环缝焊机总体结构设计

1目录前言 11 绪论 31.1 我国焊接技术的发展水平 31.2 本课题的目的和研究意义 42 研究现状及设计目标 62.1 相近研究课题的特点及优缺点 62.2 现行研究存在的问题及解决方法 72.3 本课题要达到的设计目标 803 焊接过程中要解决的几个问题 93.1 需要解决的问题 93.2 具体实现中采用的技术及分析 93.2.1 焊接裂纹 93.2.2 未焊透 133.2.1 夹渣 133.2.2 气孔 143.2.1 焊缝外观缺陷 144 系统结构与模型 174.1 结构特点及主要技术参数 174.2 整体结构与原理 174.2.1 整体结构 17联系 QQ59978093 200 元全套24.2.2 技术原理 185 系统各部分实现方法及部件选择 205.1 系统各部分实现方法及部件选择 205.1.1 平台的升降 205.1.2 伸缩臂进给 235.1.3 台车的运行 245.2 设计实现策略及算法描述 255.2.1 驱动伸缩臂的齿轮校核 255.2.2 行走机构计算 255.2.3 升降机构计算 295.2.4 伸缩机构计算 326 设计中的注意事项及环形缝焊机的未来展望 346.1 设计中的注意事项 366.2 环缝焊机的发展前景 366.2.1 爬行小车式焊管机 366.2.2 长输管道自动焊接机 366.2.3 环缝焊机焊头自动跟踪系统 386.2.4 焊接机器人 397 结束语 40致谢 41参考文献 423附录 A 译文 43附录 B 外文文献 53联系 QQ59978093 200 元全套4前言焊接是现代工业生产中不可缺少的先进制造技术，被广泛应用于机械、冶金、电力、电子、压力容器、汽车、船舶、建筑、航空航天和军事装备等产业部门。现代工业的新技术的发展离不开焊接技术，而焊接技术也会得到其他奥新技术的支持。在当今新技术革命的浪潮中，焊接技术越来越受到各行各业的密切关注。焊接技术涉及的范围及其应用非常广泛。随着现代先进制造技术的发展，特别是我国改革开放以来，焊接工艺以及焊接设备的研究与应用都有了全新的发展面貌，这使我对焊机产生浓厚兴趣。虽然近年来大多数焊接装备均采用最先进的自动控制技术，如数字控制系统，基于 PC 机控制系统，智能化控制系统和网络控制系统等，但是为了突出我的专业方向，我将这次毕业设计的重点放在了焊机的总体结构设计方面。焊机结构采用伸缩臂式焊接操作方式，工作方式是焊机与滚轮架组合应用。由于我对焊接的认识只是停留在日常见到的设备和技术上，这些表面上的认识对我的设计来说还远远不够。所以为了做好我所选择的毕业设计课题，在实际设计之前，我先在网上搜索了一些焊接技术和焊机的相关知识，对焊机的种类和外部构造有了初步了解。在此基础上，又到图书馆借阅了焊机的相关书籍，对伸缩臂式焊机的结构有了基本上的认识。随后，指导老师又给我对环缝焊机进行了深入的讲解。通过参阅相关机械设计资料，本着提高自己的动手设计能力，综合掌握自己专业的知识的精神，我圆满的完成了这次毕业设计，虽然在这次设计的过程中出现了一些问题，不过在老师悉心的指导下一一克服，使我对自己专业知识的掌握又上了一层楼。毕业设计是在经过了四年的大学学习之后，是对自己所掌握的知识进行一次系统性的复习，是我在走进社会前的一次锻炼，尽管我努力的完成这次设计任务，希望交一份完美的毕业答卷，但是由于我的理论知识和实际经验有限，所以在毕业设计中和说明书中出现的错误，还请各位老师谅解，并给予批评指5正。毕业临近，四年大学学习生活也即将结束。我忠心的感谢四年来各科老师对我的辛苦教导，在这里我想说一句：“谢谢老师，你们辛苦了！” 绪论1.1 我国焊机的整体发展水平世界现代焊接技术以高效、节能、优质及其工艺过程数字化、自动化、智能化控制为特征。在国内，无论是从目前焊接设备和材料产量构成比的发展趋势，还是从焊接设备和材料的制造技术以及发展方向上看，我国现代焊接技术已经有了很大的发展，部分产品技术已经达到或接近了国外先进水平。今后我国现代焊机技术将继续向着高效、节能、机电一体化和成套焊接设备以及规模生产方面发展。1.智能及自动、半自动焊接技术快速发展自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机、电阻焊机等产品，是实现优质、高效焊接工艺的必备条件，2000-2002年 /MIG/MAG焊机产量，占总产量11%-CO213%，比上年增长26%-63%，埋弧焊产量增长107%-150%。2000年我国电弧焊机器人已达980台。通过模糊控制、神经网络、传感器、数据库（专家系统）、IC卡、数字化控制对焊接电流进行精细智能调节，把焊接“粗活”做细、做快等等，科研水平达到或接近国外先进水平，但在实际应用上，与国外的差距较大。2.成套、抓用焊接设备整体制造能力与水平有较大提高近年来，由于用户更高的要求，我国成套、专用焊接设备不仅整体制造能力与水平有较大提高，发展出现较好的势头，还在基础件、配套件的选用方面下了功夫，并有许多新突破，通用产品部分已接近或达到国外的水平，但是特种焊接设备和重大装备的生产水平远不能满足国内用户的需求，进口额度有增无减，达到近3亿美元，与我国焊机年产总值相当。3.焊接材料生产水平迅速增长，产品结构变化大联系 QQ59978093 200 元全套6我国焊丝产量从1995-2000年的63万吨增至109万吨，其中，实芯焊丝从6万吨增至11万吨；埋弧焊丝从2.3万吨增至6万吨。可见，焊丝生产与焊条比较有较大幅度的增长，从而推动了半自动、自动焊方法的推广。尤其是大型或特大焊接结构厂，焊丝和自动化试用已达78%。2000年我国焊丝用量为109万吨，完成的焊接结构4950万吨，占钢材产量的35%，焊材产量与钢材产量之比为0.83%，大于世界发展中国家的比例（0.5%-0.8%）。1.2 本课题的目的和研究意义外国专家认为：“到2020年焊接扔将是制造业的重要加工工艺。它是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有启发方法能够比焊接更为广泛的应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值。”世界钢及其他金属产量、品种的不断增长及其对制品质量、性能要求的日益提高。特别是随着我国的入世及质量、性能要求的日益提高。特别是随着我国的入世及世界制造加工基地向我国的不断转移，作为工业缝纫机、线（材料）的焊割机和焊丝、焊条的数量、质量和品位及其自动化生产水平，也将有很大提高。按每亿吨钢材需求25万台焊机，我国每年消耗3亿吨钢材（焊接结构约1.2吨）统计，需要焊机约75万台。不难预测，今后10年8年内它们将会继续保持持续高速发展。为适应国内外市场急速发展和激烈竞争的需求，焊接设备与材料制造业将以市场为目标，进行传统、通用产品的改造、产品结构的调整、质量认证和规范管理，组织规模化、专业化、自动化的批量生产；同时加强对现代焊接技术的研究开发，特别是发展高效、节能、高性能、优质和多丝告诉焊接设备、重大装备及其数字化控制技术和新焊接材料，取代进口，争取出口。尤其在近年来，随着我国大型骨干企业焊接技术的改造，我国焊接装备制造行业亦有了长足的进步。焊接装备的成套性，自动化程度，制造精度和整体质量明显提高，其应用范围正逐步扩大，尤其是我国制定拉动内需的政策，焊7接装备制造业加快发展。我国近几年国民经济形势持续向好，为焊接装备制造行业的发展也创造了有利条件。 世界制造中心向中国转移，使我国成为世界制造大国，大量的焊接设备出口订单，也是行业高速发展源源不断的推动力量。随着国家冶金、矿山、起重、锻压、焦炉、塔架等开发投资力度的增加，给我国焊接装备制造业带来了新的发展机遇。尤其是我国加入WTO以后，焊接装备制造业面临着更激烈的竞争。由此可以看出，焊接技术仍然严重制约着重型机械行业的产量、质量、成本和生产周期。结合我国国情，焊接装备制造业的发展方向应是努力提高焊接设备和工艺技术水平，平衡发展焊接相关技术，结合新产品开发及新项目立项，研究应用焊接新工艺、新设备、新材料和新技术，进一步提高焊接生产效率和质量，降低成本，缩小与工业发达国家的差距，推动我国焊接技术的不断发展。联系 QQ59978093 200 元全套82 研究现状及设计目标2.1 相近研究课题的特点及优缺点分析焊接工艺的不断向前发展，焊机的的结构也变得多种多样。当前国内已有许多专门厂家生产各种规格的、通用的焊接变位机械。并且我国已经制定了各种焊接变位机、焊接滚轮架、伸缩臂式焊接操作机的行业标准。为了方便对本课题的研究比较，现在就研究下环缝自动焊接装置的结构特点及有缺点。环缝自动焊接装置采用龙门框架结构，结构紧凑、占地面积小、工作滚装上工位、气动夹紧、自动定心、双焊机头、两条焊缝可同时施焊、焊机头在焊接点位置三维方向上可任意调节，还可以通过丝杠传动作横向快速移动，以适应不同规格型号的工作。焊接速度控制为无极变速电控，各部位的动作由控制集中遥控。较好的解决了目前国内同行业中普遍存在着的环缝焊接质量不稳定、一次性焊接合格率偏低和生产效率不高等问题，具有能够适合大批量流水生产和满足焊接工艺要求、自动化程度较高等优点。焊机的工作原理为，工件在焊机龙头架中间运行，并将工件举升至装置的旋转中心，再由夹持汽缸将其加紧。调速电机通过变速机头带动主轴、夹头旋转，利用夹头内锥面和封头的摩擦力，使工件一块转动，转速是根据焊接速度和弓箭的直径等因素来选定的，并由调速仪来控制。焊机头由开合螺母和传动大丝杠连接，通过传动电机来调整焊机头和焊缝的大体位置，并由微调手柄来确定精确位置。当焊丝对准环焊缝中心后，即可旋焊。此装置通过多次试验，产量由原来的班产 15 台提高到 60 台，操作人员由原来的 3 人减至 1 人，劳动生产率提高了 9 倍左右。与类似的设备相比，较好9的解决了如下几个问题：1.工件定位合理、加紧牢靠、定位精度高；2.龙门式几家，结构新颖、刚性好、占地面积小、有利于滚装卸活及生产流水线的布局安排。3.采用了启动装卡，提高了工艺装备水平，减轻了操作工人的劳动强度。4.显著提高了环缝焊接质量，从而提高了其使用的安全性和可靠性，具有较高的社会经济效益。由于经济效益方面考虑，此装置还存在着一些不足和需要改进的地方，例如：增加微机优选焊机参数的系统、焊缝自动跟踪调节系统、焊剂自动上料机构、外观设计更加优化等。2.2 现行研究存在的问题及解决方法目前焊机制造行业的自主创新是全行业刻不容缓的重大任务。当前，国内焊机市场竞争态势日趋激烈，竞争主要来自于三个方面。一个是国外企业大军入侵中国市场，其产品知名度高，质量好，尽管价格高出国产产品一大截，但是国内大企业仍看重其使用可靠性，宁可出高价，也坚持购买。近年来外国厂商也学会了在中国生产来降低成本，降低价格，争夺中国市场。这一趋势对国内企业冲击是非常大的，而且随着制造业的国际化，更多外国企业鹿血进入中国，这种形势会更加严峻。二是国内企业数量增多及规模不断扩大，造成市场份额的挤占。近年来，随着国民经济的发展，钢产量的增长速度的加快，市场对焊机的需求也不断扩大，使得很多企业也尝到了甜头，同样也刺激了更多的业内相关人士，拉出“队伍”新建企业，参与市场的竞争，希望从中分的一杯羹。加之焊机的技术含量不高，进入这个行业的技术及经济门槛低，吸引了不少同行投身这个领域，除了原同行业的分裂形成一大批生产同质产品的新企业外，还有不少原从事其他几点产品的企业转产电焊机加入这个队伍，现已形成千军万马、华山一条道的局面。此外，现全行业面临一批发展较快，经济实力雄厚的企业，为赢得更大市场份额，应对价格竞争的局面，纷纷采取扩大生产场地、生产规模和产品种类，以低利润、大规模来求得企业的发展，利用“薄利多销”以期占领市场。其三，就是来自同行间价格的竞争。由联系 QQ59978093 200 元全套10于有以上两种情况。如今的价格是令人触目惊心的，也是无法控制的，所有产品的价格都呈现之跌不升的现象，有的产品价格之低让人不敢相信。低价格竞争已经成为行业现今的一大隐患，可如何制止？又如何应付？市场经济谁又能管得住谁？在以上三种激烈竞争下，企业怎么办呢？只有走差异化，而实现差异化就必须自主创新，只有新技术，新产品在市场上的推广，才能实现价格不可比，才能在市场上的产品技术雷同、外形雷同，只能比谁的价格低了。今天若谁想跳出价格大战的怪圈，谁想战胜竞争对手，赢得市场，只有尽快着手于自主创新，以新、好、变来求得生存和发展。尽管在自主创新中要付出代价，但是，谁先动手创新，谁能尽快推出新的技术产品，谁就将抢占市场先机。2.3 本课题要达到的设计目标焊机采用可上下移动的横梁，横梁采用电机驱动，横梁的上固定可以左右移动的轨道，轨道的一端固定焊头，将焊机底座固定在可移动导轨上。焊头的高度定位由工件及其固定装置来确定。工件放置在滚筒上，滚筒运用摩擦力带动工件旋转，已达到焊接环形接缝的目的。能够在一定的要求与设定条件下独立对工件完成焊接工作，从而降低工人的劳动强度。113.焊接过程中要解决的几个问题3.1 需要解决的问题由于材料的焊接性、焊件厚度、焊缝长短等因素的存在，需要结合各种焊接方法的特点和应用范围来确定。焊接的基本原则是：在保证产品质量的前提下，优先选用常用的焊接方法；生产批量较大时，要考虑提高生产率和降低成本等。工件在焊接结束后在接头处存留下来的不完整性称为焊接缺陷，主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。这些缺陷会减少焊缝截面，降低承载能力；产生应力集中，引起裂纹，降低疲劳强度，易引起构件破裂而导致脆断。这是在焊接中常见问题。3.2 具体实现中采用的技术及分析3.2.1 焊接裂纹焊缝裂纹是焊接过程中或焊接完成后在焊接区域中出现的金属局部破裂的表现。焊缝金属从熔化状态到冷却凝固的过程经过热膨胀与冷收缩变化，有较大的冷收缩应力存在，而且显微组织也有从高温到低温的相变过程而产生组织应联系 QQ59978093 200 元全套12力，更加上母材非焊接部位处于冷固态状况，与焊接部位存在很大的温差，从而产生热应力等等，这些应力的共同作用一旦超过了材料的屈服极限，材料将发生塑性变形，超过材料的强度极限则导致开裂。裂纹的存在大大降低了焊接接头的强度，并且焊缝裂纹的尖端也成为承载后的应力集中点，成为结构断裂的起源。裂纹可能发生在焊缝金属内部或外部，或者在焊缝附近的母材热影响区内，或者位于母材与焊缝交界处等等。A、裂纹的分类根据裂纹尺寸大小，分为三类：（1） 宏观裂纹：肉眼可见的裂纹。（2）微观裂纹：在显微镜下才能发现。（3） 超显微裂纹：在高倍数显微镜下才能发现，一般指晶间裂纹和晶内裂纹。从产生温度上看，裂纹分为两类：（1） 热裂纹：产生于Ac3线附近的裂纹。一般是焊接完毕即出现，又称结晶裂纹。这种二裂纹主要发生在晶界，裂纹面上有氧化色彩，失去金属光泽。（2） 冷裂纹：指在焊毕冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹，一般是在焊后一段时间（几小时，几天甚至更长）才出现，故又称延迟裂纹。按裂纹产生的原因分，又可把裂纹分为： 再热裂纹：接头冷却后再加热至500700时产生的裂纹。再热裂纹产生于沉淀强化的材料（如含Cr、Mo、V、Ti 的金属）的焊接热影响区内的粗晶区，一般从熔合线向热影响区的粗晶区发展，呈晶间开裂特征。层状撕裂主要是由于钢材在轧制过程中。将硫化物、硅酸盐类等杂质夹在其中，形成各向异性。在焊接应力或外拘束应力的使用下，金属沿轧制方向的杂物开裂。应力腐蚀裂纹：在应力和腐蚀介质共同作用下产生的裂纹。除残余应力或拘束应力的因素外，应力腐蚀裂纹主要与焊缝组织组成及形态有关。B、裂纹的危害裂纹，尤其是冷裂纹，带来的危害是灾难性的。世界上的压力容器事故除极少数是由于设计不合理，选材不当的原因引起的以外，绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏。C、热裂纹（结晶裂纹） 13（1）结晶裂纹的形成机理热裂纹发生于焊缝金属凝固末期，敏感温度区大致在固相线附近的高温区，最常见的热裂纹是结晶裂纹，其生成原因是在焊缝金属凝固过程中，结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界，形成所谓液态薄膜，在特定的敏感温度区（又称脆性温度区）间，其强度极小，由于焊缝凝固收缩而受到拉应力，最终开裂形成裂纹。结晶裂纹最常见的情况是沿焊缝中心长度方向开裂，为纵向裂纹，有时也发生在焊缝内部两个柱状晶之间，为横向裂纹。弧坑裂纹是另一种形态的，常见的热裂纹。热裂纹都是沿晶界开裂，通常发生在杂质较多的碳钢合、金钢、奥氏体不锈钢等材料气焊缝中。（2）影响结晶裂纹的因素a.合金元素和杂质的影响碳元素以及硫、磷等杂质元素的增加，会扩大敏感温度区，使结晶裂纹的产生机会增多。 b.冷却速度的影响冷却速度增大，一是使结晶偏析加重，二是使结晶温度区间增大，两者都会增加结晶裂纹的出现机会。c.结晶应力与拘束应力的影响在脆性温度区内，金属的强度极低，焊接应力又使这飞部分金属受拉，当拉应力达到一定程度时，就会出现结晶裂纹。（3）防止结晶裂纹的措施a.减小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量较低的材料焊接。b.加入一定的合金元素，减小柱状晶和偏析。如铝、锐、铁、镜等可以细化晶粒。c.采用熔深较浅的焊缝，改善散热条件使低熔点物质上浮在焊缝表面而不存在于焊缝中。d.合理选用焊接规范，并采用预热和后热，减小冷却速度。e.采用合理的装配次序，减小焊接应力。D、再热裂纹（1）再热裂纹的特征 a.再热裂纹产生于焊接热影响区的过热粗晶区。产生于焊后热处理等再次加热的过程中。联系 QQ59978093 200 元全套14b.再热裂纹的产生温度：碳钢与合金钢550650奥氏体不锈钢约300。c.再热裂纹为晶界开裂（沿晶开裂） 。d.最易产生于沉淀强化的钢种中。e.与焊接残余应力有关。（2）再热裂纹的产生机理a.再热裂纹的产生机理有多种解释，其中模形开裂理论的解释如下：近缝区金属在高温热循环作用下，强化相碳化物（如碳化铁、碳化饥、碳化镜、碳化错等）沉积在晶内的位错区上，使晶内强化强度大大高于晶界强化，尤其是当强化相弥散分布在晶粒内时， 阻碍晶粒内部的局部调整，又会阻碍晶粒的整体变形，这样，由于应力松弛而带来的塑性变形就主要由晶界金属来承担，于是，晶界应力集中，就会产生裂纹，即所谓的模形开裂。 （3）再热裂纹的防止a.注意冶金元素的强化作用及其对再热裂纹的影响。b.合理预热或采用后热，控制冷却速度。c.降低残余应力避免应力集中。d.回火处理时尽量避开再热裂纹的敏感温度区或缩短在此温度区内的停留时间。E、.冷裂纹.（1）冷裂纹的特征 a.产生于较低温度，且产生于焊后一段时间以后，故又称延迟裂纹。b.主要产生于热影响区，也有发生在焊缝区的。c.冷裂纹可能是沿晶开裂，穿晶开裂或两者混合出现。d.冷裂纹引起的构件破坏是典型的脆断。（2）冷裂纹产生机理a.瘁硬组织（马氏体）减小了金属的塑性储备。b.接头的残余应力使焊缝受拉。c.接头内有一定的含氢量。 含氢量和拉应力是冷裂纹（这里指氢致裂纹）产生的两个重要因素。一般15来说，金属内部原子的排列并非完全有序的，而是有许多微观缺陷。在拉应力的作用下，氢向高应力区（缺陷部位）扩散聚集。当氢聚集到一定浓度时，就会破坏金属中原子的结合键，金属内就出现一些微观裂纹。应力不断作用，氢不断地聚集，微观裂纹不断地扩展，直致发展为宏观裂纹，最后断裂。决定冷裂纹的产生与否，有一个临界的含氢量和一个临界的应力值o当接头内氢的浓度小于临界含氢量，或所受应力小于临界应力时，将不会产生冷裂纹（即延迟时间无限长） 。在所有的裂纹中，冷裂纹的危害性最大。（3）防止冷裂纹的措施 a.采用低氢型碱性焊条，严格烘干，在100150 下保存，随取随用。b.提高预热温度，采用后热措施，并保证层间温度不小于预热温度，选择合理的焊接规范，避免焊缝中出现洋硬组织c.选用合理的焊接顺序，减少焊接变形和焊接应力d.焊后及时进行消氢热处理。3.2.2 未焊透未焊透是由于母体金属接头处中间或根部的钝边未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。未焊透降低了焊接接头的机械强度，在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点，在焊接件承受载荷时容易导致开裂。A、产生未焊透的原因：（1）焊接电流小，熔深浅。 （2）坡口和间隙尺寸不合理，钝边太大。 （3）磁偏吹影响。 （4）焊条偏芯度太大（5）层间及焊根清理不良。B、.未焊透的危害 未焊透的危害之一是减少了焊缝的有效截面积，使接头强度下降。其次，未焊透焊透引起的应力集中所造成的危害，比强度下降的危害大得多。未焊透严重降低焊缝的疲劳强度。未焊透可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。未焊透引起的应力集中所造成的危害，比强度下降的危害大得多。未焊透严重降低焊缝的疲劳强度。未焊透可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。联系 QQ59978093 200 元全套16C、.未焊透的防止 使用较大电流来焊接是防止未焊透的基本方法。另外，焊角焊缝时，用交流代替直流以防止磁偏吹，合理设计坡口并加强清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的产生。3.2.3 夹渣夹渣是指焊后溶渣残存在焊缝中的现象。A、夹渣的分类（1）金属夹渣：指钨、铜等金属颗粒残留在焊缝之中，习惯上称为夹钨、夹铜。（2）非金属夹渣：指未熔的焊条药皮或焊剂、硫化物、氧化物、氮化物残留于焊缝之中。冶金反应不完全，脱渣性不好。B、夹渣的分布与形状有单个点状夹渣，条状夹渣，链状夹渣和密集夹渣。C、夹渣产生的原因（1）坡口尺寸不合理；b.坡口有污物；（2）多层焊时，层间清渣不彻底；（3）.焊接线能量小；（4）焊缝散热太快，液态金属凝固过快；（5）焊条药皮，焊剂化学成分不合理，熔点过高；（6）钨极惰性气体保护焊时，电源极性不当，电、流密度大， 钨极熔化脱落于熔池中。 （7）手工焊时，焊条摆动不良，不利于熔渣上浮。可根据以上原因分别采取对应措施以防止夹渣的产生。 (4)夹渣的危害点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展为裂纹源，危害较大3.2.4 气孔气孔是由于在熔化焊接过程中，焊缝金属内的气体或外界侵入的气体在熔池金属冷却凝固前未来得及逸出而残留在焊缝金属内部或表面形成的空穴或孔17隙，视其形态可分为单个气孔、链状气孔、密集气孔（包括蜂窝状气孔）等，特别是在电弧焊中，由于冶金过程进行时间很短，熔池金属很快凝固，冶金过程中产生的气体、液态金属吸收的气体，或者焊条的焊剂受潮而在高温下分解产生气体，甚至是焊接环境中的湿度太大也会在高温下分解出气体等等，这些气体来不及析出时就会形成气孔缺陷。尽管气孔较之其它的缺陷其应力集中趋势没有那么大，但是它破坏了焊缝金属的致密性，减少了焊缝金属的有效截面积，从而导致焊缝的强度降低。为了防止产生气孔，可以采取以下措施a.清除焊丝，工作坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物。b.采用碱性焊条、焊剂，并彻底烘干。c.采用直流反接并用短电弧施焊。d.焊前预热，减缓冷却速度。e.用偏强的规范施焊。 3.2.5 焊缝外观缺陷焊缝外观缺陷主要表现在咬边、烧穿、焊瘤、焊偏、弧坑和盖面过高等等。当母体金属熔化过度时造成的穿透（穿孔）即为烧穿。在母体与焊缝熔合线附近因为熔化过强也会造成熔敷金属与母体金属的过渡区形成凹陷，即是咬边。根据咬边处于焊缝的上下面，可分为外咬边（在坡口开口大的一面）和内咬边（在坡口底部一面） 。咬边也可以说是沿焊缝边缘低于母材表面的凹槽状缺陷。选用较小电流并配合合适的焊接速度，减小装配间隙，在焊缝背面加设垫板或药垫，使用脉冲焊，能有效地防止烧穿。矫正操作姿势，选用合理的规范，采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。焊角焊缝时，用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。焊瘤是指焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢联系 QQ59978093 200 元全套18出，冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳（如偏芯） ，焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形成焊瘤。焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷，易导致裂纹。同时，焊瘤改变了焊缝的实际尺寸，会带来应力集中。管子内部的焊瘤减小了它的内径，可能造成流动物堵塞。防止焊瘤的措施:使焊缝处于平焊位置，正确选用规范，选用无偏芯焊条，合理操作。焊偏是指在焊缝横截面上显示为焊道偏斜或扭曲。弧坑是指电弧焊时在焊缝的末端（熄弧处）或焊条接续处（起弧处）低于焊道基体表面的凹坑，在这种凹坑中很容易产生气孔和微裂纹。防止弧坑的措施:选用有电流衰减系统的焊机，尽量选用平焊位置，选用合适的焊接规范，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。盖面过高指的是焊道盖面层高出母材表面很多，一般焊接工艺对于加强高的高度是有规定的，高出规定值后，加强高与母材的结合转角很容易成为应力集中处，对结构承载不利。另外，还有焊缝的化学成分或组织成分不符合要求。比如焊材与母材匹配不当，或者焊接过程中元素烧损等原因。这可能带来焊缝的力学性能的下降，还会影响接头的耐腐蚀性能。由于焊接规范使用不当，焊点长时间在高温下停留，会使材料晶粒变得粗大而出现过热组织。如果温度进一步升高，停留时间加长，可能使晶界发生氧化或局部融化，出现过烧组织。过热可以通过热处理方式来消除，而过烧则是不可逆转的缺陷。而在焊缝金属的拉断面上出现的白色斑点，则是危害极大的缺陷，这些白点是由于焊接过程中产生的氢聚集而造成的。这些外部缺陷多容易使焊件承载后产生应力集中点，或者减小了焊缝的有效截面积而使得焊缝强度降低，因此在焊接工艺上一般都有明确的规定，且常常采用目视检查即可发现这些外部缺陷。194 系统结构与模型4.1 结构特点及主要技术参数在大批量的焊接结构生产中，各类机械装备采用了多种多样的组合运用形式，这不仅可以满足某种单一产品的生产要求，同时也能为具有同一焊缝形式的不同产品服务。通过组合的形式，更加充分发挥了焊机机械装备的作用，提高装配焊接机械化水平，实现高质量、高效率的生产。我这次设计的环缝焊机是利用平台式操作机和焊接滚轮架相组合，来进行筒体外的环缝焊接的。结构简单方便，占地面积小，工件利用滚轮摩擦力带动，按焊接要求速度匀速滚动，以达到焊接环缝的目的。焊头安装在焊机横梁末端，焊接点的位置可以在三维方向上任意调节，以适应不同规格尺寸的工件。如果在焊机上安装割炬，还可以利用焊机自身特点完成滚筒的横向切割任务。联系 QQ59978093 200 元全套20焊机主要参数如下：焊接工件直径范围： 1500 焊接工件长度范围： 3500 焊机焊头三维方向调节范围：1250 1000 3500 mm焊机主题尺寸： 2100 1200 1900 mm （长宽高）整机重量：600Kg4.2 整体结构与原理4.2.1 整体结构焊接操作机是能将焊接机头（即，焊枪）准确送到待焊位置，并保持在该位置或以选定焊速沿着设定的轨迹移动的焊接机头的变位机械。焊接操作机的结构形式主要有以下几种形式：平台式操作机；伸缩臂式操作机；门式操作机；桥式操作机；台式操作机。台式操作机与伸缩臂式操作机形式比较相似，区别是台式操作机没有立柱，伸缩臂通过鞍座安装在底座或行走台上。伸缩臂的前端安有焊枪或焊接机头，能以焊接速度伸缩。多用于小径筒体内环缝和内纵缝的焊接。这次我设计的是使用范围和用途较广，机动性较强伸缩臂式操作机。其整体结构如图：21图 4-1 伸缩臂式操作机Tab 4-1 Telescopic boom manipulator焊接小车或焊接机头和焊枪安装在伸缩臂的一段，伸缩臂通过滑鞍安装在立柱上，并可以沿滑鞍左右伸缩。滑鞍安装在立柱上，可以沿着立柱随意升降。立柱直接固定在底座上，立柱通过底座，安装在可沿着轨道行驶的小车上。（也有立柱直接固定在底座上；或者是安装在底座上的同时立柱可以回转。）这样安装有轨道的焊接操作机的机动性好，而且其作业范围也会变大，能够与滚筒进行机构配合，进行回转体焊件的内外环缝进行焊接。同时也可以与其他焊件变位机构配合，进行内外纵缝焊接，螺旋焊缝的焊接，以及回转体焊件内外表面的堆焊，还可以进行构件上的横、斜等空间线性焊缝的焊接。这种形式的焊接操作机是国内外应用最广的一种焊接操作机。此外，若在联系 QQ59978093 200 元全套22其伸缩臂前端安装上相应的作业机头，还可以进行磨修、切割、喷漆、探伤等作业，用途十分广泛。为了扩大焊接机器人的作业空间，国外将焊接机器人安装在重型操作机伸缩臂的前端，用来焊接大型构件。例外，伸缩臂操作机的进一步发展，就成了直角坐标式的工业机器人，它在运动精度、自动化程度等方面比前者具有更优良的性能。4.2.2 技术原理立柱采用焊接的连接方式，为了保持足够的强度，焊后应退火消除内应力。与立柱连接的导轨处，应机械加工，以保证滑鞍平稳升降所需要的垂直度和平行度。伸缩臂既要求重量轻，有要求有很好的刚度，而且为了保证焊接焊头的焊接精度，伸缩臂还要求有很高的行位精度，在操作机工作过程中，不能有颤抖。在伸缩臂全伸出去的状态下，机身仍应该保持平稳，保证行位精度。伸缩臂多采用薄壁空腹冲焊整体结构。对于伸缩行程较大的操作机，过去才哟哦那个多节式的伸缩结构，现在行程达到 8m 的操作机，也采用整体结构，从而保证了伸缩臂的整体刚性和平稳性。另外，在伸缩臂的一端装有焊接机头，另一端则应该装有送丝盘和焊剂回收等装置，要尽可能使两端设备的自重不要悬殊过大，用以保证操作机的工作时的平稳定及工作精度，以确保工件焊接质量。用以使整体焊机行走的台车是操作机的基础，台车要有足够的强度，车架采用焊板结构，整体高度要小，而且要尽量降低离地间隙。车轮在装配时要保证四轮着地，以确保操作机的平稳性。台车上放置驱动小车行进的电机和减速箱等重物，以降低整机的重心，增加运行的稳定性并防止整机倾覆。235 系统各部分实现方法及部件选择5.1 系统各部分实现方法及部件选择5.1.1 平台的升降一、平台升降系统的选择操作机的平台升降多为恒速或者快速、慢速两档速度。一般速度在 0.5-0.2m/min 之间。操作机的平台升降系统的传动形式多种多样,具体形式如下表:传动形式 驱动机构 性能及适用 备注联系 QQ59978093 200 元全套24范围链传动 电动机驱动链轮，通过链条是平台或伸缩臂升降小型操作机采用单列链条，大型的操作机采用多列链条制造成本低，运行稳定、可靠，但传动精度不如螺旋传动和齿条传动，在平台式、伸缩臂式操作机上广泛采用链条一端没有平衡重恒速升降旋转传动 电动机通过丝杠驱动螺母运动以带动平台或伸缩臂升降，小型操作机如果升起的高度不大，也可以采用手动运行平稳，传动精度高，多用在升起高度不大的各种操作机上丝杠下端多为悬垂状态，恒速或变速升降齿条传动 电动机预期驱动的齿轮均安装在伸缩臂的滑座上，齿轮与固定在立柱上的齿条相啮合，从而带传动伸缩臂升降。小型操作机采用单列齿条，大型操作机采用双列齿条运行平稳可靠，传动精度很高，制造费用最大，多用在要求精确传动的伸缩臂式操作机上恒速或变速升降钢索传动 电动机驱动 投资最省， 恒速升降25钢索卷筒，卷筒上缠绕着钢丝绳，钢丝绳的一端通过滑轮导绕系统与平台或伸缩臂连接，带动其升降但是运动的稳定性和传动精度低于以上各种传动，适用于大升降高度的传动，在平台式操作机上应用最多，在伸缩臂式的操作机上已经不采用了根据上述各传动形式及其驱动机构的性能及使用范围，最终选定平台升降系统的传动形式选择用链传动。链轮处于操作机顶部，链条一端连接平台，另一端连接配重，用以平衡平台和伸缩臂。链轮由电动机经由减速器驱动，可调速。这种传动形式制造成本低廉，结构简单，制造方便，运行稳定可靠，虽然传动的精度不如螺旋和齿条传动高，但是并不影响平台操作机平台升降的精度和焊机机头的定位精度，对焊接效果影响不大。所以升降系统的传动形式选用链传动。由于是恒速升降，所以采用交流电动机驱动。近来，在国外一些公司生产的操作机上，也有采用交流变频驱动和直、交流伺服电动机驱动的。在升降的两个极限位置，设置形成开关。除了螺旋传动的意外，在滑鞍与立柱的接触处应设置防平台或者伸缩臂坠落的装置。该装置有两种类型：一种是偏心圆或者凸轮式的；一种是卸块式的。另外，为了降低升降系统的驱动功率，并使升降运动的运行更加平稳，在大中型操作机上，常用配重来平衡平台或伸缩臂等构件的自重。因此，在我的设计中，采用了配重，配重由链连接，放置在中空的立柱中。二、平台升降的制动系统由于链轮是由电动机经由减速器驱动的，所以可以在链轮旁设置一个制动联系 QQ59978093 200 元全套26装置，在这里我采用棘轮机构。具体方式如下：棘轮固定在链轮的传动轴上，棘爪固定在机架上，机架装有电磁装置。当按动开关电机通电时，电磁装置被启动，棘爪被吸开，此时棘轮处于可转动状态，随链轮而转动，棘爪在棘轮的齿背上滑过；当平台竖直高度达到要求，关闭电动机，链轮和棘轮停止转动，而同时，棘爪机架上的电磁装置断电，棘爪便接住弹簧的力量重新插入齿轮的齿槽内，棘轮被锁住，只能做单向的间歇运动。以此来实现链轮制动。棘轮机构机械结构如下：图 5-1 棘轮机构Tab 5-1 Ratchet mechanism1-棘轮 2- 棘爪 3- 机架275.1.2 伸缩臂进给有些操作机的伸缩臂装置有回转运动，这种回转运动有手动和恒速电动两种驱动方式，前者多用于小型操作机，后者则多用于大中型操作机。伸缩臂几乎都采用立柱自身回转式，立柱低端直接（手动回转）或通过齿圈（电机驱动）坐落在推理轴承上，保证立柱的灵活转动。由于我设计的焊机上没有设计伸缩臂的回转运动，所以在这里不多介绍。下面具体研究下伸缩臂的进给。伸缩臂的进给运动多为直流电动机驱动，近来也有用直流或交流字符电动机驱动的。对于环缝焊机不存在焊速进给，所以对焊速运行的平稳性无要求，进给速度的波动也不予考虑；可是如果是要应用操作机焊直缝，则对焊速运行的评委性要求较高，进给速度波动要求小于 5%，速度范围覆盖所需焊速的上下限，并且要求均匀可调。有时候，为了保证到位精度和运行安全，在进给系统中设有制动和行程保护装置。伸缩臂的给你传动形式主要有三种，如下表所示：传动形式 驱动机构 性能摩擦传动 电动机减速后，驱动胶轮或钢轮，接住其与伸缩臂之间的摩擦力，带动伸缩臂运动运动平稳，速度均匀，超载时打滑，起安全保护作用，但是当伸缩臂以高速伸缩时，制动性能差，到位精度低齿条传动 电动机减速后，通过齿轮驱动固定在伸缩臂上的齿条，从而带动伸缩臂运动平稳，速度均匀，传动精确，是采用最多的传动形式，但是制造费用较高链传动 电机减速后，通过链轮驱动展开在伸制造费用较低，运动平稳性不如前二者，联系 QQ59978093 200 元全套28缩臂上的链条，从而带动伸缩臂伸缩但是在一定条件下仍能满足工艺要求我这次设计的焊机采用的伸缩臂伸缩系统的传动形式为采用最多的齿条传动。其基本结构如下：1- 伸缩臂 2- 齿条 3- 齿轮 4- 轴 5- 联轴器 6- 电动机、减速器图 5-2 伸缩臂系统Tab 5-2 Telescopic boom system29齿条由多根螺钉固定在伸缩臂上，电动机经由减速器减速后，由减速器主轴提供动力，通过联轴器传动到齿轮上，齿轮转动驱动齿条，齿条带动伸缩臂伸缩。以实现焊机机头的横向进给。5.1.3 台车的运行操作机台车的运行，多数选择电动机单速驱动，行驶速度一般是 120-360m/h 之