焊接结构生产工艺过程Word文档下载推荐.docx

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1．产品结构图样审查

制造焊接结构的图样是工程的语言，它主要包括新产品设计图样、继承性设计图样和按照实物测绘的图样等。

由于它们工艺性完善程度不同，因此工艺性审查的侧重点也有所区别。

但是，在生产前无论哪种图样都必须按以下内容进行图面审查，合格后才能交付生产准备和生产使用。

对图样的基本要求：

绘制的焊接结构图样，应符合机械制图国家标准中的有关规定。

图样应当齐全，除焊接结构的装配图外，还应有必要的部件图和零件图。

由于焊接结构一般都比较大，结构复杂，所以图样应选用适当的比例，也可在同一图中采用不同的比例绘出。

当产品结构较简单时，可在装配图上直接把零件的尺寸标注出来。

根据产品的使用性能和制作工艺需要，在图样上应有齐全合理的技术要求，若在图样上不能用图形、符号表示时，应有文字说明。

2．产品结构技术要求审查

焊接结构技术要求，主要包括使用要求和工艺要求。

使用要求一般是指结构的强度、刚度、耐久性（抗疲劳、耐腐蚀、耐磨和抗蠕变等），以及在工作环境条件下焊接结构的几何尺寸、力学性能、物理性能等。

而工艺要求则是指组成产品结构材料的焊接性及结构的合理性、生产的经济性和方便性。

为了满足焊接结构的技术要求，首先要分析产品的结构，了解焊接结构的工作性质及工作环境，然后必须对焊接结构的技术要求以及所执行的技术标准进行熟悉、消化理解，并结合具体的生产条件来考虑整个生产工艺能否适应焊接结构的技术要求，这样可以做到及时发现问题，提出合理的修改方案，改进生产工艺，使产品全面达到规定的技术要求。

三、焊接结构工艺性审查的内容

在进行焊接结构工艺性审查前，除了要熟悉该结构的工艺特点和技术要求以外，还必须了解被审查产品的用途、工作条件、受力情况及产量等有关方面的问题。

在进行焊接结构的工艺性审查时，主要审查以下几方面内容。

1．从降低应力集中的角度分析结构的合理性

应力集中不仅是降低疲劳强度的主要原因，也是降低材料塑性，引起结构脆断的主要原因，对结构强度有很坏的影响。

为了减少应力集中，应尽量使结构表面平滑，截面改变的地方应平缓并有合理的接头形式。

一般常从以下几个方面考虑：

（1）尽量避免焊缝过于集中图6-3a用八块小肋板加强轴承套，许多焊缝集中在一起，存在着严重的应力集中，不适合承受动载荷。

如果采用图b的形式，不仅改善了应力集中的情况，也使工艺性得到改善。

图6-4a中焊缝布置，都有不同程度的应力集中，而且可焊到性差，若改成图b所示结构，其应力集中和可焊到性都得到改善。

（2）尽量采用合理的接头形式对于重要的焊接接头应采用开坡口的焊缝，防止因未焊透而产生应力集中。

应设法将角接接头和T形接头，转化为应力集中系数较小的对接接头。

图6-5是这种转化的应用实例，将图a的接头转化为图b的形式，实质上是把焊缝从应力集中的位置转移到没有应力集中的地方，同时也改善了接头的工艺性。

应当指出，在对接接头中只有当力能够从一个零件平缓地过渡到另一个零件上去时，应力集中才是最小的。

（3）尽量避免构件截面的突变在截面变化的地方必须采用圆滑过渡或平缓过渡，不要形成尖角。

例如，搭接板存在锐角时（图6-6a）应把它改变成圆角或钝角（图6-6b）。

又如肋板存在尖角时（图6-7a）应将它改变成图b的形式。

在厚板与薄板或宽板与窄板对接时，均应在接合处有一定的斜度，使之平滑过渡。

（4）应用复合结构复合结构具有发挥各种工艺长处的特点，它可以采用铸造、锻造和压制工艺，将复杂的接头简化，把角焊缝改成对接焊缝。

不仅降低了应力集中，而且改善了工艺性。

图6-8就是应用复合结构，把角焊缝改为对接焊缝的实例。

2．从减小焊接应力与变形的角度分析结构合理性

1）尽可能地减少结构上的焊缝数量和焊缝的填充金属量。

这是设计焊接结构时一条最重要的原则。

因为它不仅仅是对减少焊接应力与变形有利，而且对许多方面都有利。

图6-9所示的框架转角，就有两个设计方案，图a是用许多小肋板，构成放射形状来加固转角；

图b设计是用少数肋板构成屋顶的形状来加固转角。

图b的方案不仅提高了框架转角处的刚度与强度，而且焊缝数量又少，减少了焊后的变形和复杂的应力状态。

2）尽可能地选用对称的构件截面和焊缝位置。

这种焊缝位置对称于构件截面的中性轴或使焊缝接近中性轴时，在焊后能得到较小的弯曲变形。

图6-10为各种截面的构件，图a构件的焊缝都在x—x轴一侧，焊后由于焊缝纵向收缩，最容易产生弯曲变形，图b构件的焊缝位置对称于x—x轴和y—y轴，焊后弯曲变形较小，且容易防止；

图c构件由两根角钢组成，焊缝位置与截面重心并不对称，若把距重心近的焊缝设计成连续的，把距重心远的焊缝设计成断续的，就能减少构件的弯曲变形。

3）尽可能地减小焊缝截面尺寸。

在不影响结构的强度与刚度的前提下，尽可能地减小焊缝截面尺寸或把连续角焊缝设计成断续角焊缝，减少塑性变形区的范围，使焊接应力与变形减少。

4）采用合理的装配焊接顺序。

对复杂的结构应采用分部件装配法，尽量减少总装焊缝数量并使之分布合理，这样能大大减少结构的变形。

为此，在设计结构时就要合理地划分部件，使部件的装配焊接易于进行和焊后经矫正能达到要求，这样就便于总装。

由于总装时焊缝少，结构刚性大，焊后的变形就很小。

5）尽量避免各条焊缝相交。

如图6-11所示三条角焊缝在空间相交。

图a在交点处会产生三轴应力，使材料塑性降低，同时可焊到性也差，并造成严重的应力集中。

若把它设计成图b所示的形式，能克服以上缺点。

3．从焊接生产工艺性分析结构的合理性

（1）尽量使结构具有良好的可焊到性可焊到性是指结构上每一条焊缝都能得到很方便的施焊，在工艺性审查时要注意结构的可焊到性，避免因不易施焊而造成焊接质量不好。

图6-12所示构件，图a所示三个结构都没有必要的操作空间，很难施焊，如果改成图b的形式，就具有良好的可焊到性。

又如厚板对接时，一般应开成X形或双U形坡口，若在构件不能翻转的情况下，就会造成大量的仰焊焊缝，这不但劳动条件差，质量还很保证，这时就必须采用V形或U形坡口来改善其工艺性。

（2）保证接头具有良好的可探到性严格检验焊接接头质量是保证结构质量的重要措施，对于结构上需要检验的焊接接头，必须考虑到是否检验方便。

对高压容器，其焊缝往往要求100%射线探伤。

图6-13a所示接头无法进行射线探伤或探伤结果无效，应改为图b的接头形式。

（3）尽量选用焊接性好的材料来制造焊接结构在结构选材时首先应满足结构工作条件和使用性能的需要，其次是满足焊接特点的需要。

在满足第一个需要的前提下，首先考虑的是材料的焊接性，其次考虑材料的强度。

另外，在结构设计的具体选材时，为了使生产管理方便，材料的种类、规格及型号也不宜过多。

4．从焊接生产的经济性方面分析结构的合理性

合理地节约材料和缩短焊接产品加工时间，不仅可以降低成本，而且可以减轻产品重量，便于加工和运输等，所以在工艺性审查时应给予重视。

（1）使用材料一定要合理一般来说，零件的形状越简单，材料的利用率就越高。

图6-14为法兰盘备料的三种方案，图a是用冲床落料制作，图b是用扇形片拼接，图c是用气割板条热弯而成，材料的利用率按a、b、c顺序提高，但生产的工时也按此顺序增加，哪种方案好要综合比较才能确定。

通常是法兰直径小，生产批量大时，可选用a方案；

尺寸大、批量大时，采用b方案能节约材料，经济效果好；

法兰直径大且窄，批量小，宜选用c方案。

图6-15b是锯齿合成梁，如果用工字钢通过气割（图615-a）再焊接成锯齿合成梁，就能节约大量的钢材和焊接工时。

（2）尽量减少生产劳动量焊接结构生产中，如果不努力节约人力和物力，不断提高生产率和降低成本，就会失去竞争能力。

除了在工艺上采取一定的措施外，还必须从设计上使结构有良好的工艺性。

减少生产劳动量的办法有很多，归纳起来有以下几个方面：

1）合理地确定焊缝尺寸。

确定工作焊缝的尺寸，通常用等强度原则来计算求得。

但只靠强度计算有时还是不够的，还必须考虑结构的特点及焊缝布局等问题。

例如，焊脚小而长度大的角焊缝，在强度相同情况下具有比大焊脚短焊缝省料省工的优点，图6-16中焊脚为K长度为2L和焊脚为2K长度为L的角焊缝强度相等，但焊条消耗量前者仅为后者的一半。

2）尽量取消多余的加工。

对单面坡口背面不进行清根焊接的对接焊缝，若通过修整表面来提高接头的疲劳强度是多余的，因为焊缝反面依然存在应力集中。

对结构中的联系焊缝，若要求开坡口或焊透也是多余的加工，因为焊缝受力不大。

如图6-17中工字梁的上下翼板拼接处焊上加强盖板，就是多余的，由于焊缝集中反而降低了工字梁承受动载荷的能力。

3）尽量减少辅助工时。

焊接结构生产中辅助工时一般占有较大的比例，减少辅助工时对提高生产率有重要意义。

结构中焊缝所在位置应使焊接设备调整次数最少，焊件翻转的次数最少。

图6-18为箱形截面构件，图a设计为对接焊缝，焊接过程翻转一次，就能焊完四条焊缝；

图b设计为角焊缝，如果采用“船形”位置焊接，需要翻转焊件三次，若用平焊位置焊接则需多次调整机头。

从焊前装配来看，图a方案也比图b要容易些。

4）尽量利用型钢和标准件。

型钢具有各种形状，经过相互组合可以构成刚性更大的各种焊接结构，对同一种结构如果用型钢来制造，则其焊接工作量会比用钢板制造要少得多。

图6-18中箱形截面构件，若用两个槽钢组成时，其焊接工作量可减少一半。

图6-19为一根变截面工字梁结构，图a是用三块钢板组成，如果用工字钢组成，可将工字钢用气割分开（图c所示），再组装焊接起来（图b所示），就能大大减少焊接工作量。

5）有利于采用先进的焊接方法。

埋弧焊的熔深比焊条电弧焊大，有时不需开坡口，从而节省工时；

采用二氧化碳气体保护焊时，不仅成本低、变形小且不需清渣。

在设计结构时应使接头易于使用上述较先进的焊接方法。

如图6-20所示箱形结构，图a形式可用焊条电弧焊焊接，若做成图b形式，就可使用埋弧焊和二氧化碳气体保护焊。

四、典型焊接结构工艺性审查的步骤及实例

1．焊接齿轮的结构工艺性审查

齿轮毛坯多为铸造生产。

但是当齿轮直径大于1m以上时仍采用铸造工艺生产，则废品率和生产成本都将会进一步增高。

另外，由于齿轮的工作特点，决定齿轮不能只用一种材料制造，所以在重型机械中，过去一直用铸造方式制作的大中型齿轮越来越多地被焊接齿轮所代替。

对于这类焊接结构，最容易受传统铸造或锻造结构的影响，因此应认真审查分析。

下面以如图6-21所示的辐板式圆柱齿轮为例作些介绍。

（1）焊接齿轮的工作特点焊接齿轮在工作时可能受到下列几种力的作用：

齿轮自身转动时产生的离心力；

由传动轴传来的转动力矩或由外界作用的圆周力；

由于工作部分结构形状和所处的工作条件不同而引起的轴向力和径向力；

由于各种原因引起的振动和冲击力。

（2）焊接齿轮的结构特点焊接齿轮分为工作部分和基体部分。

工作部分是指直接与外界接触并实现功能的部分，如轮齿；

基体部分由轮缘、轮辐和轮毂三者组成，主要对工作部分起支撑和传递力的作用。

制造时可选用不同的材料以满足齿轮各部位的工作要求。

如轮缘、轮毂的表面受力大，可选用强度高的低合金钢生产；

而辐板传递载荷，需要足够的韧性，强度要求可低些，选用Q235低碳钢制造。

基体部分的毛坯全部采用焊接方法制造，其中考虑到齿轮的厚度、直径和设备能力，轮缘毛坯可以采用如图6-22所示的几种生产方式制备。

图a为分段锻造后拼焊；

图b为利用钢板气割下料后拼焊；

图为c钢板卷圆后焊成筒体，然后逐个切割下来。

单辐板式圆柱齿轮的轮辐，多采用等厚度的圆钢板制作。

轮毂是基体与轴相连的部分，是简单的圆筒体结构。

转动力矩通过它与轴之间的过盈配合或键进行传递。

轮毂毛坯用锻造或铸造制备，也可锻成两半圆片，再用电渣焊接等方法拼焊起来。

从以上分析可以看出：

1）焊接齿轮的整体结构应做到匀称和紧凑，轮体上焊缝分布相对于转动轴线应均匀对称以保证机械的平衡。

2）根据轮体上各组成部分所处的地位和工作特点不同，对材料要求不同，因此应按实际需要选择材料，同时注意材料的焊接性。

3）由于齿轮采用辐板式焊接结构，轮缘和轮毂对焊缝刚性约束大，基体上两条环行封闭的焊缝在焊接过程中最容易产生裂纹，因此应选用抗裂性能较好的低氢型焊接材料，并在工艺上采用预热或对工件实施对称焊接等措施。

4）从焊接齿轮受力上分析，基体是在动载荷下工作，其破坏形式主要是疲劳破坏。

因此基体的焊接结构需要尽量避免一切引起应力集中的因素。

如接头应开坡口并两面施焊、焊缝避开应力集中区、在应力集中部位采用大圆弧过渡等。

5）焊接齿轮的结构形式不应受传统结构的影响，在受力分析的基础上发挥焊接工艺的特长，通过对各构件的合理组合，有可能会获得强度高、刚性好和重量轻的新结构。

2．型钢桁架的结构工艺性审查

桁架是主要用于承受横向载荷的梁类结构，还可以做机器骨架及各种支承塔架。

一般来说，当构件承载小、跨度大时，采用桁架做梁具有节省钢材、重量轻、可以充分利用材料的优点。

同时，桁架运输和安装，制造时易于控制变形。

但桁架节点处均用短焊缝连接，装配费工，难于采用自动化、高效率的焊接方法。

因此，一般认为跨度大于30m、载荷较小时，使用桁架是比较经济的。

（1）桁架的技术参数桁架的主要技术参数是跨度和刚度，起重机桁架的跨度是指桥架两轨道之间的距离，桁架弦杆轴线之间最大间距为桁架高度。

（2）型钢桁架节点结构分析为了保证桁架结构的强度和刚度，桁架杆件截面所用的型钢种类越少越好，且杆件所用角钢一般不得小于L50mm×

50mm×

5mm，钢板厚度不小于5mm，钢管壁厚不小于4mm。

杆件截面宜用宽而薄的型钢组成，以增大刚度。

从桁架的技术要求及生产工艺看，分析桁架节点结构的主要目的是：

防止在节点处产生附加力矩及减少节点处应力集中。

如6-23图所示为屋顶桁架A处节点结构设计的四种形式。

图a节点的几何中心线不重合，将产生附加力矩，同时件1、2、3间距小，使施焊比较困难。

图b节点的几何中心线重合，附加力矩小，但型钢1、3与件4的过渡尖角大，易在尖角处形成应力集中。

图c节点选用连接板4，使件1、2、3、与件4的焊缝过长，焊后易使桁架产生变形，且增加了装配工作量，浪费材料。

图d节点结构采用带弧形的连接板，降低了节点的应力集中，提高了节点的承载力。

为使焊缝不致太密集，又有足够长度以满足强度要求，桁架节点处应多设置节点板。

原则上桁架节点板越小越好；

节点结构形式越简单，切割次数越少越好，最好用矩形、梯形和平行四边形的节点板。

综上所述，要使型钢桁架节点结构合理，必须要做到以下几点：

1）杆件截面的重心线应与桁架的轴线重合，在节点处各杆应汇交于一点。

2）桁架杆件宜直切或斜切，不可尖角切割。

如图6-24a、b、c所示较好，图d不宜采

用。

3）在铆接结构中桁架的节点必须采用节点板；

焊接桁架可有可无节点板。

当采用节点板时其尺寸不宜过大，形状应尽可能简单。

4）角钢桁架弦杆为变截面时，应将接头设在节点处。

为便于拼接，可使拼接处两侧角钢肢背平齐。

为减小偏心可取两角钢的重心线之间的中心线与桁架轴线重合，如图6-25a所示。

对于重型桁架，弦杆变截面的接头应设在节点之外，以便简化节点构造，如图6-25b所示。

第二节工艺规程

一、生产过程与工艺过程

将原材料或半成品转变为产品的全部过程称为生产过程。

它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。

前者称为工艺过程，后者称为辅助生产过程。

在现代焊接产品的制造中，为了提高劳动生产率，便于组织生产，一件产品的生产过程，往往是由许多专业化的工厂联合完成的。

如一台压力容器的大部分零部件的制造，整台设备的装配、试车、检验和油漆等都是在容器生产厂进行的。

但大型容器中的封头、各类接管、密封件、标准人手孔、大型锻件和其他有关标准件等，则多是由别的专业工厂所制造。

一个工厂的生产过程可以划分为不同车间的生产过程，例如焊接车间的生产过程、锻造车间的生产过程、装配车间的生产过程等。

因此，任何工厂（或车间）的生产过程，是指该工厂（或车间）直接把进厂（或车间）的原料和半成品变为成品的各个劳动过程的总和。

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排列组合而成的。

通过各种工序可以将原材料或毛坯逐渐制成成品。

1．工序

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几个焊件所连续完成的那部分工艺过程，称为工序。

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、油漆等。

在生产过程中产品由原材料或半成品所经过的毛坯制造、机械加工、装配焊接、油漆包装等加工所通过的路线叫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。

2．工位

工位是工序的一部分。

在某一工序中，工件在加工设备上所占的每个工作位置称为工位。

例如在转胎上焊接工字梁上的四条焊缝，如用一台焊机，工件需转动四个角度，即有四个工位，图6-26a所示。

如用两台焊机，焊缝1、4同时对称焊→翻转→焊缝2、3同时对称焊，工件只需装配两次，即有两个工位，如图b所示。

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。

在一个工序内工件、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动作称为工步。

构成工步的某一因素发生变化时，一般认为是一个新的工步。

例如厚板开坡口对接多层焊时，打底层用CO2气体保护焊，中间层和盖面层均用焊条电弧焊，一般情况下，盖面层选择的焊条直径较粗，电流也大一些，则这一焊接工序是由三个不同的工步组成。

三、工艺规程的概念

工艺规程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。

工艺规程是工厂中生产产品的科学程序和方法；

是产品零部件加工、装配焊接、工时定额、材料消耗定额、计划调度、质量管理以及设备选购等生产活动的技术依据。

工艺规程的技术先进性和经济性，决定着产品的质量与成本，决定着产品的竞争能力，决定着工厂的生存与发展。

因此，工艺规程是工厂工艺文件中的指导性技术文件，也是工厂工艺工作的核心。

四、工艺规程的作用

编制工艺规程是生产中一项技术措施，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。

科学的工艺规程具有如下作用：

1．工艺规程是指导生产的主要技术文件

工艺规程是在总结技术人员和广大工人实践经验的基础上，根据一定的工艺理论和必要的工艺试验制定出来的。

按照合理的工艺规程组织生产，可以使结构在满足正常工作和安全运行的条件下达到高质、优产和最佳的经济效益。

2．工艺规程是生产组织和生产管理的基本依据

从工艺规程所涉及的内容可知，它能够为组织生产和科学管理提供基础素材。

根据工艺规程，工厂可以进行全面的生产技术准备工作，如原材料、毛坯的准备，工作场地的调整与布置，工艺装备的设计与制造等。

其次，工厂的计划、调度部门，是根据生产计划和工艺规程来安排生产，使全厂各部门紧密地配合，均衡完成生产计划。

3．工艺规程是设计新厂或扩建、改建旧厂的基础技术依据

在新建和扩建工厂、车间时，只有根据工艺规程和生产纲领才能确定生产所需的设备种类和数量，设备布置，车间面积，生产工人的工种、等级、人数以及辅助部门的安排等。

4．工艺规程是交流先进经验的桥梁

学习和借鉴先进工厂的工艺规程，可以大大地缩短工厂研制和开发的周期。

同时工厂之间的相互交流，能提高技术人员的专业能力和技术水平。

工艺规程一旦确定下来，任何人都必须严格遵守，不得随意改动。

但是随着时间的推移，新工艺、新技术、新材料、新设备的不断涌现，某一工艺规程在应用一段时间后，可能会变得相对的落后，所以应定期对工艺规程进行修订和更新，不然工艺规程就会失去指导意义。

第三节焊接结构加工工艺规程的编制

一、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。

工艺过程的灵活性较大，对不同零件和产品，在这方面的具体要求有所不同，达到和满足这些要求的方法和条件也不一样，但都存在着一定的规律性。

在编制工艺规程时，就应深入研究各种典型零件与产品在这方面的规律性，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

在编制工艺规程时，要了解国内外本行业工艺技术的发展情况，对目前本厂所存在的差距要心中有数。

要充分利用焊接结构生产工艺方面的最新科学技术成就，广泛地采用最新的发明创造、合理化建议和国内外先进经验。

尽最大可能保持工艺规程技术上的先进性。

2．经济上的合理性

在一定生产条件下，要对多种工艺方法进行对比与计算，尤其要对产品的关键件、主要件、复杂零部件的工艺方法，采用价值工程理论，通过核算和方案评比，选择经济上最合理的方法，在保证质量的前提下以求成本最低。

3．技术上的可行性

编制工艺规程必须从本厂的实际条件出发，充分利用现有设备，发掘工厂的潜力，结合具体生产条件消除生产中的薄弱环节。

由于产品生产工艺的灵活性