中型挖掘机油管的焊接工艺设计.docx

中型挖掘机油管的焊接工艺设计.docx

《中型挖掘机油管的焊接工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中型挖掘机油管的焊接工艺设计.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

中型挖掘机油管的焊接工艺设计

中型挖掘机油管的焊接工艺设计

摘要

油管属于支架类零件，是减速器的包容件，对减速器的各零件起包容作用。

它在减速器中是结构较复杂的零件。

它不是传动件，受力不高。

根据结构特点及使用性能选择Q235-A为盖板、轴承座及肋板等的材料。

根据Q235-A钢选择合适的成型工艺以及焊接方法、编制合理的工艺规程、选择正确的装配方法、对焊接缺陷的预测、危害分析以及找出相关的补救措施。

关键词：

焊接工艺、焊接方法、焊接缺陷、焊接检验

Abstract

Boxbelongstothebrackettypeparts,isthereduceroftheinclusionofthepartsofthereducerplayaninclusiverole.Itisacomplicatedpartinthereducer.Itisnotatransmission,theforceisnothigh.Accordingtothestructuralcharacteristicsandperformance,q235-aisselectedasthematerialofcoverplate,bearingseatandfloorplate.Accordingtoq235-asteelselecttheappropriatemoldingprocessandweldingmethod,preparereasonableprocessprocedures,selectthecorrectassemblymethod,thepredictionofweldingdefects,hazardanalysisandfindouttherelevantremedialmeasures.

Keywords:

weldingprocess,weldingmethod,weldingdefects,weldinginspection

引言

毕业设计是焊接技术及自动化专业学生在学完基础理论课，技术基础课和专业课的基础上，所设置的一个重要实践性教学环节，其目的

（1）综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识,进行一次焊接的实际训练,从而培养和提高学生独立工作的能力

（2）巩固和扩充在学校所学的课程内容,掌握焊接的方法与步骤

（3）掌握焊接的基本技能,如计算,绘图,查阅设计资料和手册,熟悉标准和规范等

 临近毕业，学校下放的毕业设计课题为：

中型挖掘机油管焊接的焊接制作工艺。

通过任务书，我了解了这次设计的主要内容：

母材选择及相关热处理、焊接方法和设备的选择、焊接材料、设计焊接夹具、确定焊接结构工艺路线、确定焊接检验的方法及实施步骤、对可能出现的重要缺陷进行预见和危害分析。

第一章中型挖掘机油管焊接的母材选用及加工

1.1母材的选用

根据中型挖掘机油管焊接的结构强度要求及经济因素选择母材：

Q235-A钢：

化学成分（%）

牌号

C

Ma

Si

S

P

Q235-A

0.14~0.22

0.30~0.65

≤0.30

≤0.050

≤0.045

表

（一）母材的化学成分

力学性能

牌号

δb/MPa

δs/MPa

δs（%）

Q235-A

375~460

≥235

26

表

（二）母材的力学性能

1.2钢材的矫正原理及方法：

矫正就是采用加或加热的方式，把已伸长的纤维缩短，把缩短的纤维伸长，最终使钢板厚度方向的纤维趋于一致。

方法：

中型挖掘机油管焊接的矫正方法为机械矫正

矫正过程：

钢板矫正机如图所示，下派轴辊是主动轴辊，由电动机带动旋转。

上排轴辊是从动轴辊。

能作上下调节以适应矫正不同厚度的钢板，中型挖掘机油管焊接矫正时，先将油管压在下排轴辊上，调节上排轴辊至合适高度，然后启动电动机带动旋转。

中型挖掘机油管焊接的矫正采用机械矫正例图

图（1-1）

1.3划线

根据图样和技术要求，在毛坯或半成品上用划线工具画出加工界线，或划出做为基准的点、线的操作过程称为划线。

　　划线分为平面划线和立体划线两种。

只需要在工件一个表面上划线后即能明确表明加工界限，称之为平面划线；需要在工件几个互成不同角度（一般式互相垂直）的表面上划线，才能明确表明加工界限的，称为立体划线。

対划线的基本要求是线条清晰匀称，定型、定位尺寸准确。

由于划线的线条有一定宽度，一般要求精度达到0.25-0.5mm。

应当注意，工件的加工精度不能完全有划线确定，而应该在加工过程中通过测量来保证把后板展开再按图纸设计图样上的图形和尺寸，按1：

1的比例在待下料的钢材上画出加工界限，再经过加工做出样板，用样品进行划线。

1.4号料

在成批生产和重复次数较多时，为了提高生产率和节约原材料，一般先做成样板，用样板进行划线，即为号料。

1.4.1号料的方法

号料的方法有很多，常用的有样板号料和草图号料。

当图形比较复杂、曲线较多时，通常利用样板号料以提高质量和效率。

而形状比较规则的矩形板、肋板等，则按草图号料或按号料卡片直接在钢材上号料。

1.4.2样板的分类

样板按其用途可分为划线样板和检测样板两种。

划线样板按其用途可分为展开样板、划孔样板和切口样板。

1.4.3号料的作用

1）节约原材料

2）提高生产率

1.5成形方法

对于成形方法我采取的是锻压成形，它是金属压力生产中的一部分。

所谓金属压力加工即对胚料施加外力使其产生塑性变形，改变尺寸形状以及改善性能用以制造机械零件或毛胚的成形加工方法。

此次用的就是其中锻压成形工艺，它是锻压和冲压的总称。

按图样将材料锻压成形。

1.6气割圆筒

气割圆筒时，一般选切内圆，然后再切外圆。

切割时首先要在钢板上割个孔，切割方法是先对钢板进行预热，嘴头要垂直于钢板，至钢板暗红达到切割温度时，将割嘴倾斜一些，便于氧化铁渣的吹出，此时打开高压氧将铁渣吹出。

开始切割时高压氧不要开得太大，随着割炬逐渐往后拖，将割嘴倾斜相反方向的熔化金属吹出。

当氧化铁渣的火花不再上飞时，说明正将钢板切透。

这时将嘴头和钢板垂直，割炬延内圆线切割。

为了保证切口质量，切割速度不宜过快。

1.7钻孔

钻孔的时候需要考虑孔的加工精度，对于成形方法我采取的是锻压成形，它是金属压力生产中的一部分。

所谓金属压力加工即对胚料施加外力使其产生塑性变形，改变尺寸形状以及改善性能用以制造机械零件或毛胚的成形加工方法。

此次用的就是其中锻压成形工艺，它是锻压和冲压的总称，按图纸要求在各零件上钻出相应的孔，并攻出相应的螺纹。

1.8Q235的热处理

Q235是低碳钢，而低碳钢中含碳量较低，含锰、硅又少，所以通常情况下不会因焊接而一起严重硬化组织和淬火组织，这种钢材的塑性和冲击韧度优良，焊成的接头塑性和冲击韧度也很好，焊接时一般不需要预热、控制层间温度和后热，焊后也不采用热处理来改善组织，可以说整个焊接过程中不需要特殊的工艺措施，其焊接性优良，可以采用各种焊接方法焊接。

但根据双工位封头抛磨机除尘罩子图纸上的技术要求说明，除尘罩子在焊接前可以不需要热处理，在焊接后应该进行退火处理，退火处理其主要用于去掉焊接结构的焊接残余应力。

第二章中型挖掘机油管焊接的装配工艺

2.1坡口形式与焊接技术

2.1.1坡口形式

坡口指的是为了保证焊接质量,在焊接前对工件需要焊接处进行的加工，可以气割，也可以切削而成，一般为斜面，有时也为曲面。

开坡口可保证电弧能深入焊缝根部，保证焊缝焊透，便于消除夹杂，获得较好的焊缝成行，而且能调节母材和填充金属的融合比例。

在焊接时改变坡口的大小可以改变焊缝金属的化学成分，因此，对焊接质量有很大的影响。

在保证焊接质量的前提下坡口角度开的小点为好，这样，可以减少工作量。

坡口根据需要，有Y型坡口，Ｖ型坡口，Ⅰ型坡口，Ｕ型坡口等坡口形式，但大多要求保留一定的钝边。

根据设计的需要，在焊件的待焊部位加工一定的几何形状的沟槽，即是坡口。

手弧焊的坡口形式，应根据结构的形式、工件厚度、技术条件的要求而选择。

选择坡口的形式时，在保证工件焊透的前提下，需考虑焊缝的融合比，坡口的形式是否容易加工，以及焊接生产率高低和和焊件变形大小等。

手弧焊与气体保护焊的坡口的基本形式如表3-1所示

序号

工件厚度δ（mm）

坡口形式

坡口尺寸（mm）

1

3

I形坡口

b:

0-1.5

2

3

I形坡口

b:

0-2

3

1.8

I形坡口

b:

0-2

4

3

I形坡口

b:

0-2

2.1.2坡口的加工方法

根据设计或工艺要求，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状和尺寸的沟槽，叫坡口。

作用是：

（1）使热源（电弧或火焰）能保人焊缝根部，保证根部焊透。

（2）便于操作和清理焊渣。

 （3）调整焊缝成型系数，获得较好的焊缝成型。

（4）调节基本金属与填充金属的比例。

2、选择坡口的原则

 为获得高质量的焊接接头，应选择适当的坡口型式。

坡口的选择，主要取决于母材厚度、焊接方法和工艺要求。

选择时，应注意以下问题：

（1）尽量减少填充金属量。

（2）坡口形状容易加工。

  （3）便于焊工操作和清渣

  （4）焊后应力和变形尽可能小。

V、U、X型坡口的比较

坡口形式

比较条件

加工

焊缝填充金属量

焊件翻转

焊后变形

V

方便

较多

不需要

较大

U

复杂

少

不需要

小

X

方便

较少

需要

较小

（1）刨削。

刨削加工是用刨刀对工件作水平相对直线往复运动的切削加工方法，主要用于零件的外形加工。

有角度要求的坡口，可用刨床或刨边机对钢板边缘做刨削。

（2）车削。

圆形工件或管子开坡口，可用车床或管子坡口机、电动车管机等将边缘车削。

车床加工主要用车刀对旋转的工件进行车削加工。

在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。

车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床加工

（3）剪切。

对I形接头较薄的钢板，用剪切机剪切。

剪切过程可分为两步，即刀片压入金属（包括弹性压入和塑性压入）和金属滑移直至断裂。

刀片采用碳素工具钢、合金工具钢或热模具钢制成。

剪切机除用电动机传动外，也有采用液压传动的。

剪切机的布置由各类剪切机的用途和生产需要决定

（4）气割。

它是应用较多的坡口加工方法，可以得到直线形与曲线形任何角度的各种类型的坡口。

但是，手工气割焊件的尺寸和形状精度较差，表面粗糙，需尽可能用半自动或自动化的切割方法。

焊前的清理，焊前，对熔化极惰性气体保护焊应严格清楚金属表面的氧化膜、油脂和水分等赃物，所有方法因材质不同而不同。

（5）碳弧气刨：

主要用于清理焊根时的开槽，效率较高、劳动条件较差。

（6）铲削或磨削：

用手工或风动、电动工具铲削或使用砂轮机（或角向磨光机）磨削加工，效率较低，多用于焊接缺陷返修部位的开槽。

坡口加工质量对焊接过程有很大影响，应符合图纸或技术条件要求。

机械清理对不锈钢一般用纱布打磨清理，然后用丙酮或汽油去除油污。

2.2工艺路线

2.2.1定位基准的选择

精基准的选择：

夹具体的结合既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现油管零件“一面两孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。

此外，结合面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。

粗基准的选择：

按照有关粗基准的选择原则，当零件有不同加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准。

现选取两个未铸造孔Φ12.5㎜孔的下表面，R12外圆的圆弧不加工外轮廓表面作为基准，此外还应能保证定位准确、夹紧可靠。

最先进行机械加工的表面是精基准面-结合面。

方案一：

用两支承钉支撑两个未铸造孔Φ25㎜孔的下表面，限制Z的移动和X的旋转这两个自由度；用对活动动V型块夹紧R12.5的外圆表面，限制Y、X的移动Z、Y的旋转这四个自由度。

用粗铣的方式加工连杆体结合面。

以上端面为基准，对Φ25㎜孔的加工是先钻孔再扩孔，然进行与连杆盖配对加工其它孔和端面。

方案二：

用两支承钉支撑连杆体的下表面，并预留出Φ25㎜孔的位置，限制Z的移动和X的旋转这两个自由度；用对活动动V型块夹紧R12.5的外圆表面，限制Y、X的移动，Z、Y的旋转这四个自由度。

以粗铣的方式加工连杆体结合面，以先钻孔后扩孔的方式加工Φ25㎜的孔和前后端面。

对于方案二：

这样加工，虽然减少了几次装夹，可减少装夹辅助时间。

但是以初基准面加工Φ25㎜的孔和前后端面，会产生较大误差，不能保证钻孔时孔与结合面的垂直度。

且装夹时需预留Φ25㎜孔的位置，反而增加了装夹难度，同时使装夹工具复杂化，降低了工作效率。

方案一：

完全克服了方案存在的缺点，减小了加工误差，降低了对工人技术的要求和工人的劳动强度，使制造夹具的成本降低了。

同时也大大提高了加工效率，提高了效益。

第三章中型挖掘机油管焊接的焊接工艺

3.1Q235的焊接性

Q235AF中含碳量较低、含锰硅有少，所以，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织和淬火组织，这样钢材的塑性和冲击韧度优良，焊接成的街头塑性和冲击韧度也很好，焊接时一般不需要特殊的工艺措施，其焊接性优良。

3.2焊接方法及设备的选择

用于低碳钢的焊接方法很多，如氧乙炔焊、手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、等离子弧焊、电渣焊、电阻焊、摩擦焊、热剂焊、钎焊等，几乎涉及所有的焊接方法。

近年来，开发呢各种高效率、高质量的焊接工艺和方法，如单面焊双面成行，高效率铁粉焊条和重力焊条电弧焊、氩弧焊封底-焊条电弧焊联合实用法，采用烧结焊剂和快速焊剂的埋弧焊、窄间隙埋弧焊、药芯焊丝气体保护电弧焊、旋转电弧加热焊等。

这些高效率、高质量的焊接方法在低碳钢结构中获的了日益广泛的应用，下面主要从经济效益、效率、设备复杂程度、操作方便等方面来选择焊接方法：

3.2.1首选：

手工电弧焊

手工电弧焊的焊接参数包括焊条种类和牌号、焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度

焊条电弧焊的优点

（1）工艺灵活、适应性强对于不同的焊接位置、接头形式，只要焊条所能达到的任何位置，均能进行方便的焊接。

（2）应用范围广焊条电弧焊的焊条能够与大多数金属性能相匹配，因而接头的性能可以达到被焊金属的性能。

（3）易于分散焊接应力和控制焊接变形由于焊接是局部的不均匀加热，所以在焊接过程都存在着焊接应力和变形。

采用焊条电弧焊，可以通过改变焊接工艺，如采用跳焊、分段退焊、对称焊等方法来减少变形和改善焊接应力的分布。

（4）设备简单成本低焊条电弧焊所用的设备结构都比较简单，维护保养也方便，设备轻便而且易于移动，且焊接中不需要辅助气体保护，并具有较强的抗风能力。

投资少，成本相对较低。

（1）焊条种类和牌号的选择

焊条的选择因考虑焊缝金属力学性能和化学成分，焊接构件使用性能和工作条件，焊接结构特点及受力条件以及施工条件和经济效益。

低碳钢Q235-A是一种普通结构钢，它要求焊缝金属和母材等强度，而从使用性能和工作条件考虑，支架要承受动载荷和冲击载荷，除强度要满足外，还要保证焊缝金属具有较高的冲击韧性和塑性，所以要选抗裂性好、工艺性好的酸性焊条。

焊条牌号等如表3-3

牌号

国标

药皮类型

焊接电流

主要用途

J422

E4303

钛钙型

交直流

焊接重要的低碳钢结构和同强度等级的低合金钢

（2）焊条直径的选择

根据焊件厚度选择焊条直径，焊条直径焊件厚度的关系如表3-4   

焊件厚度/mm

2

3

4-5

6-12

>13

焊条直径/mm

2

3.2

3.2-4

4-5

4-16

在板厚相同的条件下，平焊位置的焊接所选用的焊条直径比其他位置大一些，立焊，横焊和仰焊应选用较细的焊条，一般不超过4.0mm。

第一层焊道应选用小直径焊条焊接，以后各层可以根据焊件的厚度选用较大的焊条。

T形接头、搭接接头都选用较大直径的焊条。

（3）焊接电流的选择

a根据焊条直径选择焊接电流。

每种直径的焊条都有合适的电流范围。

表3-5就是各种直径焊条合适的焊接电流参考值

焊条直径/mm

1.6

2.0

2.5

3.2

4

5

6

焊接电流/A

25-40

40-65

50-80

100-130

160-210

200-270

260-300

b根据焊接位置选择焊接电流。

平焊可选择较大的电流焊接，横焊、立焊、仰焊，其焊接电流较平焊位置小10%-20%。

（4）电弧电压的选择  

选择电弧电压，主要由电弧长度决定。

电弧的长度一般等于焊条直径的1/2倍至1倍，相应的电弧电压则为16-25v。

酸性焊条弧长等于焊条直径，碱性焊条弧长则为焊条直径的1/2。

（5）焊接速度的选择

焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透又要保证不烧穿，同时还要使焊缝宽度和高度符合图样设计要求。

手工电弧焊焊接工艺卡

中型挖掘机油管焊接

焊接工艺卡片

产品型号

零件名称

零件图号

零件名称

共1页

第1页

主要组成件

序号

图号

名称

材料

件数

1

1

接头1

Q235A

1

2

2

接头2

Q235A

1

3

3

中型挖掘机油管

Q235A

1

4

4

管套

Q235A

1

工序号

工序

名称

工序内容

设备

工艺

装备

焊接电流

电弧

电压

气体流量

焊条

焊接速度

工时

型号

直径

00

焊前清理

清理待焊处工件表面的铁锈、油、水等

钢丝刷

10

焊前预热

将焊件待焊处预热至250左右

20

定位焊

工件按零件图装配好后施定位焊，定位焊长度5-8mm,间距30-50mm

BX3-300

工作平台

装配工具

焊钳

面罩

铁锤

90-120A

16-20V

E4303

3.2

25m/h

30

焊接

BX3-300

工作平台

装配工具

焊钳

面罩

铁锤固定夹具

100-130A

16-25V

E4303

3.2

25m/h

40

焊后处理

清除焊缝边缘的焊渣等

50

检验

检验焊缝是否符合技术要求

3.2.2次选：

CO2气体保护焊

CO2气体保护焊的特点

1.焊接成本低CO2气体来源广、价格低廉，而且消耗的焊接电能少，所以CO2焊的成本低，仅为埋弧焊及电弧焊的30%-50%。

2.生产率高由于CO2焊的焊接电流密度大，使焊缝厚度增加，焊丝的熔化率提高，熔敷速度加快；另外，焊丝又是连续送进，且焊后没有焊渣，特别是多层焊接时，节省了清洁时间。

所以生产率比焊条电弧焊高1-4倍。

3.焊接变形和焊接应力小由于电弧热量集中，焊件加热面积小，同时CO2气体具有较强的冷却作用，因此，焊接应力和变形小。

4.操作性能好，适用范围广

焊丝

型号送气速度电压送丝速度

ER49-16-12L/min17-30V1.5-9m.min-1

δ=1.0-2.0mm拉丝式焊丝R=0.8mm伸长长度8mm短路过度

δ=2.0-12拉丝式焊丝R=1.2mm伸长长度12mm短路过度

焊接参数包括焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、电源极性、气体流量、装配间隙与坡口尺寸、喷嘴到焊件的距离。

（1）焊丝直径

焊丝型号：

ER49-1

焊丝直径一般根据焊件厚度、焊接空间位置及生产率的要求来选择。

当焊接薄板或中厚板的立、横、仰焊时，多采用直径1.6mm以下的焊丝；在平焊位置焊接中厚板时，可以采用直径1.2mm以上的焊丝，焊丝直径的选择如表3-6：

焊丝直径/mm

熔滴过渡形式

焊件厚度/mm

焊缝位置

0.5-0.8

短路过渡

1.0-2.5

全位置

颗粒过渡

2.5-4.0

平焊

1.0-1.4

短路过渡

2.0-8.0

全位置

颗粒过渡

2.0-12.0

平焊

1.6

颗粒过渡

3.0-12.0

全位置

>1.6

颗粒过渡

>6.0

平焊

（2）焊接电流。

它的大小主要由送丝速度决定，送丝速度越快，则焊接电流越大。

电流为：

60-250A

（3）电弧电压。

短路过渡时，电弧电压计算式如下：

V=0.04I-16+20+/-2.0（A）

焊接电流和电弧电压最佳配合值如表3-7

平焊

立焊

仰焊

焊接电流（A）

70

130

180

220

18

19.5

20

21

18

18

18

-

电弧电压（V）

120

170

210

260

21.5

23

24

25

19

21

22

-

（4）焊接速度。

半自动焊时，熟练焊工的焊接速度为18-36m/h；自动焊时，焊接速度可高达150m/h。

（5）焊丝伸出长度。

焊丝伸出长度一般约为焊丝直径的10倍，且随焊接电流的增加而增加。

（6）电源极性。

焊接一般结构用直流反极性。

（7）气体流量。

CO2气体流量因根据焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度及喷嘴直径等选择。

在细丝CO2焊时，气体流量约为8-15L/min,粗丝CO2焊时，气体流量约为15-25L/min。

（8）装配间隙及坡口尺寸。

由于CO2焊焊丝直径比较细，电流密度大，电弧穿透力强，电弧热量集中，对于8mm的焊件不开坡可焊透，对于必须开坡口的焊件，一般坡口角度可由焊条电弧焊的60°左右减至30-40°，钝边可相应增大2-3mm，根部间隙可相应减少1-2mm。

（9）喷嘴到焊件的距离

喷嘴与焊件间的距离应根据焊接电流来选择，如下图

中型挖掘机油管焊接

焊接工艺卡片

产品型号

零件名称

零件图号

零件名称

共1页

第1页

主要组成件

序号

图号

名称

材料

件数

1

1

接头1

Q235A

1

2

2

接头2

Q235A

1

3

3

中型挖掘机油管

Q235A

1

4

4

管套

Q235A

1

工序号

工序

名称

工序内容

设备

工艺

装备

焊接电流

电弧

电压

气体流量

焊丝

焊接速度

工时

型号

直径

00

焊前清理

清理待焊处工件表面的铁锈、油、水等

钢丝刷

10

焊前预热

将焊件待焊处预热至250左右

20

定位焊

工件按零件图装配好后施定位焊，定位焊长度5-8mm,间距30-50mm

KR-500

工作平台

固定夹具

装配工具

送丝机

焊丝

60-200A

27V

8-15L/min