详解：焊接分娩的材料加工工艺及装配、焊接工艺

本日

1.材料加工工艺

包括钢材预处理在内的焊接生产的材料加工指装置焊接前的准备、加工，这是指对绝大多数焊接构造的基本材料—金属轧材的一系列加工，如包括纠正(校直)、清理、表面防护处理、预落料等的钢材预处理;划线(号料)、切割(下料)、边缘加工、成形(包括波折)及焊前的坡口整理等。

它约占全部加工事情量的25 %~60 %。
如果材料的加工工艺不良，即毛坯质量差，或是尺寸偏差大，缺少互换性，或是坡口加工不得当，或是零件不规矩、有变形等，这都使装置困难，焊接质量低落，有时根本不能装置，须要修整，从而大大降落了生产效率。
采取机器化和自动化妆配焊接技能，则哀求更加严格，否则将产生焊接毛病，故为得到稳定的焊接生产过程，担保优秀的产品质量，制订合理的材料加工工艺是很主要的。
下面分述几种紧张的材料加工工艺：

(1)钢材的预处理

1)纠正：由于运输、储存及轧制、冷却等环节使轧制钢材发生波浪、整体波折、局部突出、边缘折弯等不肯望有的变形，还有些轧材，如5mm厚或更小厚度的钢材是成卷供货的，在投人焊接生产前必须展平纠正，否则将影响划线、号料、切割等工序的精确度。
材料加工过程(如热切割)中产生的变形也须要纠正，这种纠正称为第二次纠正。
据统计10%~100%的钢板和扁钢(依厚度不同而有差别)，10%~20%的型材须要纠正。
纠正常日在冷态下进行。
冷纠正(波折)过大，会使材料变脆，故为限定过大的塑性变形，对冷纠正和冷波折作出了限定，表5 -15所示是国家标准“钢构造工程施工质量验收规范”( GB 50205-2001)所作的规定，按此规定纠正的相对变形量不大于1%。
为防止低温下冷纠正(和冷波折)钢材发生脆性断裂，规范规定碳素构造钢在-16℃、低合金构造钢在-12℃以下的环境温度下，不得冷矫和冷弯。
超过表5-15规定范围纠正和波折需进行加热，加热一样平常不得超过900℃。
加工或施焊过的毛坯进行二次矫形时应限定焊缝余高，或去除余高，目的也是防止接头区过大的塑性变形。
当代焊接生产中多利用机床进行纠正，极少用手工纠正。
利用钢板纠正机可纠正钢材厚度0. 5~50mm，它是利用多辊反复辗压的事理达到校正目的的。
小的和中等截面的型材也可用多辊型材纠正机纠正，但工字钢、槽钢及大截面型钢则要用型钢调直压力机进行纠正。
在一些情形下，特殊是钢材二次纠正或焊件的矫形还常常利用火焰纠正，其事理是利用气焊或气割的焊、割矩或专用的火焰纠正加热枪，加热被纠正钢材或焊件的变形部位，如纤维伸长变形部位，使之产生压缩塑性变形，然后令其迅速冷却，伸长纤维缩短了，从而肃清了变形。

纠正后的钢材表面，不应有明显的凹面或损伤，划痕深度不得大于0. 5 mm，且不应大于该钢材厚度负许可偏差的1/2。
钢材纠正后的许可偏差也即转人下一步工序前钢材许可变形值，见表5 -16。

2)表面清理和表面防护处理:打消钢材和零件表面的锈、油污和氧化物等是焊接生产中常被忽略的一道工序。
这样做的结果可能毁坏正常的生产，如使数控切割的连续进行受阻；采取高效的焊接手法困难，乃至不能进行，如埋弧焊、窄间隙焊、电阻点焊和缝焊等。
清理的方法紧张有两类：机器法和化学法。
前者包括喷砂或喷丸、手动风(电)砂轮或钢丝刷或砂布打磨、刮光或抛光等。
后者即用溶剂进行清理，有较高效率，质量均匀且稳定，但本钱较高，并可能对环境造成污染(如对废液和空气的处理不达标的话)，常用的方法是在稀硫酸(质量分数为2%~4%)槽浸泡，再到石灰液(质量分数为1%~2%)槽中中和，后进行干燥。

表面清理后如果没有及时投产，还会连续生锈。
表面防护处理是在完成纠正和清理后的钢材表面喷涂底漆(可导电的)并烘干的工序。
我国在造船、重机、锅炉和工程机器等行业中已经培植了20多条包括矫平、喷丸除锈、40℃预热、酸洗磷化、喷涂底漆和烘干(60 ℃ )等工序在内的由专用设备组成的钢材预处理生产线。

(2)放样、划线与号料 该工序用以检讨设计图样的精确性，确定零件的毛坯下料尺寸，以及制样板等。
将设计构造按1:1比例绘制出来(放大样)即称为放样。
放样是精确、细致、技艺较高的事情，对往后加工有很大影响。
一样平常放样在放样间进行，为提高放样效率和质量，当代焊接生产中采取光学放样和打算机放样。

将待加工零件或毛坯划在金属材料上，以便切割或装置，此工序称为划线，而用样板划线则称为号料。
划线和号料都在专用的平台上进行，划线平台应在起重机活动范围内。
当采取仿形样板下料或是采取数控切割机下料时，可不预前辈行划线和号料。

(3)切割 焊接生产被称为金属裁缝，以是各种金属材料的切割下料是主要的工步。
绪论中已经先容了焊接生产中下料工艺的重大进步，紧张指机器化和自动化的热切割工艺，加上热切割本身的进步，原来那种认为热切割生产效率低，切口质量差的观点发生了根本的改变。
有的工厂厚6mm以上的全部或大部分钢材都采取机器化和自动化(数控)的热切割工艺下料，并且省去划线、号料工步，使切割质量大大提高，许多产品的边缘是机器化热切割的产物，切口光滑，零件尺寸精确，使产品质量大为提高。

另一类切割为剪切切割，这类切割相对付大量的手工热切割来讲称为机器切割。
它常日是在常温下进行切割，常用剪床(龙门剪床)、圆盘剪、冲床、联合冲剪机等设备。
它的动作和家用剪刀类似，在上、下刀之间的切口处，金属发生挤压、波折、剪切而分离，这种切口会发生冷作硬化，被切开的金属发生整体的扭曲塑性变形。
大多剪切设备只能切割直线，极少的剪床可切出坡口。
最大切割厚度对付龙门剪床不大于40mm，而切非直线切口的圆盘剪，则可切割的最大厚度为20~25 mm。
对付型材，除可用联合冲剪机进行剪切外，还有利用圆盘无齿锯、工具钢带锯床或打仗电弧火花锯加工的。
采取上述剪切、锯切下料，由于设备多是固定的，常常配有单独的起重运输设备和辊道，并在车间的起重设备事情范围之内。
纵然如此，工人的劳动强度仍较大。

(4)波折及成形 焊接构造的制造中波折及成形事情霸占很大比重，某些构造的金属材料80%~90%需经由波折及成形加工。
例如长输管道构造、锅炉、压力容器、球形容器及其他化工石油设备都属于这一类构造。
绝大多数波折及部分成形加工是在冷态下进行的，目的是为防止变形过大而引起冷作硬化，材料力学性能低落，故规范规定了冷弯的最小曲率半径和最大波折矢高，见表5 -15。
超过此范围可采取加热至900~1000℃的热成形和波折(卷板)，在温度降至7000℃（碳钢）和800℃(低合金构造钢)之前应结束这种加工，并使工件自然冷却。
同矫形一样规定了冬天加工的最低温度。
目前波折加工仍采取辊式弯板机，又称为卷板机、辊床。
弯板机常用三辊形式，也有采取四辊的弯板机。
当代弯板机(如PSIO)可冷卷钢板最大厚度为190mm，热卷板厚可达380mm，板长达3. 6m，是一种下辊可作水平移动的三辊弯板机，紧张用于卷制核反应堆厚壁压力容器。
海内制造和利用的卷板机，冷卷钢板的厚度也都在60mm以上，长度分为1. 5~2m, 2. 5~3m, 8~13m等多种系列。
三辊弯板机卷圆时钢板头上有一长为的直边，如图5 -21 b所示，称为剩余直边。
改进办法如图5 -21 c所示，利用厚板制成的模子进行预弯(预弯亦可在压力机上利用模子压制出来)；也可用四辊弯板机波折，如图5-21d、e所示；也可以先弯成带直边的圆筒毛坯，焊完纵焊缝(不焊满)后，再套入辊床予以校正。
图5-21f是两下辊可水平移动(或上辊作水平移动—相对两下辊水平移动)的三辊卷板机进行肃清剩余直边的卷圆工艺的环境。
板厚小于6mm的薄板，利用下辊带有聚氨醋制弹性外套的两辊卷板机也可完成没有剩余直边的卷圆(图5-21h) 。

实际上各种预弯方法都仍存有一些直边，只假如在卷圆圆度偏差范围内，即容许，如板厚为，各种方法的剩余直边见表5 -17。

为防止卷圆时产生扭斜，卷圆开始时工件送进务必对中，对中使得工件的母线与辊子的轴线平行。
三辊卷板机设有担保工件对中的挡板，也可用倾斜进料方法，让一个下辊起对中的挡板浸染；四辊卷板时，可将一侧辊上升当作挡板。

卷圆工艺分一次进给和多次进给。
取决于工艺限定条件和设备限定条件，即冷卷时不得超过许可的最大变形率和板、辊之间不打滑，不得超过辊子的许可应力与设备的最大功率。
一次进给不能知足则可多次进给完成卷圆。
卷板机设备解释书给出的最小波折半径系指一次进给卷制机器规定的名义规格板材时的最小波折半径，多次进给时最小波折半径可以靠近上辊半径。
卷圆进给次数越少，效率越高，而圆度偏差相对大一些。
卷圆时总是在工艺、设备条件和圆度偏差许可范围内以最少、或一次进给完成卷圆，以求达到最高的生产率。

考虑到冷卷时钢材的回弹，卷圆时必须施加一定的过卷量，纵然回弹后工件的直径为加工图哀求的工件直径。
故滚卷时运用回弹前工件直径决定各工艺参数。
回弹前筒体半径R'依据加工件半径R(中径之半)、截面形状系数K1、钢材相对强化系数k0、板材厚度、钢材屈从限s和弹性模量E，参考以下公式打算。

式中m——决定于R，的常量，。

其他符号如前所述；K1——对付常进行卷板的矩形截面可取为1.5；钢材相对强化系数k}对付Q235-A可取11. 6；如Q345 (16Mn)可取14； 18MnMoNiR可取为17. 6等；而屈从极限s。
分别可取为240MPa, 350MPa和520 MPa等，而E取为2. 1 x 105MPa。
则可利用上式根据图样哀求的卷制筒体内径D、板厚打算出回弹前筒体内径d：

已知回弹前的筒体半径R'，利用几何关系可以求得对称和不对称的三辊卷板、四辊卷板时的几何参数。
例如在对称三辊和四辊卷板时，已知下辊中央距、筒体壁厚、高下辊半径以及弹前的筒体半径为R'，则可确定滚卷时高下辊中央的得当间隔。
在不对称三辊卷板时，可确定滚卷时上辊左位置角与上辊相对位置角，上辊偏离两下辊中央距，上辊从最高位下压的间隔，如图5 -21f中、、x和y等卷板参数。

不对称三辊卷板机高下辊之间最大间隔设为H(这可查设备参数得到)，高下辊的直径分别为Da、Db，则可打算出上辊压紧工件的下移量y1：

由于不对称卷板，上辊将偏于一侧(如5 -21f中的中图)，将上辊施力线和筒体中央与偏离侧下辊中央之连线的夹角a称为左位置角，筒体垂直中央线也即两下辊的中央线和筒体中央与另侧下辊中央连线的夹角刀称为相对位置角，则可得:

式中B——剩余直边(即前设为），在三辊不对称卷制条件下，B大大减小，B = k，此处

k为剩余直边系数，最小可取为1.5，为板厚；

l—为两下辊中央距(见图5-21f)，别的符号同前。

如用H'表示卷成回弹前筒体中央与两下辊中央距，则有：

相对此中心，在不对称卷板时，上辊垂直位置和水平位置y和x可由下式打算:

当打算结果y为正，表示卷成回弹前筒体中央向上；二为正，表示卷成回弹前筒体中央向右，有了这些参数，即可进行三辊不对称卷板。
如果将其编程，则可供数控三辊卷板机进行数控自动卷板。

当须要热卷时，如前所述精确掌握卷制的温度。
加热炉应支配在卷板机附近，这一间隔在6~10m旁边，视加工工件和设备的尺寸确定。
热卷没有回弹，因此不用过卷。
对付不许可冷卷的薄板，若用热卷则因刚性太差，吊运困难，则可以采取温卷，所谓温卷，即加热温度在金属再结晶温度以下、蓝脆温度以上。

波折成形的零件采取弧形样板检讨。
当零件弦长小于或即是1500mm时，样板弦长不应小于零件弦长的2/3；弦终年夜于1500mm时，样板弦长不应小于1500mm。
成形部位与样板的间隙不得大于2. 0mm除技能哀求有单独规定外，卷曲筒体尺寸允差可参考表5 -18。

三辊卷板机上辊中央线与下辊中央线构成一角度时，则可加工圆锥形工件。
此时，由于工件受到较大的轴向力，要进行打滑的验算，三辊卷板机都规定了本机可卷制的锥体最大锥顶角，图5 -21g为弯制锥形筒的环境。

繁芜曲面形状的成形一样平常在压力机上利用模子压出来，如封头、球罐的球瓣、翻边的锥体、翻孔的筒体、翻边的管接头、弯头瓣等，如图5 -22所示。
这种加工多需加热，但也可用冷压。
焊接车间的压力机与铸造车间的压力机不同，前者尺寸大。
口前封头还采取旋压办法加工，效率和质量都较好。
特大或形状特殊、加工数量小(或单件)的工件也可用爆炸方法成形。
大批大量或薄板成形(如汽车)利用冲压机加工，特点是效率高，形状尺寸十分精确，本钱低，有较高的技能经济指标。
一些大型构造的平板构件，如集装箱、火车车箱、轮船的舱壁、化工石油设备中的板式换热器等。
采取的冲压起棱板(波纹板，图5 -22)也是在大型冲压机上冲压成形的。

焊接构造中还时常碰着开孔，一种是栓焊构造(或铆焊构造)的螺栓(铆钉)孔，它大多采取钻床，也有用冲孔法完成的。
另一种是锅炉和压力容器中的管孔、手孔、人孔、管节点相贯的孔等，少数用摇臂钻加工，大多用热切割加工，过去相贯孔精确的加工采取样板切割，但质量不理想，当代发展了数控切割，大大提高了切割的质量和效率。

2.焊接生产装置工艺

焊接构造生产的装置工艺是将组成构造的零件、毛坯以精确的相互位置加以固定，组成组件、部件或构造的过程。
经由焊接就可生产出成品(构造、部件、组件)。
装置质量不佳，不可能得到优质的产品，首先是影响焊接的质量。
焊接工艺越是高度机器化和自动化，对装置质量的哀求也越高。
装置工序还是一道繁重的工序，约占构造全部加工事情量的25 %~35%。
装置时零件的固定常用定位焊、装置焊接夹具来实现。
用定位焊固定零件，哀求定位焊缝有一定的强度和刚度，例如固定好的零件在从装置夹具或装置位置取出运往焊接工位时，不应开焊和产生过大的变形，定位焊缝还应能减小焊接变形，定位焊缝的位置和尺寸应以方便焊接，不影响焊接接头和构造的质量和事情能力为口的。
定位焊的焊缝截面尺寸不宜太大，且应只管即便支配在基本焊缝所在位置，以便施焊时将其全部重熔。
如定位焊必须支配在不设焊缝的位置，则完成构造焊接后，应将其仔细打消。
有些在装置焊接夹具中完成装焊工序者，则不需定位焊。

(1)装置工艺方法

1)按定位的办法分为划线装置法和胎卡具装置法。
对付单件小批、构造大略的产品可利用划线来进行装置，称为划线装置法。
按设计图样在零件的相互位置划线，再用大略的螺旋、楔形和凸轮夹紧器来固定零件，符合图样哀求后加以固定，例如吊车梁的装置。
起重机金属构造的装置、析架装置等。
另一种装置法是适用于成批、大量生产情形下的采取胎卡具的装置，如利用样板或定位装置找正位置，或在专用的装置焊接卡具上装置定位焊，或直接完成焊接，这对装置工的哀求较划线装置对工人的技艺水平哀求较低，而且效率较高，并且工人的劳动强度低落。
因此，纵然单件小批生产，也可采取通用的装置夹具装置。

2)按装置焊接顺序分为：整体装置一焊接；边装边焊；按部件装置一焊接；末了总装置一焊接三种。

①单独零件逐件组装成构造之后，再全部完成焊接，这只适用于单件小批、构造大略的产品。

②由单独零件逐件组装，然后焊接、再装置、再焊接，直到完玉成部构造。
这种装置方法和①类似，由于构造较为繁芜，难于一次装置完毕，这种方法也适于单件小批生产的构造，如大型立式油罐、球形容器的工地建造。

③将构造分成多少组件、部件，将各组件、部件各自单独装置焊接完毕，合格的组件、部件再总装成构造，焊接总装置焊缝，这种方法称为分部件装置法。
常用于大批大量及成批生产条件下，而对付一些构造繁芜的产品，纵然是单件小批生产性子的，采取分部件装置法亦有很大优胜性。
这种方法装置焊接质量较高，并改进了工人的劳动条件，由于这种方法将大型繁芜的构造分为轻的、尺寸较小的、较为大略的构造(组件、部件等)，方便装置和焊接，并可把一些空间位置焊缝变为平焊焊缝，可以大大增加在厂房内、车间内的事情量，从而减少了在现场条件下的事情量，还可以方便地掌握焊接应力和变形，方便地采取装置焊接卡具。
这种分部件装置法，可以提高劳动生产率，缩短生产周期，这是由于分部件后便于实施专业化生产，工人须要节制的生产过程相对大略，并且可较多地采取胎卡具，肃清或减少各工序间相互等待的韶光。
采取这种方法装置还简化了胎卡具，降落了本钱，可得到较高的技能经济指标。

3)按装置事情的地点分为固定地点装置法和流动装置法。
实际生产中产品装置的地点可能固定，各工种工人为待制产品做事，这种产品多是重型构造，产量不大，如大型水压机的梁、水轮机转轮等。
产品装置地点更多的是产品顺工位流动，工人在固定工位进行装置和焊接，如敞车和油罐车的装置焊接。

(2)装置工艺过程的制订装置工艺过程的内容包括零件、组件、部件的装置顺序，各装置顺序、各工步上采取的装置方法，以及装置时采取的胎卡具、工具和装备的规格型号。
在制订装置工艺时要考虑与前后工序的衔接，特殊是对往后的各工序、焊接工序应带来有利的影响，如便于施焊，随意马虎掌握应力与变形等。
制订装置工艺时还要把稳定位基面和零件公差的选择。
带有机器加工件的构造可有两种办法装置焊接：一是全体构造制毕，退火肃清应力后再机加工，如内燃机车的内燃机焊接基体、水轮机座环、60000kN水压机三大横梁等。
另一是先加工好零件，再用专门的、有足够刚度的装置进行装置和焊接，如汽车吊的臂杆，挖掘机的框架等。

3.焊接生产过程中的焊接工艺

(1)制订焊接工艺的内容

1)合理地选择焊接手法，确定相应的焊接材料。

2)选定合理的焊接参数，如焊条电弧焊时的焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速率、施焊顺序、焊接层数等;埋弧焊还要规定焊剂种类；气体保护焊要规定气体种类、流量、焊丝伸出长度等。

3)制订其他方法并规定参数，如预热、缓冷的哀求，后热、中间加热等焊后热处理的哀求，胎卡具的哀求等。

(2)制订焊接工艺应遵照的原则首先是担保质量，即焊接接头无论形状尺寸或内部质量都要知足技能条件的哀求；然后要考虑生产效率，即要便于施焊，可达性好，翻转次数少，可利用胎卡具及机器化赞助装置使焊件在最方便的位置施焊，或实现机器化或自动化焊接，总之要有较高的经济效益。
为了优选经济、高质、高效的焊接工艺方法，除运用电弧焊、电渣焊、电阻焊及钎焊等专业书及资料先容的焊接手法的知识以外，理解各种工艺方法的生产特点也十分必要，这些特点系指各工艺方法的适用范围，如基本金属的种类、厚度、焊接位置、焊缝长度等;对材料加工工艺及装置工艺的哀求，如坡口准备、焊前清理、焊后热处理哀求;对焊接所需赞助装备、机具的哀求，赞助工序的繁芜程度;焊接接头的质量及其稳定程度;经济指标，如劳动生产率，设备投资等决定的生产本钱，工人的劳动条件等。
常用熔焊方法的生产特点见表5 -19，可在制订焊接工艺时参考。

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-End-

☞本文编辑：清荷

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