工艺技术_焊接结构工艺规程编制

焊接结构工艺规程编制 内容 第一节焊接工艺过程基本知识第二节焊接工艺规程的编制第三节焊接结构生产工艺过程分析第四节焊接工艺设计实例第五节焊接工艺评定 焊接结构生产的一般工艺过程图 一 生产过程与工艺过程 生产过程 将原材料或半成品转变为产品的全部过程称为生产过程 工艺过程 改变生产对象的形状 尺寸 相对位置和性质等 使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程 生产过程包括直接改变零件形状 尺寸和材料性能或将零 部件进行装配焊接等所进行的加工过程 如划线 下料 成形加工 装配焊接及热处理等 同时也包括各种辅助生产过程 如材料供应 零部件的运输保管 质量检验 技术准备等 前者属于工艺过程 后者属于辅助生产过程 二 工艺过程的组成 焊接结构产品的工艺过程是由一系列的工序依次组合而成的 通过各种工序将原材料或毛坯逐渐制成成品 1 工序工序是由一个或一组工人 在一台设备或一个工作地点对一个或同时对几个焊件所连续完成的那一部分工艺过程 称为工序 2 工位工位是工序的一部分 在某一工序中 焊件在加工设备上所占的每个工作位置称为工位 3 工步工步是工艺过程的最小组成部分 它还保持着工艺过程的一切特性 在一个工序内焊件 设备 工具和工艺规范均保持不变的条件下所完成的那部分工序称为工步 工序是工艺过程的最基本组成部分 是生产计划的基本单元 工序划分的主要依据是加工工艺过程中工作地点是否改变和加工是否连续完成 焊接结构生产工艺过程的主要工序有放样 划线 下料 成形加工 边缘加工 装配 焊接 矫正 检验 涂装等 在生产过程中产品由原材料或半成品经过毛坯制造 机械加工 装配焊接 涂装包装等加工所通过的路线叫做工艺路线或工艺流程 它实际上是产品制造过程中各种加工工序的顺序和总和 一 工艺规程的概念工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件 也就是将工艺路线中的各项内容 以工序为单位 按照一定格式写成的技术文件 在焊接结构生产中 工艺规程由两部分组成 一部分是原材料经划线 下料及成形加工制成零件的工艺规程 另一部分是由零件装配焊接形成部件或由零 部件装配焊接成产品的工艺规程 第二节焊接工艺规程的编制 编制工艺规程是生产中的一项技术措施 它是根据产品的技术要求和工厂的生产条件 以科学理论为指导 结合生产实际所拟定的加工程序和加工方法 工艺规程的作用 1 工艺规程是指导生产的主要技术文件2 工艺规程是生产组织和生产管理的基本依据3 工艺规程是设计新厂或扩建 改建旧厂的技术依据4 工艺规程是交流先进经验的桥梁 二 编制工艺规程的原则工艺过程需保证四个方面的要求 安全 质量 成本 生产率 它们是产品工艺的四大支柱 即先进的工艺技术是在保证安全生产的条件下 用最低的成本 高效率地生产出质量优良具有竞争力的产品 在编制工艺规程时 应深入研究各种典型零件与产品的规律性 寻求一种科学的解决方法 在保证质量的前提下用最经济的办法制造出零件与产品 编制工艺规程应遵循下列原则 1 技术上的先进性2 经济上的合理性3 技术上的可行性4 良好的劳动条件 编制工艺规程时必须注意的事项 1 试制和单件小批量生产的产品 编制以零件加工工艺过程卡和装配焊接工艺过程卡为主的工艺规程 2 工艺性复杂 精密度较高的产品以及成批生产的产品 编制以零件加工工序卡 装配工序卡和焊接工序卡为主的工艺规程 三 工艺规程的主要内容 1 工艺过程卡将产品工艺路线的全部内容 按照一定格式写成的文件即工艺过程卡 2 加工工序卡除填写工艺过程卡的内容外 尚须填写操作方法 步骤及工艺参数等 3 绘制简图 焊接是整个过程中的核心工序 焊前准备和焊后处理的各种工序都是围绕着获得符合焊接质量要求的产品而做的工作 质量检验是贯穿在整个生产过程 是为了控制和保证焊接生产的质量 每个工序的具体内容 由产品的结构特点 复杂程度 技术要求和产量大小等因素决定 三 编制工艺规程的步骤 1 焊接工艺规程的内容主要内容是 1 确定产品各零 部件的加工方法 相应的工艺参数和工艺措施 2 确定产品的合理生产过程 包括各工序的工步顺序 3 决定每道加工工序所需用的设备 工艺装备及其型号规格 对非标准设备提出设计要求 4 计算产品的工艺定额 包括金属材料 辅助材料 填充材料的消耗定额和劳动消耗定额等 进而决定各工序所需工人数及其技术等级 以及各种动力的消耗等 2 焊接工艺规程编制的依据1 产品图样及有关技术条件 2 产品生产纲领 即在计划期内应当生产产品的数量和进度计划 3 产品的生产性质和生产类型 生产性质是指属样机试制还是属批量试制 抑或属正式批量生产 生产类型是指企业 或车间 工段 工作地 根据生产专业化程度划分的生产类别 一般分为大量生产 成批 大批 中批 小批 生产和单件生产三种类型 4 本企业现有生产条件 5 有关技术政策及本企业发展目标 3 焊接工艺规程编制程序按我国机械工业的工艺管理标准JB T9169 2 1998中规定的产品工艺工作程序 工艺规程编制是在产品结构工艺性审查之后开始的 若工艺设计作为独立部分来进行 则其编制程序大致如下 1 技术准备1 汇集设计所需的原始资料 包括有关的国家标准 行业标准和设计规范等 前述各项设计依据应收集齐全 2 分析研究生产纲领 并根据生产性质和类型决定生产工艺的技术水平 3 研究产品图样和技术要求 以掌握产品结构特点 了解产品设计意图和质量要求 4 掌握国内外同类产品生产现状和发展趋势 2 工艺过程分析主要是对产品结构特点及其技术要求进行深入分析 探求产品 包括各零 部件 从原材料到成品整个制造过程的工艺方法 研究和解决加工制造中可能出现的技术难题 3 拟订工艺方案综合工艺过程分析的结果 提出制造产品的工艺原则和主要技术措施 对重大问题作出明确规定 工艺过程分析与拟订工艺方案往往是平行交叉进行 对于第一次焊接的金属材料 需作焊接性试验和其他工艺试验 工艺方案可能不只一个 须经论证比较后选出最佳方案 4 编制工艺文件是把经审批的工艺方案进行具体化 编写出管理和指导生产用的工艺文件 其中最主要的是编写出具体的工艺规程 在生产受劳动部安全监督的焊接结构或生产法规产品的企业中 焊接工艺规程必须以相应的工艺评定报告为依据来编写 4 焊接工艺规程编制要求 1 保证生产过程的 四性 要求 即 生产过程的连续性要使产品生产过程的各个阶段 各个工序之间紧密衔接 连续不断地进行 生产过程的平行性要使生产过程的各个阶段 各个工序平行作业 交叉进行 以缩短生产周期 节省整体作业时间 生产过程的比例性要使基本生产与辅助生产之间 各工艺阶段之间 各工序间的生产能力保持一定的比例 克服薄弱环节 生产过程的均衡性要使产品的生产 从投料到最后完工 能够核计划 有节奏地进行 工作地负荷均衡 完成任务均衡 2 采用先进工艺采用先进工艺的目的是保证产品质量 提高生产率 改善劳动条件和降低生产成本 采用的先进工艺或设备应能满足产品技术条件和质量要求 而且该先进工艺或设备应该是成熟可靠的 在生产时确保质量稳定 所采用的工艺应该是不污染或少污染环境 即使有污染也是可以治理的 所采用的先进工艺应该具有一定灵活性和柔性 以适应产品改型和发展 避免生产发生变化时造成浪费和损失 在受到各种条件限制而不能全面采用新工艺时 可分出轻 重 缓 急 有取有舍 有重点地采用新工艺 新设备 在保证总体先进的工艺水平下 使先进技术与一般技术结合 同时满足总体目标要求 3 采用先进的生产方式如采用成组技术 流水生产线 柔性生产单元和生产线 准时生产制等生产方式 以缩短生产周期 减少储存或缩短运输路线 5 编写工艺规程在拟定了工艺路线并经过审核 批准后 就可着手编写工艺规程 这一步的工作是把工艺路线中每一工序的内容 按照一定的规则填写在工艺卡片上 编写工艺规程时 语言要简明易懂 工程术语统一 符号和计量单位应符合国家有关标准 对于一些难以用文字说明的内容应绘制必要的简图 在编写完工艺规程后 工艺人员还应提出工艺装备设计任务书 编制工艺管理性文件 如 材料消耗定额 外购件 外协件 自制件明细表 专用工艺装备明细表等 四 工艺文件及工艺规程实例 把已经设计或制定的工艺规程内容写成指导工人操作和用于生产 工艺管理等的各种技术文件 就是工艺文件 工艺文件的种类和形式多种多样 繁简程度也有很大差别 焊接结构生产常用的工艺文件主要有工艺过程卡 工艺卡 工序卡和工艺守则等 根据上述基本原始资料 可编制出初步的工艺规程 即结合工厂生产车间现有的焊接设备和工艺装备 选择焊接工艺方法 如单丝焊或多丝焊 加焊剂衬垫或悬空焊 单面焊或双面焊 多层多道焊等 焊接参数 焊剂与焊丝配合 焊丝直径 焊接坡口设计以及组装工艺等 第三节焊接结构生产工艺过程分析 任何一项技术都会产生技术和经济两个方面的效果 技术方面的效果不仅表现在达到了技术条件的要求 而且提高了产品质量和改善了劳动条件等 经济方面的效果表现在劳动量的减少 劳动生产率的提高及材料消耗的减少等 我们采取技术措施 最好在技术和经济两个方面效果都好 这才是最先进的工艺 一 生产类型对工艺过程分析的影响 在进行工艺过程设计之前 必须明确本产品的生产属何种生产类型 因它是选择生产组织形式 工艺与设备的先进水平以及车间 或工段 平面布置的主要依据 焊接工艺过程分析的目的 是根据不同的生产类型选择来确定最佳工艺方案 1 生产类型及其特点 1 生产类型的划分生产类型一般分大量生产 成批 大批 中批 小批 生产和单件生产三种 划分的依据是设计任务书中的生产纲领 2 各种生产类型的特点由于受生产期限和生产数量的规定 使形成了各种生产类型的生产特点 表1 2是它们之间的特点比较 2 根据生产类型确定工艺方案 1 单件生产应选择适应性较广的通用装配焊接设备 起重运输设备和其他工装设备 这样可以在最大程度上避免设备的闲置 使用机械化生产是得不偿失的 所以可选择技术等级较高的工人进行手工生产 应充分挖掘工厂的潜力 尽可能降低生产成本编制的工艺规程应简明扼要 只需粗定工艺路线并制定必要的技术文件 2 大量生产 当产品的种类单一 数量很多 焊件的尺寸和形状变化不大时 其性质接近于大量生产 因为要长时间重复加工 所以宜采用机械化 自动化水平较高的流水线生产 每道工序都由专门的机械和工装完成 加工同步进行 生产设备负荷越大越好 对于大量生产的产品 要求制定详细的工艺规程和工序 尽可能实现工艺典型化 规范化 3 成批生产成批生产的产品具有用期性重复加工的特点 机械化程度介于单件生产和大量产之间 应部分采用流水线作业 但加工节奏不同步 应有较详细的工艺规程 二 工艺过程分析的方法及内容 产品的工艺过程分析 应从保证技术条件的要求和采用先进工艺的可能性两个方面着手 工艺过程分析应遵循 在保证技术条件的前提下 取得最大经济效益 为原则 为此 进行工艺过程分析时应主要从两方面着手 1 从保证技术条件的要求进行工艺分析焊接结构的技术条件 一般可归纳为获得优质的焊接接头和获得准确的外形尺寸两个方面 1 保证获得优质的焊接接头1 焊接方法的影响 2 材料成分和性能的影响 3 结构形式的影响 2 保证获得准确的外形和尺寸1 考虑结构因素的影响 2 采用适当的工艺措施 2 从采用先进工艺的可能性进行分析 1 采用先进的工艺方法如果同一结构可以用几种焊接方法焊接 其中有一种焊接方法相对的生产率高而且焊接质量好 同时对其他生产环节也无不利的影响 工人劳动条件也好 就可以说这种方法就是先进的焊接工艺方法 2 实现焊接生产过程的机械化与自动化在生产中不断提高机械化与自动化水平 对提高劳动生产率 提高产品质量 改善工人劳动条件 都有着极其深远的意义 3 改进产品结构创造先进的工艺过程在进行工艺分析时 应当创造性地采用完全新的工艺过程 实践证明 先进工艺过程的创造 往往是从改进产品结构形式或某些接头形式开始的 1 焊缝布置焊缝应尽量处于平焊位置 三 焊接结构工艺设计 焊缝要布置在便于施焊的位置 焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形尽量减少焊缝数量及长度 缩小不必要的焊缝截面尺寸 焊缝布置应避免密集或交叉 焊缝布置应避免密集或交叉 焊缝布置应尽量对称焊缝布置应避开机械加工表面 焊缝布置应尽量避开最大应力位置或应力集中位置 2 焊接方法与焊件材料的选择 要根据焊件的结构形状及材质 焊接质量要求 生产批量和现场设备等 在综合分析焊件质量 经济性和工艺可能性之后 确定最适宜的焊接方法 焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求提高生产率 降低成本焊接现场设备条件及工艺可能性 焊件材料的选择 优先选择焊接性好的低碳 低合金钢 否则就要采取相应的工艺措施 3 焊接接头设计 1 焊接接头形式及选择焊接接头形式 焊接接头形式选择依据 根据工作条件所确定的接头形式 坡口形式和尺寸 焊缝尺寸等设计要求 保证接头满足使用要求焊接的难易与变形程度 焊接易于实现 变形能够控制焊接成本 经济性施工条件 技术人员设备等条件 2 坡口形式设计 目的 使接头根部焊透使焊缝成型美观使焊缝金属达到所需的化学成分 常用加工方法 气割切削加工 车或刨 碳弧气刨等坡口基本形式 I V X U 选择依据 板材厚度坡口加工方法焊接工艺性考虑焊接方法 焊接位置 接头类型 变形大小 熔透要求 经济性等 第四节焊接工艺设计实例 实例一锅炉制造中膜式水冷壁的生产 它是由许多钢管和扁钢拼焊而成 其拼接接头如图所示 从结构看 每一组成单元都有四条长而直的角焊缝 具备了采用埋弧自动焊和co2气体保护焊的可能条件 根据产量和工厂条件 既可以采用通用自动或半自动焊机 也可以设计专用的全自动焊机 专用自动焊机可设计成单焊头或多焊头的 埋弧自动焊只能平焊 因此焊件必须翻身 若场地受限 可以采用更为先进的多头两面同时施焊的co2气体保护焊 最后选用那一种焊接方法则由技术经济效果来确定 显然批量越大 采用更为先进的焊接技术 在经济上就越合理 为了使产品能适应某种先进焊接工艺 在不影响产品使用功能的前提下可以改用结构设计 例如 锅炉膜式水冷壁可以改用设鳍 qi 片管拼焊的结构 见图1 3 与前面图1 2所示的结构相比 产品功能不变 少了扁钢 也少了两条焊缝 且变成对接焊缝 这样的结构易于实现机械化和自动化装配及焊接 生产率大大提高 见图1 4 但这种结构需解决鳍片管的来源 一般须专门订货 实例二 低压贮气罐 壁厚8mm 压力1 0MPa 温度为常温 介质为压缩空气 大批量生产 选择母材材料 短管选用优质碳素结构钢10 其它选用塑性和焊接性好的普通碳素结构钢Q235 A 设计焊缝位置及焊接接头 坡口形式 筒节的纵焊缝和筒节与封头相连处的两条环焊缝均采用对接 形坡口双面焊法兰与短管焊合采用不开坡口角焊缝法兰管座与筒体焊合采用开坡口角焊缝 选择焊接方法和焊接材料角焊缝 采用焊条电弧焊方法 焊条选用E4303 J422 纵 环焊缝 采用埋弧焊方法 焊丝选用H08A 配合焊剂HJ431 压力容器的组焊要求 1 不宜采用十字焊缝 相邻的两筒节间的纵缝和封头拼接焊缝与相邻筒节的纵缝应错开 其焊缝中心线之间的外圆弧长一般应大于筒体厚度的3倍 且不小于100mm 2 在压力容器上焊接的临时吊耳和拉盘的垫板等 应采用与压力容器壳体相同或在力学性能和焊接性能方面相似的材料 并用相适应的焊材及焊接工艺进行焊接 3 不允许强力组装 4 受压元件之间或受压元件与非受压元件组装时的定位焊 若保留成为焊缝金属的一部分 则应按受压元件的焊缝要求施焊 实例三 水压机大厚度工作缸的焊接制造1 水压机大厚度工作缸的技术要求工作缸采用30Mn2锻件 厚度范围160 220mm 其示意图见图5 9 大型水压机液压工作缸的设计多采用锻 焊结构形式 往往需要2 3个锻造毛坯粗加下后制成筒体 再完成环焊缝的焊接 最后精加工并达到图纸要求 要保证大厚度工作缸制造质量 就必须对铸造 锻造及焊接等工序进行严格控制 通常大厚度工作缸对焊接技术有以下要求 1 焊接接头具有较高的力学性能 其性能要求不低于母材设计值 2 焊缝质量须经无损探伤检查 并达到超声波探伤 级 不得有裂纹等严重影响质量的焊接缺陷 2 水压机大厚度工作缸焊接方法的选择大厚度钢板的焊接方法 在20世纪80年代以前主要依靠电渣焊 80年代中期以后逐步发展成窄间隙焊接 其中又以窄间隙气体保护焊和窄间隙埋弧焊为主 国内主要使用窄间隙埋弧焊技术 其主要特点有 1 焊接坡口窄 坡口型式多为I型坡口 焊接填充金属体积显著减少 板厚越大 效果越明显 由于焊接填充金属量减少 带来许多优点 1 焊接时间缩短 生产效率大幅度提高 2 减少坡口加工工作量 制造能力增强 3 节省焊接材料和能源 生产成本大大降低 2 焊接填充金属减少 降低了母材热输入总量 从而大大降低了焊接残余应力 减少了工件的焊接变形 3 窄间隙埋弧焊采用较细直径的焊丝 具有较低的焊接热输入 焊接热影响区窄小 4 窄间隙埋弧焊采用多层多道焊 焊接熔池对前层焊道有回火作用 对待焊母材有预热作用 有利于防止焊接冷裂纹 5 窄间隙埋弧焊焊接设备自动化程度高 可以实现坡口侧壁横向双侧跟踪 高度跟踪的多维跟踪方式 具有自动控制系统 焊接过程的人为干扰因素少 焊接质量稳定 工人劳动强度低 6 窄间隙埋弧焊焊丝直径一般为 3 0 焊接参数数值小 通常选用碱性或中性埋弧焊焊剂 7 窄间隙埋弧焊可选用单丝焊和双丝焊 实现多种组合形式 采用双丝纵向排列 前丝采用直流反接 保证与母材侧壁的熔合 后丝采用交流方波电源 改善焊道成形 提高熔敷效率 可见 水压机大厚度工作缸采用双丝窄间隙埋弧焊焊接最为合理 但购置设备 操作人员的技能培训是必不可少的条件 3 水压机大厚度工作缸焊接材料的选择双丝窄间隙埋弧焊采用的焊接材料包括焊丝和焊剂 1 埋弧焊焊剂的选择考虑焊接工艺性能 焊缝金属抗裂性能 熔敷金属力学性能等方面 选