2023/7/271北京鐵路局石家莊職工培訓基地主講：邢建章職稱：工程師E-maiI:xingjz55@第四章焊接結構工藝性審查及加工工藝過程2023/7/272第四章焊接結構工藝性審查及加工工藝過程【能力目標】熟悉焊接結構工藝性審查和焊接工藝規(guī)程的基本知識

【內容提示】焊接結構工藝性審查是制定工藝文件、設計工藝裝備和實施焊接生產的前提，本章著重介紹焊接結構工藝性的概念以及焊接結構工藝性審查的目的、有關過程和加工工藝規(guī)程編制的基礎知識2023/7/273第一節(jié)焊接結構工藝性審查

一、焊接結構工藝性的概念及審查的目的焊接結構的工藝性，是指所設計的焊接結構在一定的生產條件下能經(jīng)濟地制造出來，并能采取最佳工藝方法的可行性。工程上，焊接結構和焊接接頭形式多種多樣，設計者通?？梢愿鶕?jù)用戶提出的性能要求，對結構進行選擇和設計，但這樣設計或選擇出的產品結構，未必具有良好的工藝性。這時，就需要工藝部門根據(jù)設計好的產品圖樣和有關技術文件，對新的焊接結構進行工藝性審查。2023/7/274工藝性審查是在保證產品使用性能的前提下，通過分析比較，確定最佳工藝方法，以取得最高的經(jīng)濟效益和最優(yōu)的產品質量。如圖4-1-l所示為帶雙孔叉連桿的結構，如圖4-1-la所示的結構采用鍛焊組合加工工藝，焊縫為對接形式，既保證了焊縫質量和一定的強度，又便于裝配和焊接；圖4-1-1帶雙孔叉連桿的結構2023/7/275圖4-1-1帶雙孔叉連桿的結構如圖4-1-1b所示的結構采用正面和側面的角焊縫連接形式，雖然裝配和焊接比較方便，但由于是搭接焊縫，疲勞強度較低；如圖4-l-lc所示的結構會造成裝配和焊接都不方便。2023/7/276又如，大型容器和船體上所用的鋼板需要拼焊成大塊結構，如圖4-1-2所示為平板拼接形式，盡管圖中兩種拼接形式均可用于生產實踐，并且使用強度無差異。但圖4-1-2a所示的拼接形式便于實施自動焊，而圖4-1-2b所示的拼接形式則不便采用自動焊進行操作。圖4-1-2平板拼接形式2023/7/277通過上面的實例分析可知，焊接結構工藝性審查，應在滿足產品設計要求的前提下，分析其結構形式能否適應具體的生產工藝。因為焊接結構工藝性審查的結果直接關系到產品的質量和勞動生產率，關系到工人的勞動條件和裝備的配置，同時還關系到材料的消耗、成本的高低以及產品．投入市場的競爭力，所以工藝性審查具有重要的作用。2023/7/278工藝性審查還需要對結構的經(jīng)濟性和實用性進行分析。如圖4-1-3所示是承受壓力的T形接頭，圖4-l-3a所示的結構，壓力全部由兩個角焊縫承擔，焊腳尺寸必須足夠大。如圖4-l-3c所示，將接觸面進行機械加工，再按圖4-l-3b所示結構形式裝配，壓力可由接觸面?zhèn)鬟f，此時角焊縫只起連接作用，焊腳尺寸和焊縫金屬量將大大減小，同時焊接工作量也會降低。由此可見，審查焊接結構工藝性的主要目的是：確保產品結構設計的合理性、生產工藝的可行性、焊接結構使用的可靠性和經(jīng)濟性。圖4-1-3承受壓力的T形接頭2023/7/279二、焊接結構工藝性審查的內容根據(jù)焊接結構工藝性審查的目的，工藝部門的技術人員應該首先明確產品設計要求、技術條件和主要設計思路，并仔細審核結構圖樣，查閱有關資料，及時發(fā)現(xiàn)產品的不合理結構。必須在確保產品使用性能、精度、外觀尺寸和滿足總體結構要求的基礎上，按產品結構裝配工藝及焊接工藝規(guī)程等，對主要結構提出相應的改進意見和辦法。一般來講，焊接結構工藝性審查主要包括以下幾項內容：2023/7/2710

1．從焊接結構強度方面分析結構的合理性

(1)從接頭的強度方面分析焊接結構的形式多種多樣，設計選用時有較大的余地。為了保證最合理的焊接結構及接頭形式，設計和選用焊接接頭時必須考慮工藝可行性和接頭對結構強度的影響。尤其是許多焊接結構是從鉚接結構改造過來的，如果不加分析地把鉚釘去掉后直接焊接，將會產生嚴重的應力集中，并大大降低焊接接頭強度。例如，輕便桁架的鉚接結構如圖4-1-4a所示，如果不加考慮地將鉚接節(jié)點原封不動地改為搭接接頭的焊接節(jié)點，各連桿直接焊在弦桿上，圖4-1-4輕便桁架的連接結構

a)鉚接結構b)焊接結構

1-弦桿2-連桿2023/7/2711如圖4-l-4b所示，則焊縫密集，應力集中嚴重，而且焊接殘余應力較大。如果結構承受動載荷，則結構的使用壽命會降低。從這一簡單實例可以看出，把鉚接接頭換為焊接接頭時，應根據(jù)接頭的承載狀態(tài)和生產特點，在保證強度和使用壽命的條件下選用合理的焊接接頭形式。圖4-1-4輕便桁架的連接結構

a)鉚接結構b)焊接結構

1-弦桿2-連桿又如，在有集中載荷作用的地方，應充分考慮焊接結構對強度的影響。如圖4-1-5a所示為雙支耳支座在工字梁翼板上的焊接，由于支耳背面無任何支撐，因此，在載荷作用下支耳兩端的焊縫及母材上的工作應力將會很大，在工作時極有可能產生裂紋。若對支耳結構進行改進，采用一個支耳，并將其焊在工字鋼翼板中部位置，如圖4-1-5b所示。支耳背面有腹板支撐，焊接結構的承載能力可以得到保證。圖4-1-5焊接結構的支耳布置形式

a)雙支耳b)單支耳2023/7/2713(2)從結構的焊縫布置方面分析焊接接頭的布置是否合理對焊接結構的強度也有較大影響。從理論上講，性能優(yōu)良的焊接接頭可以與母材等強度，但考慮到焊縫中難免存在某些工藝缺陷，焊接接頭在設計布置時往往會避開高應力區(qū)，以確保結構的承載能力。例如，承受彎矩的焊接梁，對接接頭經(jīng)常避開最大彎矩所在的截面。對于工作條件較差的焊接結構，焊接接頭應盡量避開結構斷面有突變的地方或采取一些有效的方法來緩解應力集中。2023/7/2714例如，小型壓力容器筒體與大厚度平板封頭采用直接焊接形式，如圖4-1-6a所示，這種結構在焊縫連接邊緣處應力較大，降低了整個容器的承載能力。如果在大厚度平板封頭上開一個環(huán)形槽，如圖4-1-6b所示，將大大改善接頭處的工作條件，緩解焊縫根部的應力集中。最合理的結構形式是采用成形球面封頭或橢圓封頭與筒體對接，如圖4-1-6c所示。圖4-1-6壓力容器封頭的接頭形式15(3)從結構防腐蝕方面分析腐蝕介質與金屬表面直接接觸時，在縫隙內和其他尖角處常常發(fā)生強烈的局部腐蝕，即縫隙腐蝕或沉積腐蝕，將使該部位焊接接頭強度降低。如圖4-1-7a所示為有縫隙腐蝕的不合理結構。為了避免和減小這種腐蝕，不采用單面焊且避免根部有未焊透的接頭，同時在結構上避免接頭縫隙及其形成的尖角和結構死區(qū)，使腐蝕介質能完全排放，防止其在結構內沉積，如圖4-1-7b所示為改進后的合理結構。2023/7/2716

圖4-1-7結構防腐蝕a)有縫隙腐蝕的不合理結構b)改進后的合理結構2023/7/27172．從焊接結構制造工藝性方面分析焊接結構的合理性分析焊接結構的合理性時，除了考慮結構的強度外，還應該確保結構有較好的制造工藝性。制造工藝性不好的產品結構，不僅制造困難，而且會直接影響產品的性能。

(1)從保證接頭施焊可達性方面分析對于熔焊，為了獲得理想的接頭質量，在實施焊接時，必須保證焊條、焊絲或電極能方便地到達結構的施焊部位，即焊縫應當安排在便于焊接的位置上。2023/7/2718

如圖4-l-8a所示，其結構沒有留出施焊的操作空間，焊接操作難以實現(xiàn)；圖4-1-8b中右圖的搭接焊縫容易施焊；圖4-1-8c所示為用角焊縫連接的接頭，左圖中箭頭所指部位形成尖角，難以焊到，右圖為改進后的合理結構；圖4-1-8d所示為對接接頭，上圖因其坡口角度和根部間隙過小，使得箭頭所指部位難以焊到，若改為下圖結構，即加大坡口角度和根部間隙，可改善焊接可操作性。圖4-l-8施焊可達性2023/7/2719(2)從保證接頭可探性方面分析焊接產品的制造過程中，在很多情況下都需要進行不同要求的無損檢測。焊接接頭的可探性是指接頭檢測面的可近性和幾何形狀與材質的探傷適應性。例如，各類壓力容器的焊縫，若要進行局部或整體射線探傷，探傷用的底片位置應該保證整個焊縫處于探傷范圍內，并能對所探測到的缺陷完整成像，如圖4-1-9a，C，d所示的焊接接頭都是無法進行射線探傷的或探傷結果無意義，焊接接頭需做如圖4-1-9b，e所示的改進，才適合射線探傷。圖4-1-9接頭可探性2023/7/2720(3)從材料焊接工藝性方面分析在結構選材時，首先應考慮工作條件和工作性能要求，如強度、剛度、耐腐蝕和耐高溫等。在保證這些條件的基礎上，還應著重考慮結構所用材料的焊接性能。因為具有相近使用性能的材料較多，如果不考慮材料的焊接性能，會造成生產困難和產品質量降低，甚至還會影響整個結構的使用性能。例如，采用45鋼制造零件，這類鋼材含碳量偏高，作為鑄鋼件是可以的，若作為焊接結構件，則應選用強度相當且焊接性能好的低合金結構鋼。2023/7/27213．從結構焊接應力和變形方面分析結構的合理性焊接一般采用集中熱源在局部區(qū)域進行加熱，由于焊縫在高溫時受擠壓，產生局部塑性壓縮變形，冷卻后導致焊件變形，形成殘余應力。焊接殘余應力和變形將給生產帶來許多不便，同時在一定條件下還會影響焊件的強度、剛度、受壓時的穩(wěn)定性、加工精度和使用壽命。因此，為減小焊接變形和殘余應力，需要從以下幾個方面對結構的合理性進行分析：

(1)從降低結構殘余應力方面分析由于減小焊接變形會使應力有所降低，例如，減少焊縫數(shù)量、采用鑄焊和鍛焊組合結構等都可以不同程度地降低殘余應力。但對于有些焊接結構，要降低應力的影響，還應分析考慮以下幾個方面：2023/7/27221)結構上盡量避免焊縫過于集中。容器接管焊縫間應保持足夠的距離，如果結構的焊縫交于一點，將產生三向應力，使結構塑性降低，并造成較嚴重的應力集中，結構上應做一些合理的改進，如圖4-l-l0所示。圖4-l-l0容器焊縫布置2023/7/27232)焊縫應遠離機加工位置或受力部位。焊接件經(jīng)機加工后，。其殘余應力將重新分布，由此會降低產品精度。如圖4-l-11所示，焊縫應遠離壓力容器的開孔位置。圖4-l-11容器開孔時的焊縫布置2023/7/27243)結構上盡量避免幾何形狀的不連續(xù)性。在截面變化的位置應采用圓滑過渡或平緩過渡結構，避免形成尖角。如在厚板與薄板或寬板與窄板對接時，在焊縫與厚板或寬板的接合處應有一定的斜度，以保證平滑過渡，如圖4-1-l2所示。圖4-1-12不同板厚的連接焊縫2023/7/2725(2)從減小焊接變形方面分析減小焊接變形除了可以從工藝上采取有關措施外，在結構選用時考慮其合理性也是一種很有效的辦法。要保證焊接結構合理，可以從以下幾個方面分析：

1)合理安排焊接結構的裝配順序。對于復雜的焊接結構，可以分解成多個部件，并盡量減少總裝配時的焊縫數(shù)量，這對于防止和減小整體結構的焊接變形是很有利的。2023/7/2726例如，貨車底架的橫梁裝配，若按圖4-l-l3a所示進行裝配，則上翼板1是一塊長鋼板，上翼板與腹板2間的翼緣焊縫必須在裝配之后焊接，焊后上翼板兩端必然向上翹起。如果把上翼板分成兩個部件制造，一部分上翼板與腹板可先焊，總裝時再把另一部分上翼板用對接焊縫連接起來，如圖4-l-l3b所示，這樣既減小了總裝時的焊接工作量，同時也減小了焊接變形。圖4-1-13貨車橫梁連接形式1-上翼板2-腹板3-中梁2023/7/27272)合理安排焊縫位置。在考慮結構形式時，除選用對稱結構截面外，焊縫的位置應盡可能與結構截面中性軸對稱，或接近于結構截面的中性軸，如圖4-1-l4a所示。這樣可以減小焊接變形，特別是對控制構件彎曲變形也能起到較好的作用。又如圖4-1-l4b中的焊縫集中在構件截面的中性軸下方，焊縫位置較不合理，圖4-1-14c中的焊縫安排則較為合理。

圖4-1-14焊縫位置比較2023/7/27283)盡量減少焊縫數(shù)量。焊接結構上盡量采用型鋼、沖壓件來代替焊接件，或適當選擇壁板厚度，以減少肋板數(shù)量，避免不必要的焊縫。例如，對于薄板結構，為了防止其在焊接過程中產生波浪變形，可采用壓型肋板結構代替焊接肋板結構，如圖4-1-l5所示。圖4-1-l5壓型肋板和焊接肋板結構a)壓型肋板結構b)焊接肋板結構波浪腹板自動生產線2023/7/2729再如圖4—1一l6所示的軸襯座結構，采用型鋼(見圖4-1-16b)代替肋板加固軸襯座，比圖4-1-16a所示的輻射型肋板效果好，焊縫數(shù)量也大為減少。

圖4-1-16軸襯座結構a)輻射型肋板b)型鋼2023/7/27304．從焊接結構生產經(jīng)濟性方面分析結構的合理性合理利用材料和縮短焊接產品加工時間是降低成本的重要方面之一，這兩項措施有時會與制造工藝和結構合理性產生矛盾，因此，在進行工藝性審查時必須給予重視。

(1)從提高材料的利用率方面分析一般來講，零件的形狀越簡單，加工越容易，材料的利用率也越高。如圖4-1-17所示為法蘭盤的三種制作方案。如圖4-1-17a所示結構是利用沖床落料制作，如圖4-l-17b所示結構是采用多段扇形拼接，如圖4-1-17c所示結構是采用氣割板條熱彎制成。圖4-l-l7法蘭盤的三種制作方案a)沖床落料b)多段扇形拼接c)氣割板條熱彎2023/7/2731從材料利用率和工時消耗來看，圖4-l-17a所示方案較好。綜合結構分析和經(jīng)濟性分析可看出，若法蘭盤直徑小，生產批量大，可選用圖4-1-17a所示方案；若法蘭盤直徑大且窄，生產批量小，宜選用圖4-1-l7c所示方案。

圖4-l-l7法蘭盤的三種制作方案a)沖床落料b)多段扇形拼接c)氣割板條熱彎2023/7/2732

再如，橋式起重機焊接主梁的內部隔板如圖4-1-18所示，可以采用邊腳料拼焊而成，盡管此時增加了幾條焊縫，但節(jié)約了材料。又如，把軋制的工字鋼按鋸齒形狀切開，如圖4-l-19a所示，然后再按圖4-1-l9b所示的結構形式錯位拼焊成鋸齒形梁，這種組合方式制成的梁，既可以較大幅度地提高梁的剛度，同時還能節(jié)約大量鋼材和備料工時。圖4-1-18橋式起重機焊接主梁的內部隔板

圖4-1-19鋸齒形梁的拼焊H型鋼焊接生產線箱型柱（梁）焊接生產線2023/7/2733橋式起重機箱形主梁結構示意圖1.上翼板2.腹板3.下翼板4.長助板5.短助板2023/7/2734(2)從減少焊接輔助工時方面分析首先，以對接接頭的坡口加工為例，對接焊縫每米長度上的金屬量隨坡口的形式而異，以板厚為40mm的對接焊縫為例，V形坡口焊縫金屬量為14kg／m，U形坡口為8．3kg／m，

X形坡口為7．6kg／m，雙U形坡口為7．2kg／m。從焊接工作量來看，雙U形坡口焊縫的金屬量最少、最經(jīng)濟。但總體來看，雙U形坡口必須進行切削加工，而X形坡口可以氣割加工，所以雙U形坡口整體加工費用較高。其次，應盡量采用型鋼和標準件，因為，各種型材經(jīng)過軋制，表面光潔平整，質量均勻可靠，相互組合后容易構成剛度更大的焊接結構。對同一種結構采用型鋼或標準件制造，由于減少了備料時間，且減少了焊縫數(shù)量，因此，其工作量會比用鋼板制造小得多。2023/7/2735(3)從提高自動化程度方面分析當產品批量大、數(shù)量多時，可以考慮制造過程自動化和整個產品加工的流水作業(yè)。此時，原則上應該減少零件的數(shù)量，增加焊縫長度，盡量使焊接加工的接頭形式單一且焊縫排列規(guī)則。小主梁焊接視頻2023/7/2736三、焊接結構工藝性審查的步驟1．對結構圖樣進行審查制造焊接結構的圖樣是工程的語言，主要包括新產品設計圖樣、繼承性設計圖樣和按照實物測繪的圖樣等。由于各種圖樣的工藝性完善程度不同，因此工藝性審查的側重點也有所區(qū)別。但是，在生產前無論是哪種圖樣都必須按以下內容進行圖樣審查，合格后才能交付生產準備和生產使用。2023/7/2737(1)焊接結構圖樣應符合機械制圖國家標準中的有關規(guī)定。除焊接結構的裝配圖外，還應有生產必需的部件圖和零件圖。

(2)根據(jù)產品的使用性能和制作工藝需要，在圖樣上應有完整合理的技術要求，若在圖樣上不能用圖形、符號表示時，則應有文字說明。

2．對結構技術要求進行審查焊接結構技術要求，主要包括使用要求和工藝要求。使用要求一般是指結構的強度、剛度和耐磨、抗腐蝕、抗蠕變、抗疲勞等性能，以及在工作環(huán)境條件下焊接結構的幾何尺寸、力學性能、物理性能等；而工藝要求則是指結構材料的焊接性及結構的合理性、生產的可行性和方便性。為了滿足焊接結構的技術要求，在圖樣分析的基礎上還要做進一步的審查，相關內容如下：2023/7/2738(1)了解焊接結構的特點、工作性質和工作環(huán)境。了解設計思路，考慮能否有更好的方法對原設計進行改進。特別要注意焊接結構各部分之間的聯(lián)系、各接頭的重要性及其加工要求。

(2)熟悉焊接結構相關的技術標準，并結合具體生產條件分析、考慮整個生產工藝能否滿足焊接結構的技術要求，制造上有無困難，及時發(fā)現(xiàn)技術問題，提出合理的修改方案。2023/7/2739第二節(jié)

焊接結構加工工藝過程

一、焊接結構加工工藝過程的概念及組成

1．生產過程和工藝過程制造焊接結構必須經(jīng)過一系列勞動過程，主要包括：

(1)原材料準備、材料及零部件的運輸和儲存。

(2)生產準備工作。即組織計劃的制訂、工藝規(guī)程的擬訂、工藝裝備的設計、制造等。

(3)毛坯的制造。即通過鑄、鍛、焊等方法將原料制成毛坯。

(4)零件的加工和熱處理。

(5)部件的裝配和焊接。

(6)焊接結構的檢驗、調試和油漆、包裝等。2023/7/2740由上述過程可以看出，焊接結構的生產和工藝過程是相當復雜的。將金屬材料軋制的型材或金屬坯料，經(jīng)過多道工序加工后，制成半成品或成品的各勞動過程的總和稱為生產過程。

在現(xiàn)代焊接結構的制造中，為了提高勞動生產率，便于組織生產，一件產品的生產過程，往往是由許多專業(yè)工廠聯(lián)合完成的。如一臺壓力容器的大部分零部件的制造，整臺設備的裝配、試車、檢驗和油漆、包裝都是在容器生產廠進行的，但大型容器中的封頭、各類接管、密封件、大型鍛件和其他有關標準件等，則多是由相關的專業(yè)工廠制造的。一個工廠的生產過程可以按車間劃分為不同車間的生產過程，例如，焊接車間的生產過程、鍛造車間的生產過程、裝配車間的生產過程等。因此，任何工廠(或車間)的生產過程，是指該工廠(或車間)直接把進廠(或車間)的原料或半成品加工為成品的各勞動過程的總和。2023/7/2741

工藝過程是指逐步改變原材料、毛坯或半成品的幾何形狀、尺寸、相對位置和力學性能，使其成為半成品或成品的過程。工藝過程是生產過程中的主要部分。采用焊接加工的方法，改變毛坯的形狀、尺寸、相對位置，使其成為焊接結構的過程稱為焊接結構加工工藝過程。

2．工藝過程的基本組成機械產品的工藝過程是由一系列工序依次排列、組合而成的。通過完成各種工序可以將原材料或毛坯制成成品。

(1)工序

工序是指一個或一組工人，在一個工作地點對一個或同時對幾個工件連續(xù)完成的那一部分工藝過程。工序是組成機械加工工藝過程的基本單元，也是生產計劃的基本單元。劃分工序的主要依據(jù)是加工工藝過程中工人、工作地(或設備)、工件是否變動和工作是否連續(xù)，其中任一要素變動就成了不同的工序。2023/7/2742(2)工位

為了完成一定的工序，工件在加工設備上所占的每個工作位置稱為工位。它是工序的一部分。

(3)工步

工件在某一加工工序中，所用的加工設備、工裝夾具和各工藝規(guī)范均保持不變的那部分工作稱為工步。一般構成工步的任一要素改變后，即變?yōu)榱硪粋€工步。例如，圓筒形容器筒節(jié)縱焊縫要焊兩層，若兩層焊接參數(shù)不同，則縱縫焊接這一工序就由兩個不同的工步所組成，否則，縱縫焊接這一工序即只包括一個工步。另外，對于生產中連續(xù)進行的若干相同的工步，生產中習慣視為一個工步。如在多層厚壁容器的焊接過程中，多層焊接時，焊絲直徑、設備、焊接參數(shù)等均保持一致，習慣上稱為一個工步。2023/7/2743二、焊接結構加工工藝規(guī)程的制定

在實際焊接結構生產中，對于某個產品的焊接加工，常?？梢圆捎脦追N不同的方案來完成。根據(jù)生產對象的技術要求和工廠的實際情況，從可能的多種方案中篩選一個最佳方案，并用文字和圖表表示出來，作為組織生產的技術文件和進行生產準備的依據(jù)。這種被規(guī)定下來的、為本單位生產人員及相關人員所共同遵守的指導性技術文件稱為工藝規(guī)程。從形式上講，工藝規(guī)程是一種指導性技術文件，就內容而言，它記載了一個完整的加工工藝過程。2023/7/2744

制定焊接結構加工工藝規(guī)程是焊接生產中的一項技術措施，它在生產中的作用可以歸納為以下幾點。

1．工藝規(guī)程是指導生產的主要技術文件工藝規(guī)程是在總結技術人員和廣大工人實踐經(jīng)驗的基礎上，根據(jù)一定的工藝理論和必要的工藝試驗制定出來的。按照合理的工藝規(guī)程組織生產，可以使焊接結構在滿足正常工作和安全運行的條件下達到優(yōu)質、高產的目的和獲得最佳的經(jīng)濟效益。

2．工藝規(guī)程是生產、組織和管理工作的基本依據(jù)

從工藝規(guī)程涉及的內容可以看出，生產組織部門根據(jù)工藝規(guī)程下達生產任務、實施生產管理、組織原材料和毛坯供應，指導機械設備和工藝裝備的調配、專用工藝裝備的設計和制造，以及作業(yè)計劃的安排和生產成本的核算。因此，工藝規(guī)程能使整個生產有計劃地進行。2023/7/2745

3．工藝規(guī)程是生產準備和技術準備的主要依據(jù)在新產品投入生產之前，要依據(jù)新產品的工藝規(guī)程進行車間平面設計，確定生產所需的機床和其他設備的種類、規(guī)格、數(shù)量、布局和工人的工種，以及安排其他輔助部門的配合等。工藝規(guī)程的實施，可以不斷總結和積累生產經(jīng)驗，促進新技術的應用和推廣，不斷提高技術人員的素質和企業(yè)的整體生產水平。工藝規(guī)程經(jīng)過工藝管理部門審定后，即成為生產中的技術法規(guī)，有關人員必須嚴格執(zhí)行，不得隨意更改。但隨著焊接生產的不斷發(fā)展和新工藝、新技術的不斷研發(fā)，以及市場對產品質量、數(shù)量要求的變化，對產品性能要求的提高，工藝規(guī)程在實施過程中逐漸會出現(xiàn)某些不適應的問題，因此，應及時吸收先進經(jīng)驗和先進技術，不斷改進和完善現(xiàn)行的工藝規(guī)程，使其更為合理和先進。2023/7/2746實訓課題3

焊接結構生產——容器構件的焊接生產

一、實訓目的能對中等復雜的焊接結構圖樣進行工藝分析，能夠理解典型焊接結構的生產工藝過程和制造工藝特點，掌握容器構件的生產加工方法。

二、基礎知識

1．相貫線的概念在機件或金屬板構件的表面上，常常會遇到交線，為了清晰地表達出機件各部分的形狀和不同表面的分界線，繪圖時必須畫出其交線。尤其是金屬板制品，只有準確地畫出其表面交線，然后才能正確地畫出展開圖，以保證材料剪裁正確。2023/7/2747

當兩個或兩個以上的形體互相貫穿交接時，稱這種形體為相貫體。相貫體表面上所產生的交線稱為相貫線。由于組成相貫體的各基本形體的幾何形狀及其相互位置不同，相貫線的形狀也各異，相貫線具有以下特性：

(1)相貫線是兩形體表面的共有線，也是相交兩形體的分界線。

(2)由于形體具有一定的范圍，所以相貫線都是封閉的。由于相貫線是相交兩形體表面的共有線和分界線，所以相貫線一經(jīng)確定，相貫體也就被劃分為若干基本形狀的截體。如圖S-3-1所示的異徑正交三通管，以相貫線為界分成了支管和帶孔的主管兩個基本截體，接著便可將其一一展開。對于相貫體來說，正確畫出相貫線是求作展開圖的先決條件。2023/7/2748圖S-3-1異徑正交三通管

根據(jù)相貫線的特性可以知道，求相貫線的實質就是在兩形體表面上找出一定數(shù)量的共有點，將這些共有點依次連接起來就形成相貫線，如圖S-3-2所示為異徑正交三通管相貫線直觀圖。相貫線的求法主要有素線法、輔助平面法和球面法。圖S-3-2異徑正交三通管相貫線直觀圖2023/7/27492．用素線法求作異徑正交三通管的相貫線作圖步驟(見圖S-3-3)：

圖S-3-3用素線法求作異徑正交三通管的相貫線2023/7/2750(1)先求特殊點相貫線的最高點(即主視圖中的左、右端點)，是支管輪廓線與主管輪廓線的交點，其正面投影l(fā)′，5′和水平投影l(fā)，5可直接畫出。相貫線最前點的水平投影3在支管端面圓上，其正面投影3′可由左視圖上投影3″按“高平齊”的規(guī)律求出。

(2)再求一般點相貫線水平投影上的2為一般點，畫2，4，按俯、左視圖“寬相等”的規(guī)律，可求得其側面投影2″(4″)，再根據(jù)2′2″求得其正面投影2′，4′，依次連接l′，2′，3′，4′，5′，所得曲線即為所求相貫線。2023/7/2751

3．等徑正交三通管的展開圖等徑正交三通管的展開圖如圖S-3-4所示。圖S-3-4等徑正交三通管的展開圖等徑正交三通的展開圖.2023/7/2752

作圖步驟如下：

(1)按尺寸畫出主視圖。

(2)畫相貫線采用素線法求相貫線(具體作圖步驟略)。等徑圓管正交，相貫線為平面曲線——橢圓。當兩管軸線相交且平行于投影面時，橢圓在該投影面上的投影為兩相交直線。

(3)在主視圖上畫出支管端面半圓周，并6等分由等分點l，2，3，4，…，7向下引垂線交相貫線各點。

(4)支管展開在支管主視圖端面延長線上作一條線段，長為圓管端面周長,πd，并l2等分，由各等分點向下引垂線，由圓周6等分點所引垂線與相貫線的各交點向右引水平線，與l2等分點所引垂線相交，將對應交點連接成光滑曲線，即得支管展開圖。2023/7/2753(5)主管展開主管展開后為一長方形。長方形兩邊分別等于主管長度和支管端面周長,πd。由于兩管等徑正交，主管開孔長度等于πd／2，其最大寬度等于支管直徑d。相貫線上各點處的開孔長度及開孔寬度，可通過作圖得出。例如，在主管展開圖的豎直中心線上，對稱地取

，并作6等分，由等分點b，C，…,f

引水平線，與端面圓周6等分點所引垂線相交，將對應交點連成曲線，即為開孔實形，得主管展開圖。2023/7/2754

4．裝配中的測量

(1)測量基準測量時，為衡量被測點、線、面的尺寸和位置而選為基準的點、線、面，稱為測量基準。一般情況下，多以定位基準作為測量基準。有時可以在號料時，預先在零件坯料上留出裝配測量基準線，以備裝配時參考。如圖S-3-5所示，利用預留基準線進行圓筒縱縫對接。裝配時，只需測量兩基準線之間的距離，即可保證圓筒縱縫的正確對接。

圖S-3-5圓筒裝配時的預留基準線2023/7/2755(2)線性尺寸的測量線性尺寸是指零件上被測的點、線、面與測量基準間的距離。由于組成構件的各個零件間都有尺寸要求，因此線性尺寸測量在裝配中的應用最多，而且在進行其他項目的測量時，往往也需輔助以線性尺寸測量。2023/7/2756進行線性尺寸的測量，主要是利用各種刻度尺(卷尺、盤尺、鋼直尺、木折尺等)來完成。如圖S-3-6所示，圓錐臺與圓筒按圖示的位置裝配，在測量整體高度時，由于圓錐臺小端端面(封閉的)較圓筒外壁縮進一段距離，無法用尺直接測量，這時可借助用輕型工字梁制成的大平尺延伸圓錐臺小端端面，再用鋼卷尺去間接測量。圖S-3-6間接測量工件高度1-平臺2-鋼卷尺3-大平尺4-工件2023/7/2757(3)垂直度的測量此處的垂直度是指零件上被測直線(或面)相對于測量基準線(或面)的垂直程度。垂直度是裝配工作中常用的測量項目，并且很多產品都對其有嚴格的要求。通?？衫?0°角尺直接測量，如圖S-3-7所示。當基準面和被測面分別與90°角尺的兩個工作尺面緊密貼合時，說明兩面垂直，否則，為不垂直。使用90。角尺測量垂直度，簡單易行。圖S-3-7用90°角尺測量垂直度2023/7/2758(4)同軸度的測量此處的同軸度是指構件上具有同一軸線的幾個零件，裝配時其軸線的重合程度。如圖S-3-8所示，對于由兩節(jié)圓筒連接而成的長圓筒，測量其同軸度，可先在各節(jié)圓筒的端面安上臨時支撐(應注意不能使圓筒變形)，再在臨時支撐上分別找出中心位置，并鉆出φ10mm的孔，然后過長圓筒兩外端面的中心拉一根鋼絲，使其從各筒節(jié)端面支撐的孔中通過。這時觀察鋼絲是否處于各端面支撐上的孔的中心位置，若鋼絲過各孔中心，說明兩節(jié)圓筒同軸，否則，為不同軸，需要調整。圖S-3-8圓筒內拉鋼絲測量同軸度2023/7/2759

三、實訓內容

對容器構件進行焊接裝配，圓筒正交組合件的裝配圖如圖S-3-9所示，下面進行工藝性分析。

1．焊接方法和材料的選擇單層筒形容器，一般壁厚較小而容積較大，筒體用鋼板卷制而成，焊接方法常采用埋弧焊或焊條電弧焊。本結構屬單件制作且尺寸不大，因此采用焊條電弧焊。本結構是單層筒形容器，所用材料為焊接性能良好的低碳鋼(Q235)，焊材選用E4303焊條。

圖S-3-9圓筒正交組合件的裝配圖2023/7/27602．容器焊接順序容器焊接時，先焊筒節(jié)的縱向焊縫，焊好后校圓。兩個圓筒焊好并校圓后，再焊兩圓筒相貫處的焊縫。這樣在先焊縱向焊縫時，焊縫有自由收縮的可能，可以減小焊接應力，另外，兩筒節(jié)的縱縫應錯開。筒體縱縫采用雙面焊。每一條焊縫的焊接順序是先焊容器里面的焊縫，焊完后從容器外面用碳弧氣刨清理焊根，將容易產生裂紋和氣孔的焊根刨掉后再焊接外面的焊縫。這樣，不但保證了焊縫全部焊透，也減小了產生焊接缺陷的可能性。另外，在容器外部進行碳弧氣刨清根，工人勞動條件也較好。2023/7/27613．焊縫形式和坡口形式縱向焊縫采用對接焊縫，以保證焊縫強度。相貫線處的焊縫采用角焊縫，縱縫的坡口形式采用V形坡口，相貫線處，小圓筒開單邊V形坡口，大圓筒不開坡口。

四、實訓步驟

1．準備工作

(1)識讀工件圖樣。

(2)準備裝配夾具、焊機、焊條(E4303)、鋼卷尺、90°角尺、槽鋼、碳弧氣刨設備等。

2．縱縫的裝配一焊接卷彎后，圓筒的縱向接縫常會出現(xiàn)板邊搭頭、周向板縫過大、兩板邊高低不平等缺陷(見圖S-3-10)，可用夾具使鋼板縱縫對正，采取的措施如下：2023/7/2762圖S-3-10卷彎圓筒常見缺陷a)板邊搭頭b)周向板縫過大c)兩板邊高低不平(1)放開板邊搭頭先用卡形樣板測量圓筒各處曲率，找出圓筒曲率大于樣板曲率處，用大錘擊打外壁，使圓筒曲率變小，直至與樣板曲率相符。當圓筒各處曲率均符合樣板曲率時，板邊搭頭則自然放開。2023/7/2763(2)消除周向板縫在筒身縱縫兩邊對應處，分別焊上鉆有光孔的角鋼，然后穿入螺栓，并擰上螺母，如圖S-3-ll所示。隨著螺母逐漸擰緊，即可消除周向板縫。圖S-3-ll消除周向板縫(3)調平兩板邊高度將杠桿夾具插在圓筒板縫處，壓動杠桿，如圖S-3-12所示，可調節(jié)縱縫處兩板邊的高度，經(jīng)檢查圓筒縱縫對接處確已平順接合，便可施行定位焊。

圖S-3-l2調平兩板邊高度2023/7/27643．縱縫焊接縱縫焊接采用雙面焊，先從里面焊完，再在外面清根；將根部清理干凈后，再在外面施焊，焊完后矯圓。

4．兩圓筒組合裝配

(1)將大圓筒臥置于裝配平臺上，并選一合適規(guī)格的槽鋼作為支撐，使大圓筒保持穩(wěn)定，然后，在圓筒外壁上劃出裝配定位線(見圖S-3-13)。圖S-3-13大圓筒的支撐形式2023/7/2765(2)在小圓筒表面也劃出裝配定位線，如圖S-3-14所示。

(3)將小圓筒放到大圓筒上，并按定位線找正位置。根據(jù)兩圓筒表面的定位線，校正小圓筒軸線。兩圓筒間的垂直度可用90°角尺直接測量，若不符合要求則須校正，如圖S-3-15所示。圖S—3—14在小圓筒表面劃定位線圖S-3-l5兩圓筒組合裝配1-90°角尺2-大圓筒3-槽鋼2023/7/2766(4)兩圓筒間相互位置、尺寸校正好后，便可施行定位焊。這時，應使焊接點對稱分布，以免因焊接變形而影響工件準確定位。

5．兩筒節(jié)裝配焊接兩筒節(jié)的焊縫處注意打底焊，要求根部焊透。焊接時，由兩個焊工同時施焊，且在對稱的位置以相同速度逆時針焊接，盡可能地使產生的應力和變形相互抵消，以保證工件的尺寸精摩。

6．質量檢驗(1)檢查工件的位置、尺寸精度是否符合圖樣要求。(2)檢查焊縫的質量，是否有咬邊、未焊透等缺陷。2023/7/2767

五、實訓小結

1．本實訓所包含的內容較多，有相貫線求法、展開放樣、裝配工藝、焊接工藝分析等，學生不一定全部內容都能動手操作，但要求能通過有限的學習訓練，體會焊接結構制作的技能要求。

2．大圓筒臥置時，應觀察其圓度是否變化，若圓筒因自重而發(fā)生變形，則應在圓筒內加臨時支撐以克服其變形，以免影響裝配精度。

3．在兩圓筒組合裝配中，若局部接縫間隙較大，不能靠強行裝夾來縮小間隙，以免引起筒體變形或產生過大的裝配應力，甚至焊接時可能產生裂紋。在定位焊裝配時，應從兩端開始焊接，使定位焊點均勻分布，避免局部裝配間隙過大。2023/7/2768練習與思考一、名詞解釋1．生產過程2．工藝過程3．工藝規(guī)程4．工序5．工位6．工步二、問答題1．焊接結構工藝性審查的目的和內容有哪些?2．生產工藝過程包括哪些內容?3．簡述焊接結構工藝性審查的步驟。4．劃分工序的主要依據(jù)是什么?5．工藝規(guī)程有何作用?工藝過程的基本組成有哪些?6．焊接結構生產中常用的工藝文件有哪幾種?其格式和使用范圍是什么?7．試用一個簡單實例說明焊接結構工藝規(guī)程的制定過程。2023/7/2769

一、填空題

1．焊接結構的工藝性是指所設計的焊接結構在一定的生產條件下能否制造出來，并能采取最佳工藝方法的可行性。

2．工藝性審查首先是在保證產品使用性能的前提下，通過分析比較，確定最佳工藝方法，以取得最高的經(jīng)濟效益和．最優(yōu)的產品質量。

3．焊接結構工藝性審查正確與否，直接關系到產品的質量和勞動生產率，關系到工人的勞動條件和裝備的配置，同時還關系到材料的消耗、成本的高低以及產品投入市場的競爭力。

4．一般來講，焊接結構工藝性審查主要包括從焊接結構強度方面分析結構的合理性、從焊接結構制造工藝性方面分析焊接結構的合理性、從結構焊接應力和變形方面分析結構的合理性和從焊接結構生產經(jīng)濟性方面分析結構的合理性。

5．腐蝕介質與金屬表面直接接觸時，在縫隙內和其他尖角處常常發(fā)生強烈的局部腐蝕，即縫隙腐蝕或沉積腐蝕。

6．焊接結構的圖樣是工程的語言，它主要包括新產品設計圖樣、繼承性設計圖樣和按照實物測繪的圖樣。2023/7/27707．焊接結構技術要求主要包括使用要求和工藝要求，使用要求一般是指結構的強度、剛度和耐磨、抗腐蝕、抗蠕變、抗疲勞等性能,以及在工作環(huán)境條件下焊接結構的幾何尺寸、力學性能、物理性能等。而工藝要求則是指組成產品結構材料的焊接性及結構的焊接性及結構的合理性、生產的可行性和方便性。

8．將用金屬材料軋制的型材或制成的金屬坯料經(jīng)過多道工序加工后，制成半成品或成品的各個勞動過程的總和稱為生產過程，

9．工藝過程是指逐步改變原材料、毛坯或半成品的幾何形狀、尺寸、相對位置和力學性能，使其成為成品或半成品的過程。

10．采用焊接加工的方法，改變毛坯的形狀、尺寸、相對位置,使其成為焊接結構產品的過程稱為焊接結構加工工藝過程。

11．機械產品的工藝過程是由一系列的工序依次排列組合而成的。通過各種工序可以將原材料或毛坯逐漸制成成品。一般包括工序、工位和工步。

12．劃分工序的主要依據(jù)是加工工藝過程中的工人、工作地(或設備)、工件是否變動和工作是否連續(xù)等四個要素，其中任一要素變動都會引起工序的變動。2023/7/2771

13．為了完成一定的工序，工件在加工設備上所占的每個工作位置稱為工位。14．工序是組成機械加工工藝過程的基本單元，也是生產計劃的基本單元。

15．工件在某一加工工序中，所用的加工設備、工裝夾具和各工藝規(guī)范均保持不變的那部分工作稱為工步。

16．被規(guī)定下來的、為本單位生產人員所共同遵守的指導性技術文件稱為工藝規(guī)程。

17．制定工藝規(guī)程是焊接生產中的一項技術措施，它在生產中的作用是：工藝規(guī)程是指導生產的主要技術文件、工藝規(guī)程是生產、組織和管理工作的基本依據(jù)、工藝規(guī)程是生產準備和技術準備的主要依據(jù)。2023/7/2772

二、判斷題

1．對焊接結構進行工藝性審查的重點是審查已設計好的產品是否具有很好的生產工藝性，對結構的經(jīng)濟性不需要考慮。(×)2．焊縫接頭在設計布置時應該避開