毕业设计（论文）-挂架的焊接制作工艺.doc

长沙航空职业技术学院毕业设计 题 目 挂架的焊接制作工艺 系 别 航空机械制造工程系 专 业 焊接技术及自动化 班 级 焊接0902 学 号 姓 名 指导老师 日 期 2011年12月目 录摘要3第一章 挂架的母材选用及零部件的制造 4 1.1 母材的选用 4 1.2 圆筒、肋板、横板和立板的制造 5 第二章 焊接方法与设备的选用 10 2. 1 手工电弧焊 10 2 .2 co2气体保护焊 13 第三章 夹具设计15 3 . 1 夹具的设计与选择 15 3.2 点焊要求 16 第四章 挂架焊接结构工艺路线 17 4.1 编制工艺规程我们要遵循的依据和步骤 17 4.2 焊接时的顺序 18 4.3 焊后需要考虑的热处理问题18 4. 4 挂架焊接工艺工程卡19 4. 5 挂架手工电弧焊焊接工艺过程卡 20 第5章 焊接检验 21 5.1 焊接检验的作用21 5.2 焊接检验方法的确定21第6章 焊接中常见的缺陷及预防23谢辞及参考文献27摘要：主要叙述了挂架制造过程，关键工艺等。根据q235-a钢选择合适的成型工艺以及焊接方法、编制合理的工艺规程、选择正确的装配方法、对焊接缺陷的预测与危害分析以及相关的补救措施。关键词：焊接方法，设备；材料；夹具的设计；焊接工艺路线；焊接检测；焊接缺陷，补救措施第1章 挂架的母材选用1.1母材的选用 （一） 根据课题的要求：可知一般的钢材就可以满足要求，选用原则： 1、抗拉强度 2、刚性 3、塑性 4、冲击韧性 5、断裂韧性 6、成型性 7、焊接性 8、材料的价格及供货状况 （二）按防脆性断裂原则选择钢材1、应力状态 2、构件类别 3、使用温度 4、钢材厚度 5、冷变形率 （三）钢材材质等级的确定 （四）关于层状撕裂所以根据以上的机构钢选择要求，制作挂架的钢材可以选用235-a (五) 根据设计图纸的要求的具体要求1、化学成分（%）牌号cmasispq235-a0.140.220.300.650.300.0500.045表（一）母材的化学成分2、力学性能牌号b/mpas/mpas（%）q235-a37546023526表（二）母材的力学性能3、焊接性分析低碳钢的碳的质量分数0.25%，碳当量值远小于0.40%，所以这类钢的焊接性良好，焊接时一般不需要采用特殊的工艺措施，用各种焊接方法都能获得优质的焊接接头。只有厚大结构件或低温下焊接，才考虑焊前预热、焊后热处理等。如板厚大于50mm，温度低于0或20mm以下厚板，温度低于-10，应焊前预热100150。1.2圆筒、肋板、横板和立板的制造切割下料： 下料就是将毛料或工件从原材料上分离下来的工序。 常用的下料方法有锯割、砂轮切割、剪切、冲裁和热切割。 现采用的下料方法为热切割中的氧-乙炔气体切割 a划线 根据图样和技术要求，在毛坯或半成品上用划线工具画出加工界线，或划出做为基准的点、线的操作过程称为划线。b下料及边缘加工:切割工艺参数：气割氧压力、切割速度、预热火焰能率、割嘴与焊 件的倾斜角度、割嘴离割件表面的距离 1钢板的气割厚度与氧气压力、切割速度的关系30钢板厚度/mm氧气压力/mpa切割速度/(mm/min)40.245050050.3400500100.35340450150.375300375200.4200350250.425240270300.45210250400.45180230600.5160250800.61501801000.71301652 切割时：割嘴倾角与割件厚度的关系割件厚度/mm6630起割割穿后停割倾角方向后倾垂直前倾垂直后倾倾角25o45o0o5o10o0o5o10o板材厚度为8mm由此可知在切割板材的时候割枪也有一定的参数：倾角方向：垂直 倾角：0o氧气压力：0.35mpa 切割速度：340450气割后的板材参数：立板：长度：l=116 宽度：m=110 边角长：k=13 小圆：r=16 大圆：r=25 厚度：t=8横板：厚度：t=8 长度：l=110 宽度：m=47 小圆：r=16肋板：上底：l=47 厚度：m=8 下底：l=82高度：s=28圆筒：长度：l=82 倒角：z=2气割完成后在切割边缘会有许多的不平在此时就需要用砂轮机打磨切割后的工件表面是其变的符合我们需要的要求，且切割边缘的粗糙度不得超过2.5板材的其他的表面可以是毛胚。因q235-a为低碳钢其各种性能都能够满足我们作要求的标准，所以在切割后不需要进行什么方式的热处理。3 坡口坡口是根据设计或工艺需要，将焊件的待焊部位加工一定几何形状并经装配后构成的沟槽。1234坡口加工的方法有机械、火焰或电弧等，加坡口的过程称为开坡口。开坡口的目的是为保证电弧能深入到焊缝根部使其焊透，并获得良好的焊缝成形并以及边缘清查等。坡口还能调节融合比，达到调节焊缝的化学成分和性能的目的。这四种为较常见的坡口形式板厚在6则可以不开任何的坡口，当板厚在326之间时则需要开v形的坡口，当板厚在1260之间时则需要开得坡口是双v形坡口，然后就是单边u形坡口需要板厚在2060之间由于需要的板材的厚度为8所以可以选择的是带钝边的v形坡口对于成型的毛坯采用刨边机、砂轮机进行加工焊接结构的坡口、去除不良的边缘、毛坯到脚等。 第二章 焊接方法与设备的选用 低碳钢的焊接方法很多，如氧乙炔焊、手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、等离子弧焊、电阻焊、摩擦焊、热剂焊、钎焊等，几乎涉及所有的焊接方法。下面主要从经济、效率、设备复杂程度、操作方便等方面来选择焊接方法：2.1手工电弧焊a、手工电弧焊的优点：（1） 工艺灵活、适应性强 对于不同的焊接位置、接头形式，只要焊接所能达到的任何位置，均能进行方便的焊接。（2） 应用范围广 焊条电弧焊的焊条能够与大多数金属性能相匹配，因而接头的性能可以达到被焊金属的性能。（3） 易于分散焊接应力和控制焊接变形 由于焊接是局部的不均匀加热，所以在焊接过程都存在焊接应力和变形。采用焊条电弧焊可以通过改变焊接工艺，如采用跳焊、分段退焊、对称焊等方法来减少变形和改善焊接应力的分布。（4） 设备成本低 焊条电弧焊所使用的设备结构都比较简单，维护保养也方便，设备轻便而且易于移动，且焊接中不需要辅助气体保护，并具有较强的抗风能力。投资少，成本低。b 手工电弧焊的焊接参数包括：焊条种类和牌号、焊条直径、电弧电压、焊接电流、焊接速度。1、焊条种类和牌号的选择焊条的选择因考虑焊缝金属力学性能和化学成分，焊接结构件使用性能和工作条件，焊接结构特点及受力条件以及施工条件和经济效益。低碳钢q235-a是一种普通结构钢，它要求焊缝金属和母材等强度，而从使用性能和工作条件考虑。所以选择抗裂纹好、工艺性好的酸性焊条。如表所示：牌号国标药皮类型焊接电流主要用途j422e4303钛钙型交直流主要焊接重要的碳钢结构2、焊条直径的选择根据焊件厚度选择焊条直径，焊条直径焊件厚度的关系如表所示：焊件厚度/mm234561213焊条直径/mm23.23.244546挂架焊接主要是平角焊和管板对接，因此选用直径为4mm的焊条。3、 焊接电流的选择支架焊接主要是平角焊，根据焊条直径选择合适的电流如表所示：焊条直径/mm1.62.02.53.2456焊接电流/a25404070508090130150210190270260310 因工件尺寸比较小，所以焊接电流选择170a。 4、电弧电压的选择选择电弧电压，主要由电弧长度决定。电弧的长度一般等于焊条直径的1/2至1倍，相应的电弧电压则为1625v。酸性焊条弧长等于焊条直径，碱性焊条弧长则为焊条直径的1/2。 5、焊接速度的选择焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透又要保证不烧穿，同时还要是焊缝宽度和高度符合图样设计要求。 6、设备的选择：直流手工电弧焊机 型号 arc200此焊机体积小，重量轻，高效节能，起弧性能好，抗干抗，良好推力调节功能，电弧稳定，飞溅小，焊接品质好，熔池深，强度高，过压过流自动保护，可连续工作，性能稳定，具有电压波动自动补偿功能，适合各种酸性碱性焊条施焊，支持纤维素焊条下向焊接，适合远距离焊接。2.2次选：co2气体保护焊 a.co2气体保护焊的特点：（1）焊接成本低 co2气体来源广、价格低廉，而且消耗的焊接电能少，所以co2焊的成本低，仅为埋弧焊及电弧焊的百分之三十到五十。 （2）生产效率高 由于co2焊的焊接电流密度大，使焊缝厚度增加，焊丝的熔化率提高，熔敷速度加快；另外，焊丝又是连续送进，且焊后没有焊渣，特别是多层焊接时，节省了清洁时间。生产效率比焊条电弧焊搞1-4倍。 （3）焊接变形和焊接应力少 由于电弧热量集中，焊件加热面积小，同时co2气流具有较强的冷却作用，因此，焊接应力和变形小。（4）操作性能好，适用范围广 b.焊接工艺参数的选择 因为挂架的结构特点，co2气体保护焊采用短路过度。其熔滴细小过渡平率高，电弧非常稳定，飞溅小，焊缝成形美观，主要用于焊接薄板及全位置焊接。 （1）焊丝的选择 焊丝牌号：h08mn2sia焊丝直径短路过度主要采用细焊丝，常用焊丝直径为0.61.6mm，直径越大，飞溅颗粒和数量越多。应次选择1.0mm的焊丝。 （2）焊接电流电流主要由送丝速度决定，送丝速度越快，则焊接电流越大，一般电流为70200a。因此，选定电流为150a。 （3）电弧电压短路过渡时，电弧电压计算方式为：v=0.04i+162.0(a)，即电压=20v （4）焊接速度通常半自动焊，熟练焊工的焊接速度为4060cm/min。 （5）保护气体流量正常焊接情况下，保护气体流量与焊接电流有关，在200a以下薄板焊接时为2550l/min。因此选用35l/min的气体流量。 （6）焊丝伸出长度焊丝伸出长度大约等于焊丝直径的10倍，在1020mm。因此选1012mm的焊丝伸出长度。 （7）电源极性co2电弧焊在焊接薄板时一般都是采用直流反接（反极性），即焊件接阴极，焊丝接阳极。因为采用反极性，飞溅小，电弧稳定，成形较好。第三章 夹具设计3.1 夹具的设计与选择夹具的选用与焊接结构产品的各项技术要求及经济指标有着密切的关系。其一，焊接结构的生产规模和生产类型，在 很大程度上决定了选用工艺装备的经济性、专用化程度、完善性、生产效率及构造类型。其二，产品的质量、外观尺寸、结构特征以及产品的技术等级、重要性等也是选择工艺装备的重要依据。其三，在产品生产工艺规程中对工艺装备的选用有着明确的要求和说明（零部件有效定位、夹紧、反变形、定位焊、施焊等），这些内容对选择工艺装备有很强的指导性。同时还要根据以下几点原则： 1、 工艺装备的可靠性 主要包括承载能力、结构刚性、夹紧力大小、机构的自锁性、安全防护与制动、结构自身的 稳定性以及负载条件下的稳固性等。 2、 对制品的适应性 主要包括焊件装卸方便性、待焊焊缝的可达性、可观察性、对焊件表面质量的破坏性（如划伤、压痕等）以及焊接飞溅对结构的损伤等。 3、 焊接方法对夹具的某种特殊要求 如夹具本身良好的导电性和导热性。 4、 安装、调试、维护的可行性 主要涉及一些生产条件与技术。 5、 尽量选用已通用化、标准化的工艺装备 这样可以减少投资成本并缩短开发周期。根据以上原则和对焊接时焊件的变形，选择了如图（夹具总装图）材料、结构如图示。3.2点焊要求：电焊时所要注意的是：1定位焊短小、要焊透、电流要大 2定位焊的缺陷要去掉重焊 3引弧、收弧要圆滑过渡 4定位焊的长度1520 间距50300第四章 挂架焊接结构工艺路线4.1编制工艺规程我们要遵循的依据和步骤是：（1）产品图样 它是制定焊接工艺规程的基础，图样包括焊接结构总装图和零部件图（2）国标和部颁标准 对于这部分我们需要熟读相关的操作规程的章节（3）产品的生产纲领和生产类型 这其中分为：单件生产 大量生产 成批生产（4）工厂或车间现有的生产条件 编制工艺规程的目的是更好的知道实际生产，更好的把产品生产出来。工艺规程应切实可行，不切合实际的工艺规程，即使再先进、在合理也是不可取的。在初步确定我们所需要的装配之后现在我们所需要的就是把已经电焊成形的工件焊起来：（在焊接前必须清理焊接边缘上的油污水锈及其他各种杂质）圆筒与肋板之间、肋板与横板之间、横板与立板之间、立板与肋板之间都是属于t型角焊缝 圆筒与立板之间是属于管板对接4.2焊接时的顺序顺序焊件1圆筒与肋板之间为=a2a与横板之间=b3b与立板之间（注）为消除焊接残余应力，在焊接时所需要注意的是采用合理的装配焊接顺序和方向4.3焊后需要考虑的热处理问题1）虽然在结构设计室考虑了焊接残余应力的问题，在工艺上也采取了一定的措施来防止或减小焊接残余应力但是由于焊接应力的残余应力的复杂性，焊接完后仍然可能存在较大的焊接残余应力。所以可以采取的措施有：1热处理法：整体热处理法 局部热处理2机械拉伸法 3温差拉伸法4锤击焊缝 5振动法2）焊后也可能产生焊接变形，焊接变形是难以避免的因为影响焊接变形的因素太多，生产中无法面面俱到。所以才需要采用焊后的处理方法来缓解焊接时造成的不良后果，其常用的矫正焊接变形的方法有以下几种：1手工矫正法 2机械矫正法3火焰加热矫正法：点状加热 线状加热 三角形加热对于矫正大而后焊件的焊接变形时三角形加热与线状加热联合使用4.4挂架焊接工艺工程卡工序号工序名称工序内容工艺装备及设备辅助材料工时定额0检验材料应符合国家标准要求的质量证书10划线号料、划线，按图纸尺寸要求的尺寸在原材料上划线20切割下料按划线尺寸切割下出所有配件的坯料氧-乙炔气体切割30刨边按图要求刨坡口、加工边缘刨边机，砂轮机40成形将已下料的钢板成形所需形状50装配定位按零件图样进行装配并施定位焊，定位焊长度为10-15mm,间距为150-200mm。焊机焊丝、焊条、保护气体60预热一般情况下不预热，若在寒冷条件下，预热至25070焊接将已装配的焊件施连续焊焊机焊丝、焊条、保护气体80检验1. 外观检验2. 要要求检验达到所需等级超声波探伤设备等90去砂疵清除焊件上的所有砂疵角向打磨机100涂漆将规定的尤其涂于产品上110包装4.5挂架手工电弧焊焊接工艺卡支架焊接工艺卡片产品型号零件名称零件图号零件名称共1页第1页主要组成件序号图号名称材料件数11立板q235a122横板q235a133肋板q235a144圆筒q235a1工序号工序名称工序内容设备工艺装备焊接电流电弧电压气体流量焊丝焊接速度工时型号直径00焊前清理清理待焊处工件表面的铁锈、油、水等钢丝刷10焊前预热在寒冷条件下将焊件待焊处预热至150左右20装配按零件图样进行装配定位焊接夹具30定位焊施定位焊，定位焊长度10-15mm,间距 150-200mm arc200焊钳面罩铁锤175a1625ve43034mm4060cm/min40焊接焊接顺序1.2.3.4.5.6.7.8arc200工作平台装配工具焊钳面罩铁锤固定夹具170a1625ve43034mm4060cm/min50去砂疵清除焊缝边缘的焊渣等角向打磨机60检验检验焊缝是否符合技术要求a型脉冲反射式超声波探伤仪第五章 焊接检验5 . 1 焊接检验的作用焊接检测可确保焊接结构的完整性、可靠性、安全性和使用性。在生产中焊接检测具有保证生产正常进行的职能，具有预防焊接缺陷的职能，具有提供质量管理信息的职能。5 .2 焊接检验方法的确定目前常用的无损检测方法有射线探伤、超声波探伤、磁力探伤、渗透探伤等。支架的焊缝主要为角焊缝，首先采用最为简单方便的外观检测，次选超声波检测。超声波探伤灵敏度高、设备轻巧、操作方便、探测速度快、成本低、对人体无害等优点，因此选择超声波检测。采用超声波探伤的方法及设备超声波探伤的方法：直接接触法超声波探伤的设备：a型脉冲反射式超声波探伤仪。其操作方便、探伤图形简单、判断容易且探伤灵敏度高。超声波探伤的实施步骤1. 对焊缝外观和尺寸进行检测2. 超声波探伤检验等级的确定3. 超声波探伤面及探伤方法的确定4. 探头的选择 探头的选择包括探头形式的选择、晶片尺寸的选择、频率的选择以及探头角度或k值的选择。对支架的检测采用频率为22.5mhz、小晶片、大k值的斜探头。5. 超声波探伤仪的调节 （1）探伤范围和扫描速度的调节（2）探伤灵敏度的调节6.现场粗探伤已发现缺陷为主要目的，包括探测纵向、横向缺陷和其他取向缺陷，以及鉴别假信号等。7. 现场精探伤针 对粗探伤发现的缺陷，进一步确切的测定缺陷的有关参数8. 评定焊接缺陷9. 探伤记录和报告第6章 焊接中常见的缺陷及预防（1）焊缝尺寸不符合要求形状焊缝表面高低不平、焊缝波纹粗劣、纵向宽度不均匀、余高过高或过低、角焊缝单边以及焊脚尺寸不符合要求等。危害造成焊缝成形不美观，影响焊缝与母材金属的结合强度，易产生应力集中，降低接头承载能力等。产生原因焊件坡口角度不对、装配间隙不均匀、焊接参数选择不合适或运条手法不正确等。防止措施选择适当的坡口角度和间隙，提高装配质量，正确选择焊接工艺参数和提高焊工的操作技术水平等。（2）咬边形状沿着焊趾的母材部位上被电弧熔化而形成成的凹陷或沟槽称为口角边。危害降低接头强度及承载能力，易产生应力集中，形成裂纹等。产生原因 焊接工艺参数选择不当，焊接电流过大，电弧过长，焊条角度不正确以及运条不适当等。防止措施选择正确焊接电流和焊接速度，电弧不能拉得太长，掌握正确的运条方法和运条角度等。（3）未焊透形状焊接时，接头根部未完全熔合的现象称为未焊透。危害易造成应力集中，产生裂纹，影响接头的强度及疲劳强度等。产生原因坡口角度过小，间隙过小或钝边过大；焊接速度过快；焊接电流太小；电弧电压偏低；焊接时有磁偏吹现象；清根不彻底；焊条可达性不好等。防止措施正确选择焊接参数、坡口尺寸，保证必须的装配间隙，认真操作，仔细清理层间或母材边缘的氧化物和熔渣等。（4）未熔合形状熔焊时，焊缝与母材之间或焊缝与焊缝之间，未能完全熔合的部分称为未熔合。主要产生在焊缝侧面及焊层间。危害易产生应力集中，影响接头连续性，降低接头强度等。产生原因层间及坡口清理不干净，焊接线能量太低，电弧指向偏斜等。防止措施加强层间及坡口清理，正确选用焊接线能量，正确操作。（5）烧穿形状焊接过程中，熔化金属从坡口背面流出，形成穿孔的缺陷称为烧穿。危害减少焊缝有效截面积，降低接头承载能力等。产生原因焊接电流过大，焊接顺序不合理，焊接速度太慢，根部间隙太大，钝边太小等。防止措施 选择合适的焊接电流和焊接速度，缩小根部间隙，提高操作技能。（6）焊瘤形状焊接过程中熔化的金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤，称为焊瘤，也称满溢。危害影响焊缝美观，浪费材料，焊缝截面突变，易形成尖角，产生应力集中等。产生原因焊件根部间隙过大，焊接电流太大，操作不正确或运条不当等。防止措施提高操作技能，选择合适的焊接电流，提高装配质量等。（7）弧坑 形状焊缝收尾处产生的下陷部分称为弧坑。危害削弱焊缝强度，易产生弧坑裂纹等。产生原因熄弧时间过短，收尾方法不当，未能填满弧坑。防止措施选择正确焊接参数及合适的熄弧时间，掌握正确的收尾方法等。（8）气孔形状在焊接过程中，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴，称为气孔。危害减小焊缝截面积，降低接头致密性，减小接头承载能力和疲劳强度等。产生原因焊件清理不干净，焊条受潮，电弧磁偏吹和焊接参数不合理等。防止措施仔细清理焊缝两侧各10mm处的铁锈等污物，严格烘干焊条，选择合理的焊接工艺参数等。（9）夹渣形状焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣。危害减少焊缝截面积，降低接头强度、冲击韧性等。产生原因焊接电流过小，焊接速度过快，坡口设计不当，焊道熔敷顺序不当等。防止措施正确选择焊接参数，坡口角度不能太小，认真做好多层焊时的层间清理工作等 谢辞经过一学期的忙碌和工作，本次毕业论文设计已经接近尾声，作为一个大专生的毕业论文，由于经验的匮乏难免有许多考虑不周全的地方，请老师们能够谅解。从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感 “不积跬步无以至千里”，这次毕业论文能够最终顺利完成，归功于各位老师三年间的细心教育，使我能够很好的掌握专业知识，并在毕业论文中得以体现。感谢彭彬老师的精心指导，也正是你们长期不懈的支持和帮助才使得我的毕业论文最终顺利完成。另外，我还要特别感谢我的室友和同学，他们为我完成这篇论文提供了巨大的帮助。最后，我要感谢三年来教育我的老师，我衷心的对你们说声“谢谢”！ 参考文献1、金属材料焊接工艺/李荣雪主编 .北京：机械工艺业出版社 2008年1月2、金属工艺基础与实践/刘劲松主编 北京：清华大学出版社， 2007年5月3、焊接生产管理与检测/戴建树主骗 北京：机械工艺出版社， 2007年2