第四章-焊接结构的装配与焊接工艺

第4章焊接结构的装配与焊接工艺4.1焊接结构的装配4.1.1装配方式的分类4.1.2装配的基本条件4.1.3定位原理及零件的定位4.1.4装配中的测量4.1.1装配方式的分类1.按结构类型及生产批量的大小分（1）单件小批量生产经常采用划线定位的装配方法。该方法所用的工具、设备简单，一般在装配平台上进行。装配精度受装配工人的技术水平影响较大。（2）成批生产通常在专用胎架上进行装配。2.按工艺过程分（1）由单独的零件逐步组装结构结构简单的产品装完再焊，复杂的随装随焊。（2）由部件组装成结构将零件组装部件后，再由部件装配成整个结构并焊接。3.按装配工作地点分（1）固定式装配在固定的工作位置上进行，一般用在重型焊接结构或产量不大的情况。（2）移动式装配按工序流程进行装配，在产量较大的流水线生产中应用广泛。4.1.2装配的基本条件1.定位•定位就是确定零件在空间的位置或零件间的相对位置。•实例一：如图4—1所示工字梁的装配。两翼板的相对位置是由腹板3和挡铁5来定位的，端部由挡铁7定位。平台6既是定位基准面，也是结构的支撑面。2.夹紧•夹紧就是借助通用或专用夹具的外力将已定位的零件加以固定的过程。在图4—1中翼板与腹板定位后是通过调节螺杆来夹紧。3.测量•测量是指在装配过程中，对零件间的相对位置和各部件尺寸进行一系列的技术测量，从而鉴定定位的正确性和夹紧力的效果，以便调整（详细内容见4.1.4）。图4-1工字梁的装配1-调节螺杆；2-垫铁；3-腹板；4-翼板；5、7-挡铁；6-平台；8-90°角尺4.1.3定位原理及零件的定位1．定位原理•零件在空间的定位是利用六点法则进行的，即限制每个零件在空间的六个自由度，使零件在空间有确定的位置，这些限制自由度的点就是定位点。2．定位基准及其选择（1）定位基准在结构装配过程中，用来确定零件或部件在结构中的位置的点、线、面称为定位基准。•实例二：如图4—2所示的容器是以轴线和组装面M为定位基准。装配接口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在筒体上的相对高度是以M面为定位基准而确定的；各接口的横向定位则以筒体为定位基准。（2）定位基准的选择合理选择定位基准对于保证装配质量、安排零部件装配顺序和提高装配效率均有重要影响。选择时应考虑以下几点：①装配定位基准尽量与设计基准重合，这样可以减少因基准不重合所带来的误差。②同一构件上与其他构件有连接或配合关系的各个零件，应尽量采用同一定位基准，这样才能保证构件安装时与其它构件的正确连接或配合。③应选择精度较高、又不易变形的零件表面或边棱做定位基准，这样能避免由于基准面、线的变形造成的定位误差。④所选择的定位基准应便于装配中的零件定位与测量。图4-2容器上各接口的相对位置4.1.4装配中的测量1.测量基准2.各种项目的测量1.测量基准•测量中，为衡量被测点、线、面的尺寸和位置精度而选作依据的点、线、面称为测量基准。一般情况下，多以定位基准作为测量基准。•实例三：如图4—2所示的容器接口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都是以M面为测量基准，测量尺寸h1、h2、H1,这样接口的设计基准、定位基准、测量基准三者合一，可以有效地减小误差。•当以定位基准作测量基准不利于保证测量的精度或不便于测量操作时，就应本着能使测量准确、操作方便的原则，重新选择合适的点、线、面作为测量基准。2.各种项目的测量（1）线性尺寸的测量线性尺寸是指焊件上被测点、线、面与测量基准间的距离。线性尺寸的测量主要是利用各种刻度尺（卷尺、盘尺、直尺）来完成。（2）平行度的测量①相对平行度的测量相对平行度是指焊件上被测的线（或面）相对于测量基准线（或面）的平行度。相对平行度的测量是测量焊件上线的两点（或面上的三点）到基准的距离，若相等就平行，否则就不平行。•实例四：如图4—3所示为测量角钢和面的相对平行度的过程。②水平度的测量水平度就是衡量零件上被测的线（或面）是否处于水平位置。许多金属结构制品，在使用中要求有良好的水平度。施工装配中常用水平尺、软管水平仪、水准仪、经纬仪等量具或仪器来测量零件的水平度。•实例五：如图4—4所示用水准仪测量球罐柱脚水平。水准仪是由望远镜、水准仪和基座组成。图4-3相对平行度的测量a)测量角钢间的相对平行度b)用大平尺测量面的相对平行度2.各种项目的测量（3）垂直度的测量①相对垂直度的测量相对垂直度是指焊件上被测的直线（或面）相对于测量基准线（或面）的垂直程度。尺寸较小的工件可以利用90°角尺直接测量；工件尺寸较大时，可以采用辅助线测量法，即用刻度尺作为辅助线测量直角三角形的斜边长。②铅垂度的测量铅垂度的测量是测定焊件上线或面是否与水平面垂直。常用吊线锤或经纬仪测量。•实例六：如图4—5所示用经纬仪测球罐柱脚的铅垂度。（4）同轴度的测量同轴度是指焊件上具有同一轴线的几个零件装配时其轴线的重合程度。（5）角度的测量装配中通常利用各种角度样板来测量零件间的角度。•实例七：如图4—6（a）、4—6（b）所示同轴度和角度的测量过程。•装配测量除上述常用项目外，还有斜度、挠度、平面度等一些测量项目。需要强调的是在使用中注意量具的精度、可靠性，保管时注意保护不受损坏，并经常检验其精度。图4-4用水准仪测量水平度图4-5用经纬仪测铅垂度图4-6同轴度和角度的测量a)在圆筒内拉钢丝测同轴度；b)角度的测量4.2装配用工具与常用设备4.2.1装配用工具及量具4.2.2定位器4.2.3压夹器4.2.4装配用设备4.2.5工装夹具设计简介4.2.1装配用工具及量具1．装配用工具•常用的装配工具有大锤、小锤、錾子、手动砂轮、撬杠、扳手及各种划线用的工具等。2．装配用量具•装配常用的量具有钢卷尺、钢直尺、水平尺、90°角尺、线锤及各种检验零件定位情况的样板等。如图4—7所示的常用装配工具。图4-7常用的装配工具及量具4.2.2定位器•定位器是保证焊件在夹具中获得正确装配位置的零件或部件。这些零件和部件又称为定位元件和定位机构。•定位器的结构主要有挡铁、支撑钉、定位销、V型铁、定位样板五类。挡铁和支撑钉用于平面的定位；定位销用于焊件依孔的定位；V型铁用于圆柱体、圆锥体焊件的定位；定位样板用于焊件与已定位的焊件之间的给定定位。定位器可作成拆卸式的、进退式的和翻转式的，它们的结构如图4—8所示。•对定位器的技术要求是耐磨度、刚度、制造精度和安装精度。在安装基准面上的定位器主要承受焊件的重力，与焊件接触的部位易磨损，要有足够的硬度。图4-8定位器a)挡铁；b)支撑钉；c)定位销；d)V型铁；e)定位样板；f)拆卸式；g)进退式；h)翻转式4.2.3压夹器1．楔形压夹器•楔形压夹器主要通过斜面的移动所产生的压力夹紧焊件。如图4—9所示的斜楔的工作原理图，当斜楔受到外力F作用时，斜楔可在各力作用下达到平衡（根据静力学知识可以分析受力平衡，在此不再分析）。2．螺旋压夹器•螺旋压夹器一般由螺杆、螺母和主体三部分组成。使用时，通过螺杆与螺母的相对运动来传递外力达到紧固零件的目的。螺旋压夹器根据零件形状和工作情况的差异既有多种形式，生产中常见有弓形压夹器如图4—10所示和螺旋推撑器如图4—11所示。制造螺杆的材料常用45号钢，热处理表面硬度为33～38HRC。螺纹形状与螺杆直径有关，一般直径在12mm以下采用三角螺纹；超过12mm则采用梯形螺纹。螺纹容易磨损，一般做的较厚，还可以设计成套筒固定在主体上。图4-9斜楔工作原理图图4-10弓形压夹器4-11几种螺旋推撑器4.2.4装配用设备1．对装配设备的要求2．装配用平台3．胎架1．对装配设备的要求（1）平台或胎架应具备足够的强度和刚度。（2）平台或胎架表面应光滑平整，要求水平放置。（3）尺寸较大的装配胎架应安置在相当坚固的基础上。（4）胎架应便于对工件进行装、卸、定位焊等装配操作。（5）设备构造简单，使用方便，成本较低。2．装配用平台（1）铸铁平台它是由许多块铸铁组成，结构坚固，工件表面进行了机械加工，平面度较高，面上具有许多孔洞，便于安装夹具。常用于进行装配。（2）钢结构平台它是由型钢和厚钢板焊制而成。上表面一般不经过切削加工，常用于制作大型焊接结构或制作桁架结构。（3）导轨平台这种平台是由安装在水泥基础上的许多导轨组成，用于制作大型结构件。（4）水泥平台是由水泥浇注而成的一种简易而又适用于大面积工作的平台。可以用于拼接钢板、框架和构件，又可以在上面安装胎架进行较大部件的装配。（5）电磁平台是由平台（用型钢或钢板焊成）和电磁铁组成。电磁铁能将型钢吸紧固定在平台上。3．胎架（1）胎架工作面的形状应与工件被支撑部位的形状相适应。（2）胎架结构应便于在装配中对焊件进行装、卸、定位、夹紧和焊接等操作。（3）胎架上应划出中心线、位置线和检查线等。（4）胎架上的夹具应尽量采用快速夹紧装置，并有适当的夹紧力。（5）胎架必须有足够的强度和刚度。4.2.5工装夹具设计简介1．夹具设计的基本要求2．工装夹具设计的基本方法和步骤3．夹具制造公差的确定4、夹具结构的工艺性1．夹具设计的基本要求（1）工装夹具应具备足够的强度和刚度。（2）夹紧的可靠性。（3）焊接操作的灵活性。（4）便于焊件的装卸。（5）良好的工艺性。2．工装夹具设计的基本方法和步骤（1）夹具设计的原始资料①夹具设计任务单是接受任务的依据，它载明焊件图号、夹具的功用、生产批量、对该夹具的要求以及夹具在焊件制造过程中所占的地位和作用。②工件图样及技术条件应注意焊件尺寸链的结构、尺寸公差及焊件的制造精度等级；还需要了解与本焊件有配合关系的零件在构造上的联系和对互换协调的要求。③焊件的装配工艺规程设计者对此项必须十分清楚，以保证所设计的夹具满足工艺规程的一切要求。④夹具设计的技术条件其内容有夹具的用途、所装配焊件在夹具中的位置、焊件的定位基准、主要接头及定位尺寸、保证夹具的调整和检验时所需的样件及样板等。⑤焊接装配夹具的标准化和规范化资料包括国家标准、企业标准和规格化夹具结构图册等。（2）设计的内容和步骤①确定夹具结构方案，绘制草图。②绘制夹具工作总图。③绘制装配焊接夹具零件图。④编写装配焊接夹具设计说明书。3．夹具制造公差的确定（1）以焊件的平均尺寸作为夹具相应的基本尺寸。（2）定位元件有焊件定位基准间的配合。（3）采用焊件上相应工序的中间尺寸作为夹具的基本尺寸。（4）夹具上起导向作用并相对运动的元件间的配合及没有相对运动的元件间的配合，一般的选用范围见表4—1。表4-1夹具常用配合的选择4、夹具结构的工艺性（1）基本要求①结构的组成应尽量采用各种标准件和通用件，专用件的比例应尽量少。②专用零件的结构形式应容易制造，装配和调试方便。③便于夹具的维护和修理。（2）合理选择装配基准①装配基准应该是夹具上一个独立的基准表面或线，其它元件的位置只对此表面或线进行调整和装配。②装配基准一经加工完毕，其位置和尺寸就不应变动。（3）结构的调整性经常采用螺栓紧固、销钉定位方式，调整和装配夹具时可对某一元件尺寸较方便地修磨。（4）维修工艺性应考虑维修方便问题。（5）制造工装夹具的材料首先取决于夹具元件的工作条件。•实例八：轻便夹具的设计•用来装配由2～3个零件组成的焊件，自身结构较简单的夹具。如图4—12所示是将两个肋板与一个衬套进行装配的夹具，衬套5用三棱销钉4定位，两个带孔的肋板3、8用特殊销钉2和6定位，销钉头部有一段螺纹，转动高帽螺母1可将肋板3、8夹紧在支撑面上支撑钉7用于夹具的搬放。图4-12肋板与衬套的装配夹具4.3焊接结构的装配方法4.3.1装配基本方法4.3.2装配工艺过程的制定及典型结构件的装配4.3.1装配基本方法1．装配前的准备2．零件的定位方法3．零件的装配方法4．装配中的定位焊1．装配前的准备（1）熟悉产品图样和工艺规程（2）装配现场和装配设备的选择（3）工量具的准备（4）零、部件的预检和除锈（5）适当划分部件2．零件的定位方法（1）划线定位就是在平台上或零件上划线，按线装配零件。通常用于简单的单件小批量装配或总装时的部分较小零件的装配。（2）销轴定位是利用零件上的孔进行定位。（3）挡铁定位应用较广泛，可以利用小块钢板或小块型钢作为挡铁，取材方便。（4）样板