焊接工艺及工装设计基础.ppt

焊接工艺及工装设计基础,适用专业：材料成型及控制工程主讲教师：吉林大学焊接教研室赵小辉联系电话：136043143102014年9月,1.1课程简介1.1.1课程的性质和任务课程性质：材料成型与控制工程专业方向任选课；课程任务：掌握有关焊接生产工艺及工装设计的基本知识、基本技能和基本经验，为以后从事焊接工艺或工装设计工作打下理论基础。1.1.2课程的基本要求（1）初步建立工艺过程的基本概念；（2）初步具有工艺分析工艺设计能力；（3）初步具有设计各种工装夹具及选择能力；,第1章绪论,第1章绪论课程简介,1.1.3主要教学内容(1)焊接生产领域的基本知识；(2)焊接结构生产工艺过程；(3)焊接结构生产的工艺分析与实例；(4)焊接工艺装备的分类、设计及选用；(5)初步了解焊接材料、工艺、检验等生产过程所涉及的相关标准。,1.1.4课程设置及考核方式1.1.5教学参考书【1】周浩森主编焊接生产及工艺装备上海交大92.5【2】贾安东著焊接结构生产与设计天大出版87【3】焦馥杰主编焊接结构分析基础上海科技版91.6【4】田锡唐主编焊接结构机械工业出版社1982.9【5】塔乌别尔著陈利华译装配-焊接夹具及机械装置【6】王云鹏编著焊接结构生产机械工业出版社2002【7】邓洪军主编焊接结构生产机械工业出版社04.2【8】甘肃工业大学焊接教研室焊接机械装备图册机械工业出版社，1982,1.焊接工艺：通常是指焊接过程中的一整套技术规定，是焊接质量优劣的重要保证，故制定焊接工艺的重要性可想而知。（1）焊接方法；（2）焊前准备；（3）焊接材料；（4）焊接设备；（5）焊接顺序；（6）焊接操作；（7）工艺参数；（8）焊后热处理。,焊接工艺和焊接工装,1.焊接工装：顾名思义是焊接工装夹具。焊接工装夹具的主要作用有以下几个方面：（1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。（2）有效的防止和减轻了焊接变形；（3）使工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高；（4）以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件；（5）可以扩大先进的工艺方法的使用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。,焊接工艺和焊接工装,1.2焊接结构特点及应用前景展望,1.2.1焊接结构生产工艺特点自重轻：减少材料消耗-比铆接轻1520%，比铸件轻5060%，有利于实现产品的轻量化。整体性强：具有高刚性、高密封性；适合制造高压容器。不足：止裂性差！接头等强性差：焊缝与母材不同质，接头组织、性能不均匀。（热影响区存在淬硬、软化等倾向！）,1.2.1焊接结构生产工艺特点,存在多种原因导致的应力集中：-工艺缺陷：咬边、裂纹、未熔合、未焊透、夹杂、气孔、焊瘤等等；-不合理设计：截面突变、凸起的角焊缝、较长的侧搭接焊缝、不等厚接头等等；-不良的焊缝成形：错边、角变形、余高过大等；存在焊接应力和变形：焊接结构普遍存在残余应力和残余变形，情况相当严重！,1.2.1焊接结构生产工艺特点,合理利用材料：异种材料焊接，合金锯条、容器衬里、硬质合金刀具、金刚石钻具、采煤机械、喷涂、堆焊等。涉足到表面工程领域！工艺灵活，适应性强：大型复杂结构采用分部件装焊、现场装焊-船舶、锅炉、桁架结构、石油管线、桥梁特殊产品电子束焊复合齿轮可实现空间上的全位置施焊！焊接工作者既是“钢铁的裁缝”，也是金属制品的“美容师”！,第1章绪论焊接结构特点及应用前景展望,1.2.2焊接结构生产现状及前景展望焊接结构用钢量（体现生产规模）人均钢产量（揭示发展潜力）机械化自动化程度（展示工业技术水平）,焊接结构用钢量,20世纪80年代，工业发达国家（日本、美国、德国）约为45%，我国约为25%。2005年，我国焊接结构用钢量为37%,工业发达国家达到50%以上。同年，我国钢产量达到3.49亿吨，成为世界最大的钢材生产与消费国；焊接结构的用钢量也突破1.3亿吨。,新中国成立后，先后建起了鞍钢、宝钢、武钢等大型钢铁基地。钢产量由49年的15.8万吨上升到现在的四亿余吨。,型钢热轧(hot-rolledsection)、焊接(weldedsection)I形，H形，T形，箱形，十字型板材热轧、冷轧线材轨道,人均钢产量,20世纪90年代，重工业成熟国家人均钢产量为600kg/p.y，我国钢产量突破6000万t，人均55kg/p.y。2006年，世界钢产量为12.39亿吨，我国钢产量为4.2亿吨，占全世界钢产量的34%，人均300kg/p.y。2010年我国钢产量将达到5亿吨，我国正在努力从钢材大国向钢材强国的方向发展。,机械化自动化程度采用的量化指标：焊接机械化自动化率=(自、半自动焊形成的熔敷金属量/熔敷金属总量)100%美国1978年达到55.6%；德国1980年达到64.2%；我国1985年仅为20%左右。现在日欧美使用的焊接材料中，手工焊比例小于18%,焊接自动化和半自动化率已大于80%。2006年我国消耗的焊材中，手工焊仍占55%左右，焊接自动化率尚不到50%。少数行业的部分企业的焊接自动化率已到70%以上。预计几年后我国焊接机械化自动化率可望达到70%。,机械化自动化程度,焊接结构应用的领域,压力焊、激光焊等汽车车身车体,埋弧焊自动焊接锅炉汽包,焊接结构应用的领域,焊接结构应用的领域,三峡水电站马氏体不锈钢转轮:直径10.7m,高5.4m,重440t,每个转轮焊接需要12t焊丝，耗时4个多月，为世界最大的铸焊结构转轮。,加氢反应器2005年底由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器，直径5.5m长62m厚337mm重2060t，为当今世界最大、最重的锻焊结构加氢反应器采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术，每条环焊缝需连续焊接5天。,焊接结构应用的领域,加氢反应器的焊接,反应器由10多个大型整体锻造筒节焊接而成，采用中国自已的专利产品全自动双丝窄间隙埋弧焊设备，每条环焊缝需连续焊接5天。,千吨级热壁加氢反应器,焊接结构应用的领域,神舟7号飞船航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构，而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。,西气东输的管线长4000km，是中国第一条高强钢（X70）大直径长输管线，所用的螺旋钢管和直缝钢管全部是板焊形式的焊接管。,焊接结构应用的领域,西气东输工程总长度为4300km，焊接接头数量达35万个以上，整个管道上焊缝的长度至少有15000km；,焊接结构应用的领域,奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重5万吨，是世界之最。,焊接结构应用的领域,焊接技术在工程中重要作用,“鸟巢”采用的十项焊接技术：控制应力应变焊接技术厚板高强钢（厚板、Q460高强钢）焊接技术CO2气体高能密度保护焊接技术大规模采用仰焊技术低温焊接技术抗层状撕裂焊接技术异种钢焊接技术远红外预热焊接技术自动焊接技术宽间隙焊接处理技术,焊接结构应用的领域,焊接结构应用的领域,杭州湾大桥为全焊钢结构斜拉桥。,焊接结构应用的领域,船体是典型的板焊结构。2005年总吨位12121万吨，占世界造船总量的17%，居于日、韩之后，稳居世界第三位，正向年产2500万吨的世界水平迈进。,第1章绪论焊接结构制造工艺特点及前景展望,从“十一五”规划的二十项国家重大技术装备的研制项目可以看出，在百万千瓦级核电机组、百万吨级大型乙烯成套设备、百万吨级大型对苯二甲酸成套设备、大型煤制气成套设备以及大型煤矿综合采掘成套技术与装备中，焊接制造都是关键制造工艺之一。由此可见，焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。焊接生产前景远大。,焊接工程师的技术职责,焊接监督（WS-焊接主管WeldingSupervisor)焊接工艺师(WPS-WeldingProcedureSpecification,WPQR-WeldingProcedureQualificationRecord,焊工资格认定)焊接质检师（VT-宏观,PT-渗透,MT-磁粉,UT-超声,RT-射线）焊接培训师（负责企业焊接人员培训）培训的各类人员有：焊工，技师，工程师；认证企业还要有相关资质的各类人员：国际焊接工程师(IWE)(internationalweldingengineer)、国际焊接技术员(IWT)、国际焊接质检师(IWIP)、国际焊接技师(IWS)、国际焊接技士(IWP)、国际焊工(IW)总体要求：知设计，懂工艺，通标准，善管理。,IWE证书,第2章焊接结构生产工艺过程,内容提要：生产领域基础知识备料与装配工艺要点焊接工艺要点,2.1生产领域基础知识,2.1.1基本概念（1）生产过程在工业生产中，把原材料或半成品加工成产品的直接劳动与间接劳动的总和称为生产过程。它包括：生产技术准备（产品设计或技术评审、工艺评定、工艺规程、焊工考试、工作试件、首件、样件制作等）生产物质准备（原材料、焊材、焊机、工具工装、排烟除尘设备安装、库房、车间及生产线布置等）生产工艺过程（备料、制孔、压型、装配（点固焊）、焊接、检验、调修、返修、热处理、清理等）包装运输（建立产品标签、托运包装、装箱等等）售后服务（现场安装、调试、维护、培训等等）,2.1.1生产工艺过程基本概念,（2）工艺过程是指生产过程中的直接劳动部分，即直接改变原材料或零部件的形状、尺寸、性能、状态那部分生产过程。具体产品要经过一种或几种加工工艺。譬如轴类：划线、切割、退火、锻打、机加、热处理等多个工序制作完成；锅炉汽包的筒节：平板、划线、下料、坡口加工、滚圆、组对、焊接、校圆（矫形）、清理等多个工序。,2.1.1生产工艺过程基本概念,注意：各种加工工艺之间要遵从一定的次序各种焊接结构，主要的生产工艺过程为：备料装配焊接矫正检验后处理（包括热处理、油漆、喷塑或热喷涂等）轴类：,划线,切割,锻打,退火,机加,热处理,锅炉汽包的筒节：,平板,划线,下料,坡口加工,拼板,滚圆,组对,清理,焊接,矫正,检验,标记,2.1.1生产工艺过程基本概念,（3）工艺流程在具体完成产品工艺过程时，把以工序为基本划分而制定的产品加工工艺顺序称为工艺流程。它是工艺过程的有序化，也叫工艺路线。表现形式图表形式（框图或表格）作用便于组织生产、便于生产调度和监督工艺实施、车间分工、平面布置等。举例低压储气罐主要工艺流程,低压储气罐装配示意图,a)设计图,b)装配图,低压储气罐主要工艺流程,2.1.1生产工艺过程基本概念,（4）工艺规程（WPS-WeldingProcedureSpecification）概念：在具体完成产品的工艺过程时，为防止盲目操作和野蛮生产而制定的产品加工的操作指令和技术法规。作用：产品加工的技术文件，使生产操作有法可依！保证产品质量的一致性。安排计划、生产调度、质量检验、劳动组织、材料消耗、工时定额以及工具供应、设备选用的技术依据。,2.1.1生产工艺过程基本概念,工艺规程的应用形式预工艺规程（pWPS）;工艺规程（WPS-WeldingProcedureSpecification）应用关系：,pWPS,WPS,工艺评定,WPQR,2.1.1生产工艺过程基本概念,工艺规程基本格式：1）工艺过程卡：也叫工艺路线卡，按每个零件编制，形式简练。内容：包括经过车间及各道工序名称（工艺流程）、设备、工装、单件工时等适用：单件小批或试制产品,2.1.1生产工艺过程基本概念,2）工艺卡片：按零件的工艺阶段编制。内容：包括毛坯种类、尺寸、零件草图、各道工序名称、设备、工装、阶段工时、加工表面、工作等级等。适用：单件小批重要零件、成批大量所有零件。,2.1.1生产工艺过程基本概念,3）工序卡片：按零件的每道工序编制，是具体指导工人操作的工艺文件。内容：包括该工序零件加工草图、详细工艺参数、基本作业程序、注意事项及辅助措施、主要技术要求、检测方法、所用设备工具工装、具体工时定额等。适用：单件小批特别重要零件、成批生产的重要零件、大量生产的全部零件。,2.1.1生产工艺过程基本概念,（5）生产纲领工厂或车间被上级部门批准实施的生产计划，是生产部门的总目标。详细生产纲领应注明：产品名称产品代号产品数量、种类,2.1.1生产工艺过程基本概念,（6）生产规模及生产类型生产规模主要依据相同周期内连续生产同一产品的数量和不同产品的生产变化周期来划分生产规模的大小。机械行业一般分三种生产类型：单件（小批）生产；成批生产；大量生产。具有相对性和客观性，属于定性分类。,第2章焊接结构生产工艺过程生产领域基础知识,2.1.2生产类型与工艺过程的关系通过表格阐述生产类型对工艺过程的许多生产要素的影响规律，为组织生产及工艺设计提供参考。表2-1定性说明：生产类型对生产方式、装配方式、设备选型、设备布局等诸多生产要素的影响。,表2-1生产类型与工艺过程的关系,表2-1生产类型与工艺过程的关系（续）,第2章焊接结构生产工艺过程生产领域基础知识,2.1.3产品特征与工艺过程的关系通过表2-2来说明产品特征对生产工艺过程的自动化程度、生产线格局、产品检验制度的影响。,表2-2产品特征与工艺过程的关系,工序是工艺过程的基本单元，是指在一个工作地，由一个或一组工人用一种设备加工一个或一组工件所进行的全部操作,2.1.4工艺过程基本术语,安装是工序的组成部分，泛指工件在一次夹固期间所完成的全部操作,2.1.4工艺过程基本术语,工位指工件在一次安装的情况下，工件或加工设备所处的加工位置,2.1.4工艺过程基本术语,工步指在一个工位内，对工件装备等在规范参数不变的情况下所完成的操作。例如：多层焊时，打底焊道；填充焊道；盖面焊道。每完成一种焊道，可理解为进行了一个工步。如果用解数学应用题来理解“工步”的概念，大概“列算式”和“具体计算”应该算是两个工步。,2.1.4工艺过程基本术语,操作在工艺过程中某些不具有工艺过程特点的基本动作称之为操作，例如更换焊条、添加焊剂、敲渣等.这些辅助操作也是实现整个焊接工艺过程的必要环节。,2.1.4工艺过程基本术语,（1）项目调研，进行合同评审;（2）图纸审查,进行技术评审;（3）工艺方案的认定（4）工艺评定和工作试件（5）工艺规程及其它文件的制定（6）工艺装备设计任务书（7）生产线平面布置（8）技术总结,2.1.5生产过程的技术准备,工艺方案的内容,规定新产品试制、生产时达到的技术指标生产组织形式、工艺路线的安排原则工艺规程编制原则、形式工艺装备的选择与设计原则关键工艺解决方案、工作试件计划经济效果分析工艺准备周期和工作量的估计,工作试件的意义,制作工作试件的根本目的：检验接头设计的合理性；检验焊工的技术水平；检验工艺规程的正确性；检验焊缝质量的可靠性。工作试件可以同时具有多个目的。主要针对非规范性接头，如单面可达的非全熔透HY/HV焊缝。,（1）图纸准备（产品图、毛坯图等）（2）文件准备（wps,生产计划、检验计划）（3）人员准备（焊工资质、检验监督人员）（4）材料准备（母材、焊接填充材料、气体）（5）设备准备（焊机、探伤机等）（6）工装准备（各种胎夹具、变位机等）（7）能源动力准备（压缩空气、液压站、电控等）（8）生产线安装、调整（9）工具准备（焊帽、工具、检具等）,2.1.6生产前的人力物力准备,2.2备料及装配工艺要点,2.2.1备料工艺,（1）备料工艺的目的及重要性1）概念：为焊接结构提供合格原材料或合格零件的工艺过程。2）目的：把住结构生产的源头！3）重要性：备料工艺质量直接或间接影响产品质量；在重型机械的焊接结构中约占全部加工工时的25-60%；改善备料加工方法、提高机械化水平，可有效提高零件加工质量和生产率。,2.2.1备料工艺,（2）备料工艺的主要内容金属材料的储存、复验、除锈、矫正、放样划线号料、下料、坡口及边缘加工、弯曲和成形、冲压及其它预加工方法等。（3）备料工艺要点1）储存：目的：保证物流顺畅，防止“等米下锅”！注意事项：防混料、防变形、防腐蚀、可追溯！相关标准：库房要达到控温、控湿标准；设备：通风、供暖、焊条焊剂烘干等设备。,2.2.1备料工艺,2）复验目的：对材质进行复核，确认材质的一致性。内容：化学成分、金相组织、力学性能、冷热加工性能3）除锈方法化学(如酸洗)机械（如喷砂、喷丸处理，钢丝刷等）,2.2.1备料工艺,4）矫正原因：钢在轧制过程中，可能产生残余应力而使钢材变形钢在加工过程中，由于外力或不均匀加热造成变形钢材因运输存放不当引起的变形标准：轧制钢材下料前允许偏差,2.2.1备料工艺,表：一般轧制钢材下料前的允许偏差值,2.2.1备料工艺,原理通过外力或加热使材料产生塑性变形抵消原有变形方法人工、机械设备钢板矫平机、型材矫正机等注意冷热矫正量,2.2.1备料工艺,图：钢板矫平机基本原理图,2.2.1备料工艺,a）角钢矫正机,b）调直压力机,图：型材矫正机示意图,1-轴辊,2-角钢,3-固定支座,4-顶块,5-工字钢,2.2.1备料工艺,5）放样划线号料概念放样：在制造金属结构件以前，按产品零部件图纸的要求，在放样台上用1：1的比例（或一定比例），划出实际零部件的平面展开尺寸。划线：利用工具或样板等在金属材料上进行实际轮廓线的复制。号料：根据放样的轮廓线用小锤和冲子在金属材料上打标记。,2.2.1备料工艺,放样的目的：检查设计图纸的正确性确定零件毛坯的下料尺寸制作样板,2.2.1备料工艺,方法：人工放样划线号料光学号料：通过摄影制成小比例的投影底片，然后再光学投影放大装置上放大，在钢板上投射出1:1的构件图样。电印号料：在光学投影号料的基础上，将放大成1:1的构件图形影像投射到覆盖有一层带负电的光导电粉末的号料钢板上，使其曝光，再经显影和定影处理，在钢板上留下号料的线条痕迹，实现自动号料。数学放样：用数学方程定义物体型线或型面，建立数学模型，借助于电子计算机完成物体放样。注意事项（怎样做好放样划线号料工作）：合理确定放样及样板制造公差合理确定划线或号料公差考虑加工余量合理利用材料,2.2.1备料工艺,表：放样及样板制造时的公差,2.2.1备料工艺,表：划线或号料公差,2.2.1备料工艺,表：制作样板号料或划线号料时的加工余量,6）下料概念：将零件从金属材料上按照划线或号料标记切割下来的工序叫下料常用下料方法：机械切割、热切割机械切割：剪切、锯切(如条锯、圆片锯、砂片锯等)、铣切、水射流切割热切割：气体火焰切割、等离子弧切割和激光切割、碳弧气刨等,2.2.1备料工艺,2.2.1备料工艺,机械切割剪切剪切加工硬化硬化区宽度：1.52.5mm影响因素：材料塑性、板厚、刀刃锋度、力度、速度、间隙消除方法：退火、刨边设备龙门剪、压力剪、圆盘剪应用中厚（3040mm）板材、型材Q235、不锈钢等,机械切割锯切设备带锯依靠往复或旋转运动锯齿逐个切削，适用于切断大截面型材圆盘锯无齿锯摩擦锯即砂轮切片机，切口有组织变化应用：生产率低于气割、剪切,2.2.1备料工艺,2.2.1备料工艺,其他切割方法设备联合冲剪水切割,热切割气割：气体火焰切割概念：气割是利用某些金属在纯氧中燃烧的原理来实现金属切割的方法。气割条件：金属材料的燃点必须低于其熔点；金属氧化物的熔点低于被切割金属的熔点及切割温度，且流动性好；金属燃烧时产生大量的热；金属本身导热性要低。,2.2.1备料工艺,2.2.1备料工艺,适用范围：适用低、中碳钢和低合金钢难以进行气割-高碳钢、铸铁、高合金钢及铜、铝等有色金属及合金方法：特点：厚度大5200、形状灵活、可开坡口切割薄板及直线工件效率、经济性低于机械切割,手工、半自动、自动气割,2.2.1备料工艺,热切割等离子弧切割概念：等离子弧切割是采用高温等离子弧焰流将切口金属熔化并吹除实现切割的方法特点：切割速度高，切口质量好适用范围：等离子弧切割不锈钢180mm；铝合金250mm,2.2.1备料工艺,选择原则：经常费用直接成本、间接成本投资费用切割设备、辅助设备生产效率加工质量一般：20-25mm短、直线剪切经济12-16mm长、曲线考虑气割。,2.2.1备料工艺,7）坡口及边缘加工坡口概念根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽称为坡口坡口参数：坡口角度、间隙、钝边。坡口及边缘加工目的控制间隙，使接头根部焊透；留有钝边防止焊漏或烧穿；提高组对精度，使间隙均匀，防止焊漏或产生未焊透；刨边：去除缺陷及组织性能变化区、保证边缘性能。,2.2.1备料工艺,2.2.1备料工艺,坡口及边缘加工方法：气割切削加工（车或刨）碳弧气刨,2.2.1备料工艺,2.2.1备料工艺,坡口基本形式及特点：I、V、X、U、双U特点：可焊性、焊材消耗、变形、加工难易选择依据：板材厚度坡口加工方法焊接工艺性考虑焊接方法、焊接位置、接头类型、变形大小、熔透要求、经济性等,2.2.1备料工艺,手工电弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸标准：GB985-88，GBT337594；ISO2553-1992，ISO9692-1依据：主要取决于焊件板材厚度气焊：一般采用对接接头和角接接头,2.2.1备料工艺,埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸标准：GB986-88，ISO9692-2埋弧焊的接头形式与手弧焊基本相同12mm、采用I形坡口单面施焊24mm、采用I形坡口双面施焊24mm、需开坡口电渣焊：两工件之间的间隙一般应取2535mm,2.2.1备料工艺,8）弯曲成形弯曲形式:钢板压弯、钢板滚弯、钢管弯形方法:冷弯、热弯设备：三辊、四辊弯板机,2.2.1备料工艺,9）其它预加工方法冲压制孔折边翻边弯管10）焊前清理机械清理、化学清理,2.2.1备料工艺,备料工艺小结：备料工艺的主要内容、工艺流程及要点；注意下料方法及相关设备及性能；关注坡口形式及其加工质量；注意下料反变形，如：加收缩余量等！控制零件尺寸公差及标记、标识等。留意工艺板或工艺跟踪试板的制备。注意焊前清理及质量跟踪控制等。,10月16号开始,2.2.2装配工艺要点,2.2.2装配工艺,（1）装配工艺的概念和基本程序1）什么是装配？用点固焊或紧固装置将各构件按图纸要求连接与固定形成部件或结构的过程。2）基本程序定位-夹紧-点固3）重视装配工艺的意义保证产品质量和工作效率；保证大量生产零部件的互换性。,2.2.2装配工艺,装配图片,（2）装配定位方式,划线定位装配法；定位器法；专用胎卡具法；装配孔法.,（2）装配定位方式1）划线定位装配法概念：适用：特点：,2.2.2装配工艺,借助常规量具、规具等采用人工划线方式来确定零部件的相对位置。,单件小批生产、或大型结构、或周期重复的系列产品。,工作繁重，经验性强，必须熟练的钳工来完成，基本依托为平台。,2.2.2装配工艺,（2）装配定位方式2）定位器法概念：利用专门设计的具有特定形状、特定分布的定位器、压夹器完成零件的装配。适用：批量生产的中小型构件特点：定位可靠，重复性好，劳动量较轻。,2.2.2装配工艺,（2）装配定位方式3）专用胎卡具法概念：适用：特点：,利用专门设计的机构或装置完成的定位装配方式,批量生产的较复杂的控制精度较高的结构,质量可靠，重复性好，设置有专门的防变形功能，自动化程度较高,2.2.2装配工艺,（2）装配定位方式4）装配孔或附件法概念：适用：特点：,人为地在工件上加工某些装配用的孔（或焊上附件板），以便借助销轴或螺栓来完成零部件的可靠定位,不得已而为之，慎重采用！,制孔或焊板，劳动量大，有时需恢复原状,2.2.2装配工艺,（3）装配工艺要点1）零件、组件、部件的装配次序2）在各装配工序上采用的装配方法3）选用合适的装备、胎夹具、工具等,2.2.2装配工艺,（4）装配次序，装配焊接顺序类型1）整装整焊概念：适用：特点：,对整体结构先组对点固完毕后再实施焊接,结构简单，零件少,装配、焊接可在各自工位上进行，进行流水作业,2.2.2装配工艺,（4）装配次序，装配焊接顺序类型2）随装随焊概念：先组装若干零件，焊接相应焊缝；然后再装配若干零件，随后再进行焊接；直至全部零件装焊完毕适用：单件小批生产的较复杂结构特点：装配工与焊工在一个工位上交替作业，效率较低,2.2.2装配工艺,（4）装配次序，装配焊接顺序类型3）分部件装焊概念：根据结构特征将焊接结构划分成若干部件。先由零件装配焊接成各个部件；最终再将各部件装配成总成（总装），并焊接各节点焊缝。适用：大型复杂结构的批量生产特点：有利于大型结构的装配、有利于控制焊接变形、有利于提高焊接质量、有利于提高焊接生产率。,2.2.2装配工艺,（5）装配工艺的重要性与注意事项1）装配工艺的重要性同机械装配相比具有不可拆性；选择科学合理的装配次序，及时控制焊接应力与变形；占全部工时的25%35%，即约1/3工作量，应注意提高效率，保证质量。,2.2.2装配工艺,2）装配工艺的注意事项正确选择装配定位基面a）尽量选择加工精度较高的表面或边缘作为定位面；b）定位基面的设计应有利于结构尺寸、形状的控制，方便其余零件的装配（能够装配较多的工件）；c）尽可能与产品的设计基准或检测基准相统一。,2.2.2装配工艺,合理控制装配公差a.保证重点部位的装配公差;b.有计划、按步骤适时、适度地对主要技术指标进行控制;c.严格控制装配公差标准有利于提高焊接部件在总装时的互换性，有利于提高生产率、保证产品质量。,2.2.2装配工艺,机械加工滞后考虑a.焊后机加对于有机械加工精度要求较高的孔或表面的零件，应尽可能最后安排机加工;b.机加零件后焊已加工好的零件应尽可能最后装焊到整体结构中，装配时应配合采用高刚度、精确的定位装配，保证装配精度。,2.2.2装配工艺,注意焊前清理及点固焊质量a.清理坡口及焊缝两侧;b.点固焊时焊接材料应一致，规范应严格,点固焊道的长度和位置要受控.注意采用工装来提高工效工件的翻转/变位等应有可靠的工装.尤其要注意装配反变形！,2.3焊接工艺要点,焊接工艺制定的总体思路,母材选择焊接方法拟定工艺方案确定工艺参数工艺评定制定WPS确定操作人员实施工艺验证工艺修订。,2.3.1焊接管理人员的责任和义务,(1)引用标准EN719:1994,ISO14731(2)管理职责每个生产企业应有一个或几个人承担焊接监督管理工作焊接管理人员必须对与焊接有关的制造过程及相关的质量全面负责包括:1）计划2）生产3）监督4）检验,2.3.1焊接管理人员的责任和义务,(3)人员资质：对焊接管理人员的要求可由生产企业、合同或应用标准确定焊接管理人员应通过学习、培训、生产经验积累掌握相关知识，取得相应资质具备以下资质的人员可为焊接管理人员a焊接工程师（IWE/EWE）b焊接技术员(IWT/EWT)c焊接技师（IWS/EWS),2.3.2焊接工艺的内容,（1）制定配套合理的焊接方法和填充材料1）各种焊接方法标识ISO4063/DIN1912/GB5185311(数字代号)G(德文缩写)气焊G111E焊条电弧焊SMAW(手弧）12UP埋弧焊SAW131MIG熔化极惰性气体保护焊MIG135MAG熔化极非惰性气体保护焊141WIG钨极惰性气体保护焊TIG21RP电阻焊RSP,23,2）各种焊接方法特点,2.3.2焊接工艺的内容,各种焊接方法特点（2）,埋弧自动焊,2.3.2焊接工艺的内容,提高生产率，降低成本若板材为中等厚度时，原则上选择焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊均可。如果是平焊长直焊缝或大直径环焊缝，批量生产，应选用埋弧焊。如果是位于不同空间位置的短曲焊缝，单件或小批量生产，采用焊条电弧焊为好。,2.3.2焊接工艺的内容,3）焊接方法选择原则接头使用性能及质量要符合结构技术要求点焊、缝焊都适于薄板轻型结构焊接，缝焊才能焊出有密封要求的焊缝；氩弧焊和气焊虽都能焊接铝材容器，但接头质量要求高时，应采用氩弧焊；焊接低碳钢薄板，若要求焊接变形小时，应选用CO2焊或点（缝）焊，而不宜选用气焊；,2.3.2焊接工艺的内容,提高生产率，降低成本氩弧焊几乎可以焊接各种的金属及合金，但成本较高，所以主要用于焊接铝、镁、钛合金结构及不锈钢等重要焊接结构。焊接铝合金工件，板厚10mm采用熔化极氩弧焊为好，板厚6mm采用钨极氩弧焊适宜。若是板厚40mm钢材直立焊缝，采用电渣焊最适宜。,2.3.2焊接工艺的内容,焊接现场设备条件及工艺可能性选择焊接方法时，要考虑现场是否具有相应的焊接设备，野外施工有没有电源等。此外，要考虑拟定的焊接工艺能否实现。例如，无法采用双面焊工艺又要求双面成形的全焊透工件，单面施焊时，若先用钨极氩弧焊（或钨极脉冲氩弧焊）打底焊，更易于保证焊缝根部及背面的成形质量。,2.3.2焊接工艺的内容,（2）确定合理的焊接工艺参数熔焊：焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类、极性、焊条（丝）种类、直径、气体种类及流量、坡口形式、焊接层数、预热及层间温度、焊接位置及方向（即左焊法、右焊法）等；电阻焊：焊接电流、电极压力、焊接时间、电极尺寸、形状、冷却水压等。,焊条电弧焊接工艺规范,焊条直径的选择焊条直径主要取决于焊件厚度、接头形式、焊缝位置、焊道/层数等因素。平焊时焊条的选用原则：当板厚t4mm时，焊条直径d=t；当t4mm时，常采用多层焊，焊条直径为4mm6mm。焊条直径：2.0、3.2、4.0mm选择原则：能大则大效率高!焊接电流大小根据焊条直径来选择:经验公式为：I=Kd，式中,I-焊接电流（A）；d-焊条直径（mm）；K-经验系数，常取4045（A/mm）.,焊条电弧焊工艺规范,电弧电压与焊接速度一般弧长控制在14mm之间，相应的电弧电压在1625V之间。在保证焊透且焊缝成形良好的前提下，应尽量快速施焊，焊件越薄，焊速应越快。注意：焊速太快易产生咬边；焊速太慢易产生烧穿。,焊条电弧焊接工艺规范,电源种类极性,1.交流弧焊机两端极性不断变化，不存在焊接极性接法的问题。而直流电源的正负极性固定不变，就有两种焊接极性接法-正接和反接。焊件接电源正极，焊条接电源负极，称为正接，焊接过程中电子由焊条流向焊件。反之，称为反接。,2.阴极发射电子，消耗能力；阳极接受电子撞击，吸收能量。,3.用交流电源焊接时，电弧稳定性差。采用直流电源焊接时，电弧稳定、柔顺、飞溅少，但电弧磁偏吹较为严重。,4.焊接薄板时，焊接电流小，电弧不稳，因此常选用直流反接。,焊条电弧焊接工艺规范,多层焊考虑到热输入对接头塑性和焊缝质量的影响，对于较厚接头往往需要开坡口，采用多层焊；多层焊每层厚度最好不大于45mm。经验认为，每层熔覆金属的厚度为焊条直径的1.2倍时，生产率高，且比较容易操作。某些材料在多层焊时，还要控制层间温度。,焊缝的空间位置,相关标准GB/T16672-1996/ISO6947,(a)平焊,(b)立焊,(c)横焊,(d)仰焊,PC,PC,PE,PA-平焊、PB-平角焊、PC横焊、PD-仰角焊、PE-仰焊,PA,PB,PB,PD,PD,国际标准：ISO6947,PF,PG,PJ,PH,PK,PF-立向上焊；PG-立向下焊；PJ-管子立向下；PH-管子立向上；PK-管子环状焊。,国际标准：ISO6947,坡口形式选择,坡口形式选择依据：板材厚度加工方法焊接工艺性考虑焊接方法、焊接位置、接头类型、变形大小、熔透要求、经济性等。,相关标准：GB985-88焊缝坡口的基本形式与尺寸（气焊、手弧焊、气保焊）ISO9692(推荐坡口)GB986-88埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸,2.3.2焊接工艺的内容,（3）确定相关的热过程参数1）预热、后热碳素钢和低合金钢的预热温度：当wc0.6%时，200350后热温度200350，保温时间26h,珠光体耐热钢的焊接热处理规范,各种金属材料焊后消除应力热处理温度,2.3.2焊接工艺的内容,2）焊后消除应力热处理,2.3.2焊接工艺的内容,（4）确定合理的焊接顺序及方向核心目的：有利于减小焊接残余应力有利于控制结构宏观变形方便施焊基本原则：尽可能使焊缝自由收缩收缩变形大的焊缝尽可能先施焊对整体变形影响大的焊缝应先施焊工作应力大的焊缝优先施焊,2.3.2焊接工艺的内容,具体措施方法举例分部件焊接、刚性大的部件后焊先焊短焊缝后焊长焊缝先焊纵缝后焊环缝先焊对接后焊角接多层多道焊或分段退焊长直焊缝可由中间向两侧对称施焊先焊拉应力区后焊压应力区,焊接顺序及方向,先焊短焊缝后焊长焊缝采取合理的焊接顺序，使焊缝能够自由收缩，以减少应力；先焊焊缝1导致对焊缝2的拘束度增加，残余应力增大。,焊接顺序及方向,焊接顺序及方向,先焊纵缝后焊环缝圆柱筒体组对焊接，储罐焊序1-2-3-4-5,焊接顺序及方向,先焊对接后焊角接：,焊序1、2,焊接顺序及方向,采用小能量双面多层焊，可减少焊缝应力有利于自由收缩(刚度较小),焊接顺序及方向,先焊拉应力区后焊压应力区工字梁对接,2.3.2焊接工艺的内容,（5）指明焊接设备、工装、工具等的名称及型号（6）指明对焊接材料的特殊要求锅炉制造工艺酸性焊条：150-200，保温时间1-2小时碱性焊条：350-450，保温时间1-2小时耐热钢焊条：350-400，保温时间1-2小时焊剂：300-350，保温时间1-2小时,2.3.2焊接工艺的内容,（7）指明对焊前清理及点固焊的要求1）焊接方法与材料：符合焊缝性能要求或一致2）工艺参数：E,4;CO2I(焊)1015%3）引、熄弧处圆滑过渡，焊透，不允许缺陷：未焊透、夹渣、咬边等4）点固长度：1520/50300,2.3.2焊接工艺的内容,（8）规定焊缝焊透率（9）规定材料消耗定额、工时(10)规定操作人数及等级,2.3.3制定焊接工艺的原则与方法,（1）制定焊接工艺的原则1）在满足产品技术要求的前提下，尽可能选择成熟的工艺方法及现有工艺装备;2）在保证焊缝成形和内在质量的前提下尽可能采用较小的线能量和较少的焊接次数;3）在不增大劳动强度和保证生产安全的前提下，尽可能使焊缝处于平焊或船形焊位置（PA）;4）条件允许时应尽可能选择自动化程度高，经济效益好的焊接方法;5）在可能协调的情况下，尽可能创造有利的作业环境，保障操作者身心健康.,2.3.3制定焊接工艺的原则与方法,（2）制定焊接工艺的方法1）类比设计2）独立设计3）利用焊接工艺设计专家系统4）配合工艺评定试验进行工艺验证5）最后通过首件或试生产，全面验证工艺的正确性,(3)制定焊接工艺的相关标准,根据ISO15609-1电弧焊焊接工艺规程拟定pWPS焊接工艺预规程经过WPQT焊接工艺评定试验WELDINGPROCEDUREQUALIFICATIONTEST依据WPQR焊接工艺评定报告WELDINGPROCEDUREQUALIFICATIONREPORT推出WPS焊接工艺规程焊接工艺评定试验的相关标准：ISO15614系列标准（可查取相关内容）,（4）焊接工艺评定,概念为了验证所拟定的焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价功能通过焊接工艺评定认可拟定的工艺规程评定焊接接头性能符合设计要求的能力,2.3焊接工艺要点,焊接工艺的内容焊接工艺制定的方法及原则焊接工艺评定的概念及作用相关的国际标准,第3章焊接结构生产工艺分析及典型实例3.1焊接生产工艺分析,3.1.1什么是工艺分析,概念：在产品投产前，工艺人员针对具体焊接结构及生产工艺问题所做的全面深入的技术经济“会诊”和产品剖析，在重点解决技术关键的基础上，依据本厂生产能力提出最佳制造工艺方案和具体工艺措施。作用：工艺分析的结果直接用于指导工艺规程的制定和生产组织活动。,3.1.2工艺分析内容与步骤,消化图纸、捕捉信息、归纳整理进行产品结构工艺性、材料焊接性、生产合理性分析提出工艺方案、拟定技术措施专家会审，修改方案，完成工艺文件最终确认和审批,3.1.3工艺分析原则与方法,工艺分析的原则：保证技术条件取得最高经济指标符合国家方针政策,3.1.3工艺分析原则与方法,工艺分析的方法（1）保证技术条件要求：1）获得优良质量焊接接头围绕影响接头质量因素进行分析：工艺因素冶金因素结构因素,3.1.3工艺分析原则与方法,2）获得准确外形尺寸影响结构焊接应力与变形因素分析接头与坡口形式分析焊缝分布状况及变形趋势焊缝变形量大小装配-焊接顺序的合理性其他工艺措施掌握公差标准,3.1.3工艺分析原则与方法,（2）采用先进工艺的可能性1）可否采用先进焊接工艺方法例如，厚板的窄间隙焊；铝合金搅拌摩擦焊；激光焊等等。2）焊接生产过程的机械化和自动化例如，采用焊接机器人来提高焊接质量和生产率，改善劳动条件。但是会提高成本！,3.1.3工艺分析原则与方法,3）改进产品结构、创造先进工艺过程小型受压缸的焊接铁路槽车罐体的焊接,3.1.3工艺分析原则与方法,（3）焊接生产经济性减少实际工作时间的途径减少辅助工作时间的途径核算焊接成本,3.1.3工艺分析原则与方法,1）提高焊接生产率-减少实际焊接时间提高焊接熔化效率减少熔敷金属量采用高能密度焊提高熔敷率采用自动化焊接工艺选择合理的焊接位置,3.1.3工艺分析原则与方法,2）减少辅助时间规定和遵守最佳焊接顺序选择合理的焊接电源采用高效机械装置清理采用脱渣性能优良的焊条或焊剂采用熔池保护措施,3.1.3工艺分析原则与方法,3）焊接成本核算应考虑的因素工资费用材料消耗设备费用能量消耗,3.1.4工艺分析基础资料,焊接结构产品图纸及设计说明书订货合同或生产纲领本厂生产能力与生产经历有关产品的相关法规标准图册手册资源保障状况质量保证体系的完善程度企业经济状况等,3.2焊接生产工艺分析实例,-桥式起重机主梁焊接生产工艺分析,3.2.1基础资料,(1)结构组成零件名称、作用主要尺寸梁宽B,梁高H,板厚:1220mm,跨度Lk,3.2.1基础资料,（2）主要技术条件在垂直平面内要有Lk/650750的上拱度在水平面内旁弯（向外弯）度为Lk/15002000腹板波浪变形上部H/3区/3,且2mm/m靠下盖板侧/2,且3mm/m上盖板倾斜bB/250腹板倾斜cH/250整体扭曲cB/250主梁长、宽、高、隔板宽、高等,3.2.1基础资料,（3）主要技术参数跨度系列Lk:10.531.5m，起重吨位:510t（4）结构材料Q235-A，16Mn（5）生产类型稳定产品，批量生产（6）企业生产条件焊接方法：E、MAG/CO2、UP，有工装条件,3.2.2结构特点分析,桥式起重机主梁为薄板箱形封闭全焊结构结构特点主要工艺问题解决措施薄板结构产生波浪变形、装配定位等刚性固定、焊接工艺措施箱形结构矩形度通过隔板定位保证,3.2.2结构特点分析,封闭结构装焊顺序随装随焊全焊结构焊缝分布位置、应力、变形主要拼接焊缝错开200mm，远离中心2m各类变形依重要性及影响大小控制,3.2.3工况及受力分析,力学模型工作应力上压下拉上盖板为主要承力面保证形状、尺寸精度作为组对、检测基准,3.2.4主要技术条件分析,为何有上拱度要求？主梁受力产生下挠起重机行业标准上拱度：Lk/1000主梁为何不允许向内弯？为何对腹板波浪变形有要求，且上盖板侧要求严格？,3.2.5焊缝分布特点分析,（1）焊缝种类拼接焊缝“”形焊缝翼缘焊缝跳焊焊缝（2）各类焊缝的分布特点及工艺要求,3.2.5焊缝分布特点分析,3.2.6主梁上拱度控制措施,（1）下料预制上拱度：确定下料拱度数值f预=f0+fh+fw确定拱度曲线抛物线下料方法，重点保证上边沿精度先拼焊后切割、直接拼焊梯形料版,3.2.6主梁上拱度控制措施,（2）装配焊接过程对拱度的控制：分析装配-焊接顺序对挠度的影响考虑瞬时中性轴的变化,3.2.6主梁上拱度控制措施,方案1312方案2123方案3213,f=f3+f1+f2,f=f1+f2-f3,f=0+f1-f3,3.2.6主梁上拱度控制措施,（2）装配焊接过程对拱度的控制：以上盖板为基准装配焊接隔板装配腹板，焊接里皮焊缝，形成形梁下盖板的装配采用正装，注意适时控制拱度主梁四条纵缝的焊接注意焊接顺序,3.2.6主梁上拱度控制措施,（3）焊后矫正：可选火焰矫正法火焰矫正法的三要素是什么？,严重的焊接变形应消除，常采用机械矫正法，通常只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。,火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法，一般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。,3.2.7主梁制造工艺要点,备料部分（略）拼板对接焊工艺对象：腹板、上下盖板焊接工艺：双面E；双面E+UP；双面UP；MAG/CO2；单面UP等均可双面焊时注意：清根，翻转不当易产生翘曲变形，两面焊接方向相反512厚度板可采用单面焊双面成形，其优点是无须翻转，且对组对间隙等参数要求不严格,3.2.7主梁制造工艺要点,要求：焊透，检验方法为RTorUT焊缝位置：各拼接焊缝错开200以上，梁中心2m以内无焊缝腹板下料时反变形法，若用气割工艺，应先割下沿，后割上边缘，以保证腹板上边缘有准确的拱度。同时，应保证腹板上边缘有较高尺寸精度及加工质量,3.2.7主梁制造工艺要点,大隔板制造工艺为节省材料可以拼接；隔板与上盖板和腹板接触处的两个顶角，特别是吊钩侧（因该侧为检测倾斜等的基准）应严格保证直角；同时，上、左、右边缘应有好的加工质量。注意下料余量的控制；隔板宽度误差1,3.2.7主梁制造工艺要点,装配“”形梁上盖板在平台上定位、夹紧；以上盖板为基准装配隔板，采用划线定位装配，隔板间距误差5，其组对位置错开盖板拼接焊缝。,3.2.7主梁制造工艺要点,装配“”形梁隔板焊接：不预制旁弯时采用由内侧（吊钩侧）向外侧（如走台侧）施焊，可满足一定的旁弯要求,3.2.7主梁制造工艺要点,装配腹板，形成“”形梁。采用划线定位装配，首先在跨中对齐，进行定位焊，然后松开压板，使其边缘密贴，由中间向两侧点固作业里皮焊缝焊接。方向：由内侧（上盖板）向外侧（下盖板方向）施焊，会使挠度下降；顺序：若旁弯过大，先焊外侧，旁弯不足，先焊内侧；方法：沿梁长度方向由偶数焊工对称施焊，以使变形均匀,3.2.7主梁制造工艺要点,下盖板装配下盖板的装配采用正装，便于预检主梁的上拱、旁弯、扭曲等及时校正，注意采用变截面法适时控制拱度翼缘焊缝焊接主梁四条纵缝的焊接注意焊接方法、顺序（焊前检测拱度）、工装,3.2.8主要工艺装备,3.2.8主要工艺装备大型平台焊接胎架自动焊小车、跟踪装置辅助工具,本章总结,1.重点掌握上拱度综合控制措施。2.隔板有什么作用？隔板拚接时应注意哪些问题？隔板作用：保证箱形梁的矩形度、枕木（支撑载荷）、提高抗扭刚度、作为工艺基准（定位、检测、矫正）等；注意问题：保证至少一个角为90度；安装时错开盖板等的拼接焊缝；注意边缘加工精度；3.以“”形梁的装配为例，分析各零件之间的定位关系和操作程序：按结构特点要求选择定位器、设置定位器并使其与安装的工件紧密接触：上盖板安装时以带“T”形槽的平台为主定位面，两侧通过挡块定位；为防止零件窜动可用压板夹紧。隔板安装在上盖板上时可通过模板或直角电磁铁定位。两侧腹板则通过隔板和上盖板来实现定位。值