焊接工装设计基础(陈焕明)课件-四、五章课件

1、第四章 焊接工艺装备实例第一节 装配定位焊夹具 装配定位焊夹具主要起定位与夹紧的作用，通常由定位元件、夹紧机构和夹具体组成。 用于定位焊、点焊、钎焊。一 斜撑杆的定位焊夹具 P189图5-l。夹具体采用槽钢焊接结构。平面钩型夹紧器可选用。 四零件：二园管采用钩型夹紧器定位夹紧。右端耳子由定位销。左端衬套由削边销二 锥形段与凸缘的装配定位焊夹具P190图5-2 相当于专用点焊机锥形段与凸缘的装配定位焊夹具1上电极；2螺母；3导向衬套；4上圆盘；5凸缘6中心杆；7锥形段；8下圆盘；9下电极三 支承罩6与内锥体组件7的连续点焊夹具。把P190图53相当于专用点焊机支承罩与内锥体组件的连续点焊夹具1微

2、调螺钉；2螺钉；3支座；4下电极；5上电极；6支承罩；7内锥体组件；8螺母；9芯轴；10底盘；11卡爪；12压力弹簧第二节 焊接变位机械定义：焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械装置。分类：焊接变位机械可分为三大类，如以下图示。 焊接变位机positioner：是将工件回转、倾斜，使工件上的焊缝置于有利施焊位置的焊件变位机械。用于机架、机座、法兰、封头等非长形工件的翻转变位和焊接，也可用于装配、切割、检验等。焊接滚轮架turning rolls：是借助主动滚轮与工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊件变位机械。用于筒形工件的装配与焊接。焊接回转台welding

3、 turntable：是一种简化的变位机，它将工件绕垂直轴回转或者固定某一角度倾斜回转。主要用于回转体工件的焊接、堆焊与切割。焊接翻转机welding tilter：是将工件绕水平轴转动或倾斜，使之处于有利装焊位置的焊件变位机械。主要适用于梁柱、框架、椭圆容器等的焊接。焊接操作机manipulator：是将焊机机头准确地送到并保持在待焊位置，或以选定的焊接速度沿规定的轨迹移动焊机机头。 一、焊接变位机1. 结构形式 焊接变位机按结构形式可分为三种： (1) 伸臂式焊接变位机 p192图5-7 回转工作台安装在伸臂一端，绕自身轴线回转。伸臂那么绕倾斜轴翻转，适用于1t以下的中小型工件焊接变位。(

4、2) 座式焊接变位机 P192图5-8工作台连同回转传动装置，通过扇形齿轮支承在支座上，用于150t的工件翻转变位，常与焊接操作机或机器人联机使用。座式焊接变位机 1回转工作台；2倾斜轴；3扇形齿轮；4机座 (3) 双座式焊接变位机 P193图5-9 工作台连同回转机构一起安装在一个元宝形梁上，适于 50t以上工件变位。双座式焊接变位机1工作台；2回转机构；3元宝形梁；4机座；5倾斜机构 派生机构：p193图5-102. 驱动机构 焊接变位机一般可实现两种根本动作： (1) 工作台带开工件绕工作台的旋转轴作正、反360的旋转。 (2) 工作台面的倾斜。有的中型焊接变位机工作台还有升降运动。回转

5、运动：多采用直流电动机驱动，无级变速，也可采用交流电动机变频调速。 也可采用液压马达及人力驱动。倾斜运动：有两种驱动方式， 一是电动机经减速器减速后通过扇形齿轮带开工作台倾斜，另一种是采用液压油缸推开工作台倾斜。升降运动：一般采用液压驱动与焊接机器人配套使用的变位机：一般为数控式，采用步进电动机驱动，有很高的定位精 度(0.51mm)，传动链中多采用谐波减速器、滚珠丝杆、精密齿轮副等传动元件。运动控制：在工作台回转、倾斜传动系统中，常设有一级蜗轮蜗杆传动，使其具有自锁功能。有的为了精确定位，还设有制动装置。另外，在驱动系统的控制回路中应设行程保护、过载保护、断电保护等。实例：座式焊接变位机 P

6、194图5-11 P195图5-12 ：载重图 P195图5-13：传动简图3. 导电装置 焊接变位机多用于电弧焊，此时转台和工件作为焊接电源两次回路的一个组成局部，必须设有导电装置。形式：导电装置有电刷的、铜盘的、水银的等各种各样的形式，目前主要采用电刷式导电装置。电刷式导电装置：它主要由电刷、电刷盒、刷架组成，结构形式多样。 如p196图5-14所示。P195表5-1。要求：工件或机头转动时不缠绕电缆，同时要防止传动局部的啮合件(轴承、齿轮)打弧烧坏。 实例p196图5-15液化石油气钢瓶埋弧焊转台。导电回路为：电焊机输出电流负极一机座轴承座一轴承外套滚动体轴承内套一主轴一工件一埋弧焊导电

7、嘴一电焊机输出电流正极。问题：工作时轴承发热严重，温度达200250，时常被电弧打伤，导致轴承失效。解决方案： (1)碳刷铜盘式导电装置 在钢瓶接触的卡盘处设计成铜盘，工作时焊接电流通过碳刷、铜盘传给工件，使用效 果不好，碳刷发红，导电装置易失效。(2)铜电刷式导电装置 在主轴上安装一个固定的导电环，工作时焊接电流通过紫铜电刷、导电环、主轴传给工件。使用效果明显好转，共缺点是导电环的运行时间仍较短，工作一段时间后其外表仍被电弧严重打伤，结构复杂，维修不方便。(3)轴瓦式导电装置 该导电装置是由上、下轴瓦，导电板，压紧弹簧，螺栓，螺母等组成。轴瓦式导电装置的示意图见p197图5-16。4. 选用

8、变位机时本卷须知行业标准：p198表5-2焊接变位机应符合行业标准(JBJ3300290)中规定的载重量的数值系列和有关技术要求。型号中字母“HB表示焊接变位机的名称，数字表示最大负荷值。焊接变位机行业标准中规定的主要技术要求如下：(1)回转驱动应实现无级调速，并可逆转。 (2)倾斜驱动应平稳，在最大负荷下不抖动，整机不得倾覆。最大负荷Q变位机所允许承载的工件最大质量超过25 kg的，应具有自动功能。倾斜机构要具有自锁功能，在最大负荷下不滑动，平安可靠。应设有限位装置，控制倾斜角度，并有角度指示标志。(3)变位机应设有导电装置，以免焊接电流通过轴承、齿轮等传动部位。 (4) 最大负荷与偏心距及

9、重心距之间的关系应在变位机使用说明书中说明。选用焊接变位机时应注意以下几点。 (1) 应根据工件的质量、重心距和偏心距来选择适当吨位的变位机。 (2) 要在变位机上焊接圆环形焊缝时，应根据工件直径与焊接速度计算出工作台的回转速度。 (3) 工作台的倾斜速度一般是不能调节的,如在倾斜时要进行焊接操作,应对变位机提出特殊要求。 (4) 批量生产定型产品时，可选用具有程序控制功能的变位机。 二 焊接滚轮架1. 滚轮架分类 焊接滚轮架按结构形式分为两大类。 第一类是长轴式滚轮架。其轴向一排为主动机，另一排为从动轮，主要用于细长筒体工件的装配和焊接。P199图5-17。 第二类是组合式滚轮架。由两个滚轮

10、支承在同一个基座上组成一个独立的滚轮架。按传动方式不同可分为：双主动滚轮架、从动滚轮架、单主动滚轮架。P199图5-18。 按组合滚轮类别：分为根本式滚轮架、交换式滚轮架、自调式滚轮架、可调中心高滚轮架和可偏转轴线滚轮架。应用：当装焊壁厚较小而长度很长的筒形工件时，宜用几台单主动滚轮架组合。 当装焊壁厚较大、刚性较好的筒形工件时，常采用双主滚轮架和从动滚轮架组合。 长轴式焊接滚轮架 组合式滚轮架 1电动机；2联轴器；3减速器；4齿轮对； (a)双主动滚轮架 (b)从 动滚轮架 5轴承；6主动滚轮；7公共轴；8从动轮 (c)单主动滚轮架 2. 中心距的调节 工件中心与两个支承滚轮中心的连线之间的

11、夹角一般可在50 110范围内选用。 太小筒体不稳,太大转距大。滚轮座移动式：见p200图5-19从动滚轮交换式：见p200图520自调式：p201图5213. 滚轮结构 焊接滚轮架的滚轮结构主要有钢轮、橡胶轮、组合轮和履带轮四种类型。 P201图 5-22 P200 表5-34. 焊接滚轮架的主要技术要求 焊接滚轮架的行业标准(ZBJ3300390)中规定了焊接滚轮架的技术要求。(1) 主动滚轮应采用直流电动机或交流宽调速电动机通过变速箱驱动。(2) 主动滚轮圆周速度应满足焊接工艺的要求，在660 m/h范围内无级调速；速度波动量按不同焊接工艺要求划分为A级5和B级10，滚轮转速应平稳、均匀

12、，不允许有爬行现象。(3) 焊接滚轮架的制造和装配精度应符合国标中的8级精度要求。滚轮架应采用优质钢制造，如用焊接结构的基座，焊后必须进行消除应力热处理。(4) 滚轮架必须配备可靠的导电装置，不允许焊接电流流经滚轮架的轴承。(5) 滚轮直径、滚轮架的额定载重量以及筒体类工件的最大、最小许用直径应符合p202表5-4的规定。不同额定载重量下的驱动电机最小功率见第三章表3-34。如果筒体类工件在防轴向窜动滚轮架上焊接时，在整个焊接过程中工件的轴向窜动量应3 mm。p142表3-33(6) 焊接滚轮架每对滚轮的中心距必须能根据筒体类工件的直径作相应的调整，保证两滚轮对筒体的包角大于45，小于110。

13、第三节 汽车装焊夹具一、汽车装焊夹具的特点(1)汽车装焊构件是一个具有外形复杂的空间曲面结构件，其刚性小、易变形，对定位元件要求高。(2)汽车构件的窗口、洞口和孔较多，因而常选用这些部位作为组合定位面。(3)汽车生产批量大，分散装配程度高，为了保证互换性，要求保证同一构件的组合件、部件直至总成的装配定位基准的一致性，并与设计基准(空间坐标网格线)尽量重合。(4)多采用快速夹紧器，如手动铰链-杠杆夹紧器、气动夹紧器和气动杠杆夹紧器等。(5)汽车装焊夹具以专用夹具为主，随行夹具与生产线相匹配。(6)汽车车身焊接一般采用电阻点焊和CO2气体保护焊，装焊夹具要与焊接方法相适应，保证焊接的可达性及夹具的

14、开敞性。 外观要求时：其点焊外表不允许有凹陷，采用 固定点焊机上完成焊接。 采用折边胶代替点焊工艺如p203图523所示。最后加热固化。 点焊密封胶工艺。如p203图524所示。可密封缝隙,防焊缝锈蚀。二、车门装焊夹具其结构形式：可分为整体式和框架式两种整体式车门：p204如图5-25 5-261型面定位, 采用8个定位支架进行空间型面定位和两个定位销(其中一个是削边销)进行对孔定位，这是种过定位的形式。2定位支架的分布依零件而定，定位面积要小。3夹具体,框架式为槽钢加低碳钢板； 骨架式为纵横梁。4安装,依样件进行。加垫片。5骨架与底座采用转动式结构。6夹紧机构,气动杠杆。三、车身装焊夹具六大

15、部件：车架(或地板)、前围、后围、左侧围、右侧围以及顶盖。装焊夹具的开敞性要求高：适于电阻点焊与CO2气体保护焊。可分为：一次性定位与屡次性定位。 一次性定位与随行夹具概念。1车身总成结构及装焊过程P206如图5-27所示部件：电阻点焊。总成：固定式装焊夹具，CO2气焊成骨架， 进入下一工位。2车身总成装焊夹具的定位及定位件原那么：装焊定位基准及其工装设计基准应与车身的设计基准保持一致。车身总成及其零部件的设计基准均以x、y、z轴为坐标系间距为200mm的网格线作基准线。装焊夹具的设计基准：在x、z轴方向，与车身设计基准完全一致。但该车的车架在生产中z轴方向的定位基准是以车架前后钢板弹簧其中4

16、个吊耳孔进行定位制造的,与设计基准不一致。车架的定位：以4个吊耳孔作为定位基准，采用定位销进行定位。前吊耳孔采用削边销定位，后吊耳孔采用圆柱销定位。P207如图5-28所示。左、右侧围在总成装焊夹具上的定位：p207如图5-29所示。前后围的定位：P207图5-30,六定位件。3.车身装焊胎具夹紧件的选用夹紧机构：快速螺旋夹紧器，气缸夹紧。夹紧器：通过螺栓与骨架连接，布置与定位件布置一致, 压头适应工件外表形状 P208图5-31 4 车身总成装焊夹具骨架形式结构：夹具骨架结构主要取决于工件的形状、尺寸以及定位件和夹紧件的布置等。左右侧围骨架：p208图5-32也为平面结合垫板安装。5车身总成

17、装焊夹具导向系统导向系统：车架的导向，左右侧围的导向。分为：平移式，铰链式。平移式车身总成装焊夹具：p209图5-33所示; 车架由工艺车，到气缸将二吊耳轴顶起，定位, P209图5-34，车架的定位,采用v型块与平面防过定位; 夹具骨架上已定位夹紧的车身左右侧围,导向-装配-焊接,图5-33铰链式车身总成装焊夹具：p210图5-35所示第四节 自动化焊接装备一、ZR-4全自动焊管机 ZR-4全自动焊管机是南昌航空工业学院为核燃料组件中锆4合金管焊接而研制的专用设备。 该机采用可编程控制器programmable controller，简称PC对焊接过程进行全自动控制，配备精密的晶体管型脉冲T

18、IG焊电源,能进行直径916 mm、长度7004200 mm管材的环缝焊接，焊接转速220 r/min，生产能力每小时焊30个接头。 锆管的焊接性差。P210图5-36。 该设备采用充氩TIG焊，替代了真空电子束焊，在国内首次成功地焊接了燃料棒和导向管，满足了产品的质量要求。 1. 设备组成 p211图5-37 设备由焊仓、工件传动机构、送料架、气路系统、焊接电流波形显示及打印系统、焊接电源和PC控制系统等几局部组成。特别：气囊夹持系统。 焊机根本结构示意图 2. 焊接电源 焊接电源为模拟式晶体管电源，输出恒流特性，用高频振动器引弧，可进行直流或脉冲TIG焊。 参数见p211表5-5 该电源设

19、置了输出短路截流保护，其引弧电流可调，脉冲电流4个参数峰值、基值、频率、占空比均可独立调节，具有独特的焊接电流衰减功能。 P211图5-383. 焊接工艺过程 p212图5-39焊接方式：为工件旋转，焊枪固定，充氩焊接。通过试验，拟定的自动焊接工艺过程如以下图所示。 过程：进仓 充氩抽气焊接冷却完成焊接 自动焊接工艺过程 4PC的接口设计p213表5-6 5-7 输入端：手动、单步、单件、连续、复位 输出端：继电器型5PC的程序设计 p214如图5-40，控制系统梯形图总体结构。整个程序由手动、自动和复位程序组成。 符号为电子元器件。(1)采用步进指令编制自动程序，将整个焊接工艺过程，从上料到

20、推料分成11步，这 样调试修改程序很方便。P214如图5-41(2)在焊接程序中，通过设计可保证焊接重叠量，程序中保证了电弧不熄灭，工件不停转，防止出现弧坑和烧穿现象。(3)设置了自动复位程序。二、可编程控制全位置自动管焊机P215图5-42 在锅炉、化工和电站设备的安装制造过程中，管道对接和管板接头环缝常常需要全位置焊接(orbital welding) 。工件不动，焊枪转动，采用脉冲TIG焊及可编程控制器。 1. 系统组成 设备主要由晶体管脉冲TIG焊电源、焊接机头、送丝机、机头位置传感器和PC组成。 P215图5-43图543(1)晶体管脉冲TIG焊电源 焊接电源，p215如图5-44。

21、采用高频振动器HF引弧。 输出焊接电流5250A，脉冲频率，峰值电流、基值电流、脉冲频率和脉冲宽度4个参数分别独立可调。(2)焊接机头 可选配管-管对接或管-板焊专用机头，可焊管径2560mm，采用微型永磁直流电动机驱动。(3)送丝机 管壁厚度较大时填充焊丝，送丝速度2001400mm/min。(4)机头位置传感器 采用霍尔传感器检测机头旋转位置，亦即焊枪位置，将位置检测信号输入PC，检测精 度为070。 P216如图5-45所示。(5)可编程控制器 采用日本欧姆龙公司C40P型可编程控制器，IO点数共40点，输入24点，输出16 点，对全位置焊接过程实行控制。2. 控制要求 环缝区间划分：p

22、217图5-46 焊接处于垂直平面位置的环缝时，1区相当于平焊，2区相当于向下立焊，3区相当于仰焊，4区相当于向上立焊。焊一圈：p217图5-47 程序控制的根本要求是焊接脉冲峰值和基值电流也按4个区间相应切换，全位置自动焊程序循环图如下图。送气、引弧、电流循环、送丝循环(不同的是焊接脉冲峰值基值) 。环缝区间划分 全位置自动焊程序循环图 3. PC的接口设计 输入端：左输出端：右P217图5-484. 软件设计 控制软件分为：通用手工TIG焊程序和全位置自动焊程序两大局部。 全位置自动焊程序包括：圈数设定、区间控制、主控自动程序和调试程序，其中调试程序用于焊前调整机头和焊丝位置。主控程序满足

23、图5-47所示控制要求。(1)圈数设定p218图5-49(2)圈数区分 右图(3)区间控制 右图5. 管管焊接机头设计(1)机头传动方案确实定 P219如图5-50减速方案：NN型行星齿轮进行主减速，再加定轴轮系减速的传动方案，传动系统简图如p220图5-51所示。功率确实定： 选取微型永磁直流电动机减速比的分配：(2)行星减速传动齿轮主要参数确实定 材料： 参数： 传动比：3定轴系传动齿轮主要参数 材料： 参数： 传动比：6. 管板焊接机头设计1机头传动方案确实定P221图5-52P222图5-53 电动机转速经定轴轮系减速,再经谐波齿轮减速(2)谐波齿轮传动的主要几何参数 谐波齿轮传动机构

24、：波发生器、刚轮(一般为内齿轮)和柔轮(一般是具有弹性的薄壁外齿轮)，如p222图 5-53所示。渐开线谐波齿轮传动的主要啮合参数：模数m、柔轮齿数ZF、刚轮齿数ZH、变位系数xf、xh、基准齿形角0等。 (3)柔轮的设计 分类：柔轮的结构形式可分为圆柱形和钟形，连接方式分为整体式、螺钉连接、齿式连接、径向销连接等。见p223图5-54。柔轮材料：制造柔轮的材料应具有较高的机械强度、高的弹性和足够的冲击韧性，一般选用的材料为高性能合金钢，如30CrMnSiA，20cr2Ni4A，18Cr2Ni4wA，4MrNiMoA等。 热处理：提高硬度和耐磨性。 参数： P224表5-8(4)柔轮的制造p2

25、24表5-97. 应用实例实例1：冷凝管的管板焊接 P225图5-56 表5-10 胀管机实例2：钛制换热器的管板焊接1钛及合金焊接特点 喷嘴保护外,还借助托罩的局部、整体保护，否那么焊缝吸氧、吸氢、吸氮。2焊接设备 在普通管板焊接接头的根底上对气体保护、送丝、水冷、定位改动。 密封透明气罩：p226图5-57 送丝：TC4时,送丝轮不改动; TA2,送丝轮改成凹轮。 p226图5-58。水冷紫铜芯杠定位器代替弹性套：冷却,隔离空气。 p226图5-59。3焊接标准：p226表5-11 三、摩托车消声器自动焊接装置 1. 摩托车消声器结构形式 各种摩托车上都采用不同结构与形式的消声器。消声器筒

26、体一般为1.0 mm薄板结构，筒体上的纵缝为卷边或对接接头形式，大多采用TIG焊或气焊连接，筒体两端为搭接环缝，大多采用CO2焊或MAG焊连接。 消声器体二纵缝：TIG焊和气焊。消声器体与隔板、连接套：二环缝 CO2,MAG焊 p227图5-60。2. 摩托车消声器自动焊接装置 p227图5-61 二环缝 图为80型摩托车消声器自动焊接装置的示意图，该装置由主机、电控装置、两台CO2/MAG焊接电源和两套条形电抗器及引弧装置构成。 启动：气缸30使二焊枪到位,气缸11卡紧工件,托架14下移,启开工件旋转,焊枪引弧,焊接。焊完：焊接工艺：p228表5-121导电装置；2主轴箱；3直流电机；4锥状

27、模具；5工件；6照明灯；7柱状模具；8散热片；9启动按钮；10尾座；11卡紧气缸；12焊枪支座13焊枪；14工件定位托架；15弧光挡板；16送丝机；17面板；18床身；19电控箱；20托架升起限位开关；21托架升降气缸；22连杆架；23旋转轴杠；24托架导向套；25托架落下限位开关；26导向柱；27气阀座板；28主轴转动记圈开关；29主动转动凸轮；30摆动气缸；31急停开关；32焊接电源；33条形电抗器 四、特殊环缝电阻缝焊设备 P228 图5-62：筒体锻件底部焊一低碳钢护片1. 专用缝焊设备及其控制 专用缝焊机设计可以采取下述三种方案： (1)双面缝焊方案，上面一个滚盘主动旋转，下面工件被

28、动旋转，也可以工件主动、滚盘被动，或两者均主动的方法。 (2)单面缝焊方案，下面工件主动旋转，上面两个滚盘并排，两个滚盘分别接到焊接变压器的输出端。 (3)行星滚盘方案，工件不动，环形的上电极滚盘在工件上滚动。由于滚盘直径小于被焊圆片直径，因此滚盘既公转又要自转。 行星滚盘方案：p228图5-62 工件不动,滚盘公转自转。 上电极为环形,既公转又自转,下电极为半圆柱形,配杠杆、螺旋夹紧器的侧面夹紧。 公转轴由电动机减速和万向轴接头传动,无级调速。该方案焊机的控制局部：(1)恒流闭环控制(2)可以克服铁磁物质进入二次回路对焊接电流的影响。(3)具有缝焊和点焊双重功能，可以在同一台焊机上进行定位点

29、焊和缝焊两用，提高劳动生产率。(4)有双脉冲加热循环，以满足定位点焊时焊后回火的需要。(5)在焊接过程中，能自动地使电流在指定位置增加到某个较大值，或减少直到零值。前者用于当焊到分流较大部位时将电流相应增大，以克服分流的影响。后者用在焊缝收尾处，逐渐减小电流，以防止焊缝收尾处核心缩孔。这也是控制焊接质量的一个关键点。(6)控制箱操作方便，便于检查和维修。(7)具有六位显示器，可以显示焊接电流和通电时间的周波数。(8)具有多种自诊断功能，能在误操作时或焊机出现故障时，自动停机并报警，显示故障性质或损坏芯片的编号。从而有效地防止质量事故，方便检修工作。 2. 工艺试验 电阻缝焊不同厚度的工件时，由

30、于在接合面两侧产生的热量和散失的热量不同，会形成熔化核心的偏移。工件厚度不同,性能不同：p229表5-13 5-14 产生工件的加热不平衡,熔核心偏移。解决方案：采用大接触面的下电极，以减少厚件一侧的电流密度。薄件一侧采用由铬锆铜制成的环形电极，以增加电阻，减少散热。不形成熔核的现象：薄板中严重分流。标准参数与实验检验：五、波纹管直缝焊机 该机是南昌航空工业学院研制的波纹管直缝焊接专用设备，采用气动琴键式夹具，摇臂摆动式铜垫芯轴，装卸工件方便，装夹力度可调，生产效率高，适用于厚度0.5 mm、直径48 200 mm的不锈钢薄壁圆筒的焊接。1. 组成及结构p231图5-63波纹管直缝焊机组成：1

31、琴键夹具：琴键夹具为前后对称的两套，可分别对纵缝的两边施加压力。2铜垫芯轴：与琴键式压块一起对焊件进行夹紧固定。3支撑托架、机架：可以凋节芯轴与压块之间的垂直间距。4传动机构：直流伺服电动机、联轴器、丝杠、光杆滑块组成。5十字滑架：对焊枪水平垂直位置粗调。6焊枪支架：微调。7气路系统8焊接电源9控制系统等局部组成其组成结构如下图： 机架焊接电源传动机构支撑托架铜垫芯轴控制盒十字滑架焊枪支架琴键夹具波纹管直缝焊机的组成2. 技术参数输入电源电压 AC 220 V最大焊接长度 800 mm工件直径 48 200 mm焊接速度 0 1100 mm/min压缩空气最大压力 0.6 MPa 外形尺寸长宽

32、高 1500 mm 600 mm 1100 mm3. 技术要点(1) 波纹管材料及其焊接要求材料为 ： p232表5-15 金属波纹管metal bellows常采用300系列奥氏体不锈钢，选用时应根据其工作介质、外部环境和工作温度等条件而定。工艺焊接性为： p232表5-16含C S P Mo使用焊接性为： 波纹管在腐蚀环境中工作时，由于在波峰处介质流动不畅，易引起介质的浓缩，故应考虑焊接接头的耐蚀性问题。 晶间腐蚀，奥氏体不锈钢在450850温度范围进行敏化处理时，由于过饱和的C向晶粒界面的扩散要比Cr扩散快，在晶界附近，C和Cr结合成碳化物Cr23C6或(CrFe)23C6，并在晶界沉淀

33、析出，形成晶粒边界附近的贫Cr区，当该区的Cr含量降低到钝化所需的极限(Cr的质量分数)以下时，就会加速该区的腐蚀而发生晶间腐蚀。反复屡次的补焊会加剧焊缝及热影响区的敏化。 可加Ti Nb，降低C含量 。 刀状腐蚀，稳定化奥氏体,不锈钢1200时产生刀状腐蚀. 可降低C含量。 为防止奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀和刀状腐蚀，可以采取如下措施：尽量选用超低碳不锈钢，或稳定化不锈钢；严格控制焊接工艺的各个环节，快速冷却，缩短在敏化区的停留时间，使焊接接头保持一次稳定状态，焊后对焊件进行酸洗、钝化或抛光处理等措施；对于某些特殊要求的焊件，可以采用焊后热处理，即10101150的固溶处理或850900的稳定

34、化处理，使其进入二次稳定化状态。 应力腐蚀断裂，拉应力和电化学介质是产生原因。 变形也是焊接问题之一。 ?金属波纹管膨胀节通用技术?p233图5-64。(2) 琴键式气动夹具 波纹管直缝焊机的关键是琴键式气动夹具，其设计总原那么是如何保证在整个焊缝长度范围内均匀压紧工件。结构形式：p234图5-65 5-66。特点：琴键分两排布置，每个琴键都能单独动作。 琴键不宜太宽，压块与琴键分开. 琴键与紫铜垫、琴键之间距离可调.(3) 焊接方法 波纹管的焊接属于薄壁零件的焊接，采用对接接头，不加填充焊丝。焊接电源具有恒流外特性，在小电流时能稳定，能自动补偿电网电压的波动。焊接电源可选用逆变电源、晶体管电

35、源和晶闸管整流电源。 不锈钢薄板焊接的方法有直流钨极氩弧焊、直流脉冲钨极氩弧焊、微束等离子弧焊和激光焊接，较经济的焊接方法是直流钨极氩弧焊，直流正接。 P235表5-17 5-18。 对接接头,不加填充焊丝。六、异形零件焊接专机 环形焊缝的焊接方案有两种，其一是工件旋转，焊枪固定不动；其二是焊枪旋转，工件固定不动。 图5-67：焊枪旋转环缝焊机 ；用气缸夹紧,焊枪焊接 ,用PC控制。焊件范例图5-68：异形双头环缝焊机 以工件的孔定位,采用气动弹性夹头快速夹紧工件,可焊单面、双面环缝。 环缝焊件范例异形双头环缝焊机 图5-69：数控曲线自动焊接机床 焊枪以一定轨迹运动,完成平面焊缝, 性能有1

36、可焊平面内任意曲线焊缝。2行走机构采用直流伺服电动机,滚珠丝杠,直线导向,焊速无级可调。3气动装夹工件,焊枪夹持机构三维可调。4焊缝反面通氩保护,单面焊双面成型七、弧焊机器人焊接工装夹具1. 概述 焊接机器人welding robot是一种高度自动化的焊接设备，采用机器人代替手工焊接作业是焊接制造业的开展趋势，是提高焊接质量、降低本钱、改善工作环境的重要手段。常规的弧焊机器人系统由以下5局部组成：(1) 机器人本体;一般是伺服电动机驱动六轴关节式操作机, 由驱动器、传动机构、机械手臂、关节、传感器组成(2) 机器人控制柜;由计算机软硬件和专用的控制电路(3) 焊接电源系统;由焊接电源、专用焊机

37、、点焊钳(4) 焊接传感器及系统平安保护设施;(5) 焊接工装夹具。 “多品种,小批量的生产适于机器人2. 弧焊机器人焊接工装夹具的设计原那么 弧焊机器人系统前4局部实际上是相对通用和成熟的系统。目前我国独立自主的机器人产业尚处在形成阶段，但国内的中外合资企业的主要机型以及从国外进口的机器人都是稳定和成熟的产品。弧焊机器人焊接工装设计原那么：1对产品进行焊接工艺分析;规那么焊缝用焊接专机,不规那么焊缝用机器人焊接。2机器人焊接工装采用双工位 图5-72。3对相近产品采用模块化通用化夹具 图5-734对产品试制或小批量生产采用组合夹具 图5-745设计夹具时,尽量保证装配卸料时间与机器人焊接时间

38、匹配。6焊接工装夹具应动作迅速,操作方便,平安。7机器人焊接工装应考虑焊枪的可达性。8尽量满足焊接工艺对夹具在导热、导电、隔磁、绝缘等方面的要求。机器人的选用原那么： 主要依据被焊产品的结构尺寸特点，选用相应作业半径的机器人和配套相应焊接方法的焊接电源、焊枪等。 实例1：图5-75 机器人焊接重型卡车铝合金油箱实例2：图5-76 机器人焊接高档汽车油箱习题与思考题1.焊接转台夹持不锈钢工件旋转，进行环缝TIG焊，试设计转台的导电装置。2.采用焊枪旋转、工件固定不动的方案焊接环缝，需要解决保护气体的导气问题，试设计导气回转接头。3.纵缝自动焊接专机常采用焊枪行走机构，现要求焊接有效长度600mm

39、，采用TIG焊,试设计焊枪行走转动机构。4.从焊接工艺角度来看，设计CO2气体保护焊工装应注意哪些问题?5.从焊接工艺角度来看，设计电阻焊工装应注意哪些问题?6.从焊接工艺角度来看，设计炉中钎焊工装应注意哪些问题? 7.汽车装焊夹具设计有哪些根本要求和特殊要求? 8.自动焊专机常采用可编程控制器控制，结合实例，表达其特点。 9.图5-67所示焊枪旋转环缝焊机，采用可编程控制器控制，试设计其控制程序。 10异形零件的焊接除采用仿形方案外，还可以采用哪些方案? 11.为充分发挥焊接机器人的作用，设计焊接工装时应遵循哪些根本原那么? 12数控技术、机器人技术和可编程控制器技术被誉为工业自动化三大技术

40、支柱，谈我国焊接自动化的现状。第五章 焊接工装设计方法 第一节 焊接工装设计的根本原那么 和要求 焊接工装设计是焊接生产准备工作的重要内容之一。工装设计的质量，对生产效率、加工本钱、产品质量以及生产平安等有直接的影响，为此，设计焊接工装时必须考虑以下几方面的根本原那么和要求： 一.实用性原那么 二.经济性原那么 三.可靠性原那么 四.艺术性原那么 一、实用性原那么 实用是指工装的使用功能，它既表现为技术性能好，能满足装配焊接工艺要求，同时也表现为整个工装系统与人体相适应，操作舒展方便，平安省力，符合人体的生理和心理特征，使人机系统的工作效能到达最正确状态。 (1)要考虑装配和焊接的顺序。(2)

41、焊接是局部加热过程，不可防止产生焊接应力与变形，在设置定位器和夹紧器时要充分考虑焊接应力和变形的方向。(3)焊接方法不同，对工装的结构和性能要求也不同。(4)对于手动夹具和移动式工装，在保证足够刚度的前提下，尽量减轻重量。(5)尽量使焊缝处于平焊位置，因为平焊较其他位置的焊接更容易获得高质量焊缝，同时可省时省力。尽可能在夹具上焊接全部的焊缝或焊点，同时被焊工件的翻转次数要少。(6)工装的功能设计和造型设计必须依从人机工程学的观点，考虑人的各种因素(生理的和心理的)，来确定适合人体结构特点的设备系统。二、经济性原那么 定义：经济性原那么就是力求用最少的人力、物力和财力来获得最大的成效。通常重大的

42、工艺装备设计制造必须进行经济分析。经济性分析： 是否采用工装，采用何种类型的工装还取决于生产纲领(年产量)和生产类型(单件生产、大量生产、成批生产)。三、可靠性原那么 工装在使用期内绝对平安可靠，但凡受力构件都应具有足够的强度和刚度，足以承受焊件重力和因限制焊接变形而引起的各个方向的拘束力等。 另一方面，工装具有防过失功能，防止操作者出现错装、漏焊或者错焊零件等制造过失。防过失实例神龙：1左右对称零件防过失定位的设计原那么 左右夹具不同 p148图4-12小件与大件组合防漏放的设计原那么 增加小零件的控制功能3不对称边零件定位的防过失设计原那么 设计为唯一放置状态。四、艺术性原那么 要求工装设

43、计造型美观，在满足功能使用和经济许可的条件下，使操作者在生理上、心理上感到舒展，给人以美的享受。 形式美、结构美、工艺美、材质美第二节 焊接工装设计的内容与步骤 一、焊接工装设计的步骡1 .明确设计任务，收集设计资料 工装设计的第一步是在生产纲领的前提下，认真研究设计任务书中提出的设计要求，明确设计任务并收集以下资料： (1) 产品的图样、焊接组件图及技术要求。 (2) 该产品的装配和焊接工艺文件。 (3) 工装设计任务书。 (4) 了解本厂制造、使用工装情况和车间生产条件。 (5) 收集有关夹具零部件标准国家标准、行业标准、企业标准，典型结构图册和夹具设计手册等。 2. 拟定工装方案、绘制结

44、构草图 方案构思： (1)用专用、通用。(2)定位、夹紧方式和机构 ，焊件变位，焊接机头的平移或升降等动作，应选择何种传动方式和何种动力源。(3)工装的根本构成和总体布局，夹具体和主要零部件的根本结构形式。(4)主机或主要机构的根本参数和技术性能的初步确定，如功率、承载、速度、行程或调节幅度、外形尺寸等。步骤：根据上述设计资料和工艺分析，结合现场生产实际，即可着手拟定工装的设计方案。工装结构草图的绘制过程可按以下步骤进行： (1) 布置图面。画出工件位置，选择适当的比例。主视图面对操作者的工作位置。(2) 设计定位元件。根据选定的定位方案和定位元件类型尺寸和具体结构绘在相应的视图上，与工件的定

45、位基准形状和精度相适应。 (3) 设计夹紧装置。将夹紧装置的具体结构绘在相应的视图上，表示出工件处于夹紧状态。 (4) 进行传动装置、夹具体和连接件等的绘制，形成一张完整的工装结构草图。 3. 进行必要的分析计算 在结构草图设计过程中，要进行必要的分析计算，如几何关系计算、定位误差分析、夹紧力的估算、传动计算、受力元件的强度与刚度计算等。4. 绘制总装配图 草图绘制后，须经审查修改后才绘制正式总装配图。总图的绘制过程与上述草图绘制过程根本相同。 1标注尺寸、公差及配合2制定工装的技术要求3零件编号及明细表5. 绘制工装零件图 主要绘制工装中非标准零件的工作图。每个零件必须单独绘制在一张标准图纸

46、上，尽量用11比例，按国家制图标准绘制。零件图的名称和编号要与总装图一致，零件图中的尺寸、公差及技术要求应符合总装图的要求。 6. 编写设计说明书和使用说明书二、焊接结构装配方案确实定1结构别离面(1)设计别离面。 由于设计构造上和使用功能上的需要，将产品分解为部件和组合件等可单独进行装配的单元。如汽车传动局部中的发动机、离合器、变速器，车身中的车门、座椅和油箱等，这种装配单元之间的结合面称为设计别离面。设计别离面一般采用可拆卸的连接，以便在使用和维修过程中迅速拆卸和重新安装，而不损坏机体。 P151如图4-2所示。(2)工艺别离面。在生产过程中，为了满足工艺上的要求，将部件进一步分解为假设干

47、个生产上可独立装配的单元，这种装配单元之间的别离面称为工艺别离面。工艺别离间的连接一般为不可拆卸的连接方法，如焊接，铆接等。P152如图4-3所示。2确定工艺别离面的原那么(1)尽量保证部件和组合件构造上的完整性，便于各部件间最后的总装。(2)受部件和组合件的结构形式限制，不能一次装配，这种情况必须合理选择工艺别离面。(3)复杂的组合件，一次装配焊接完成时会产生较多的缺陷或焊接变形，此必须合理选择工艺别离面。(4)部件的结构必须经过两个或两个以上工种才能完成，应合理选择工艺别离面。(5)别离面对总成尺寸的影响尽量小，以减少总体尺寸的积累误差。(6)工艺上和经济上的合理性。3装配方法的分类(1)

48、划线定位装配。定位焊(2)安装孔装配。(3)工装定位装配。(4)互换法(5)选配法(6)修配法(7)随装随焊法。装配焊接交替进行，适用于单件小批量生产。(8)整装整焊法。装配和焊接在各自的工位上进行。(9)部件组装法。零件装焊成部件，部件装焊成结构件、产品。4 装配方案的选择集中装配原那么：分散装配原那么：分散装配的优点：(1)提高劳动生产率和装配焊接质量。(2)缩短装配焊接生产周期。(3)可以广泛采用自动化设备，为获得优良的焊接质量创造了条件。(4)分散装配焊接，可以分别进行矫正和热处理，这时组合件刚性小，矫正工作容易进行，分别矫正，变形分步消除，以免总装时积累变形大且不易进行矫正，有利于减

49、小焊接应力和焊接变形。分散装配的不利因素：(1)由于采用较多的专用工装，生产准备周期长，也增加了工装的制造费用。(2)工装之间的协调关系复杂化。(3)容易产生较大的焊接应力，甚至焊接裂纹。拟定装配方案时应考虑： (1)结构别离面的划分利划分的数量。(2)产品批量的大小。只有在产量较大时，分散装配才是合理的。(3)工厂的生产条件。三 . 装配焊接工艺规程设计 工艺分析、工艺方案设计形成了装配焊接工艺流程，根据标准进行焊接试验或焊接工艺评定，在此根底上进行生产工艺规程设计，编制各种工艺规程文件。包括装焊工艺规程1指令性工艺规程特点：指令性工艺规程对装配过程中的主要问题，作出原那么性规定，如产品划分

50、为几个装配单元，其装配顺序如何。采用何种装配方法，装配基准，以及需要何种设备和装备等。步骤：(1)编制和确定结构分解为各个装配单元的装配系统图。(2)协助设计人员确定设计别离面和工艺别离面的连接方法。(3)确定部件的装配方法以及主要零件和组合件的定位基准。(4)确定保证零部件互换性的方法及设备。(5)确定所需要的工艺装备种类、数量及技术条件。(6)确定装配件的检验或试验方法及所用设备。应用：指令性工艺规程必须在产品的草图设计过程中同时进行编制。由工艺工程师和设计工程师共同研究编制。 2装配系统图定义：按部件的设计别离面和工艺别离面，将部件划分成假设干可独立进行装配的单元，并将所有装配单元按装配

51、顺序排列，用以说明产品零、部件之间相互装配关系和装配流程。实例：p156图4-4 4-5燃烧室分解成三个组件说明问题：(1)部件的指令性装配顺序。(2)可分散和平行装焊的工作地点数量。(3)主要工艺装备的种类和数量。(4)供装配用的夹具和待装配零件的供给顺序。3工作工艺规程定义：是指令性工艺规程中每一工序内容的具体说明。 装配和焊接工艺规程：规定安装顺序、定位、焊接方法标准。 包括工艺过程卡片(工艺路线单) 和工序卡片。4设计工艺规程的根本要求(1)工艺规程是直接指导现场生产操作的重要技术文件，应做到正确、完整、统一、清晰。(2)尽可能采用国内外先进工艺技术和经验。(3)在保证产品质量根底上，

52、尽可能提高生产率和降低消耗。(4)必须考虑生产平安和工业卫生(环境保护)，采取相应措施。(5)结构和工艺特征相近的零部件应尽量设计典型工艺规程。(6)各专业工艺规程在设计过程中应协调一致，不得相互矛盾。(7)工艺规程中所用的术语、符号、代号要符合相应标准的规定。 5焊接结构生产的根本工序(1)备料及装配工序零件的准备工作包括：零件的尺寸精度和物理机械性能、焊缝坡口的制备和零件外表酌清理。装配：零件装配定位时可按夹具定位或划线定位，使零件间保持相互正确的位置和焊接间隙。(2)定位焊工序定位焊：将装配定位好的工件增加一些刚性固定点，协同夹具的定位夹紧装置，以更牢靠地固定零件的相互位置和保证零件间具

53、有均勾的焊接间隙。定位焊工艺规程：应该考虑定位焊点的位置和间距，还有定位焊顺序等。 P158图4-6(3)焊接工序减少焊接应力和变形：合理安排焊接顺序，采用夹具刚性固定，反变形法，预留装配余量等。P159图4-7(4)矫正工序 在定位焊、焊接和热处理之后均要进行矫正，以消除这些工序引起的变形。(5)热处理工序预热：后热：焊后热处理：(6)整修工序精加工包括：钻孔、铰孔和铣削等机械加工工作， 焊缝外表的整修等。(7)检验工序 外观检验、机械性能试验、无损探伤、气密性试验、金相检验等。四 夹具体设计铸锻焊1、对夹具体的根本要求 夹具体是夹具的根底件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体

54、，而且还要考虑工件装卸的方便。在设计夹具体时应满足以下根本要求。 (1) 具有足够的刚度和强度。(2) 力求结构简单、重量轻。(3) 安装稳定可靠。 (4) 结构工艺性好，便于制造、装配和检验。(5) 尺寸要稳定。(6) 清理方便。2、夹具体毛坯制造方法 在选择夹具体毛坯制造方法时，应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。实际生产中常用的夹具毛坯制造方法有以下几种。 1铸造夹具体 铸造夹具体是常用的一种制造方法，其优点是能铸出各种复杂的结构形状，且抗压强度、刚度和抗振性能好，但制造周期长，且需经时效处理，单件生产本钱高。 2 焊接夹具体 特点：焊接结构与

55、铸造结构相比，优点在于制造容易，生产周期短、本钱低；由于采用钢板、型材等焊接而成，故重量较轻。缺点是焊接变形大，焊后需经退火处理。如果精度要求高，工作振动大时，宜选用铸造结构；除此之外，应尽量采用焊接结构。 实例：p161图4-8 4-9 4-10 3 装配式夹具体 为了克服铸件制造周期长，单件生产本钱高的缺点，开展了选用标准毛坯件和标准零部件组装成所需要的夹具体结构 。但未标准化系列化。 这种制造方法不仅可以大为缩短夹具体的制造周期，而且可以组织专门工厂进行专业化生产，有利于降低本钱、提高效益，这是很有开展前途的一种制造方法。 3、夹具体的外形尺寸 夹具体设计一般不作复杂的计算，通常参照类似

56、结构，按经验类比法估计确定。实际上在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其他辅助机构在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸。(1)铸造夹具体的壁厚一般取825。(2)焊接夹具体的壁厚一般取616。五、夹具元件的安装方法夹具组成：夹具体、定位件、夹紧件、导向支架、支承件和垫板等夹具体支承件和垫板为一体中间垫板：为了保证夹具的精度和减少夹具体的机械加工外表，夹具体通过中间垫板与定位件、导向件连接。垫板一般采用1015mm焊的低碳钢板制成。尺寸大小依据定位件、导向件和夹紧件连接外表的大小而定。先将垫板焊在夹具体而后对

57、垫板外表进行机加工。连接：螺栓、焊接和铆接连接，在特殊情况下采用易熔合金、快下水泥和胶接。1按划线安装 P163图4-112根据样板或样件安装 按样板安装夹具，经常要与划线配合进行，故其精度也受到一定的限制。但比划线进了一步，夹具复制仍未解决。这时应采用样件安装夹具实物，可解决复制问题。 P163图4-12第三节 尺寸链及其在结构设计中的应用 在机器的结构设计工作中，除了对机构的运动、零件的强度和刚度等进行分析计算外，还需要应用尺寸链来分析结构的合理性，由此合理地确定零件的尺寸公差和形位公差，并制定机器零部件的技术要求。一、尺寸链的根本概念 1. 尺寸链的定义 定义：在机器装配或零件加工过程中

58、,互相联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组合,称为尺寸链。 零件尺寸链：如p165图4-13(a)装配尺寸链：如p165图4-14零件尺寸链三环尺寸链 装配尺寸链四环尺寸链 2 尺寸链的特点(1)关联性。即尺寸链中某一尺寸的变化将影响其他尺寸的变化。(2)封闭件。尺寸链中间接获得的尺寸与直接得到的尺寸之间构成了封闭的尺寸组合。3 尺寸链的组成 我们把组成尺寸链的各个尺寸称为环。环可分为封闭环和组成环，组成环又可分为增环和减环。(1) 封闭环 尺寸链中间接得到的尺寸称为封闭环。封闭环常用字母N表示。每个尺寸链只能有一个封闭环。(2) 组成环 尺寸链中除封闭环以外的其他尺寸称为组成环。组成环本身的误差

59、是由其本身的制造条件独立产生而存在的，不受其他环的影响。增环：组成环的增大，致封闭环增大，那么该组成环称为增环。减环：假设某一组成环的增大反而使封闭环减小，那么这个组成环称为减环。(3) 组成环的判别 对于环数较少的尺寸链，可以用增、减环的定义来判别组成环的增减性质。但对于环数较多的尺寸链，用定义来判别增、减环就很费时且易弄错。为了能迅速判别增、减环，可在绘制尺寸链图时，用首尾相接的单向箭头顺序来表示各环。方法如图。 4. 尺寸链的分类 (1) 按应用场合，可分为零件尺寸链、装配尺寸链、结构尺寸链和 工序尺寸链。结构尺寸链：在结构设计时，由结构中部件或零件的尺寸组成的尺寸链叫做结构尺寸链。工序

60、尺寸链：是指在零件加工过程中，各个工序的工序尺寸之间形成的尺寸链关系。(2) 按空间位置，可分为直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。(3) 按几何特征，可分为长度尺寸链和角度尺寸链。 (4) 按尺寸链之间的联系方式，可分为并联尺寸链、串联尺寸链和混合尺寸链。 二、尺寸链的根本计算公式 尺寸链的计算方法有极值法和概率法两种。概率法：是根据数理统计学原理对尺寸误差进行综合分析。当零件加工生产量属于大批大量生产或应用自动获得尺寸加工时，一个尺寸链中各尺寸都可看成独立的随机变量，并且尺寸误差符合正态分布。由概率论原理可得封闭环公差T N与各组成环公差T i之间关系为：极值法：又称完全互换法，是根据各环