现代机械制造基础概述(ppt 73页).ppt

1、机械制造基础,ECUST,本两节课的重要问题,过程设备焊接结构的设计要求？ 如何进行过程设备焊接结构工艺设计？ 焊接结构中有哪些常见缺陷？ 如何进行非破坏性检验？ 毛坯选择的一般是什么,过程装备焊接结构设计要求,1、总的设计要求 焊接结构总的设计要求是结构整体或各部分在使用过程中不应产生致命的破坏，并达到所要求的使用性能。 2、焊接接头的设计原则 合理选择接头型式 焊缝填充金属应尽量少 合理选择坡口角度、钝边高、根部间隙等结构尺寸，使之有利于坡口加工和焊透，以最大限度地减少焊接缺陷。 按等强度要求，接头的强度应不低于母材标准规定的强度下限值。 焊缝外形应尽量连续、圆滑过渡，以减少应力集中,容器

2、焊缝的分类,A类焊缝：筒节的纵向焊缝、封头瓣片拼焊缝、筒节与半球的环缝、封头的对焊缝 B类焊缝：筒节的环缝、锥形封头小端与接管连接的焊缝 C类焊缝：法兰、平封头、管板与壳体或接管的连接焊缝，内封头与圆筒的搭接角焊缝及多层包扎容器的纵焊缝 D类焊缝：接管、人孔或集液槽等与壳体或封头的连接焊缝,容器焊缝的分类,典型工艺设计实例,结构名称：液化气钢瓶 组 成：瓶体、瓶嘴 材 料：20钢 壁 厚：3mm 生产类型：大量生产 设计要点：瓶体要耐压，必须绝对安全。材料的焊接 性不存在问题。关键技术是结构的成形和 焊接,1、确定焊缝位置,2、焊接接头设计,焊缝多，工作量大，轴向焊缝处于拉应力最高位置,合理,

3、瓶体与瓶嘴的焊缝：角焊缝 （不开坡口） 瓶体主环缝：衬环对接或缩口对接 （Y形坡口,典型工艺设计实例,3、焊接方法和焊接材料的选择,瓶体环缝：埋弧自动焊（生产率高、焊接质量稳定） 焊接材料采用H08A 瓶嘴焊缝：手工电弧焊 焊条采用E4303,4、主要工艺过程,典型工艺设计实例,焊接结构工艺图内容,构成件的形状及其相互关系； 各构成件的装配尺寸及板厚、型材规格； 焊缝的符号和尺寸； 焊接工艺的要求,5、瓶体焊接结构工艺图,典型工艺设计实例,中压容器实例,结构名称：中压容器 材 料：16Mn(低合金结构钢), 钢板尺寸为2000mm5000mm16mm。 生产数量：小批生产,压力容器工艺图,1、

4、焊缝布置 筒体用钢板冷卷，按实际尺寸，可分为二节，筒身纵焊缝为避免焊缝密集，相互错开一定角度(180度)。封头应采用热压成型，与筒身连接处应有3050mm的直段，使焊缝躲开转角应力集中位置。人孔接管采用加热卷制。出口接管采用无缝管。其工艺图如图所示,中压容器实例,中压容器实例,2、焊接接头设计 筒体上的纵缝：对接接头（不开坡口） 筒体上的环缝：衬环对接或缩口对接（Y形坡口） 人孔接管纵缝：对接接头（ Y形坡口,人孔接管与筒体的接头：采用形接头，坡口形式采用带钝边单边形坡口（外侧）；筒体内侧为角焊缝,中压容器实例,其他接头： 包括筒体与出口接管的接头和人孔接管与法兰的接头，均为角接接头，坡口形式

5、采用错边I形坡口,3、焊接方法和焊接材料 筒体纵缝、环缝：采用埋弧自动焊； H08MnA,配合HJ431 人孔接管纵缝 人孔接管与筒体的角焊缝 出口接管与筒体的角焊缝 人孔接管与法兰的角焊缝,中压容器实例,焊条电弧焊 焊条采用E5015,4、生产工艺过程,中压容器实例,压力容器生产工艺过程实物图,中压容器实例,1.封头生产工序,中压容器实例,1）下料,中压容器实例,3）消除应力退火,2）拉深,中压容器实例,4）切边,5）缩口,中压容器实例,2.筒体节生产工序,中压容器实例,1）下料,2）加工坡口,中压容器实例,3）卷圆,中压容器实例,4）装配及定位焊,中压容器实例,5）焊接双面纵焊缝,中压容器

6、实例,筒体节纵焊实物图,中压容器实例,6）去引弧板和引出板并清理 （7）筒体节校圆 （8）筒体节开接管孔,中压容器实例,3.接管和法兰生产工序图,1）出口接管切割成形,中压容器实例,2）入孔接管板材卷圆成形,中压容器实例,3）法兰毛坯下料 （4）法兰切削成形,中压容器实例,5）人孔接管和法兰装配与焊接,中压容器实例,4. 总装配和检验工序,筒体、接管 装配焊接,中压容器实例,1）环焊缝对接缩口接头与衬板接头,中压容器实例,2）焊环焊缝,中压容器实例,压力容器装配和定位焊实物图,中压容器实例,4）压力容器去应力退火,3）压力容器接管装配与焊接,中压容器实例,5）无损检验 （6）气密性试验,中压容

7、器实例,7）水压试验,中压容器实例,8）表面处理,中压容器实例,一、焊瘤 定义：焊缝边缘上存在多余的未与焊件熔合的堆积金属,焊缝常见缺陷,原因： 焊条熔化太快、电弧过长、运条不正确、焊速太慢,二、夹渣 定义：焊缝中部分地存在溶渣,焊缝常见缺陷,原因：施焊中焊条未搅拌熔池、焊件不洁、焊缝冷却太快、多层焊时各层熔渣未除干净,三、咬边 定义：在焊件与焊缝边缘的交界处有小的沟槽,焊缝常见缺陷,原因：电流太大、焊条角度不对、运条方法不正确、电弧过长,四、裂缝 定义：在焊缝、焊件表面或内部存在有分裂金属组织的缝,焊缝常见缺陷,原因：焊件含碳、硫、磷高、焊缝冷却速度太快、焊接程序不正确、焊接应力过大、存在着

8、咬边、气孔、夹渣、弧坑、未焊透等缺陷,五、气孔 定义：焊缝表面或内部存在着气泡,焊缝常见缺陷,原因：焊件不洁、焊条潮湿、电弧过长、焊速太快、电流过小、焊件碳含量高,六、未焊透 定义：熔敷金属和焊件之间的局部未熔合,焊缝常见缺陷,原因：装配间隙太小、坡口太小或钝边太大、运条太快、电流过小、焊条未对准焊缝中心、电弧过长,焊接检验,一、焊前检验 焊前检验的主要内容包括原材料检验和焊接结构鉴定。 二、生产过程检验 生产过程检验是针对制造过程各工序的完成质量进行跟踪检查。 三、焊后检验 焊后检验是对焊接质量的综合评定，尤其是对有特殊性能要求的产品，焊后检验成为决定质量和能否投人使用的关键。焊后检验的内容

9、主要包括焊缝的外观检查、焊缝密封性检及焊缝内部缺陷检验,焊接接头检验方法 分为破坏检验和非破坏检验 破坏检验 是从焊件或试件上切取试样，或以产品（或模拟体）的整体破坏做试验，以检验其各种力学性能的试验法。破坏检验的目的是考查焊接接头部位的组织和性能是否符合设计要求，在工作载荷下的力学行为以及焊接加工条件所能获得的接头使用性能。常用的破坏检验方法包括焊缝金属化学成分及金相组织检验、焊缝及接头力学性能试验等,焊接检验,非破坏检验 是利用不同的物理方法，在不破坏焊接结构和焊接接头状态的条件下，直接审查和评定焊接质量。非破坏检验的目的是根据产品使用要求，审查焊接接头部位是否有影响使用性能的缺陷，并对缺

10、陷的大小、种类、位置作出准确的判断。常用的非破坏检验方法包括外观检查、密封性检验和物理探伤,焊接检验,焊接检验,常用非破坏检验方法 一、外观检查 工业生产中常用的外观检查方法中，除用眼睛或低倍放大镜观察焊缝表面缺陷外，常采用的方法有： 1. 着色探伤 利用渗透性很强的有色油液喷到焊缝位置。去除油液后，用显微剂可显示带有色彩的缺陷形状图象，从而判断缺陷的位置和严重程度,焊接检验,2.荧光探伤 将焊缝位置涂上荧光油液，停留510min；去除油液，再涂以氧化镁粉。在多余氧化镁粉去除后，用紫外线照射，可看到缺陷处的荧光物质发光，由此确定缺陷种类和大小,焊接检验,3.磁粉探伤 利用在强磁场中，铁磁性材料

11、表层缺陷产生的漏磁场吸附磁粉的现象而进行的无损检验法。通过磁场使工件磁化，在工件表面均匀撒上磁粉，有缺陷的位置会出现磁粉聚集现象，从而可找到缺陷位置,根据磁粉分布的大小、厚度和形状确定缺陷的位置和形状,焊接检验,二、密封性检验 通常采用液体或气体来检查焊缝区有无漏水、漏气和渗油、漏油等现象的检验。 1.煤油试验 煤油的渗透性很强，可透过极小的贯穿性缺陷。将煤油涂在焊缝一侧，在另一侧涂白粉水溶液并使其干燥。当煤油透过后、在白粉处显示出明显的油斑，可确定贯穿性缺陷的位置和大小,焊接检验,2.水压试验 将焊接容器灌满水，排尽空气，用水压泵加入静水压力并维持一定的时间，观察焊缝位置是否有泄漏，并确定缺

12、陷位置。 3.气密性检验 将压缩空气（或氨、氟利昂、氦、卤素气体等）压入焊接容器，利用容器内外气体的压力差检查有无泄漏。可充气并加压到规定试验压力，保压一定时间，观察压力表数值是否下降，并用肥皂水在焊缝处寻找和确定漏气部位的位置,焊接检验,三、物理探伤 1.射线探伤 采用X射线或射线照射焊接接头，以检察内部缺陷的无损检验法。X射线或射线在穿透一定厚度物质时有衰减的特性，探伤时，焊缝底面放置照相底片，射线向下照射并在通过缺陷部位时衰减，在底片上的感光有差异，会显现出与缺陷形状相同的黑色和斑点，由此可确定内部缺陷状态,焊接检验,焊接检验,2.超声波探伤 利用超声波探测材料内部缺陷的无损检验法。超声

13、波在固体介质中传播时，介质变换的界面处会使超声波产生部分反射波束，根据反射波的脉冲可判断内部缺陷位置,焊接检验,3.声发射探伤 固体材料在外力作用下的变形和破坏会发出声波，通过声换能器可以检测出发声位置，确定缺陷部位。声发射探伤利用了声发射现象，对载荷作用下的工件进行动态检测，可了解缺陷的形成过程和使用条件下的发展趋势,焊接检验,4.激光全息探伤 激光全息照相可得到被摄物体的空间像。固体物质受外力作用时，物质内部缺陷会在所对应的表面处产生微小的相对位移，与无缺陷处形成差异。将受力和不受力时的全息图象在同一激光照射下建立像，可以看到缺陷位置的波纹图样变化，从而判断出缺陷大小和位置,毛坯选择的一般

14、原则,一、毛坯选择的内容 主要指毛坯材料的选用及毛坯加工方法的选择。 二、毛坯选择原则 毛坯选择首先要保证有足够的使用性能 任何机械零件、工程构件或工模具在实际使用时，为了胜任服役条件，都需要具有一定的性能，这就是使用性能。它主要是指强度、硬度、塑性、韧性等力学性能，有时还要求物理性能和化学性能,毛坯选择的一般原则,性能要求依据： 1.工作条件因素 指使用时的受力大小、受冲击和应力集中的情况、应力状况、工作温度和环境介质等。 2.失效因素 失效主要有变形、磨损、断裂、疲劳等形式，要根据实际失效进行分析，有针对性地提出性能指标。 3.寿命期限及工作可靠性因素 寿命要求长，可靠性要求高，当然性能要

15、求高,毛坯选择的一般原则,毛坯选择应考虑必须有良好的工艺性能 毛坯的工艺性能良好要求有三个方面： 一是所选毛坯的加工方法能把毛坯制造出来 二是能容易地制造出来 三是所生产的毛坯能保证质量,毛坯选择的一般原则,毛坯的材料选用与加工方法选择应同时考虑 毛坯选择不仅要满足宏观结构的成形要求，而且还应获得一定的微观组织结构 结构形状和尺寸、精度、表面粗糙度的要求在很大程度上左右了毛坯加工方法的选择 毛坯选择还应考虑成形后能获得一定的显微组织结构，从而达到预期的性能要求,毛坯选择的一般原则,毛坯选择在经济上应合理 （1）生产过程简单、生产率高、生产周期短、能耗与材耗少、投资小的毛坯加工方法，既使成本下降

16、，又能保证质量。 （2）毛坯的加工批量决定了加工的机械化、自动化程度。 （3）毛坯选择要全面考虑生产过程的总成本,毛坯选择的一般原则,毛坯的选择应考虑生产现实的可能性 所选的毛坯材料，应保证供应上有可能，要符合本国的资源情况及市场供应的可能性，尽可能用国产材料代替进口材料,零件的结构分析及毛坯选择,一、零件的结构类型 按形状分类 （1）轴杆类零件； （2）盘套类零件； （3）箱架类零件,零件的结构分析及毛坯选择,二、轴杆件的分析与毛坯选择 对轴杆件按形状可分为实心轴、空心轴、直轴和弯轴、同心轴和偏心轴以及管件杆件等,零件的结构分析及毛坯选择,心轴：只承受弯矩，不传递扭矩。 传动轴：主要用于传递扭矩，不承受或只承受很小的弯矩。 结构类轴杆件：要求整体有优良的综合力学性能，交变载荷大时要求有高的抗疲劳性能。局部要求高硬度、高耐磨性。 对工具类轴杆件：如拉刀、长刀、长量具等，一般要求高耐磨、高硬度和一定的韧性及足够的强度,零件的结构分析及毛坯选择,零件的结构分析及毛坯选择,模具等工具类盘套件：硬度和耐磨性高、强韧性适当的碳钢和合金钢 一般盘套件：为结构件，要求具有一定的强韧性，而局部耐磨性要求高，选用中碳或低碳的碳素或合金结构钢,三、盘套类零件的分析与毛坯选择,零件的结构分析及