焊接结构制造工艺(1)讲解

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1、焊接结构的制造工艺 质量安全部 王海瑞 焊接结构的制造工艺 焊接结构生产是包括从原材料验收入库起，经备 料、装配、焊接等，直至结构质量检验及验收入 库的全过程。焊接结构制造工艺过程及其相互关 系如图8-1-1所示。图中19为备料工艺过程的工 序；序号1018为装配-焊接工艺过程的工序；序 号1923为结构质量检验与验收入库工序。 图8-1-1 焊接结构制造工艺过程图 焊接结构的制造工艺 焊接结构的制造工艺 焊接结构的制造包括备料、装配、焊接和焊后处 理等工艺过程。 备料工艺 在焊接生产过程中，把装配时所需零件的一切准 备工作统称为备料。备料的各种工序如表3-3-1所 示。工艺设计者必须给出备料

2、的加工工艺方法和 技术要求。金属表面的清理和坡口、边缘加工是 施焊前的重要备料工艺，它直接影响焊接质量的 好坏。 一、矫正 矫正工作通常在放样前、切割后根据需要多次进 行。矫正有手工矫正、多辊式矫正机矫正、压力 机矫正、火焰矫正等。手工矫正只需要少量的简 单工具，如锤、千斤顶等即可进行。 焊接结构的制造工艺 虽然方便，但效率甚低且对材质产生不良影响， 只在缺乏或不便使用矫正设备的情况下采用。 多辊式矫正机可用于矫平钢板，是普通使用的一 种矫正设备。材料在通过矫正机上下矫正辊间的 楔形缝隙时，发生反复弯曲，将短的纤维拉长， 使板的缺陷消除从而达到矫正的目的。通常，钢 板越弯，矫正时需要的轧辊数目

3、越多，并相应地 要求较小的矫正辊直径。矫正中厚钢板的多辊式 矫正机有59个工作辊，矫正薄钢板的有1113 个工作辊，也有专供矫正型钢用的多辊式矫正 机。在缺少多辊式矫正机的情况下或变形很大不 能用多辊式矫正机矫正时，可以用压力机矫正。 供矫正用的压力机，其特点是工作台较大，机器 的柱距或喉距较大，以适于板料的矫正。 焊接结构的制造工艺 在缺少多辊式矫正机的情况下或变形很大不能用 多辊式矫正机矫正时，可以用压力机矫正。供矫 正用的压力机，其特点是工作台较大，机器的柱 距或喉距较大，以适于板料的矫正。 火焰矫正是利用热胀冷缩的原理，用氧-乙炔（丙 烷）火焰加热材料弯曲的某一部分，使其局部受 热后产

4、生收缩变形来矫正原来的变形。这种方法 使用的工具简单，不像手工矫正那样耗费体力， 但需要有丰富的经验。 表3-3-1焊接生产中的备料工艺 焊接结构的制造工艺 工艺过程说明 材 料 存 放 验收 入库前对母材和焊接材料等进行化学成分和技术性能等 方面的检查，应符合有关标准或产品设计的要求，必要 时进行复验 储存 入库的材料分类标记 、合理存放和保管，防止混杂、受 潮、生锈或损伤 发放 又叫投料，根据产品实际需要，发放材料，要求做好标 记移植，严格收放制度，防止发错或用错材料 材 料 矫 正 手工 矫正 原材料因吊运、存放等产生不允许的变形，靠人力用手 锤等简单工具进行矫正，适用于数量不大的薄小材

5、料矫 正 机械 矫正 利用机械矫正原材料的各种变形。型材调直可使用通用 的千斤顶、顶床、压力机等，或专用的多辊角钢（或管 材）矫正机，钢板调平使用多辊的矫平机 火焰 矫正 利用气体火焰加热局部金属，使冷后产生收缩，以矫正 金属材料的变形。可矫正型材、板材的变形，如弯曲、 凹凸等变形 焊接结构的制造工艺 工艺过程说明 表面 清理 机械 清理 用钢丝刷、手动砂轮、喷砂或抛丸等方法，清除金属表面 的污、锈和氧化物。大批量生产或大面积清理宜用喷砂、 抛丸方法 化学 清理 利用酸洗或其他化学药品浸洗方法去除金属表面的污、锈 和氧化物 划线 是在毛坯或工件上用划线工具划出待加工部位的轮廓线或 作出基准点、

6、线的过程 放样 是根据构件图样，用1:1比例在放样台（或平台）上画出 所需图形的过程。可以检验产品设计的合理性、确定构件 下料尺寸或制作样板等。有实尺放样、光学放样和数控放 样等方法；复杂构件要作展开放样 号料 是根据图样或利用样板、样杆等直接在原材料上划出构件 的形状、加工界线的过程。若能合理排料可提高材料的利 用率 焊接结构的制造工艺 工艺过程说明 切 割 下 料 冷 切 割 剪 切 通过两剪刃的相对运动切断材料的加工方法。有剪板机、圆盘剪切 机、联合冲剪机等设备，可根据材料性质、厚度和形状选用 锯 切 有齿锯利用锯齿切削的方法切断材料。有弓锯、带锯和圆盘锯 等 无齿锯 利用高速旋转的圆锯

7、片与被切工件之间的摩擦热去切断 材料 热 切 割 气 割 利用气体火焰加热局部金属到燃点，后用高压氧流去燃烧并吹走烧 后生成的熔渣而完成金属切割。可切割低碳钢和低合金钢。有手工 气割、半自动和自动气割，近代有数控精密切割 等 离 子 切 割 利用等离子弧的高温使金属局部熔化，借助高速等离子焰流的动量 排除熔化金属而完成切割。可切割所有金属和部分非金属材料。有 手工切割和机器切割两类 激 光 切 割 利用高能量密度（10 710 8W/cm）的激光束照射到工件切割区 ，使局部熔化或汽化，并被吹走而完成切割。可切金属和非金属， 其切割厚度与激光器输出功率有关，亦可用于微薄件的精密切割 坡口与边 缘

8、加工 下列原因需对工件边缘进行的加工：1）厚板待焊的边缘为了焊透 等原因需具有一定形状的坡口，2）对非焊边缘为了去除冷作硬化 层或热切割时变坏的热影响区层；3）获得具有精确尺寸的零件。 直线边缘多用刨削，如刨边机等，曲线边缘可用车削或铣削 焊接结构的制造工艺 二、金属表面的清理 金属表面清理的目的是清除材料表面的氧化皮和 锈斑，原材料的清理方法包括机械清理和化学清 理，机械清理就是对钢材进行抛丸处理，这种方 法的生产效率高，但需要密封的抛丸清理机，且 不适于厚度在4mm 以下的钢板，因为薄板易造 成损伤。化学清理常用酸洗方法，钢板酸洗后应 经清水漂洗，再用碱水中和，最后用清水冲洗干 净。酸洗法

9、与抛丸法相比，生产效率低，成本高 ，而且污染环境，一般只用在4mm以下的薄钢板 和管材 焊接结构的制造工艺 三、坡口和边缘加工方法 坡口和边缘加工常采用热加工和冷加工工艺。气 割、等离子弧切割、激光切割等是常用的热加工 方法，剪板机、刨边机、卷板机、平板机等是常 用的冷加工设备。 1.热切割 热切割是焊接生产中最常用的热加工方法，热切 割方法的分类、定义及其适用范围见表3-3-3， 常用热切割方法适宜切割的材料见表3-3-4 。 焊接结构的制造工艺 表3-3-3热切割方法的分类、定义及其适用范围 切割方法定义及其主要适用范围 利用 氧化 反应 热的 切割 方法 气割 利用预热火焰加热切割区并送

10、进高纯度切割氧流，借助氧与铁（ 或金属）的反应使金属迅速氧化，同时用高速切割氧流的动量将 熔渣排除，从而形成割缝的切割方法 主要适用于切割碳钢、低合金钢和钛 氧-熔 剂气 割 在气割的过程中，通过氧流向切割反应区供送熔剂（铁粉等）， 利用熔剂的燃烧热将高熔点金属氧化物熔化，同时借高速切割氧 流排除熔渣和熔融金属，从而形成割缝的切割方法 主要适用于切割高铬钢和铬镍不锈钢、铸铁的浇冒口以及钢渣等 利用 电弧 热的 切割 法 空气 碳弧 切割 利用碳极电弧的热量使金属局部熔化，借助于压缩空气流将熔化 金属吹除，从而形成槽道或割缝的切割方法 主要适用于各种金属焊接接头的开坡口、封底焊缝的清根和开槽 以

11、及清除焊缝中的焊接缺陷，也可用于割断有色金属及其合金 MIG 电弧 切割 利用熔化极气体保护电弧的热量使金属局部熔化，并借保护气体 的气流吹除熔化金属，从而形成割缝的切割方法 主要适用于水下切割金属，也用于接缝开槽 等离 子弧 切割 利用等离子弧高温使金属局部熔化，并借高速等离子焰流的动量 将熔化金属排除，从而形成割缝的切割方法 焊接结构的制造工艺 表3-3-3热切割方法的分类、定义及其适用范围 切割方法定义及其主要适用范围 利用电弧 热的切割 法 等离 子弧 切割 适用于切割所有金属材料和部分非金属材料，是切割不锈钢、 铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属的有效方法。最大切割厚 度可达18020

12、0。现已推广用于碳钢的切割，目前已用来切 割厚度35以下的低碳钢和低合金结构钢 同时利用 电弧热和 氧化反应 热的切割 法 氧- 弧切 割 利用电弧热加热切割区，借助于氧流使金属燃烧，并将熔渣和 熔化金属排除，从而形成割缝的切割方法。与气割相比，其特 点是切割速度快，但切断面的质量较差 主要适用于金属的穿孔和水下切割 利用光能 的切割法 激光 切割 利用聚集成直径很小的激光束照射切割区，使被切割材料迅速 地升华和熔化，从而形成割缝的切割方法 主要适用于切割薄金属以及陶瓷、塑料和布等非金属，是一种 高速、高质量、高精度切割法，正在不断发展之中 焊接结构的制造工艺 表3-3-4常用热切割方法适宜切

13、割的材料 切割方法气割等离子弧切割激光切割 切割热源氧化反应电光 适宜切割的材 料及能切割的 厚度范围/mm 低碳钢、 低合金钢 33600 低碳钢、低合金钢 0.1-50；不锈钢等高 合金钢0.1-200；铝 及铝合金0.1-150； 铜及铜合金0.1-150 ；铸铁170 低碳钢、低合金钢12.5；不 锈钢、钼钢等6.3；铝2； 钛3；铜2 ；纤维板 15.6；聚碳酸酯塑料层压 板、合成木材18；橡胶、 皮革5；陶瓷0.8；其他金 属材料 割缝宽度（切 割厚6 低碳钢 时的割缝宽度 值/mm 中 1.5 大 4.0 小 0.3 注：激光切割的厚度范围将随激光技术的发展和激光器功率的提高而增

14、大。 焊接结构的制造工艺 2.冷加工 剪切机（剪床）和锯床是冷加工的主要设备，厚度在 6mm以下的金属板材或型材可用各种剪切机来切割 ，龙门剪切机的刀片长度一般为1.5-5.2mm，最长的 达8.3m，专门用于切割长而直的板材；压力剪切机 的刀片一般在300-600mm的范围内，适于剪切短直 线；圆盘剪适用于剪切厚度较小、具有曲线外形的工 件；冲剪多用于大批量的小型工件或冲孔。切口附近 易发生冷作硬化，金属整体易产生扭曲变形。冷作硬 化区的宽度一般为1.5-2.5mm，与钢材的力学性能、 加工钢材的厚度、压紧装置的位置及力量、剪刀的锐 利状态和剪刀之间的间隙等因素有关。要求两剪刀之 间的间距在

15、0.5-0.6mm以下，以完成纯剪切，提高剪 切质量、降低剪切力。 焊接结构的制造工艺 四、常见焊接接头的形式与焊缝符号 1. 接头及坡口设计的主要形式 焊接接头的形式主要根据焊接构件的形式、受力 状况、使用条件和施工情况决定，手工电弧焊常 见的接头形式有对接、角接、T形、搭接，图3-3 -1为可采用的接头坡口设计形式。 2.接头坡口设计原则 首先考虑接头受载状况及板厚（焊透性要求）， 不承载的连续焊缝无焊透要求时，厚度即使大于 30mm 也可以采用I形坡口。对大多数承载的对接 接头，为了保证焊透，只有厚度小于6mm才可采 用I 形坡口， 否则随板厚增加应依次选用V、U 、X、双U 形坡口。

16、焊接结构的制造工艺 四、常见焊接接头的形式与焊缝符号 角接T形接头只在特别重要时才强调焊透的坡口 设计。 其次应考虑焊接材料的消耗量及加工条 件，板厚相同的U、X、双U 形坡口分别比V、U 、X 形坡口节省较多的焊接材料、能耗及工时， 但U、双U 形坡口一般必须用刨边机、刨床等机 加工方法加工，效率较热切割低，V、X 形坡口 可用气割、等离子切割方法在下料的同时完成。 最后还应考虑焊接应力及可焊达性，单面的V 或 U形坡口焊接后会比X 或双U 形坡口有更大的焊 接应力变形。有不少难以双面焊或者翻转的焊件 只能采用单面坡口。选择哪一种坡口形式除依据 焊接结构的制造工艺 四、常见焊接接头的形式与焊缝符号 GB985-88气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊 缝坡口的基本形式与尺寸和GB986-88 埋弧 焊焊缝坡口的基本形式与尺寸两个国家标准外 ，也可按行业标准和企业标准由工件厚度确定。 图3-3-1 焊接坡口类型 （a）对接；（b）T 形接头；（c）角接；（d） 搭接 焊接