支架座焊接件总成焊接夹具设计Word格式.docx
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第3章夹具的设计17
3.1焊接夹具的作用17
3.2夹具设计的要求17
3.3选择与设计焊接夹具类型的依据17
3.4焊接夹具的使用18
第4章焊接检验20
4.1焊接检验的作用20
4.2焊接检验方法的确定20
4.3超声波检验的优点20
4.4采用超声波探伤的方法及设备20
4.5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章支架座焊接件的制作工艺
1.1母材的选择
根据支架座焊接件的结构强度要求及经济因素选择母材Q235-A。
查图纸，
焊接零件使用的都是Q235A材料。
Q235-A钢的化学成分如表1-1
化学成分（%）
C
Na
Si
S
P
Q235A
0.14~0.22
0.30~0.65
≤0.30
≤0.050
≤0.045
Q235-A钢的力学性能如表1-2
力学性能
δb/MPa
δs/MPa
δs（%）
Q235-A
375~460
≥235
26
Q235-A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CG2—1520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1-1CG2型摇臂式仿形气割机
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。
第2章支架座焊接件的装配工艺
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。
图2-1支架座焊接件零件图
由支架座焊接件零件图可以看出支架座焊接件是由3件零件组成，左板、右板、中间轴组成。
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
支架座焊接件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，Ｖ型坡口，Ⅰ型坡口，Ｕ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δ（mm）
坡口形式
坡口尺寸（mm）
1
3
I形坡口
b:
0-1.5
2
b:
0-2
1.8
4
2.1.2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
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250℃
70
焊接
将已装配的焊件施连续焊
80
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Q235-A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
J422
E4303
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/mm
4-5
6-12
>
13
焊条直径/mm
3.2
3.2-4
4-16
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
1.6
2.0
2.5
5
6
焊接电流/A
25-40
40-65
50-80
100-130
160-210
200-270
260-300
b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。
2.3.2CO2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
ER49-16-12L/min17-30V1.5-9m.min-1
δ=1.0-2.0mm拉丝式焊丝R=0.8mm伸长长度8mm短路过度
δ=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
2.0-8.0
2.0-12.0
3.0-12.0
6.0
（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）
130
180
220
18
19.5
电弧电压（V）
120
170
210
260
21.5
23
24
19
21
22
（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
2.3.3MAG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ZPG1—500。
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ER49—1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
3.1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
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