Arc Welding Design Guidelines.docx
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ArcWeldingDesignGuidelines
AutomotiveSystemsGroup
StructuresGroup
Guidelines
电弧焊接设计指南
批准：
___________________________________
SteveFurr
工程部
___________________________________
JohnGorton
工程部
___________________________________
MikeStubblefield
运营部
___________________________________
MikeJohnson
运营部
___________________________________
BobWood
运营部
开发小组：
GeorgeStandridge–AthensTN
RonMilburn–GeorgetownKY
BrianDavidson–LindenTN
MarkBakula–PlymouthMI
JimJohnson–PlymouthMI
JohnPhillips–PlymouthMI
NelsonCalhoun–CadizKY
DannyJones–LexingtonTN
AlLanderschier–PlymouthMI
ObieBurch–PlymouthMI
EdLamont–PlymouthMI
5/24/99
J.Phillips
Rev0
发布日期
作者
修订级别
范围4
参考文献4
概要5
材料6
焊接要求7
长度7
尺寸7
位置7
编号7
强度计算8
开始和停止公差9
焊口9
无飞溅区域10
最小厚度10
槽焊和塞焊10
厚度比12
焊枪间隙12
公差13
头靠附件14
线材15
扣焊15
扭曲15
可测量数据16
背景数据17
焊接编号17
焊接长度17
焊接符号17
关键/安全焊接17
焊接喷枪使用违例17
焊接路径复杂度18
材料厚度18
出渣口18
焊口尺寸测量19
焊接组件的平面数19
连接工序的数目19
焊接复杂度指数20
附录22
术语表22
委员会注释32
范围32
概要32
编号33
强度计算33
开始和停止公差33
焊接点34
最小厚度34
槽焊和塞焊34
厚度比34
线材34
范围
本设计指南旨在为江森自控公司（JCI）座椅组件的设计提供帮助。
本设计指南给出了关于成功地完成金属座椅组件的气体保护金属极弧焊接（机械和人工操作，依MEQ指南（0-100-30）进行）的一般性建议。
对于不在本指南涵盖范围内的金属焊接，应由负责加工该部件的工厂审查。
负责焊接和焊接设备的工厂工程师将向SDT小组提供书面指导，以供各个阶段进行审核。
负责焊接工作的工厂工程师应确定采取哪些预防措施以及确认焊缝完整性的测试方法，以满足MEQ指南要求。
如有必要，工厂工程师应向内部及外部专家小组进行咨询。
参考文献
《JCI公司电弧焊接设计指南》使用了一些关于说明书、焊接技术数据和焊接设计的有效参考文献作为参考。
除非偏差为用户所接受，否则应总是遵循OEM/用户规范。
凡是本指南中没有涉及的某个事项/需要，或者有没说清楚之处，则会在商业说明书或手册，如AWS上给出。
1.1ChryslerEngineeringDesignStandard（March1989）（克莱斯勒工程设计标准）
1.2JohnsonControls,Inc.AthensTN,QualityDepartment,DesignRequirements（9/8/98）（江森自控公司亚琛工厂质量部设计要求）
1.3AWSD8V.8-97SpecificationforAutomotiveandLightTruckComponentsWeldQuality-Arcwelding（AWSD8V.8-97汽车和轻型卡车组件焊接质量说明书—电弧焊）
1.4FordES-E4EB-1K251-AASpecification-Spot,Projection&FilleltweldRevD（FordES-E4EB-1K251-AA说明书—点焊、凸焊和角焊修订版D）
1.5ChryslerPS-9472ArcWeldingAutomotiveComponents（克莱斯勒PS-9472电弧焊汽车组件）
1.6GeneralMotorsGM6122MAutomotiveArcWeldingSpecification（通用汽车公司GM6122M汽车电弧焊说明书）
1.7AWSArcWeldingWithRobots-Do’sandDon’ts（AWS机械化电弧焊注意事项）
1.8JohnsonControlsInc.-AdvancedManufacturingEngineering-WeldComplexityRatingsystem（江森自控公司-高级生产设计-焊接复杂度等级系统）
1.9AWSWeldingHandbook（AWS焊接手册）
概要
1.1JCI工厂使用的填充材料（焊接线材）是AWSER70S-3或6。
这些焊接线材最小拉伸强度为70,000lbs/in2。
1.2JCI工厂通常使用的填充材料（线材）的直径为0.8mm（0.035英寸）。
1.3焊接规格如下，此规格得到了企业与用户的认可。
•FORDES-E4EB-1K251-AA
•DAIMLERCHRYSLERPS-9472
•GENERALMOTORSGM6122M
•GENERALMOTORSGM4491M
•HONDA5135Z-SX8-T0000
•INDUSTRYSTANDARDAWSD8.8-97
1.4应将总的焊接数量降低到最少程度。
1.5应将总的焊接尺寸降低到最小程度。
1.6焊接符号应符合ISO2553之要求。
如果ISO2553未提供相应的焊接符号，则应遵循AWSA2.4“焊接符号与非破坏性测试方法”之要求。
1.7应将总的关键性/安全性焊接降低到最少程度。
确定关键性/安全性焊接的方法应遵循JCI程序PROC0037-0197-REV00（或最近版本）。
1.8所有在外部进行焊接的封闭部件都应具有焊渣排出功能。
1.9当最小化连接方法数目及工序成本时，应该审查座位组件连接方法的设计以使生产能力、安全性和质量达到最大化。
1.10焊接方法的设计应尽可能使所有的焊接工作都可以在焊接部件的一面进行，而不需要对其重新定位。
1.11焊接路径应尽可能地保持为直线，而且要使焊枪角度与操作角度或导程角度/滞后角度之间的变化达到最小。
1.12如有可能，不应在主要的负载路径上进行焊接。
材料
1.此说明书包括对未镀膜低碳钢的电弧焊，未镀膜低碳钢包括易焊接未镀膜高强度低合金（HSLA）钢，这种材料不需要进行预热或焊后热处理。
这些钢被指定了碳当量（CE）值。
这种指定是一种任意的材料分类方法，一般来说与可焊接性相关。
碳当量的公式如下：
CE=%C+%Mn/6+%Ni/20+%Cr/10+%Cu/40-%Mo/50-%V/10
允许的最大CE值为0.40
CE测试值大于0.40的材料应该使用在实际部件和生产设备上。
焊接应进行冶金检查。
达到了所有工程要求的部件也应该进行冶金检查。
冶金检查应包括无破损磁粒子测试和/或染色渗透测试。
检查的目的是识别材料内存在的裂缝。
2.应检测指定钢材的最大化学界限，来确保没有超过CE界限（例如螺钉机部件、螺母、螺栓、固定器和销钉）。
3.不应使用大于以及级别的材料：
•铅0.0%
•硫大于0.2%
•硅大于0.2%
•磷大于0.040%
焊接要求
长度
1.除非在工程图纸上特别注明，所有焊接长度的标注都应为有效长度。
尺寸
1.焊口两侧的角焊脚的长度决定了角焊的尺寸，并应与下列尺度一致：
1.1.焊脚的最小长度应为较薄的焊接材料厚度的90%
1.2.当存在间隙时，焊脚应增加与间隙宽度相等的长度。
图1
位置
当给出指定的焊接开始和停止位置时，对于图纸上显示的小于152.4mm（6英寸）的有效焊接的开始和停止点应在6.4mm（0.25英寸）之内，而大于152.7mm（6英寸）的有效焊接的开始和停止点应在12.7mm（1/2英寸）之内。
焊接的开始和停止点将被定义为有效焊接的起始点和结束点。
编号
所有的焊接都应进行编号，以易于识别每个焊接并使生产和质量系统标准化。
强度计算
下表列出了使用E70S-3或6的线材进行金属气体保护焊（GMAW）的焊接强度。
注意：
使用片状金属时，发生断裂的地方往往在焊接点的周围。
焊接长度（mm）
焊脚尺寸（mm）
10
15
20
25
30
40
1
348（767）
552（1150）
696（1534）
870（1917）
1044（2301）
1392
2
696（1534）
1044（2301）
1392（3068）
1740（3835）
2087（4602）
2783
3
1044（2301）
1565（3451）
2087（4602）
2610（5753）
3131（6903）
4175
4
1392（3086）
2087（4602）
2783（6136）
3479（7670）
4175（9205）
5567
5
1740（3835）
2610（5753）
3479（7670）
4349（9588）
5219（11508）
6959
Kg（lb.）
假设前提：
焊接金属的拉伸强度为70,000lb/in2（108.5lb/mm2）
焊喉部断裂；
拉伸负荷（磅）=108.5lb/mm2*（焊脚长度（mm）*长度（mm）*0.707）
1磅=0.4536Kg
开始和停止公差
焊口设计与焊接开始和停止符号中标注的焊接长度相比，焊品的长度应该至少长10mm（0.40英寸）。
图2
焊口
1.焊口类型按优先权大小排列如下：
•Lap（搭接）-首选
•Tee（T形）-可接受（见“扭曲”问题中的“扭曲”部分）
•Butt（平接）-不可接受
2.如果进行机械焊接，则必须使用受控功能将焊口修整边界定位于+/-1/2填充材料（线材）直径内，并带有其它变量如定位器的公差。
3.相邻元件间的最大允许间隙是1.5mm（0.060英寸）或者是最薄的材料厚度。
4.对于搭接型和T型焊口，最小搭接长度应为10mm（0.40英寸）。
5.不应使用边缘焊接。
图4图5
搭接T型
无飞溅区域
1.已完成焊接的部件区域要求没有飞溅的存在，应该在打印图上用有轮廓的阴影区域标注出来。
应表明这个区域的尺寸并将其标注为“SPATTERFREEZONE（无飞溅区域）”。
最小厚度
1.使用GMAW工序焊接的基底金属最小厚度为1.2mm（0.047英寸）。
槽焊和塞焊
1.塞焊应该设计为单一角焊或者双重角焊。
2.焊接长度的计算应与角焊相类似。
1.不能使用电弧点焊（犁焊）。
图5
2.槽的宽度应与下表的单一或双重角焊的相符。
单一槽焊
金属厚度
槽宽
槽长
1.2-3.1mm（0.05-0.12英寸）
9.5mm（3/8英寸）
计算所需的装载容量。
见“强度计算”部分
3.1-4.6mm（0.12-0.18英寸）
12.7mm（1/2英寸）
双重槽焊
金属厚度
槽宽
槽长
1.2-3.1mm（0.05-0.12英寸）
12.7mm（1/2英寸）
计算所需的装载容量。
见“强度计算”部分
3.1-4.6mm（0.12-0.18英寸）
15.6mm（5/8英寸）
厚度比
1.建议互相连接的金属片间的厚度比应小于4：
1。
2.最佳厚度比是1：
1。
焊枪间隙
1.SDT应该检查焊接部件，以研究焊炬和夹具定位钳的间隙。
2.使用下面的程序来保证适当的焊炬路径。
2.1.放置一个直径为25mm（1英寸）的圆柱，并将它的中心线与焊口所成的角度控制在45+/-10度的范围内。
该圆柱必须可以进行直线运动，在线性焊接时，达到所需焊接的长度再加上6.0mm（0.24英寸），并且对圆焊接螺母，能进行360度全半径转动。
在机械化焊接中应认为圆柱的长度是无限的。
图6
公差
1.同一焊接部件内的同一组的所有孔之间的最小公差应为+/-1.0mm（0.040英寸）。
图7
2.显示在断面中/或详细尺寸的列表中的由断面线（xxxx）或配合面（线线对齐）所控制的焊接线和/或焊接表面的公差为+/-0.5mm（+/-0.020英寸）。
3.应对制造孔、加工孔、排泄孔等进行编号标注，并给定位提供参考。
1.加工孔或对将要焊接的边进行修整的控制部件的公差不能超过+/-0.25mm（0.010英寸）。
加工孔/修边的控制部件的公差:
=+/-0.2mm.
加工孔/控制部件尽量靠近焊口
2.加工孔的直径最小应为10mm（0.40英寸）
3.加工孔公差应为+0.06mm-0.00（+0.05-0.00）
头靠附件
1.共有两种基本的头靠附件：
•整块冲压料
•独立管
2.如果需要管道设计，为了焊接，必须扩大管道直径（D-形）。
焊接区域不能位于导管的功能区。
3.在非功能区中，可对头靠管的里部进行全厚熔透。
线材
1.应避免使用线材进行管道或冲压电弧焊。
2.线材的直径应大于5mm。
3.当使用线材进行焊接时，应考虑以下一些问题：
3.1.线材管（按优先级顺序）
3.2.1.线材末端应该弯曲并放置在管道穿孔中，这样可以正确定位线材和管道之间的焊口。
3.2.2.线材应放置在管道表面的平面区域上。
平面区域的长度应为有效焊接长度加上10mm（开始和停止损失）。
3.2.3.如果不能进行穿孔，线材应定位于有利于线材定位的物理特征上，以在+/-1/2线材直径范围内进行焊接。
3.2.线材冲压（按优先级顺序）
3.2.1.线材末端应该弯曲并放置在冲压穿孔中，这样可以正确定位线材和冲压料之间的焊接点。
3.2.2.冲压应该使用lancedtabs以在焊接期间使线材位于lancedtab之后来进行正确的定位。
3.2.3.如果不存在冲压穿孔或lancedtab，线材应安装在有利于线材定位的物理特征上，以在+/-1/2线材直径范围内进行焊接。
扣焊
1.只使用无螺纹的螺母。
2.首选冲压孔式的焊接螺母。
3.为保证焊接点的可重复性，应使用圆型螺母。
扭曲
1.扭曲是很难预见的。
焊接前和焊接后应对部件进行测量，以确定扭曲的数量和方向。
2.以下是导致接合焊接扭曲的主要因素：
●焊接顺序
●电压
●电流
●焊弧的移动速度
●焊接点设计
●金属类型（铝、钢、镁、高强度钢）
3.当进行总计公差研究时，应将焊口扭曲考虑在内，并将其包括在公差研究中。
1如使用T型焊口，则单面角焊受扭曲影响非常大。
而使用搭接型焊口，受影响就较小。
扭曲
图9
可测量数据
1.可以使用下面的Excel表格--“焊接复杂度指数”来计算可焊性指数值。
2.可焊性指数是无单位的数字。
这个数字越小则表明座椅越容易进行焊接组合。
3.载重汽车座椅系统的一些相关数值举例如下：
•Bucketfrontback319
•Bucketcushion195
•40%Back300
•40%Cushion448
•60%Back392
•60%Cushion479
背景数据
1.1.这个区域是不解自明的。
继续添加是十分重要的，因为该数据系统可以用来记录项目设计阶段的不断升级。
焊接编号
1.1.即打印图纸上的焊接编号。
对所有的焊接都要进行编号，以使设计、生产和质量（EMQ）部门都使用相同的系统，进行参阅和跟踪这些焊接。
焊接长度
1.1.指按上述方法编号的每个焊接的有效长度，单位为mm。
焊接符号
1.1.如果焊接的符号是正确的，则标记“1”，如果没有符号，则标记“0”。
这样“1”和“0”就作为标记来使用。
如果某个焊接上出现了“0”，即没有焊接符号，则焊接件得到50点估计值。
如果所有的焊接都有标记“1”，则不会分配点数。
关键/安全焊接
1.1.所有的关键和安全焊接点都标记为“1”，将这些编号合计起来并加入到总点数中。
焊接喷枪使用违例
1.1.如果焊接喷枪不能达到焊接口（见“焊枪间隙”部分），输入“1”。
如果有“1”被记录下来，则向总分数中添加100点。
此项被认为是“redflag（红旗）”项。
焊接路径复杂度
1.1.如下图所示，最好将axis（轴）描述为立方体或者矢量分析。
1.2.从点1到点2的焊接路径被认为是“1axisweld（1轴焊接）”并指定数值1。
1.3.从点2到点3的焊接路径被认为是“2axisweld（2轴焊接）”并指定数值2。
1.4.从点2到点4的焊接路径被认为是“3axisweld（3轴焊接）”并指定数值3。
1.5.从第二页的总结表中可以找到以下内容。
1.6.将1轴焊接的数量乘以1，加到总点数中。
1.7.将2轴焊接的数量乘以2，加到总点数中。
1.8.将3轴焊接的数量乘以3，加到总点数中。
图10
材料厚度
1.1.表中记录了实际材料厚度。
在汇总表中，对每个小于0.8mm的厚度，一次性扣罚50点。
1.2.对每个厚度界于0.8mm到1.2mm之间的组件，一次性扣罚20点。
1.3.如果所有的厚度都大于1.2mm则不需要评定点数。
出渣口
1.1.如果在没有焊渣排出功能的封闭部件上进行焊接时，应在焊接线上标记“0”。
如果是在开放部件上进行焊接或者此部件具有焊渣排出功能时，应在焊接线上标记“1”。
汇总表上的每个“0”标记，一次性扣罚50点。
如果所有焊接都标记为“1”则不需要评定点数。
焊口尺寸测量
1.1.如果任何焊口的公差不符合“公差”一节第4段的内容，则应在焊接线上标记“0”。
如果焊口的公差适当，则应标记“1”。
如果所有焊口的公差都符合规定，则不需评定点数。
而每一个不符合的，则一次性从总点数中扣罚50点。
焊接组件的平面数
1.1.在组件周围画一个立方体。
如果只需要在立方体的一个侧面焊接，则不需要评定点数。
如果在立方体两个侧面进行焊接，则得20点。
如果在立方体三个侧面进行焊接，则得50点。
连接工序的数目
1.1.如果组装只有一个工序，如电弧焊，则不需要评定点数。
如果组装有两个或更多工序，如电弧焊和电阻焊，则得50点。
焊接复杂度指数
审查日期：
审查人：
图纸号/修订/制图：
阶段号
OEM：
年度量：
车辆/产品名称：
计划寿命：
组装：
组装量：
制造工厂：
项目
焊接编号
焊接长度
焊接符号
关键或安全焊接？
？
焊接喷枪使用违例？
？
焊接路径复杂度
材料厚度，组件A
材料厚度，组件B
出渣口（对封闭元件）？
12mm孔
焊口尺寸相符
+/-0.25mm
单位
Mm
1=YES
0=NO
1=YES
0=NO
1=YES
0=NO
1=1axis
2=2axis
3=3axis
mm
mm
1=YES
0=NO
1=YES
0=NO
1
2
3
4
5
总计
0.00
0
0
0
0
0.000
0.000
0
0
描述
权重因数
总点数
金属厚度
最小厚度<0.8mm
0.8mm<最小厚度
1.22mm<
产品平面数
顶端或底端焊接
顶端或底端和侧面
顶端、底端和侧面
接合数目
仅MIG
MIG+任何其它
50
20
0
0
20
50
0
50
MIG焊接复杂度总结表
描述
权重因数
总点数
备注
焊接内容：
焊接总数
1
0
焊接总长度除以25（mm/25）总长度/25
1
焊接喷枪使用违例
100
0
焊接路径复杂性
1aixs（1轴）（焊接数）
2aixs（2轴）（焊接数）
3aixs（3轴）（焊接数）
1
2
3
0
材料厚度复杂性
最小厚度<0.8mm
0.8mm<最小厚度<1.2mm
1.2mm<最小厚度
50
20
0
0
产品面数（关于立方体）:
顶端或底端焊接
顶端或底端和侧面
顶端、底端和侧面
0
20
50
0
制图因素:
焊接点尺度一致性
全部一致
至少一个焊接点不一致
焊接符号一致性
全部一致
至少一个焊接点不一致
0
50
0
50
0
操作复杂性
关键/安全焊接点总数
接合工序数目
仅MIG
MIG+任何其它
焊渣排出口（封闭部件）
是
否
1
0
50
0
50
0
总计:
0
附录
术语表
Actualthroat（实际焊喉）
从焊接根部到角焊的最短距离。
弧焊焊条（arcweldingelectrode）
焊接电路的组件，通过该组件，电流在焊条与电弧之间传导。
电弧点焊（ArcSpotWelding）（PlowWelding）：
使用电弧焊接工艺进行点焊。
燃弧时间（ArcTime）:
弧焊时，电弧所维护的时间。
弧焊（AW）
一种焊接工艺，使用电弧使金属接合在一起，可使用或不使用压力，可使用或不使用焊补材料。
乙炔焊（AutogenousWeld）
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