焊接结构生产工艺过程样本.docx

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焊接结构生产工艺过程样本

第六章焊接结构生产工艺规程的编制

焊接结构工艺性审查是制定工艺文件、设计工艺装备和实施焊接生产的前提。

工厂在首次新产品生产时,为了提高设计产品结构的工艺性,往往需要进行焊接结构工艺性审查。

另外,在工艺性审查基础上,要制定焊接工艺规程。

焊接工艺规程是指导焊接结构生产和准备技术装备,进行生产管理及实施生产进度的依据。

本章结合部分工程实例,主要介绍焊接结构工艺性审查和工艺规程编制的有关知识。

第一节焊接结构的工艺性审查

一、焊接结构工艺性审查的目的

焊接结构的工艺性,是指设计的焊接结构在具体的生产条件下能否经济地制造出来,并采用最有效的工艺方法的可行性。

焊接结构的工艺性是关系着一个产品制造快慢、质量好坏和成本高低的大问题,因此,一个结构的工艺性好坏,也是这个结构设计好坏的重要标志之一。

为了提高设计产品结构的工艺性,工厂应对所有新设计的产品和改进设计的产品以及外来产品图样,在首次生产前进行结构工艺性审查。

焊接结构的工艺性审查是个复杂问题,在审查中应实事求是,多分析比较,以便确定最佳方案。

如图6-1a所示的带双孔叉的连杆结构形式,装配和焊接不方便;图b所示结构是采用正面和侧面角焊缝连接的,虽然装配和焊接方便,但因为是搭接接头,疲劳强度低,也不能满足使用性能的要求;图c所示结构是采用锻焊组合结构,使焊缝成为对接形式,既保证了焊缝强度,又便于装配焊接,可见是合理的接头形式。

焊接结构是否经济合理,还不能脱离产品的数量和生产条件。

如图6-2所示的弯头,有三种形式,每种形式的工艺性都适应一定的生产条件。

图a是由两个半压制件和法兰组成,如果是大量生产又有大型压床的条件下,工艺性是好的;图b是由两段钢管和法兰组成,在流速低、单件生产或缺设备的条件下,工艺性是好的;图c是由许多环形件和法兰组成,在流速高又是单件生产的条件下,工艺性是好的。

以上例子说明,结构工艺性的好坏,是相对某一具体条件而言的,只有用辩证的观点才能更有效地评价。

进行焊接结构工艺性审查的目的概括起来讲,是保证结构设计的合理性、工艺的可行性、结构使用的可靠性和经济性。

另外,经过工艺性审查能够及时调整和解决工艺性方面的问题,加快工艺规程编制的速度,缩短新产品生产准备周期,减少或避免在生产过程中发生重大技术问题。

经过工艺性审查,还能够提前发现新产品中关键零件或关键加工工序所需的设备和工装,以便提前安排定货和设计。

二、工艺性审查的步骤

1．产品结构图样审查

制造焊接结构的图样是工程的语言,它主要包括新产品设计图样、继承性设计图样和按照实物测绘的图样等。

由于它们工艺性完善程度不同,因此工艺性审查的侧重点也有所区别。

可是,在生产前无论哪种图样都必须按以下内容进行图面审查,合格后才能交付生产准备和生产使用。

对图样的基本要求:

绘制的焊接结构图样,应符合机械制图国家标准中的有关规定。

图样应当齐全,除焊接结构的装配图外,还应有必要的部件图和零件图。

由于焊接结构一般都比较大,结构复杂,因此图样应选用适当的比例,也可在同一图中采用不同的比例绘出。

当产品结构较简单时,可在装配图上直接把零件的尺寸标注出来。

根据产品的使用性能和制作工艺需要,在图样上应有齐全合理的技术要求,若在图样上不能用图形、符号表示时,应有文字说明。

2．产品结构技术要求审查

焊接结构技术要求,主要包括使用要求和工艺要求。

使用要求一般是指结构的强度、刚度、耐久性（抗疲劳、耐腐蚀、耐磨和抗蠕变等）,以及在工作环境条件下焊接结构的几何尺寸、力学性能、物理性能等。

而工艺要求则是指组成产品结构材料的焊接性及结构的合理性、生产的经济性和方便性。

为了满足焊接结构的技术要求,首先要分析产品的结构,了解焊接结构的工作性质及工作环境,然后必须对焊接结构的技术要求以及所执行的技术标准进行熟悉、消化理解,并结合具体的生产条件来考虑整个生产工艺能否适应焊接结构的技术要求,这样能够做到及时发现问题,提出合理的修改方案,改进生产工艺,使产品全面达到规定的技术要求。

三、焊接结构工艺性审查的内容

在进行焊接结构工艺性审查前,除了要熟悉该结构的工艺特点和技术要求以外,还必须了解被审查产品的用途、工作条件、受力情况及产量等有关方面的问题。

在进行焊接结构的工艺性审查时,主要审查以下几方面内容。

1．从降低应力集中的角度分析结构的合理性

应力集中不但是降低疲劳强度的主要原因,也是降低材料塑性,引起结构脆断的主要原因,对结构强度有很坏的影响。

为了减少应力集中,应尽量使结构表面平滑,截面改变的地方应平缓并有合理的接头形式。

一般常从以下几个方面考虑:

（1）尽量避免焊缝过于集中图6-3a用八块小肋板加强轴承套,许多焊缝集中在一起,存在着严重的应力集中,不适合承受动载荷。

如果采用图b的形式,不但改进了应力集中的情况,也使工艺性得到改进。

图6-4a中焊缝布置,都有不同程度的应力集中,而且可焊到性差,若改成图b所示结构,其应力集中和可焊到性都得到改进。

（2）尽量采用合理的接头形式对于重要的焊接接头应采用开坡口的焊缝,防止因未焊透而产生应力集中。

应设法将角接接头和T形接头,转化为应力集中系数较小的对接接头。

图6-5是这种转化的应用实例,将图a的接头转化为图b的形式,实质上是把焊缝从应力集中的位置转移到没有应力集中的地方,同时也改进了接头的工艺性。

应当指出,在对接接头中只有当力能够从一个零件平缓地过渡到另一个零件上去时,应力集中才是最小的。

（3）尽量避免构件截面的突变在截面变化的地方必须采用圆滑过渡或平缓过渡,不要形成尖角。

例如,搭接板存在锐角时（图6-6a）应把它改变成圆角或钝角（图6-6b）。

又如肋板存在尖角时（图6-7a）应将它改变成图b的形式。

在厚板与薄板或宽板与窄板对接时,均应在接合处有一定的斜度,使之平滑过渡。

（4）应用复合结构复合结构具有发挥各种工艺长处的特点,它能够采用铸造、锻造和压制工艺,将复杂的接头简化,把角焊缝改成对接焊缝。

不但降低了应力集中,而且改进了工艺性。

图6-8就是应用复合结构,把角焊缝改为对接焊缝的实例。

2．从减小焊接应力与变形的角度分析结构合理性

1）尽可能地减少结构上的焊缝数量和焊缝的填充金属量。

这是设计焊接结构时一条最重要的原则。

因为它不但仅是对减少焊接应力与变形有利,而且对许多方面都有利。

图6-9所示的框架转角,就有两个设计方案,图a是用许多小肋板,构成放射形状来加固转角;图b设计是用少数肋板构成屋顶的形状来加固转角。

图b的方案不但提高了框架转角处的刚度与强度,而且焊缝数量又少,减少了焊后的变形和复杂的应力状态。

2）尽可能地选用对称的构件截面和焊缝位置。

这种焊缝位置对称于构件截面的中性轴或使焊缝接近中性轴时,在焊后能得到较小的弯曲变形。

图6-10为各种截面的构件,图a构件的焊缝都在x—x轴一侧,焊后由于焊缝纵向收缩,最容易产生弯曲变形,图b构件的焊缝位置对称于x—x轴和y—y轴,焊后弯曲变形较小,且容易防止;图c构件由两根角钢组成,焊缝位置与截面重心并不对称,若把距重心近的焊缝设计成连续的,把距重心远的焊缝设计成断续的,就能减少构件的弯曲变形。

3）尽可能地减小焊缝截面尺寸。

在不影响结构的强度与刚度的前提下,尽可能地减小焊缝截面尺寸或把连续角焊缝设计成断续角焊缝,减少塑性变形区的范围,使焊接应力与变形减少。

4）采用合理的装配焊接顺序。

对复杂的结构应采用分部件装配法,尽量减少总装焊缝数量并使之分布合理,这样能大大减少结构的变形。

为此,在设计结构时就要合理地划分部件,使部件的装配焊接易于进行和焊后经矫正能达到要求,这样就便于总装。

由于总装时焊缝少,结构刚性大,焊后的变形就很小。

5）尽量避免各条焊缝相交。

如图6-11所示三条角焊缝在空间相交。

图a在交点处会产生三轴应力,使材料塑性降低,同时可焊到性也差,并造成严重的应力集中。

若把它设计成图b所示的形式,能克服以上缺点。

3．从焊接生产工艺性分析结构的合理性

（1）尽量使结构具有良好的可焊到性可焊到性是指结构上每一条焊缝都能得到很方便的施焊,在工艺性审查时要注意结构的可焊到性,避免因不易施焊而造成焊接质量不好。

图6-12所示构件,图a所示三个结构都没有必要的操作空间,很难施焊,如果改成图b的形式,就具有良好的可焊到性。

又如厚板对接时,一般应开成X形或双U形坡口,若在构件不能翻转的情况下,就会造成大量的仰焊焊缝,这不但劳动条件差,质量还很保证,这时就必须采用V形或U形坡口来改进其工艺性。

（2）保证接头具有良好的可探到性严格检验焊接接头质量是保证结构质量的重要措施,对于结构上需要检验的焊接接头,必须考虑到是否检验方便。

对高压容器,其焊缝往往要求100%射线探伤。

图6-13a所示接头无法进行射线探伤或探伤结果无效,应改为图b的接头形式。

（3）尽量选用焊接性好的材料来制造焊接结构在结构选材时首先应满足结构工作条件和使用性能的需要,其次是满足焊接特点的需要。

在满足第一个需要的前提下,首先考虑的是材料的焊接性,其次考虑材料的强度。

另外,在结构设计的具体选材时,为了使生产管理方便,材料的种类、规格及型号也不宜过多。

4．从焊接生产的经济性方面分析结构的合理性

合理地节约材料和缩短焊接产品加工时间,不但能够降低成本,而且能够减轻产品重量,便于加工和运输等,因此在工艺性审查时应给予重视。

（1）使用材料一定要合理一般来说,零件的形状越简单,材料的利用率就越高。

图6-14为法兰盘备料的三种方案,图a是用冲床落料制作,图b是用扇形片拼接,图c是用气割板条热弯而成,材料的利用率按a、b、c顺序提高,但生产的工时也按此顺序增加,哪种方案好要综合比较才能确定。

一般是法兰直径小,生产批量大时,可选用a方案;尺寸大、批量大时,采用b方案能节约材料,经济效果好;法兰直径大且窄,批量小,宜选用c方案。

图6-15b是锯齿合成梁,如果用工字钢经过气割（图615-a）再焊接成锯齿合成梁,就能节约大量的钢材和焊接工时。

（2）尽量减少生产劳动量焊接结构生产中,如果不努力节约人力和物力,不断提高生产率和降低成本,就会失去竞争能力。

除了在工艺上采取一定的措施外,还必须从设计上使结构有良好的工艺性。

减少生产劳动量的办法有很多,归纳起来有以下几个方面:

1）合理地确定焊缝尺寸。

确定工作焊缝的尺寸,一般见等强度原则来计算求得。

但只靠强度计算有时还是不够的,还必须考虑结构的特点及焊缝布局等问题。

例如,焊脚小而长度大的角焊缝,在强度相同情况下具有比大焊脚短焊缝省料省工的优点,图6-16中焊脚为K长度为2L和焊脚为2K长度为L的角焊缝强度相等,但焊条消耗量前者仅为后者的一半。

2）尽量取消多余的加工。

对单面坡口背面不进行清根焊接的对接焊缝,若经过修整表面来提高接头的疲劳强度是多余的,因为焊缝反面依然存在应力集中。

对结构中的联系焊缝,若要求开坡口或焊透也是多余的加工,因为焊缝受力不大。

如图6-17中工字梁的上下翼板拼接处焊上加强盖板,就是多余的,由于焊缝集中反而降低了工字梁承受动载荷的能力。

3）尽量减少辅助工时。

焊接结构生产中辅助工时一般占有较大的比例,减少辅助工时对提高生产率有重要意义。

结构中焊缝所在位置应使焊接设备调整次数最少,焊件翻转的次数最少。

图6-18为箱形截面构件,图a设计为对接焊缝,焊接过程翻转一次,就能焊完四条焊缝;图b设计为角焊缝,如果采用”船形”位