《焊接成形工艺 》课件

焊接成形工艺焊接成形工艺是指利用焊接工艺来实现特定的工件形状和结构。它结合了焊接技术与塑性加工工艺,可以制造出复杂的焊接结构件。在航空航天、船舶制造等行业广泛应用。课程大纲焊接成形工艺概述学习焊接成形工艺的基本概念、特点和原理,了解焊接变形和残余应力的形成机理。焊接变形与残余应力的测量掌握焊接变形和残余应力的测定方法,为后续的控制措施打下基础。焊接工艺参数的优化学习焊前准备、焊接工艺参数的选择,以及焊缝形状和尺寸的控制方法。焊接成形工艺的应用了解多道焊接、焊接锻造、滚压和弯曲等典型焊接成形工艺的特点和应用。焊接成形的概念与特点焊接成形指通过焊接技术对工件进行塑性变形,从而获得所需的形状和尺寸。与传统的机械加工工艺相比,焊接成形具有材料利用率高、工艺灵活、生产效率高等特点。焊接成形常用于制造大型、复杂和薄壁零件,如船体、航空机身等,可显著提高生产效率和降低成本。焊接变形的形式与原因1变形类型焊接变形可分为横向收缩变形、纵向收缩变形、角度变形和弯曲变形等几种形式。2变形原因变形的主要原因是焊接过程中金属的非均匀加热和冷却引起的温度应力和相变应力。3焊缝特性焊缝的尺寸、形状、微观组织以及焊接工艺参数也会影响变形的类型和程度。4材料因素材料的热膨胀系数、热导率、屈服强度等物理性能也是影响变形的重要因素。焊接残余应力的形成与分布焊接残余应力的形成焊接过程中由于局部加热和非均匀冷却导致材料内部应力状态发生变化,产生残余应力。残余应力的分布焊缝区域和围边区域存在拉应力,而中间区域存在压缩应力,应力分布呈"M"字型分布。焊接残余应力的形成主要源于焊接过程中的局部加热和非均匀冷却,导致材料内部应力状态发生变化。残余应力的分布通常呈现"M"字型,焊缝区域和围边区域存在拉应力,而中间区域存在压缩应力。准确测量和分析焊接残余应力对优化焊接工艺和控制焊接变形有重要意义。焊接变形与残余应力的测定方法1X射线衍射法精确测量焊件内部残余应力2中子衍射法敏感探测残余应力分布3应变测试法直接测量焊接变形量焊接过程中产生的变形和残余应力可以通过先进的检测技术进行测量。X射线衍射法和中子衍射法可以精确识别内部残余应力的分布情况。同时,应变测试法也能直接测量焊件表面的变形量。这些测试方法为分析和控制焊接变形与残余应力提供了可靠的数据支撑。焊接变形与残余应力的控制措施合理设置夹具合理设计焊接夹具可以有效限制焊接变形，如使用限位装置或支撑装置。合理夹紧焊件通过合理夹紧焊件，可以减少焊接变形和残余应力的产生。优化夹紧顺序采用分段或分步夹紧焊件的方式可以减少焊接变形。优化焊接顺序合理选择焊接顺序可以降低焊接变形和残余应力。焊前准备工作材料准备检查焊材、助焊剂等材料是否符合要求,并按工艺规范进行存放。工件清洁对焊接工件表面进行去油、除锈等清洁处理,确保焊接质量。焊缝设计根据工艺要求合理设计焊缝形状和尺寸,以利于焊接。夹具准备确保焊接夹具位置准确、稳固,有利于工件定位和变形控制。焊接工艺参数的选择焊接电流的选择根据焊接材料的厚度和种类选择合适的焊接电流,确保熔敷量和焊渣可靠性。同时还要考虑焊机的最大输出能力。焊接速度的控制焊接速度直接影响焊缝形状和尺寸。应根据焊接材料、焊接位置等因素合理选择焊接速度。速度过快会导致焊缝成形不良。焊接电弧长度的调整电弧长度决定了热输入量和熔敷量。应根据焊接材料和焊接工艺适当调整电弧长度,确保焊缝质量。过长或过短的电弧会影响焊缝成形。焊缝形状与尺寸的控制焊缝形状和尺寸的控制是焊接工艺中一个关键环节。合理的焊缝形状和尺寸可以有效避免焊接变形和应力集中,提高焊接结构的质量和使用性能。通过选择合适的焊接工艺参数、焊接姿态以及辅助焊接设备,可以在焊接过程中控制焊缝外观和几何尺寸,满足设计要求。同时还需要注意焊缝的内部质量,确保焊缝内部无气孔、夹渣等缺陷,确保焊接结构的可靠性。焊接夹具的作用与设计夹具的作用焊接夹具可以牢固地固定工件,保持焊接位置和角度,确保焊缝质量。它还可以补偿工件变形,减小焊接变形。基本设计原则夹具设计需考虑工件尺寸、形状、材料、装夹方式等,确保牢固稳定、便于操作、能有效控制变形。典型夹具结构常见的夹具结构有固定夹具、活动夹具、倾斜夹具等,可根据需要多种组合使用。合理设计的夹具可有效提高焊接质量和生产效率。多道焊接工艺1多层焊接在焊件上施加多层焊缝以增加焊缝强度和承载能力2多道焊接将焊缝分多次进行以减小单次焊缝的热输入3复合焊接采用不同焊接工艺的组合以充分发挥各自优势多道焊接工艺通过分次或复合的方式提高焊缝质量和性能。多层焊接可增加焊缝厚度和承载能力；多道焊接可降低单次焊缝的热输入；复合焊接则综合利用不同工艺的特点。这些工艺能有效解决大厚度和复杂结构的焊接难题。焊接锻造工艺1预备工作需要对工件进行清理和预热,确保焊缝区域温度达到合适水平,有利于后续的变形成形。2控制焊接参数通过调节焊接电流、焊接速度等参数,确保焊缝尺寸和形状满足成形工艺要求。3锻造成形在焊接后立即进行锻压成形,利用外力施加使工件产生可控的塑性变形。焊接滚压工艺1加热将工件加热至适当温度2滚压成形利用滚轮对工件进行塑性变形3冷却通过自然冷却或强制冷却固定形状焊接滚压工艺是一种利用加热和滚压的方式来实现金属的成形加工的工艺。它可以用于管件、形状复杂的零件等的成形。该工艺能够有效降低焊接变形,提高焊接质量和生产效率。焊接弯曲工艺预先弯曲在焊接前对工件进行适当的预弯,以补偿焊接时的收缩变形。焊接过程中弯曲利用工件的自重或夹具约束,引导工件在焊接过程中产生所需的弯曲变形。焊后纠正弯曲利用机械压力或热处理等方法,在焊接后适当调整工件的弯曲形状。焊接应力relieving工艺1预热通过预热可以减少焊接件的冷却速度,降低残余应力的产生。2应力释放焊接后进行加热处理可以释放焊接残余应力,避免焊接变形。3缓慢冷却采用缓慢冷却可以降低焊缝和热影响区的冷却速度,从而减小残余应力。焊接烘干工艺1预热提高焊件温度2烘干去除焊件表面和内部的水分3冷却控制冷却速率以避免变形焊接烘干工艺是一种重要的预处理工艺,目的是提高焊件的洁净度和焊接质量。通过预热、烘干和控制冷却速率等步骤,可有效去除焊件表面和内部的水分,避免在焊接过程中产生气孔和夹渣等缺陷。这一工艺在高合金钢、不锈钢以及一些特殊合金的焊接中尤为重要。焊接预热工艺1确定预热温度根据焊材、工件厚度等因素确定合适的预热温度。2选择预热方式可采用火焰预热、电阻预热等多种方式。3控制预热温度使用温度计实时监控并调整预热温度。4保持预热温度在焊接过程中持续保持工件的预热温度。焊接预热工艺通过提高工件温度来降低焊接残余应力和变形。根据具体工艺要求合理选择预热温度和方式很重要,需要严格控制温度并持续保持。焊接后热处理工艺1应力释放焊接后进行回火处理可以显著降低焊接残余应力,提高焊接结构的使用性能。2组织调整对焊接接头进行回火处理可以改善金属组织结构,增强材料的强度和韧性。3性能提升通过焊接后热处理,可以大幅提高焊接结构件的抗腐蚀性、疲劳寿命等性能。焊接应力与变形测试方法测量精度操作难度应用范围通过对比不同测试方法的测量精度、操作难度和适用范围,可以选择合适的方法来评估焊接过程中的应力和变形。焊接变形与残余应力的计算分析5%应力释放量20MPa最大残余应力50mm测试深度0.1mm应变检测精度焊接过程中会产生复杂的温度场和应力场,导致焊件产生不可逆的变形和残余应力。通过有限元分析等计算方法,可以模拟焊接工艺参数对变形和残余应力的影响,为合理控制焊接质量提供依据。测试时常采用应变测量、X射线衍射等技术,实测残余应力分布及释放情况。焊接工艺性能优化方法工艺参数优化通过调整焊接电流、电压、焊速等参数,精细优化焊接工艺,提高焊接质量和效率。预热温度控制合理控制预热温度,可以减少焊接变形和残余应力,提高焊接件的强度和韧性。焊接夹具优化通过优化焊接夹具的设计,可以有效控制焊接变形,提高焊接质量和生产效率。后热处理优化适当的焊后热处理可以充分释放焊接残余应力,减少焊接变形,改善焊接件性能。焊接缺陷的识别与修复1缺陷识别通过目视检查、探伤检测等方法识别焊接过程中可能出现的裂纹、气孔、夹渣等常见缺陷。2原因分析分析导致焊接缺陷的工艺参数、材料、环境等因素,找出问题的根源。3缺陷修复采取焊前预热、调整焊接工艺参数、后热处理等措施,对缺陷区域进行修复。4质量检查对修复后的焊缝进行复检,确保质量达标,消除安全隐患。焊接质量检验与评价外观检查检查焊缝表面的整洁度、焊缝形状、表面裂纹等外观特征,确保质量合格。尺寸测量测量焊缝的宽度、高度、腿长等尺寸,确保符合图纸或标准要求。非破坏性检测采用探伤、X射线等方法检测焊缝内部的气孔、裂纹等缺陷,防止隐患。力学性能测试通过拉伸、弯曲等试验确保焊接接头的强度和韧性指标达标。焊接制造工艺实例分析我们将以某大型装备制造企业生产的重型汽车车架为例,详细分析其焊接制造工艺。该车架采用高强度钢板材,采用多道焊接工艺进行焊接成形。包括焊前的板料预加工、多层焊缝的控制、焊接夹具的使用、焊后应力释放等关键工艺步骤。整个焊接制造过程严格控制焊接质量,保证了产品的强度、耐用性和使用安全性。焊工培训与考核要求焊工培训焊工培训包括理论知识、实操技能和安全防护等多个方面。系统地提高焊工的专业水平和操作能力,确保焊接质量与安全。考核标准考核内容包括焊接工艺、焊接操作、焊接质量、安全防护等方面。通过笔试、实操考核等方式,全面评估焊工的专业技能。持续培训注重实践培训,鼓励焊工参加技能竞赛,不断提高技术水平。定期组织焊工培训,跟上行业发展新趋势。资格认证通过培训和考核的焊工可获得相应级别的资格证书,为进一步提升职业发展奠定基础。焊接安全防护措施个人防护设备焊工必须穿戴专业的焊接防护服、手套、护目镜等,以防止伤害。工作环境控制确保良好的通风系统,减少有害气体和烟尘的积累。防火防爆措施工作区域内配备足够的消防设备,并采取防火防爆措施。标识警示在工作现场设置明显的安全标识和警示标志,提醒注意安全。焊接环境保护与节能焊接烟尘处理通过烟尘收集和净化系统，可有效减少焊接过程中产生的有害气体和粉尘排放，保护当地环境。焊接噪音控制采用隔音板、隔声罩等措施可大幅降低焊接作业产生的噪音污染，维护工人及周边居民的听力健康。焊接能源节约选用高能效焊机、优化焊工艺参数等方式可有效降低焊接过程的电力消耗，实现能源节约和成本节降。焊接工艺的发展趋势智能焊接技术采用机器人和人工智能技术实现焊接过程的自动化和数字化控制,提高焊接质量和生产效率。绿色环保焊接利用新型焊材和清洁焊接工艺,减少焊接过程中的污染排放,实现节能减排。