柱连铁吊上组装胎上,并调整使其靠紧纵向定位块,然后将侧柱连铁夹紧。(2)将侧板吊上组装胎,并使其靠齐侧柱连外侧翼边及纵向定位块,与侧柱连铁点固。(3)将侧板吊至转向架组装胎对应位置,使用专用气缸将定位机构伸出,将侧板纵向定位,组装完后定位机构缩回到腔体内。(4)侧板采用自动焊接小车进行焊接。图32 转向架组焊第一工位工件1侧板；2上转向架；3连铁2. 点焊侧柱工位侧柱焊工位（第二工位）主要由侧柱焊胎架、侧柱料架，下转向架料架组成，所要完成的工作是将下侧门折页座、下转向架、吊环和侧柱与第一工位的工件焊接成形（见图33）。完成侧柱与转向架板的焊接采用点焊固定，到第三工位在用数控机床焊接。图33 转向架组焊第二工位工件1下转向架板；2吊环；3下侧门折页座；4侧柱（1）第一工位焊接后的工件传输过来后，停在规定的位置，按挡铁的位置放上下侧板，经圆柱定位销把侧柱放上平台。（2）用侧板夹具夹注侧柱的上边，用侧柱夹具夹住侧柱的下边缘。点焊下转向架板和侧柱。（3）根据样板定位焊接小部件，吊环，下侧门折页座。3. 斜撑组焊工位斜撑焊工位（第三工位）主要由斜撑焊胎架、数控专用焊接设备（可配备机器人焊接系统或半自动焊系统）、斜撑料架组成，所进行的工作是用数控机床焊接斜撑和侧柱（图34）。（1）第二工位传输来的工件，停在规定的位置，用侧板夹具夹住侧板。 （2）用数控龙门机床焊接，两把焊枪同时焊接侧柱的两条焊缝，并且侧柱上方有压力器，保证焊缝的紧密性。（3）焊接斜撑与（2）的焊接类似，都是两条焊缝同时焊接图34 转向架组焊第三工位工件5. 该自动焊接生产线的特点(1)生产线采用组合式、模块化设计。具有一定范围的柔性功能，通过各模块间的组和、调节和少量构件(如压头)的更换，能适应转向架、无门转向架、有小门无中门转向架、无斜撑转向架、无侧柱连铁的转向架等不同车型的转向架生产需要。(2) 工件在各个工位均采用拘束焊接方式。即在侧柱上下端、侧板端部、连铁端部均设气动夹紧机构，从而大大减小了焊接变形。采用气动夹紧，造价较低，清洁无污染。(3)工件输送平稳。各胎位均设有独立的双输送链输送系统，实现工件的自动传输。各胎位输送可实现全线联动，同时也可以分胎位单独操作控制。由输送链导轨承载工件质量，故输送过程平稳可靠。 (6)安全可靠性高。工件输送及翻转时设置声光报警。翻转变位机设气动安全圆锥插销，所有夹紧气缸均带磁控开关，升降平台设位置开关，实现安全联锁保护。整条生产线设置了短路、断电、漏电、停电或意外停机等保护装置(7)数控自动焊专机技术先进。生产线所配置的帽形钢数控龙门式自动焊机、斜撑数控龙门式自动焊机，采用进口数控系统，具有示教功能、原轨迹倒退功能、中断记忘功能，2把焊枪可同时焊接，配置自动跟踪机头和快速坐标定位机构，故生产线焊接质量可靠、焊接效率高。第4章 转向架组焊夹具设计 转向架的组装焊接是一个多工位的加工过程，如上章所介绍的，可以将其划分为四个工位，分别是组装工位，侧柱焊接工位，斜撑焊接工位和反面焊接工位，转向架夹具的设计是按照这四个工位不同的生产要求进行的夹具设计。4.1 第一工位夹具设计第一工位所完成的工作就是将侧板，连铁组对、点固。结构如图33所示，转向架夹具的平面布置要根据焊接时可能产生变形的情况来选择夹具的装夹位置。主要是两块转向架接触的地方，容易在焊接时膨胀，时转向架发生弯曲。主要要保证的尺寸是孔的距离，它的尺寸不能保证就可能导致中侧门配合不紧密。焊侧板和上转向架时用焊接小车，减少工作量，同时提高焊缝质量。具体情况如4-1图所示，4.1.1 定位方案确定 根据第一工位的加工顺序，是先放上连铁、转向架，最后放侧板。在转向架焊接中要保证两侧门柱之间的距离和转向架与侧板的相对位置。因为侧门和转向架是分别加工后组装的，侧门的宽度已确定，只有保证两侧门柱的距离才能保证他们的完整配合。转向架与侧板的相对位置主要是保证转向架在车体组装时侧板两端多出的部分的尺寸。 1. 连铁定位连铁的定位主要是靠加工台上的定位槽和定位销来定位的，定位槽与连铁的外表面接触，可以限制连铁沿x、y、z轴的转动和朝x轴的反向位移、z轴的反向位移，定位钉靠在连铁的垂直面上，可以限制连铁朝x轴的正向位移，在y方向上没有力作用，不会发生位移，不需要定2. 转向架的定位转向架的六个面都是平面，所以主要采用平面定位。底面放在工件平台上，限制，转向架沿z轴的位移和转动；左边缘与挡铁相接触，限制转向架在x轴的位移；下边缘与定位钉接触，限制了转向架沿y轴的位移。挡铁由于不是受力件，强度可以不用太高，考虑到经济性，材料选用Q235（后面的挡铁全部选择Q235，不用再叙述）。挡铁焊接在平台上，定位销安装在转向架的夹具体上（如图43），按照定位要求已基本限制了工件加工时可能发生位移的方向。3.侧板的定位侧板是采用冷弯矩形钢管。侧板是用天车吊是工作台，人工调整位置的，位置偏移会很大，所以采用三个平面的定位。左边缘与挡铁相接触，限制侧板沿x轴的位移；侧板的下表面与工作台相靠，限制了侧板沿z轴的位移和沿3个轴的旋转自由度。定位误差的分析计算：上述的三种工件都是以平面定位为主，这样定位误差的大小取决于工件上定位基准平面的质量以及定位表面对于规定的位置尺寸公差。当工件用平面作为定位基准时，通常基准和定位表面接触较好，误差很小，可以忽略不计，即认为=0。4.1.2 夹紧器设计第一工位在前面定位工序的基础上进行焊接，相对位置如图45所示。由于焊缝的位置关系，焊缝2比较容易焊，采用连续焊。焊缝4在背面采用点固，等到反面焊接时再采用连续焊。1.侧板夹紧器设计（1）侧板夹具所需夹紧力计算 侧板在焊接可能发生以下形式的变形(图46)，梁的中间向上拱起，夹具的作用力应该是垂直向下作用。夹紧力在这个是后是一个范围，它应该是大于焊接变形而小于工件的塑性变形力。 （2）侧板夹具的结构设计根据焊缝和工件的相对位置，工件可能产生的变形是侧板向上弯曲。为了防止侧板向上弯曲，所以侧板夹具的夹紧力是作用在侧板的中央垂直向下的夹紧力，它是气缸的推力向上传给夹板，夹板再传给夹紧器的，夹板与气缸推杆、夹紧器的连接都适用销钉连接。由于在第二工位和第三工位侧板夹具还要夹紧侧柱，所以得它的夹紧器可以往前面调，也可以根据工件表面高度而调整高度，而且夹紧器与侧柱外表面接触的地方设计成圆弧面。2.夹紧器的设计（1）夹具夹紧力计算 转向架与连铁焊接的时候最可能发生的变形就是转向架翘曲(图48)。夹紧力是用来防止变形，但它不能使工件发生变形，所以夹紧力只能等于变形力，不能比变形大很多，以免破坏工件。首先计算焊接时的变形应力： （2）转向架夹具结构设计 在连铁和转向架焊接的地方，它的焊接接头类似于丁字接头，而且转向架属于薄板件，很容易发生翘曲变形，而且是两边同时翘起，因此夹具应该在焊缝的两边都有夹紧力，以防止变形。所以转向架夹具的夹紧器有两个夹紧面，其他基本结构和传力原理都与侧板夹具一样4.2 第二工位组焊夹具设计4.2.1 第二工位总体布局方案第二工位的主要工作是焊接吊环、下侧门折页座、下转向架和侧柱。焊接时最容易发生位移的是侧柱，所以主要夹紧的是侧柱，它采用两头夹紧，上边是侧板夹具来夹紧(侧板的螺旋夹紧器往前面调节，垂直作用在侧柱上方），下边主要靠侧柱夹具来夹紧，侧柱夹具的作用可以分解成向下的夹紧力和向侧板的推紧力。需要保证的尺寸是每个侧门的两个折页座间的距离，下侧门能不能密封就要看它的尺寸。夹具的平面布置4.2.2 定位方案设计 第二工位所焊接的零部件分别是吊环，下侧门折页座，下转向架和侧柱。下侧门折页座和下转向架关系到下侧门的配合问题，特别是在运输细小货物时，侧门的密封性显得尤为重要。侧柱布置的位置关系到整个转向架的受力性能，将影响整车的运载性能。1.下转向架的定位下转向架平放在平台，限制了它沿z轴的位移自由度和沿x、y轴的旋转；下转向架的上边缘依靠上转向架的下边缘来定位，限制了下转向架沿y轴的位移；转向架圆弧处用挡铁控制两转向架板的距离，限制了下转向架沿x轴的位移。挡铁焊接于工作台上，挡铁的高度要适中，太高会影响工件的传输。定位示意图411。图411 转向架定位示意图3.定位由于断面形状特殊，以它的外表面来实现定位基本上是不可能的，只有在外表面用V型块来定位，侧柱通过定位上工作台，V型块可以限制侧柱在x方向的位移3.5 主要零件设计的说明1、夹具体综合考虑结构的合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，夹具体制作材料选用铸铁，毛坯制造方法为铸造夹具体；考虑到定位的精确度，要求定位器和螺旋夹紧器的螺孔在装配时要与夹具体配作。2、手动螺旋夹紧器 手动螺旋夹紧器选用Q235钢，螺旋夹紧器件主体各部分通过焊接的方式连接在一起；焊接时，应先夹紧各部分元件，防止焊接时产生焊接变形。并且要求转向架螺孔应与夹具体配作，螺旋夹紧器在夹紧状态时应有自锁性能。手动螺旋夹紧器的工作过程：夹紧器底部用螺栓固定在夹具体上，工件定位好后，转动螺旋装置，螺杆向前移动夹紧工件；螺杆端部有可以相对转动的底靴，它用于增加制品的受压面积，减小螺杆与制品间的摩擦力，以及防止螺杆压在与轴线不垂直的表面上时螺杆可能出现的弯曲；各螺杆中心线应与主板纵向中心线垂直相交，以保证夹紧精度。3、挡板 挡板选用Q235钢制造，毛坯制造方法选用铸造毛坯，成型性好，加工方便。挡板螺孔也应与夹具体配作，装配时通过螺栓固定在夹具体上。4、反变形装置 反变形装置采用Q235钢。考虑到整体难于直接生产，所以反变形装置弯曲部分与整体连接时采用型钢拼焊，焊接时，先点固焊，再用支撑钉支撑弯曲部分，防止焊接变形，最后完成全部焊接。反变形装置内部间隙应比工件厚度大，以便于工件插入，间隙部分通过打入销钉固定加紧。5、垫板 垫板材料选用铸铁，制造方法为铸造，成型后表面打磨平整。6、销钉 销钉45钢制作，采用火焰表面淬火处理，以提高耐磨度。7、螺栓 螺栓选用材料45钢的标准件，螺栓连接时通过开口垫圈使应力均匀分布。3.6装焊夹具使用说明1、夹具的操作步骤：（1）焊接前，先为两块肋板安装反变形装置，在夹具体上装上定位的挡板、垫板和螺旋夹紧器，然后分别放上肋板和筋板，调整好位置，用螺旋夹紧器将其固定夹紧。（2）在第一面焊缝焊接好后，松开螺旋夹紧器，翻转工件并调整好位置，再用螺旋夹紧器夹紧工件，焊接另一面焊缝。（3）当所有焊缝焊接好后，松开螺旋夹紧器，取出工件和反变形装置，拆卸下固定在夹具体上的挡板和螺旋夹紧器，然后去除反变形装置，取出成型工件。2、夹具的结构特点：（1）操作方便，工件易于装卸；（2）该夹具结构简单，容易生产制造；（2）该夹具能够有效地夹紧工件和控制工件的反变形，使工件据有良好的成型性。3、夹具使用注意事项、保养及维护（1）使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置；（2）使用后需要涂防锈油。第4章 焊接检验4.1 焊接检验的作用为了确保焊接结构的完整性、可靠性、安全性和使用性。焊接检测在生产中具有保证生产正常进行的职能，既有预防焊接缺陷的职能，具有提供质量管理信息的职能。4.2 焊接检验方法的确定支架1焊接的焊缝大多为直焊缝和角焊缝，首先采用最为简单方便的外观检测，其次超声波探伤灵敏度高、设备轻巧、操作方便、探测速度快、成本低、对人体无害，是之为第二选择，因此选择的焊接检验方法首选外观检测，次选超声波探伤检验。4.3 超声波检验的优点作用与材料的超声强度足够低，最大作用应力远低于弹性极限可用于金属、非金属、复合材料制件的无损评价对确
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