焊接结构生产及装备.ppt

焊接结构生产及装备周浩森,第一章 绪论,一.焊接结构的发展(用钢量的43)1 机械加工工艺方法 焊接、铸造、锻压、切削加工、热处理2 钢结构 焊接结构、冲压结构、锻压结构、铸造结构,二 焊接结构的特点1 分类(1)按板厚不同 分薄板和中厚板结构(2)按加工工艺不同板焊结构(轧材)、冲焊结构、锻焊结构、铸焊结构(3)按原材料种类钢、铝及其合金、钛及其合金等,(4)按工作条件分梁：在一个或两个主平面承受弯矩的构件。柱：轴心受压和偏心受压的构件。桁架和塔桅结构：承受弯矩、由许多杆件组成的大跨度结构。板壳结构：用于承受内压、要求密封的焊接容器。如压力容器、锅炉、管道、船舰、客车等。机器结构：机器的机座、机身及大型机器零件。,2 特点（1）优点 相对铆接结构,接头性能好,重量轻,节省金属,水气密性好，接头简单，美观。（2）缺点 气孔、夹渣、裂纹、各种缺陷，焊接应力及变形等。三 焊接结构的设计1 焊接结构的设计标准,（1）一般建筑结构 钢结构设计规范（2）压力容器 钢制石油化工压力容器设计规范（3）船舶、海上采油平台 钢质海船入级与建筑规范 海上平台入级与建造规范（4）起重、运输机械、工程矿山机械 相应的部标、行标、厂标。,2 焊接结构的设计步骤（理论力学、材料力学、结构力学）依据使用要求，参考类似结构确定整体方案确定承受的各种载荷结构受力分析结构元件的设计（强度、刚度、稳定性）,进行结构的细节设计（焊接接头、焊缝、筋板、孔、应力应变集中及局部挤压处）编写设计说明书及绘图和机械设计既相同又相异，机械设计由机原加机零设计组成，结构设计由元件加细节设计构成,3 焊接结构的设计方法（结构力学）（1）许用应力法（2）概率论为基础的极限状态法四 焊接结构的生产工艺概述（一）生产工艺过程 1 生产准备 图纸工艺分析工艺文件（工艺流程、工艺评定、工艺方法）设备、材料、人员、动力各种准备。,2 金属材料的预处理材料的验收、分类、矫正、除锈、表面保护、预落料。3 备料 放样、划线、号料、切割、边缘加工、冷热成型加工、端面加工及制孔等。4 装配焊接 焊缝边缘清理、装配和焊接。5 检验 从原材料到产品，每道工序相应的检查。6 成品的验收、油漆、标志、包装。,p3图11,（二）生产规模1 单件小批量生产 从生产准备到产品的生产工艺过程简单。2 成批生产 一段时间的大量生产。3 大量生产长时间的大量生产。,第二章 焊接结构的生产工艺过程21 概述,1 生产过程 原材料或半成品按人的意图发生改变的整个过程。2 工艺过程 逐步改变工件状况的那一部分生产过程，是生产过程的一部分。,3 焊接结构的生产（图纸生产工艺分析工艺过程）确定焊接结构的生产工艺过程。确定焊接车间设计。确定焊接夹具设计。确定设备选用。确定质量控制。,2-2 焊接结构生产的备料工艺与设备,一 金属材料的储存供货状况：轧材（板材、管材、型材）、锻件、铸件。检查与验收：化学成分、外观、显微分析（气孔、夹渣、裂纹、缺 陷、形貌、组织）、力学性能、焊接性。,存放：分类、除锈、方便装卸及安全。切割及运输：剪板机、气割设备、叉车、平板车、起重机。二 金属材料的复验（使用前）化学成分、金相检验、力学性能（拉伸、弯曲、冲击）。三 金属材料的除锈 化学除锈：酸洗碱中和水冲洗烘干。机械除锈：喷丸（小铁丸）除锈喷（涂）底漆。四 金属材料的矫正,1 变形原因及矫正要求 轧制过程以及运输、储存过程中出现的变形。P9表21 22 23：板材、管材、角钢、工字钢。,2 分类（1）冷矫正和加热矫正（变形严重）。（2）第一次矫正：制造结构之前的预先矫正，对原材料。第二次矫正：对加工时毛坯的变形进行矫正，对毛坯。3 矫正方法（1）手工矫正：锤击。（2）矫正机床,钢板矫平机 p11图2-1原理 P11表2-4技术数据 型材矫正机：p11图22示意图角钢矫正机 和调直压力机。P12表25 技术数据辊轮数量速 度。,机床、摩擦压力机、曲柄压力机、杠杆压力机、千斤顶：,五 放样、划线、号料1 放样 根据图纸要求，在放样台上，用1:1的比例，划出零件的平面展开尺寸。目的是检查图纸的正确性，确定下料尺寸，形成放样样板。分类：比例放样、光学放样、数学放样。2 划线 利用放样样板在金属材料上进行实际轮廓线的复制。3 号料 根据划线的轮廓线，用小锤和冲子在金属上标记。分类：机械号料,光学号料（利用照相机的原理，依投影后的轮廓线进行号料）电印号料（利用静电摄影的原理，将轮廓线直接印在涂有感光剂的钢板上）过程：放样划线号料。光学号料、电印号料不需放样划线。数学放样不需划线号料，直接通过数控切割机下料。,六 下料（一）机械切割1 剪切龙门剪床：剪切大宽度板材 技术数据p14表2-9,压力剪床：剪切宽度不大的板材，技术数据p15表210,角钢剪切机：技术数据p15表211联合冲剪机：技术数据p15表212 剪切板材、型材、还可冲孔。园盘剪：剪切曲线。,2 锯切有齿锯：带锯、园盘锯 p16表213无齿锯：锯片与工件之间的摩擦热熔化切口，又称摩擦锯 p16表214,(二)气体火焰切割1 依气体不同分类 氧乙炔切割、氧丙烷切割、液化石油气切割。2 按控制方法 手工气割、半自动气割、靠模自动气割、光电跟踪气割、数控气割。（三）等离子弧切割 不锈钢、有色金属、大厚度焊件。（四）线切割机（电弧放电熔化）和电火花切割,七 坡口及边缘加工（一）熔化切割法 氧乙炔气割（特殊割嘴，和气割同时进行）碳弧气刨（清根、扣槽、清除焊接缺陷，配合砂轮）,(二)车、铣、刨削的方法 坡口剪切机 坡口刨边机p18表216 坡口铣边机,八 弯曲及成形1 依加热与否 冷态弯曲、热态弯曲。2 设备（1）弯板机 三辊弯板机：p18图23a b 四辊弯板机：p18图23c d 原理及问题（筒形成锥状）技术数据：p19表217,（2）型钢弯曲机 手工（压力机、弯曲矫正机）自动（角钢弯曲机技术数据p20表218）,九 冲压1 定义 将模具放在各种压力机上来完成零件的制作，核心是模具。2 分类 冷冲压，热冲压。3 设备 水压机，油压机，摩擦压力机，曲柄压力机。,十 零件的其他加工1 制孔钻孔：钻床p20表219。冲孔：冲孔机。割孔：孔径大的情况。镗孔：镗床。,2 折边 折边机或压力机床。3 弯管（1）有心弯管、无心弯管。（2）冷弯管、热弯管。（3）设备 手动弯管机、电动弯管机。,十一 焊前清理1 清理内容 铁锈及氧化皮、油污、毛刺、焊渣、飞溅。2 清理方式（1）用风动或电动砂轮机、钢丝刷等。,气刮铲：又称气动扁铲打渣机p21图25。针束除锈器：又称气动针束打渣机。p22图26,（2）喷砂或喷丸清理 喷SiO2干砂或小铁丸（3）气体火焰表面清理 油污、氧化皮等，但成本高应用少。（4）酸洗 2%4%的硫酸1%2%的石灰水十二 焊接材料的储存防止焊条、焊丝、焊剂、衬垫等的受潮及混淆。,23 焊接结构的装配工艺,装配工艺：采用工装夹具或定位焊，按图纸要求，将零件连接成部件或整体结构。一 装配方式分类（一）按结构的类型及生产批量的大小1 大型、单件生产的结构采用划线定位的装配方法 利用测量工具、简单夹具、定位焊等。2 批量生产的结构在专用的胎夹具上装配的方法 采用装配夹具及装焊夹具。（二）按工艺过程1 由单独零件逐步组装成结构（先装后焊，或装焊交替进行）2 由部件组装成结构,（三）按装配工作地点1 工件固定式装配 用于重型焊接结构、或产量不大的情况。2 工件移动式装配 按工序流程进行装配，装配生产线。二 焊接结构的装配顺序的确定 装配焊接顺序的确定（1）装配工作是否方便，焊接的可焊到性和方法（2）控制焊接应力及变形（装配工艺流程、装焊图表、焊缝识别卡、装配工艺卡）,三 典型装焊次序分部件装配焊接法（一）优越性1 提高装焊质量，改善工人劳动条件（结构尺寸小，焊缝位置好）2 控制和减少焊接变形（总焊接量减少，以及胎夹具的使用）3 缩短产品的生产周期（部件同时生产）4 提高生产面积的利用率（减少总装的胎夹具）5 广泛的利用胎夹具（简化夹具）（二）部件的划分1 各部件本身是一个整体的构件。2 力求充分发挥部件生产的优点。3 现场生产能力的限制及生产节奏的要求。,四 装配工作中应注意的问题1 机械加工放最后（装焊完后进行）2 装配零件是以外缘为依据的（外缘的精确度影响装焊质量）3 正确掌握公差标准4 装配后尺寸在公差的范围内5 严格清除油污（影响装焊质量）6 对定位焊的要求（定位焊工艺，母材，焊法，焊材）7 巧用胎夹具（装配夹具 装焊夹具）,24 焊接结构的焊接工艺,一 焊接结构生产中制定焊接工艺的原则及内容1焊接工艺制定原则（满足使用要求，经济要求）（1）可焊性好，生产率高，并获得质量好的焊接接头（2）应力和变形小（3）焊接变位次数小，采用工装夹具2 内容（工艺卡的内容，分主要因素、重要因素、次要因素等）（1）母材，焊接方法，焊接材料（2）工艺参数焊接电流、焊接电压、焊接速度等（3）加热工艺参数预热、后热、层间温度及焊后热 处理等。（4）其他焊接坡口、焊接顺序、焊接方向、胎夹具等。,二 焊接工艺方法的选择分类1：熔焊-手工电弧焊、埋弧焊、电渣焊、CO2气保焊、气焊、TIG-MIG焊、电子束焊等。压焊-电阻焊、摩擦焊、扩散焊、爆炸焊等。钎焊-普通钎焊、熔钎焊、共晶钎焊、液相过渡焊 等。分类2：焊接（一般的焊接方法）、连接（比如扩散焊）、涂层（热喷涂）、表面改性。应用情况：（1）手工电弧焊应用灵活、方便、设备简单。（2）埋弧自动焊与半自动焊适于4mm以上厚的母材的焊接，可用于平焊、船形焊、垂直焊。,（3）电渣焊适于30mm以上厚的母材。（4）CO2气保焊生产率高，成本低，全位置的焊接。（5）电阻焊适于薄板件结构。（6）气焊适于焊接较薄工件、有色金属、铸铁。（7）TIG-MIG焊适于焊接铝、钛、铜及其合金、不锈钢等。（8）摩擦焊焊接导热性好、易氧化的金属。（9）电子束焊适于活泼金属、高熔点金属、高纯度金属、高精度焊件的焊接。（10）钎焊用于焊接薄件、复杂连接面或异种接头。总体来说：埋弧焊与CO2气保焊是优先选择的焊接方法，手工焊是重要的补充。,三 确定合理的焊接工艺参数（1）焊接电流、电压、速度（2）焊接电源极性、电阻焊的电极直径（3）坡口形式、焊接层数、焊接顺序及方向（4）焊接材料参数、焊工技术等级等,四 焊接工艺制定实际情况（焊接工艺卡的制定）1 焊接专家系统开发实例焊接企业工艺技术准备主要集中于：(1)焊接工艺评定方案设计。(2)焊接工艺试验(包括工艺评定试验、焊接性试验等)。(3)产品焊接工艺编制 焊接工艺评定报告(PQRProcedurequalification record)由有关部门分类、编号、存档，供工艺人员做为编制具体产品焊接工艺的依据。,焊接工艺规程即通常所称的焊接工艺说明书WPSwelding procedure specification，WPS是焊接生产所必须的技术指导性文件。对于重要焊接件，不同产品及同一产品不同情况的焊缝都必须有各自对应的WPS。为确保焊接产品质量，有关国家、行业及企业对于WPS 的编制都制定了相应的标准、规范或规程，如我国的“钢制压力容器焊接工艺评定标准JB4708-92”。编制WPS的过程中，工艺人员须查阅本单位已有的PQR档案，根据相关工艺标准，判断每一PQR对当前焊接情况的适用性。当找到一份可用的PQR后，须针对当前焊接条件，根据经验及有关规定，调节、补充某些工艺数据，进而形成最终的WPS。当产品品种繁杂，PQR资料较多，需要编制大量WPS时，焊接工艺准备工作就变得异常繁琐、费时，更谈不上当存在多份可用PQR时进行优选的问题。,2 弧焊工艺规程编制计算机辅助系统 焊接工艺评定是在钢材焊接性能试验的基础上，结合锅炉、压力容器的结构特点和技术和条件，在制造单位具体条件下的焊接工艺验证试验，它还用以证明制造单位有能力焊制出符合有关法规、标推、技术条件的焊接接头。焊接工艺评定是压力容器焊接生产中的法规性规定，并用强制性标准JB470892钢制压力容器焊接工艺评定来贯彻。,3 小结 焊接工艺评定，依据中华人民共和国行业标准JB4708-92钢制应力容器焊接工艺评定，焊接工艺评定的定义是为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果的评价。具体的说，焊接工艺评定就是按照所拟定的焊接工艺，根据有关技术标准规定焊接试板，并从焊成试板中取出拉伸、弯曲、冲击等试样，测试试样是否具备所要求的性能。如果所有试样检验结果符合技术要求，证明所拟定的焊接工艺可行，根据焊接工艺评定提出“焊接工艺评定报告(PQRProcedure qualification record)”。,焊接工艺评定报告内容主要包括母材、焊接方法、焊接材料、工艺参数、加热工艺参数等焊接参数，以及外观检查、力学性能（拉伸弯曲冲击）、显微分析、化学成分分析、无损探伤、焊接性实验等焊后实验构成。没有统一的标准。焊接工艺规程WPSwelding procedure specification，广义上，凡是用文字、图形和表格等形式，对某个焊件科学地规定其工艺过程方案和规范及采用相应工艺装备的技术文件。狭义上，焊接工艺规程即通常所称的焊接工艺说明书，是焊接生产所必须的技术指导性文件。,焊接工艺规程的主要内容主要包括母材、焊接方法、焊接材料、工艺参数、加热工艺参数、焊接方向顺序等焊接参数。焊接工艺制定情况小结：（1）总体 理论分析、实验研究、国家标准制定焊接工艺。（2）实践,理论分析新材料、新工艺（每道焊缝）指导性焊接 实验工艺规程（指导WPS）焊接工艺评定（PQR）国标 焊接工艺规程（WPS,工艺卡、焊接工艺说明书、典型工艺卡）国家标准新材料、新工艺PQR焊接工艺规程 WPS,25 焊前预热及焊后热处理,一 予热、后热的作用 改善焊接性，即工艺焊接性（气孔、夹渣、裂纹、缺陷）使用焊接性（强度、硬度、韧性、高低 温性能、耐磨耐蚀性能、焊接残余应力及变形）。（一）予热的作用 防止延迟裂纹，减少淬硬组织，减少内应力（焊接温度分布均匀），加快金属的熔化。（二）予热温度的确定 应用碳当量，结合焊条直径、板厚、接头形式、拘束程度来确定。预热温度为100200（三）后热的作用 防止延迟裂纹，减少予热温度。,二 焊后热处理的作用 p31表2-23 焊件一般不需热处理，比如碳钢（小厚度），低合金钢，高合金钢需热处理。,1 作用 防止冷裂纹，减少残余应力，改善组织。2 焊后热处理的适于情况（1）强度等级大于500MPa的具有延迟裂纹的普通低合金钢，焊后回火处理。（2）在脆性转变温度以上工作的焊接结构，焊后回火处理。（3）厚壁容器，存在三向残余应力，焊后消应力回火处理。（4）电渣焊接头焊后正火或正火加回火处理（减少淬硬组织和裂纹倾向）。（5）焊后需机加工的构件，焊后热处理保证尺寸的稳定性。,3 热处理注意事项（1）含V或Ti、Nb的低合金钢，控制回火温度，以减少回火脆性。（2）含Cr、Mo、V、Ti、Nb的低合金钢，消除应力退火时，防止再热裂纹。（3）焊后消除应力回火，一般比母材的回火温度低3060。（4）防止热处理过程中产生新的变形和应力。,三 焊件的热处理方法1 火焰加热 包括：气体、燃油、煤等的火焰加热。优缺点：工作条件差，热利用差，但现场应用好。2 电加热 特点：包括中频、工频加热，可利用各种加热用 的电阻丝、带、片等加热元件。优缺点：热效率高，容易实现自动控制。,四 焊前局部预热及焊后局部热处理1 局部预热 采用气体火焰加热、电加热的方式用测温笔或热电偶确定加热温度。2 局部热处理 设备复杂，主要用电加热的方式。国内装置：电阻加热式（履带式、指形式、螺旋 式）、远红外式。实例：p33图27 表224,五 其他消除残余应力方法（与上述的热处理不一样，经济）（一）低温消除应力处理特点：通过不均匀加热形成温度差，使焊缝区产生反向塑性变形，消除残余应力。方法：电阻加热、远红外电加热、煤气加热器等。（二）多层焊消除焊接应力工艺特点：后层焊缝对前层焊缝有热处理的作用，但焊接次序要严格执行。（三）振动时效特点：焊接构件在共振频率下振动一段时间，减少残余应力。,26 检验和修整,一 质量检验内容多，贯穿整个工艺过程。如：原材料的检验、放样尺寸及样板的检验、加工零件尺寸及质量的检验、装配焊接工艺装备的检验、部件及结构的装配焊接质量的检验、成品检验等。二 焊接检验 p35表225,（1）破坏性检验 力学性能试验（拉伸、弯曲、冲击）化学成分分析及试验 金相检验（宏微观组织、气孔、夹渣、裂纹、形貌等）焊接性检验（插销、直Y、斜Y等）（2）非破坏性检验 外观检验（咬边，焊缝过高等）水压试验 致密性试验 硬度试验 表面检验（荧光、着色、渗透、磁粉）无损探伤（X、射线探伤；超声波探伤）,三 修整 修整工艺，定位焊工艺，补焊工艺。成品检验有缺陷碳弧气刨打磨 合格 补焊检验产品,27 涂漆,一 准备内容：清理氧化皮，铁锈，油污，飞溅等。方法：采用手工或喷、抛丸处理。二 涂漆方法 手工刷涂、滚涂与喷涂（静电喷涂）。,第三章 焊接结构生产的工艺装备31 概述,一 焊接结构生产过程中工艺装备的作用表31二 焊接生产工艺装备的分类图31三 工艺装备的选择,32装配焊接工艺装备的设计要点,一 工艺装备与生产工艺的关系二 工艺装备的结构三 工件的定位四 制造工艺装备的材料五 工艺装备的精度表32,33装配用工艺装备,一 定位器二 压夹器三 推拉夹具 螺旋千斤顶：图332 适于5100KN 液压千斤顶：适于50500KN,螺栓式拉紧器与小直径管道用拉紧器：图333 334,四 装配台架（一）工作台条凳式工作台：图337平台式工作台：铸造平台图338型材工作平台：图339,（二）装配胎架H型梁装配胎架图340 手动螺旋箱形梁装配胎架图341 气动夹紧器机动臂装配胎架图342 气动铰链夹紧器,34焊接用工艺装备,一 焊件操作机械（一）变位机 管轴焊接变位机：图347,全液压变位机：图348,（二）回转台 脚动回转台：图349定向回转台：图350,（三）翻转机 液压框架式翻转机：图352,转环式翻转机：图355,千斤顶式翻转机：356 357,（四）滚轮架 长轴式：图361,重型组合式：图362 履带式：图363,二 焊接机械 组合式横臂焊接机：图367,炮筒式横臂焊接机：图370三 焊工操作机械,35 装配焊接工艺装备,一 液化气瓶的焊接装置 P84图380复杂夹具操作机变位机（相当于头尾架式翻转机与门式操作机的配合）,二 球形封头焊接装置 P85图381 复杂夹具框架式翻转机平台式操作机,三 螺旋输送器焊接装置 P85图382变位机：焊接回转台操作机：相当伸缩臂式操作机,四 曲线焊缝自动焊接装置 P86图383 384,头尾架式翻转机悬臂式操作机（伸缩臂式操作机）,五 螺旋钢管生产自动线P87图385 螺旋焊缝装配焊接,36焊接车间的起重运输设备,一 起重运输设备的作用 物资流动均依赖起重运输设备二 起重运输设备的种类（一）地面运输设备1 叉车 电动叉车（23吨），内燃机叉车（310吨）。2 电动搬运车 可附带提升平台及拖车。3 手动叉式搬运车4 电动平板车 钢轨5 气垫装置 适于易爆场所的大型、重型货物运输。,（二）起重机1 桥式起重机 车间内常用，应用广。2 龙门起重机 露天场所3 门架式起重机 露天场所4 摇臂起重机 车间内安装，3吨以下。5 悬挂起重机 P89图386，车间内，5吨以下。,（三）输送机1 悬挂输送机 大批量生产2 辊子输送机 机动 非机动3 台车输送机 有轨 无轨4 步进式输送机 P90图3875 皮带轮输送机 小尺寸、重量小 零部件运输。,三 起重运输设备的选择1 起重设备车间内，采用桥式起重机，配合摇臂起重机。2 运输设备 采用地面或悬挂式输送机。,37 焊接机器人,一 焊接机器人在我国的应用1 总数达500多台，弧焊机器人占53%，点焊机器人占46%。2 应用：汽车、摩托车和工程机械行业二、焊接机器人的组成及腕、臂部的传动控制特征 1 焊接机器人：是在焊接生产中部分地替代人的功能，完成一连串复杂动作的可编程序的焊接操作设备，也是具有高度自动化功能的焊机变位设备。它主要由四部分组成。(1)操作(执行)部分 是机器人为完成焊接任务而传递力或力矩，并执行具体动作的机械结构，包括机身、臀、腕、手(焊枪)等。,(2)控制部分 是控制机械结构按照设定的程序和所要求的轨迹，在规定的位置(点)之间完成焊接作业的电子电气器件和计算机，它有记忆功能，可储存有关数据和指令，还有通信功能，可与焊接电源、焊件变位机械、焊件输送装配机械等进行信息交换，协调相互之间的动作，调节焊接操作规范等。(3)动力源及其传递部分 是为操作部分提供和传递机械能的部件和装置，其动力以电动为主，也有液压的。(4)工艺保障部分 主要有焊接电源，送丝、送气装置，电弧及焊缝跟踪传感器等。,2 依三个自由度时机器人可分为（根据机器人臀部自由度的不同组合）有四种形式：即直角坐标系、圆柱坐标系、球形坐标系和多球形坐标系 图表如下：,3 具有六个自由度的焊接机器人（1）工作原理 按这四种坐标系设计的任何一种机器人的臂部都有三个自由度，这样，机器人臀的端部就能达到其工作范围内的任何一点。但是，对焊接机器人来说，不但要求焊枪能到达其工作范围内的任何一点、而且还要求在该点不同方位上能进行焊接。为此，在臂端和焊枪之间，还需要设置一个“腕”部，以提供三个自由度，调整焊枪的姿态，保证焊接作业的实施(图32)。（2）臂：使焊枪到达工作范围内任一点。（3）腕：使焊枪对准工件。,（4）实例 图 3 2臂：回转、下臂俯仰、上臂俯仰。腕：偏转、滚转、俯仰。（5）理论上要六个自由度，实际情况为36个自由度。,4 传动特点（1）驱动：每个自由度关节独立驱动，采用伺服电动机（2）传动副：在机器人传动系统中，普遍采用了齿形带、滚珠丝杠、精密齿轮副、谐波减速器等先进、精密、轻质、高强的传动器件。（3）实例图33 34 35,5 控制特点 在机器人控制系统中，以可编程序的伺服控制为主，采用“示教”编程。但是近年来，以程序语言编程的方法，因其固有的优点而受到重视，必将在重要关键性焊件的焊接中得到应用。6 各种焊接机器人的技术性能主要由两部分表示（1）一部分是机器人本体的技术数据。表32 图36 位移、力矩、速度。（2）另一部分是控制系统的技术数据。表33,三 采用焊接机器人的注意事项(1)从拟生产焊件的品种和批量及其变化频率论证，确认焊件的生产类型，只有“多品种、小批量”生产性质，才适宜采用焊接机器人。否则，宜使用焊接机械手或焊接操作机、专用焊接机床或通用机械化焊机较为适宜。(2)仔细分析焊件的结构尺寸。如果是以中小型焊接机器零件为主，则宜采用机器人焊接；如果以大型金属结构件(例如大型容器、金属构架、重型机床床身等)为主，则只能将焊接机器人安装在大型移动门式操作机或重型伸缩臂式操作机上才能进行焊接。,(3)如果焊件的材质和厚度有利于采用点焊或气体保护焊工艺，则宜采用焊接机器人。(4)考虑选用焊接机器人是否用于焊接产品的关键部位，对保证产品质量能否起决定性的作用；能否把焊工从有害、单调、繁重的工作环境中解放出来。(5)考虑由上游工序提供的坯件，在尺寸精度和装配精度方面能否满足机器人焊接的工艺要求。如果不能，则要考虑对上游工序的技术改造，否则将会影响机器人的使用。,(6)考虑与机器人配套使用的外围设备(上下料设备、输送设备、焊接工装夹具、焊件变位机械)是否满足机器人焊接的需要，是否能与机器人联机协调动作，夹具的定位精度、变位机械的到位精度(非 同步协调时)和运动精度(同步协调时)是否满足机器人焊接的工艺要求。如果上述外围设备不能满足机器人焊接的需要，则将极大地限制机器人作用的发挥。,(7)目前，在我国许多工厂引进的弧焊机器人中，有些已具有机器人与焊件变位机械同步协调运动的功能，因而能使一些空间曲线焊缝或较复杂的焊缝始终保持在水平位置上进行焊接，并能一次起弧就连续焊完整条焊缝。但是这些带同步协调运动控制的弧焊机器人系 统，都是由外国机器人生产厂事先编程、调好后交付使用的，目前国内还未掌握有关技术。因此，在引进该类机器人时，除注意针对当前产品需要提出同步协调控制要求外，也要适当考虑今后产品发展的需要，向外方提出给予后续编程、调试的承诺。,(8)考虑工厂的现行管理水平、调试维修的技术水平和二次开发能力，能否保证对焊接机器人高质、高效的应用，以达到保证产品质量，降低生产成本，提高生产牢，实现自动化、省力化操作的目的。否则，应采取相应的完善和提高措施。,四 补充1 概述电弧焊机器人的组成：p92图3-88,机器人按输入信息和示教方式分类：p92表3-8,2 焊接机器人的特点焊接机器人与人、专用自动焊机的特点对比：p93图3-89 3-90,按自由度分类：p93图3-91 表39,3 焊接机器人的应用（1）电弧焊机器人的应用特性 P94图392,（2）焊接机器人的应用举例 汽车制造中的焊接机器人：p95图393 3-94,船舶建造中的焊接机器人：p96图3-95,大型焊接结构制造中的焊接机器人：达11m 的工件。电机制造中的焊接机器人：p96图396,第四章 焊接结构生产工艺分析及典型工艺,41 焊接结构生产工艺分析,回顾：焊接结构的生产工艺过程 生产准备预处理备料装焊检验成品生产工艺分析：图纸工艺分析工艺文件生产准备。新结构新材料工艺分析编制焊接工艺过程，制定工艺文件及装备生产准备。,一 焊接结构生产工艺分析的目的（一）明确焊接结构生产的要求1 技术要求（1）使用要求 强度、刚度、耐久性（耐疲劳、耐磨、耐蚀，耐高低温）、几何尺寸要求、力学性能、物理性能、致密性等（2）工艺要求 焊接工艺性、结构工艺性（制造）、对工厂条件的适应性，生产过程能否实现机械化自动化等。,2 经济要求 焊接结构生产的材料、设备、工时、工艺装备是否合理，焊接结构的技术要求是否过高。3 劳动保护与安全卫生 采用劳动保护与安全卫生的技术措施，使人身和设备的事故降到最低。上述三方面有时会互相矛盾（二）明确焊接结构的生产方式 依据焊接结构的技术要求、生产批量、生产周期、现有的技术设备明确焊接结构的生产方式,二 焊接结构生产工艺分析的方法及内容（对新结构）（一）结构与部件的划分、装配焊接顺序及各工序的要求1 结构与部件的划分原则（1）装配焊接工作量小（2）各工种工作间的平衡（3）工艺过程易于流水作业（4）焊接变形小2 装配焊接顺序及各工序的要求 装配工艺和焊接工艺，从生产准备，备料，装焊，成品的整个工序。,（二）保证焊接结构的几何尺寸1 加工零部件时，确保其尺寸精度、尺寸链、公差配合。2 减少焊接残余应力及变形。（三）保证焊接接头的质量1 制定焊接工艺文件，做好焊接工艺评定。选择合适的焊接材料、焊接工艺方法、工艺参数、焊接位置、焊接坡口、焊前清理、装配方式、预热、热处理等。焊接工艺评定，焊接工艺评定报告，焊接工艺规程的概念。,理论分析新材料、新工艺（每道焊缝）指导性焊新焊接方法、新钢种 实验 接工艺规程焊接工艺评定（指导WPS）（PQR）国标 焊接工艺规程（WPS,工艺卡、焊接工艺说明书、典型工艺卡),2 执行 每道焊缝对应相应的焊接工艺规程（WPS）。焊接工艺规程内容的执行（焊接母材、焊接材料、焊接工艺方法、工艺参数、焊接位置、焊接坡口、焊前清理、装配方式、预热、热处理、装焊次序等）。（四）生产工艺装备的选择1 下料工艺装备 机械切割、火焰切割、等离子切割设备。2 装配工艺装备 装配夹具、装焊夹具、其他。,3 焊接工艺装备 焊机、工装夹具、变位机械等。4 装配焊接联合机械、生产流水线、自动线（五）检验 质量检验和焊接检验，各种标准。（六）生产组织与技术管理 制定先进的质量标准，建立最佳施工程序，制定明确岗位责任制，焊工的培训，先进的焊接设备。,总结：（p102图4-1）焊接工艺分析的内容、方法、步骤与顺序。,三 工艺方案论证与生产准备（一）工艺方案论证（经济合理性）基本投资 劳动生产率 劳动量的大小（工人）车间的面积 工艺装备的投入 劳动条件及工作安全性（二）生产准备 由生产方案生产准备。包括：图纸准备、材料准备、设备准备、工艺文件准备、工艺装备的装备、人员配备及培训、能源动力准备、生产面积工艺流程布置或调整。,四 焊接结构生产工艺分析举例（新结构新工艺）（一）导管架采油平台1 结构与部件的划分、装配焊接顺序及各工序的要求。结构特点：庞大的焊接桁架结构p103图42，既要支承整个平台的重量，又要面对严酷的海洋环境。,部件：桩腿，由主管、水平支管、斜支管、连接板、齿条构成。P105 图43、44、45。,2 保证焊接结构的几何尺寸 零部件的加工精度：管件、连接板、齿条的加工。减少焊接应力及变形：（通过焊接工艺）,3 保证焊接接头的质量母材：（p103 表41 42 43）,采用大厚度低合金高强钢，我国采用HT50HT80调质钢，满足恶劣环境的要求，Ceq（碳当量）低，Pcm(裂纹敏感系数)低，含C、S、P低。,焊接材料：焊条（p105图46）,采用低氢焊条，对埋弧焊和气保焊丝、焊剂、衬垫防受潮。预热：p106表44,焊接方法：埋弧焊（主管与齿条）、手工焊、TIG和MIG焊。无CO2气保焊。焊接线能量：p106表45，控制层间温度。焊接接头：p107图47，相贯线数控自动气割机。,焊接工艺规程的执行：每一道焊缝对应相应的WPS。由结构部件焊缝WPS。P108图48(相当装焊图表)，p107表46(相当WPS)。,4生产工艺装备的选择 下料、装焊、装焊联合机械。5 检验外观检验p109图49 力学性能：,100的无损探伤：（1）射线探伤 厚壁主管对接，需 100；埋弧焊缝前后端 10；手工焊前后端30。（2）超声波探伤 用于无法射线探伤的焊接接头，如齿条对接、支管对接、主管的纵缝、T字形接头、十字 形接头。（3）磁粉及渗透探伤 用于检查焊缝表面缺陷，对铲根焊道、多层焊的中间焊层、表面覆盖焊层。6 生产组织与技术管理,（二）集装箱1 结构与部件的划分、装配焊接顺序及各工序的要求 结构组成：端壁、箱顶、侧壁等 p109图410,部件装焊图：p110图411,总装焊图：p113图412,2 保证焊接结构的几何尺寸 保证零部件的加工精度 减少焊接应力及变形3 保证焊接接头的质量 母材：薄板，采用数控剪切下料。焊接方法：电阻焊，细丝CO2气保焊，生产率高，变形小。焊前清理和油漆：抛丸清理。4 生产工艺装备的选择 巧用胎夹具（工装夹具和变位机械）5 检验 保证质量6 生产组织与技术管理 保证生产率,42 典型焊接结构的生产工艺,一 焊接结构的分类1 梁及梁系结构2 柱类结构3 壳体结构4 格架结构(桁架和网络钢架)5 骨架结构(客车的棚架、汽车车厢、驾驶室等)6 机器和仪器的焊接件(机架、机座、机身等),二 梁柱型结构的制造工艺（装配工艺和焊接工艺）（一）结构特点组成：p115图413，由翼缘板、腹板、水平及竖直加劲板及焊缝构成。,（二）制造要求尺寸、形状偏差小 p116图414,（三）工字型构件的制造工艺方案1 翼缘板及腹板的拼接焊接方法：长焊缝用埋弧焊或CO2自动半自动气保焊；短焊缝用手工焊。焊接顺序：双面焊或单面焊双面成型。工艺装备：手工装配，p118图416，定位焊及夹具的配 合；胎夹具，电磁夹紧器，p117图415。,2 装配焊接工字型构件主体（翼缘板与腹板）焊接方法：埋弧焊、手工焊。焊接顺序：对称进行。工艺装备：手工装配，p118图417，采用斜楔、水平竖直撑杆、定位焊进行装配；,工装夹具，p60图340,变位机械，p119图418 防变形，p119图419,3 加劲板的装配焊接焊接方法：手工焊、埋弧焊、CO2气保焊。工艺装备：手工装配,工装夹具，p120图420，采用螺旋夹紧结构水平竖直装焊。焊接顺序：p120图421。,（四）H型构件的装配焊接流程图：p120图422装配焊接：拼接 组装 采用专用的装焊夹具。,（五）箱型梁的装配焊接装焊顺序：上翼缘板和加劲板；装配左右腹板；装配下翼缘板,三 丙烯球罐制造工艺（一）概述1 球罐的工作条件及结构特点 结构简图：p122图423，由顶部平台、上下极顶、上下温带、中间平台、赤道带、柱脚、扶梯、拉杆等组成。主要技术数据：p121表47,2技术条件及其分析 球罐的球片的备料尺寸精度要保证。焊接质量要保证。3 球罐焊接生产中的问题（1）焊接裂纹 拘束度大、扩散氢（焊条受潮）、淬硬组织。（2）装配错边和焊接角变形 由备料和装焊工艺不合理引起。（3）全位置焊带来的不便,（二）工艺方案分析1 备料成型 保证零部件的尺寸精度。2 组装方案(1)现场单片组装，适于大型球罐的制造；(2)现场数片组装，适于中型球罐。(3)工厂组装，适于小型球罐。3 组装过程简介 p124图424准备工作：（1）对组装基准进行复验（2）对每块球板进行几何尺寸复验（3）球板厚度尺寸，质量进行检查,球板的现场组装顺序：（1）上下温带，上下极顶在专用夹具进行本身的拼接，并检验。（2）赤道板与立柱进行定位焊和焊接。（3）有立柱的赤道板与无立柱的赤道板的定位焊和焊接。（4）安装下温带板（5）安装上温带板（6）安装下极顶（7）安装上极顶,4 组装施工要领（1）球板组装前，外形尺寸要复验，并划出工夹具固定 处位置。（2）球板用夹具定位。（3）工夹具、加强“马”、吊耳、定位焊的焊脚与焊缝长度有要求。（4）工夹具的固定焊及定位焊需预热。（5）球板组装有公差要求。5 焊前准备及工装胎具焊前准备有：工装夹具准备、予热装置、焊条烘干、碳弧气刨、清理焊根、焊工培训、焊接试验。（1）球罐的通用工夹具，p125表48,对装工夹具,三角脚手架,伞形脚手架。,（2）预热装置 p127图425（3）碳弧气刨及清理焊根（4）焊工培训（5）焊接环境的要求,6 焊接施工要领（1）坡口形式 采用不对称的X型坡口。（2）点固焊及定位焊 焊脚、焊缝长度有要求，有正式 的焊接工艺规程。（3）焊接坡口的预热温度为80150。（4）点固焊及定位焊后，检查有无裂纹。（5）球板拼缝，应设置引弧板。（6）打底焊时，开始为单道，其余为多道。（7）焊接方法及次序 以对称均匀焊接为原则，可考虑多 人同时焊接（8）引弧及收弧（9）碳弧气刨（10）焊接缺陷的修补,产品 碳弧气刨消除缺陷正式的修补工艺进行 合格补焊检验成品7 检验（1）焊缝的外观检验（2）着色检查（3）磁粉探伤（4）超声波探伤（5）X光探伤（6）水压试验（7）气压试验,四 锅炉气包的制造工艺（一）概述1 主要规格 p129图 426 由筒体、封头、下降管、管接头、内件构成。2 技术要求 材料19Mn5），尺寸，内压，工作温度（650以上）P130表49,3 锅炉气包生产中易出现的问题（1）锅炉气包的备料要求高（2）锅炉气包的装配要求高（3）由于壁厚大，对焊缝根部质量要求高（4）焊后要高温回火，应注意规范。电渣焊时正火处理，以减少应力变形，改善焊接组织及焊接性。,（二）锅炉气包制造工艺方案1 封头的制造工艺主要有：成型 切割封头边缘多于部分 封头的机械加工工艺流程：p130,2 筒节的制造工艺主要有：划线（板材）下料 边缘加工（开坡口）滚园 电渣焊筒节制造工艺流程：p131,3 锅炉气包总装工艺（1）筒节纵向焊缝的装配焊接备料：要求高工艺装备：简易的夹具、型马、点固焊、定位焊；复杂的采用专用夹具、焊接滚轮架；焊接方法：电渣焊、也有采用手工焊加埋弧焊。矫形：焊完后用滚床进行矫形。（2）筒节间的装配焊接边缘加工：工艺装备：简易的夹具（压板、螺栓、推撑器）、型马、点固焊、定位焊、焊接滚轮架。焊接方法：手工焊和 埋弧焊。,（3）封头与筒体的装配焊接工艺装备：小批量生产时，采用简易的夹具、型马、点固焊、定位焊，同时配合焊接滚轮架、起重机来进行。大批量生产时，采用专用的封头装配台。焊接方法；手工焊加埋弧焊。锅炉气包的总装焊工艺流程：p132,4 锅炉气包的焊接焊接方法：手工焊（打底），埋弧焊，电渣焊。其中筒体纵缝采用电渣焊，焊后正火处理；筒体环缝的焊接采用内环缝为手工焊打底埋弧焊盖面，外环缝为埋弧焊。下降管采用手工焊。焊接工艺实