焊接加工 承接各种焊接

焊接生产过程可以概括为焊接生产的过程，其中材料（包括基本金属材料、各种辅助和填充材料、外购毛坯和零件等。）通过设备（备料设备、组装焊接设备等）加工成产品。).这个过程的主体是参与生产的员工，包括直接（基础生产工人、辅助工人、工程技术人员）和间接（管理人员、服务人员）生产人员和检验人员。当然，需要启动机器的能量（即动力）和一定的生产空室（即用于生产的车间场地）来进行这一生产过程。因此，焊接生产是由材料、设备、场地、动力和员工组成的，它们是焊接生产的组成部分。

今天，边肖将与您一起学习焊接生产的材料加工技术、组装和焊接技术。

1.材料加工技术

焊接生产的材料加工，包括钢材预处理，是指组装和焊接前的准备和加工，这是指对金属轧制产品的一系列加工，大多数焊接结构的基本材料，如钢材预处理包括校正（矫直）、清洗、表面保护处理、预下料等。焊前划线（划线）、切割（下料）、边缘处理、成型（包括弯曲）和坡口整理。它约占总处理工作量的25 %~60%。如果材料加工工艺差，即毛坯质量差，或尺寸误差大，缺乏互换性，或坡口加工不合适，或零件不规则变形等。，这使得装配困难，焊接质量下降，有时根本无法装配，需要修整，从而大大降低了生产效率。采用机械化和自动化装配焊接技术要求更严格，否则会产生焊接缺陷，因此制定合理的材料加工工艺以获得稳定的焊接生产工艺并确保优异的产品质量至关重要。以下几点描述了几种主要的材料加工技术:

①钢材的预处理

1）校正:不需要的变形，如波浪、整体弯曲、局部凸起、边缘弯曲等。由于运输、储存、轧制和冷却而出现在轧制钢材中，一些轧制产品（如厚度为5毫米或以下的钢材）在投入焊接生产前必须进行平整和校正，否则会影响标记、划线和切割的精度。材料加工（如热切割）引起的变形也需要校正，这称为二次校正。据统计，10%~100%的钢板和扁钢（根据厚度不同而不同）以及10%~20%的型材需要校正。校正通常在冷态下进行。过度的冷矫正（弯曲）会使材料变脆，因此为了限制过度的塑性变形，冷矫正和冷弯都受到限制。表5 -15给出了国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）的规定，按此规定修正的相对变形不大于1%。为了防止冷矫直（和冷弯）钢在低温下发生脆性断裂，规范规定碳素结构钢在环境温度低于-16℃和低合金结构钢低于-12℃时不得进行冷矫直或冷弯。超出表5-15规定范围的校正和弯曲需要加热，加热一般不得超过900℃。在对加工或焊接的坯料进行二次矫正时，应限制或消除焊缝的残余高度，以防止接头区域产生过大的塑性变形。在现代焊接生产中，经常使用机床进行校正，很少使用人工校正。钢板厚度可以用钢板矫直机从0。5毫米至50毫米，这是通过使用多辊重复轧制的原理实现的。中小截面型材也可以用多辊型材矫正机矫正，但工字钢、槽钢和大截面型材要用型材矫正机矫正。在某些情况下，尤其是钢材的二次矫正或焊接件的矫正，经常使用火焰矫正。其原理是利用气焊或气割焊接、切割力矩或专用火焰矫正加热枪加热矫正后的钢材或焊件的变形部位，如纤维伸长变形部位，使其产生压缩塑性变形，然后迅速冷却，使伸长的纤维缩短，从而消除变形。

校正后的钢材表面不应有明显的凹面或损伤，划痕深度不应大于0。5 mm，且不应大于钢材厚度负允许偏差的1/2。钢材校正后的允许偏差，即钢材转入下一道工序前的允许变形值，见表5 -16。

2）表面清理和表面保护处理:清除钢材和零件表面的铁锈、油污和氧化物是焊接生产中经常被忽视的一道工序。这样做的结果可能会破坏正常生产，如阻碍连续数控切割；很难甚至不可能采用有效的焊接方法，例如埋弧焊、窄间隙焊接、电阻点焊和缝焊。清洗方法主要有两种:机械法和化学法。前者包括喷砂或抛丸、手动风（电）砂轮或钢丝刷或砂布研磨、刮擦或抛光等。后者用溶剂清洗，效率高，质量均匀稳定，但成本高，并可能对环境造成污染（例如废液和空气体的处理不达标）。常用的方法是在稀硫酸槽中浸泡（质量分数为2%~4%），然后在石灰溶液槽中中和（质量分数为1%~2%）。

如果表面清洗后不及时投入生产，它将继续生锈。表面保护处理是在校正和清洁干燥后在钢材表面喷涂底漆（导电）的过程。在造船、重型机械、锅炉和工程机械方面，中国已建成20多条由专用设备组成的钢铁预处理生产线，包括平整、抛丸、40℃预热、酸洗和磷化、喷涂底漆和60℃干燥。

（2）放样、划线和标记该工序用于检查设计图纸的正确性，确定零件的毛坯下料尺寸，并制作模板。按照1:1的比例（放大样品）绘制设计结构称为放样。放线是一项精确、细致、技巧性很强的工作，对以后的加工影响很大。一般在放样室内进行放样。为了提高放样效率和质量，现代焊接生产采用光学放样和计算机放样。

在金属材料上划出待加工的零件或毛坯，以便切割或装配。这个过程称为划线，而用模板划线称为标记。划线和标记在专用平台上进行，划线平台应在起重机的移动范围内。当用仿形模板下料或用数控切割机下料时，不需要事先划线和标记。

（3）切割和焊接生产被称为金属裁缝，因此各种金属材料的切割和下料是一个重要步骤。在引言中，介绍了下料技术在焊接生产中的巨大进步，主要是指机械化和自动化的热切割技术。再加上热切割本身的进步，原来生产效率低、切口质量差的观念得到了根本改变。一些工厂采用机械化、自动化（数控）热切割技术对厚度大于6mm的钢材进行全部或大部分切割，省去了划线、标记的步骤，大大提高了切割质量。许多产品的边缘都是机械化热切割的产品，切口光滑，零件尺寸正确，大大提高了产品质量。

另一种切割是剪切切割，与大量的手工热切割相比，这种切割被称为机械切割。它通常在室温下进行剪切，常用的有剪切机（龙门剪切机）、圆盘剪切机、冲压机、联合冲剪机等设备。它的作用类似于家用剪刀。在上刀和下刀之间的切口处，金属被挤压、弯曲、剪切和分离。这种切口会因冷加工而硬化，被切割的金属会整体扭曲和塑性变形。大多数剪切设备只能剪切直线，很少有剪切机可以剪切凹槽。龙门剪的最大切割厚度不超过40毫米，非线性切割的圆盘剪的最大切割厚度为20~25毫米。对于型材，除了用组合冲剪机剪切外，还有用圆盘无齿锯、工具钢带锯或接触式电弧火花锯加工的型材。使用上述切割和锯切，由于设备大多是固定的，因此往往配备单独的起重运输设备和辊道，并且在车间起重设备的工作范围内。即便如此，工人的劳动强度仍然比较高。

（4）弯曲成形工作在弯曲成形焊接结构的制造中占有很大的比重，有些结构的金属材料有80%~90%需要弯曲成形。例如，长输管道结构、锅炉、压力容器、球形容器以及其他化工和石油设备都属于这种结构。绝大多数弯曲和局部成形工艺都是在冷态下进行的，为了防止过度变形引起的冷加工硬化和降低材料的机械性能，本规范规定了冷弯的最小曲率半径和最大弯曲升程，如表5 -15所示。如果温度超过此范围，可采用热成型和弯曲（卷板），加工应在温度降至7000℃（碳钢）和800℃（低合金结构钢）之前完成，工件应自然冷却。与骨科一样，规定了冬季加工的最低温度。目前，卷板机仍用于弯曲加工，也称为卷板机和辊道。常用的是三辊折弯机，也有四辊折弯机。现代折弯机（如PSIO）最大冷轧钢板厚度为190毫米，热轧钢板厚度为380毫米，钢板长度为3。它是一种下辊可水平移动的三辊折弯机，主要用于轧制核反应堆厚壁压力容器。中国制造和使用的冷轧钢板厚度也在60毫米以上，长度分为1。5~2m，2。5 ~ 3米、8 ~ 13米等系列。三辊折弯机倒圆时，钢板头部有一条长度为α的直边，如图5 -21 b所示，称为残余直边。如图5 -21 c所示，改进方法是用厚板制成的模具进行预弯曲（预弯曲也可以用压力机上的模具压出）；也可用四辊折弯机弯曲，如图5-21d和E所示；也可先弯成α直边的圆筒形毛坯，焊完纵向焊缝（未焊透）后，放入辊道校正。图5-21f显示了带有两个水平辊（或上辊水平移动-相对于下辊水平移动）的三辊卷板机，以执行消除剩余直边的滚圆过程。对于厚度小于6mm的薄板，也可以使用下辊带有聚氨酯弹性护套的双辊卷板机来完成卷绕，而不会留下直边（图5-21h）。

实际上，在各种预弯方法中仍然存在一些直边，只要它们在线圈圆度的误差范围内，即被允许。例如，如果板厚为δ，各种方法的剩余直边如表5 -17所示。

为了防止卷绕时扭曲，卷绕开始时工件必须居中，以使工件的母线与辊轴平行。三辊卷板机配有挡板保证工件对中，也可采用倾斜进料的方法使下辊起到对中挡板的作用；轧制四辊钢板时，可将一侧辊抬高作为挡板。

卷绕过程分为一次进给和多次进给。它取决于工艺约束和设备约束，即冷轧过程中允许的最大变形率和板材与轧辊之间无滑移，且不得超过轧辊的允许应力和设备的最大功率。如果一次进给不能满足要求，可以多次进给以完成卷绕。卷板机设备手册中给出的最小弯曲半径是指卷板机规定的公称规格的板材进给一次时的最小弯曲半径，多次进给时最小弯曲半径可接近上辊半径。线圈进给次数越少，效率越高，圆度误差相对较大。为了实现最高的生产率，在工艺、设备条件和圆度误差允许的范围内，卷绕总是以最少或一次进料完成。

考虑到钢材在冷卷取过程中的回弹，卷取时必须施加一定量的过卷，即使回弹后的工件直径是加工图要求的工件直径。因此，轧制时回弹前的工件直径决定了工艺参数。根据工件的半径r（中径的一半）、截面形状系数K1、钢的相对加强系数k0、板的厚度δ、钢的屈服极限σs和弹性模量e，参考以下公式计算回弹前的圆柱体半径r′。

其中m是由r和δ确定的常数。

其他符号如上所述；K1——对于经常轧制的板材的矩形截面，取1.5；对于Q235-A，钢的相对强化系数k可为11.6；如Q345（16Mn）可取14；18MnMoNiR可以当作17。6等。屈服极限σ s可分别取为240MPa、350MPa和520 MPa，e取为2。1× 105兆帕。然后根据卷筒的内径d和图纸要求的板厚δ，用上述公式计算回弹前卷筒的内径d:

已知回弹前圆柱体的半径r’，利用几何关系可以得到对称和非对称三辊和四辊卷板的几何参数。例如，当三辊和四辊钢板对称轧制时，已知下辊中心距、圆筒壁厚、上下辊半径和弹簧前圆筒半径为r’，因此可以确定上下辊中心之间的适当距离。在非对称三辊卷板中，可以确定上辊的左位置角和上辊的相对位置角，上辊偏离两辊中心的距离，以及上辊从最高位置压下的距离，如图5 -21f所示，如α、β、X和Y等卷板参数。

非对称三辊卷板机的上下辊之间的最大距离设置为h（可通过查阅设备参数获得），上下辊的直径分别为Da和Db，则可计算出上辊压下工件的向下位移y1:

由于不对称卷板，上辊将偏向一侧（如图5 -21f中的中间图片所示），施加在上辊上的力的线与偏离侧的圆筒中心和下辊中心的连线之间的夹角A称为左位角，与圆筒的垂直中心线，即， 两个滚筒中心与另一侧滚筒中心与下滚筒中心连线之间的夹角刀称为相对位置角。

其中B-剩余的直边（即前部设置为α），在三辊不对称卷绕的情况下，B大大减少，B = kδ，此处

k为剩余直边系数，最小值为1.5，δ为板厚；

l表示两个滚轮之间的中心距离（见图5-21f），其他符号同前。

如果H‘用于表示回弹前气缸中心和两个滚轮中心之间的距离，则有:

当钢板不对称轧制时，相对于该中心，上辊的垂直位置和水平位置y和x可通过以下公式计算:

当计算结果y为正时，意味着圆柱体的中心在被卷成回弹之前是向上的；第二个是正数，这意味着圆柱体的中心在反弹之前向右。有了这些参数，就可以进行三辊不对称轧制。如果将其编程，可用于数控三辊卷板机的数控自动卷板。

当需要热卷绕时，应如上所述正确控制卷绕温度。加热炉应布置在卷板机附近，距离约为6~10m，视加工工件和设备的尺寸而定。热卷不会反弹，因此无需过度缠绕。对于不允许冷轧的薄板，如果热轧，由于刚性差而难以提升，即所谓的温轧，即加热温度低于金属的再结晶温度并高于蓝脆温度。

弯曲零件应使用弧形样板进行检查。当零件弦长小于或等于1500毫米时，试样的弦长不应小于零件弦长的2/3；当弦长大于1500毫米时，样品弦长不应小于1500毫米。成型件与模板之间的间隙不得大于2。除非技术要求中另有规定，卷曲圆筒的尺寸公差请参考表5 -18。

当上辊中心线与下辊中心线成一角度时，即可加工锥形工件。此时，由于工件上的轴向力较大，因此需要检查打滑情况。三辊折弯机规定了该机可轧制锥体的最大锥顶角，图5 -21g显示了弯曲锥体管的情况。

复杂曲面形状的成形通常由压力机的模具挤压而成，例如封头、球罐的球形凸耳、带法兰的圆锥体、带车削孔的圆柱体、带法兰的管接头、肘形凸耳等。，如图5 -22所示。这种加工需要加热，但也可以冷压。焊接车间的压力机与锻造车间的压力机不同，前者尺寸较大。嘴前的头也是旋压加工的，效率和质量都很好。用爆炸法也可以成形特大型或特殊形状、加工量小的工件（或单件）。冲床加工大量大型或薄板（如汽车），其特点是效率高、外形尺寸非常精确、成本低、技术经济指标高。一些大型平板构件，如集装箱、火车车厢、船舶舱壁、化工和石油设备中的板式换热器等。使用过的冲压筋板（波纹板，图5 -22）也是在大型冲床上冲压而成。

在焊接结构中经常会遇到开孔，一种是螺栓焊接结构（或铆钉焊接结构）的螺栓（铆钉）孔，这种孔大多是通过钻孔机或冲孔方法完成的。另一种是管道孔、手孔、人孔以及锅炉和压力容器中管道接头相交的孔。少数采用摇臂钻加工，大部分采用热切削加工。过去，交叉孔的精密加工使用模板切割，但质量不尽如人意。现代数控切割技术已经发展起来，大大提高了切割的质量和效率。

2.焊接生产和装配过程

焊接结构生产的装配过程是将组成结构的零件和毛坯固定在正确的相互位置上以形成组件、零件或结构的过程。焊接后，可以生产成品（结构、零件和组件）。组装质量差使得无法获得高质量的产品。首先，它影响焊接质量。焊接过程越机械化和自动化，对装配质量的要求就越高。装配过程仍然是一个繁重的过程，约占结构总加工工作量的25 %~35%。装配时零件的固定通常通过定位焊接和装配焊接夹具来实现。通过点焊固定零件要求点焊具有一定的强度和刚度。例如，当固定零件从装配夹具或装配位置取出并运送到焊接站时，它们不应被焊接并产生过度变形。定位焊缝还应减少焊接变形，定位焊缝的位置和尺寸应便于焊接而不影响焊接接头和结构的质量和工作能力。定位焊缝的截面尺寸不宜过大，尽量布置在基本焊缝的位置，以便焊接时能完全重熔。如果定位焊必须布置在未设置焊缝的位置，则应在结构焊接完成后小心移除。一些在装配和焊接夹具中完成装配和焊接过程的人不需要点焊。

①装配工艺方法

1）按定位方法分为划线装配法和胎架装配法。对于批量小、结构简单的单个产品，可采用标记进行装配，称为标记装配法。根据设计图纸在零件的相互位置画线，然后用简单的螺钉、楔子和凸轮夹具固定零件，并在符合图纸要求后固定，如吊车梁的组装。起重机金属结构装配、框架分析装配等。另一种装配方法适用于批量、批量生产的轮胎夹具的装配，如利用模板或定位装置定位，在专用装配焊接夹具上装配定位焊接，或直接完成焊接，这种方法对装配工的要求比标记装配对工人技术水平的要求低，效率更高，劳动强度更低。因此，即使单件小批量生产，也可以通过通用装配夹具进行装配。

2）按组装和焊接顺序分为:整体组装和焊接；组装时焊接；根据零件组装焊接；最后，有三种组装和焊接。

①单个零件逐个组装成结构后，全部焊接完成，仅适用于结构简单、单件小批量的产品。

②逐个组装单个零件，然后焊接、重新组装并再次焊接，直到整个结构完成。这种组装方法类似于①。由于其结构复杂，很难一次性组装。这种方法也适用于单件和小批量结构的建造，如大型立式油罐和球形容器。

（3）将结构分成若干个零部件，每个零部件单独组装焊接，然后将合格的零部件组装成结构，焊接总组装焊缝。这种方法称为子组件装配法。它常用于批量生产和批量生产的条件下，但对于一些结构复杂的产品，即使是小批量生产，零件的装配方法也具有很大的优势。这种方法具有更高的组装和焊接质量，并改善了工人的工作条件，因为它将大型和复杂的结构分成轻型、更小和更简单的结构（组件、零件等）。），便于组装和焊接，可以将空之间的一些焊缝改为平焊缝，这可以大大增加工厂和车间的工作量，从而减少现场条件下的工作量，并且方便。这种分装方式可以提高劳动生产率，缩短生产周期，因为分装后便于实施专业化生产，工人需要掌握的生产工艺也相对简单，可以使用更多的轮胎夹具来消除或减少工序之间的等待时间。采用这种方法装配还简化了轮胎夹具，降低了成本，并能获得较高的技术经济指标。

3）根据装配工作的位置，分为固定位置装配法和移动装配法。在实际生产中，产品装配的位置可能是固定的，各种各样的工人为要制造的产品服务。这些产品大多是重型结构，产量很少，例如大型液压机的横梁和水轮机的转轮。产品的装配场所多为产品在工位沿线的流动，工人在固定的工位进行装配和焊接，如敞篷汽车和油罐车的装配和焊接。

（2）装配工艺的制定装配工艺包括零件、部件和组件的装配顺序，每个装配顺序和每个工作步骤中采用的装配方法，以及装配中使用的轮胎夹具、工具和设备的规格和型号。在制定装配工艺时，要考虑与前后工序的衔接，特别是后续工序与焊接工序的衔接，如焊接容易、应力和变形容易控制等。在制定装配工艺时，还应注意定位基面和零件公差的选择。用机加工零件组装焊接结构有两种方法:一是整体结构精加工，退火消除应力后再进行机加工，如内燃机车内燃机焊接基体、水轮机座圈、60000kN水压机三横梁等。另一种是先对零件进行加工，然后用具有足够刚度的特殊装置进行组装和焊接，例如汽车起重机的臂和挖掘机的框架。

3.焊接生产过程中的焊接技术

（1）焊接工艺的内容。

1）合理选择焊接方法和确定相应的焊接材料。

2）焊条电弧焊时选择合理的焊接参数，如焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接顺序和焊接层数；埋弧焊还应说明焊剂的类型；气体保护焊应规定气体类型、流速、焊丝伸出长度等。

3）制定其他措施并指定参数，如预热和缓慢冷却的要求，焊后热处理如后加热和中间加热的要求以及轮胎夹具的要求。

（2）制定焊接工艺应遵循的原则是首先保证质量，即焊接接头无论其外部尺寸或内部质量都应符合技术条件的要求；然后，要考虑生产效率，即要容易焊接，可达性好，周转次数少。轮胎夹具和机械化辅助装置可用于在最方便的位置焊接焊件，或实现机械化或自动化焊接，总之应具有较高的经济效益。为了优化经济、优质、高效的焊接工艺，除了电弧焊、电渣焊、电阻焊和钎焊等专业书籍和资料介绍的焊接方法知识外，还需要了解各种工艺的生产特点。这些特性是指每种工艺的适用范围，如基本金属的类型、厚度、焊接位置和焊缝长度。对材料加工工艺和装配工艺的要求，如坡口准备、焊前清理和焊后热处理；焊接所需辅助设备和工具的要求，以及辅助工艺的复杂性；焊接接头的质量和稳定性；经济指标，如劳动生产率、设备投资和其他生产成本、工人的工作条件。常见熔焊方法的生产特点见表5 -19，可供制定焊接工艺时参考。

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本文编辑:何晴

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