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1、自行车车架焊接工艺设计说明书成控 0708 班070201214高浩天1 拟用的焊接方式某车辆厂长久以来主要采用液化石油气焊从事自行车前叉、车架等的生产，积累了一定的经 验，但产品成本较高且焊接质量有时不够稳定。近年来，随着生产的发展先后开发了BMX20 轻便自行车、人力三轮车和电动车车架等新产品，为了降低产品成本，提高生产效率，企业 考虑改用其他焊接方法。首先考虑采用手工电弧焊，但因其飞溅多、电流易击穿管壁，焊接 质量不能保证而被放弃。然后选用了CO2气体保护焊，并首先在BMX一20轻便车车架上应用。2 BMX一2 0自行车车架构件及其焊接要求2.1车架构件及焊缝BMX一2 0自行车车架如图
2、1所示。它由10种13 件管、板类零件构成，其配套零件见表L需拼装施焊 的计有33条焊缝(直缝、环缝和曲线焊缝)，多数是“无 接头”(焊缝无堆起现象)的焊接结构。2.2对施焊的主要要求(1) 焊缝要有足够的强度，用250YPM偏心度250的凸轮，经4次冲击后，各焊接部位不得有裂纹、断裂 和脱焊现象。(2) 焊缝要均匀美观，无明显缺陷。(3) 焊后车架变形要小，能保证各零件与主管的几一廈|常M-上音 4* F 5主庶 6交Jt7宜H扳 出一申犊杲2-后三电按片珂1執1BMX-W自巧车车案-HMX-24)车架車件序号爭存若称mm蚌糾耳号111034 X 2Q215Z1忆5QZJI53B1erisx
3、 ix jQ21.；1U0鮎 x .?Q21&5主宵i055 X 1.ISMn6JlEX宅0苗X：&2157立貝ftiLQ215呂申接头105T x 15Q215yES315X 1352酣行55何位置和相关尺寸公差；在施焊后免予校正或减少校 正工作量。3 BMX 一 20自行车车架CO2气体保护焊的应用方案3.1 拟用的焊接设备及辅助装置主要设备由焊机(包括焊接电源、控制系统等)、送丝机构、焊枪、供气装置等几部分组成。(1) 焊机NBC200型，其技术数据符合产品要求。其中电源用硅整流式直流电源，它和旋转式电源相比具有性能好、无噪声、结构简单等优点 电源的技术数据如表2所示。控制系统主要是对供
4、气、送丝和供电等实施控制。控制程序如下：开冶供电停止焊接停电表 2 电源技术参数电源电压工作电压调节范围焊接电流调节范围整流方式调压方式380 (V)14V30V40A200A三相桥全波抽头(2) 送丝机构 采用等速送丝系统，送丝方式为推丝式。根据所选的焊丝直径(0. 8 mm),选 用弹簧钢丝软管，内径为1. 5 mm,长度取2. 5 m左右。(3) 焊枪选用手枪式焊枪。使用前在喷嘴的内外表面涂以硅油，以便于清除飞溅物。(4) 供气系统包括气瓶和附属供气装置。附属供气装置包括电热式预热器、干燥器、减压器 和3. 011型浮标式流量计等，选用流量调节范围在015 L/min的气阀。3.2 主要
5、焊接材料(1) CO2气体液体状态的CO2采用钢瓶灌装，满瓶(80%容积)压力在57 MPa之间。CO2气体中的水气是主要的有害杂质，对焊缝质量有很大影响，过高的水气含量将导致焊缝产生气孔。为保证焊接质 量，要求所购C02气体的纯度99. 5%，水、氮含量不得超过0. 1%。但实际所购C02气体一 般达不到这一要求，含水量偏高，故规定施焊前现场采取下列措施：a.将新灌气瓶倒 置放水(放水结束仍将气瓶放正)；经倒置放水后的气瓶仍需先放气23 min。b.当瓶中气压 降至980 kPa时，该气瓶不再使用。这是因为当瓶中液态C02。全部挥发后气体压力降至980 kPa时，C02气体中所含的水分将是C
6、02气液两相共存时的3倍左右，继续使用将可能造成 焊缝气孔的产生。另外，为进一步降低CO2气体中的水分，在供气系统中设置了干燥器。(2) 焊丝材料 要求使用的焊丝具有较好的工艺性能和足够的机械性能及抗裂性能，减少焊缝金属中的含氧 量和防止产生气孔等。焊丝中须含有足够数量的硅、锰、铝等脱氧元素。为减少飞溅，焊丝 的含碳量必须限制在0.1%以下。故选用焊丝牌号为H08Mn2SiA，焊丝表面镀铜，可防止生锈， 并改善焊丝导电性能，提高焊接过程的稳定性。使用前要彻底清除焊丝表面的油及污垢。3.3 焊接规范确定CO2气体保护焊是一种熔化极电弧焊。其熔滴过渡形式主要有2种：短路过渡和细颗粒过渡形式，一般前
7、者适用于薄板(壁)件的焊接，故车架采用短路过渡。同时采用细焊丝、小电流、 低电弧电压，可以提高短路频率，从而使焊接过程稳定，焊速快，焊接效率高，变形小，焊 缝成形好。由于短路过渡的电弧断续燃烧，所以电弧热量低，很适用于薄壁管材的各个位置 的焊接。合理选择焊接规范是获得优良焊接质量和较高生产率的重要条件oCO2气体保护焊的规范参数 主要包括焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源极性 和回路电感等，根据BMX一20产品的要求，经过多次试焊比较后确定出如下比较适宜的焊接规 范：3.3.1 焊丝直径焊丝的直径通常是根据焊件的厚薄、施焊的位置和效率等要求选择。焊劫薄板或中厚
8、板的全位置焊缝时，多采用1.6mm以下的焊丝(称为细丝CO2气保焊)。焊丝直径的选择残照下表：表 3焊丝直径的选择焊丝直径(mm)0.50.80.81.01.01.21.21.61.61.62.02.02.5熔滴过渡形式短路过渡细颗粒过渡短路过渡细颗粒过渡短路过渡细颗粒过渡细颗粒过渡可焊板厚(mm)0.432428212212810施焊位置各种位置平焊、横角各种位置平焊、横角平焊、横角平焊、横角平焊、横角由车架的焊接要求(车架采用短路过渡。同时采用细焊丝)，根据上表，最终确定焊丝直径为 0.8 mm。3.3.2 焊接电流 焊接电流的大小主要取决于送丝速度。送丝的速度越快，则焊接的电流就越大。焊
9、接电流对 焊缝的熔深的影响最大。当焊接电流为60250A,即以短路过渡形式焊接时，焊缝熔深一般为1mm2mm ；只有在300A以上时，熔深才明显的增大。若电流过大，易击穿管壁。初选焊接电流为60100A。3.3.3 电弧电压短路过渡时，则电弧电压可用下式计算：U=0.04I+162 (V)U=0.04*100+162=1820V此时，焊接电流一般在200A以下，焊接电流和电弧电压的最佳配合值见表4。可见焊接电流选择60100A，焊接电压选取1820V时满足焊接电流和电弧电压的最佳配合值。 当电流在200A以上时，则电弧电压的计算公式如下。U=0.04I+202 (V) 此时，为细颗粒过渡。表4
10、 CO2焊短路过渡时焊接电流和电弧电压的最佳配合值焊接电流(A)70120130170180210220260电弧电压(V)平焊1821.519.52320242125仰焊和立焊1819182118223.3.4 焊接速度半自动焊接时，熟练的焊工的焊接速度为18m/h36m/h；自动焊时，焊接速度可高达150m/h。 可将焊接速度定为：1540 m/ho3.3.5 焊丝伸出长度一般的焊丝的伸出长度约为焊丝的直径的10倍左右，并随焊接电流的增加而增加。由于选用了0.8 mm的焊丝，可将焊丝伸出长度定为810mm。3.3.6 CO2气体流量正常的焊接时，200A以下薄板焊接，C02的流量为10L/
11、min25L/min。200A以上厚板焊接，C02 的流量为15L/min25L/min。粗丝大规范自动焊为25L/min50L/min。考虑到焊接电流较小，最终选定CO2气体流量为815 L/mino小结：焊丝直径0.8 mm；焊接电流60100 A（在等速送丝的条件下，焊接电流与送丝速度 成正比）；电弧电压：1820 V（电弧电压与焊缝成形有关，提高电弧电压，可使熔宽显著增 加，而熔深和加强高有所减小。但过高或过低的电弧电压都将影响焊接过程和焊缝成形）；焊 接速度：1540 m/h；焊丝伸出长度：810mm； CO2气体流量：815 L/min；电流极性： 直流反极性；回路电感：0. 01
12、0. 08 mH；产品装配间隙见图2所示。匚?Ufl 2X 0. 5产品的坪换装配间隙3.4 焊接工序及流程图根据目前的生产规模（月产1万辆左右）采用半自动焊接规范，设计工序是在考虑具有装夹工 装，由手工装夹后实施分工序焊接的情况下制定的。焊接工序先后示意如下x车淡后_曲_|那即一|拎勒 止寸也创 松鯉库工艺参数流程图如下：埠径填龙田矗1环能返犠坤楼葢或如动却逍卄4盟WiEftiWyiil支搭州按轨血託面漬理S!芾凄备丟观港蒯邮推拙出辛灵钥譴3.5 焊接质量的控制方法和措施3.5.1气孔的影响1、气孔对焊缝质量的危害 气孔的产生对焊缝的性能有很大的影响，不仅减小焊缝的有效工作截面，使焊缝力学
13、性能下降，而且破坏了焊缝的致密性，容易造成容器泄漏，气孔严重时，会使金属结构在工 作时破坏，造成重大人身伤害，因此，我们在焊接中应避免气孔的产生。2、气孔产生的原因及防止措施 焊缝中产生气孔的根本原因是熔池金属中的气体在冷却结晶过程中来不及逸出造成 的。C02气保焊时，熔池表面没有熔渣覆盖，C02气流又有冷却作用，因此，结晶较快，容易 在焊缝中产生气孔。同时如果使用化学成分不合格的焊丝、纯度不符合要求的CO2气体及不正 确的焊接工艺，焊缝中就更容易产生气孔。CO2气保焊的气孔一般有三种，即CO气孔、H2孔和 N2孔。（1）一氧化碳气孔的产生主要是因为焊丝中脱氧元素不足，使大量的FeO不能还原而
14、溶于金属中，在熔池结晶 时发生反应：FeO+C= Fe+ CO f这样，所生成的CO气体若来不及逸出，就会在焊缝中形成气孔。因此，应保证焊丝中 含有足够的脱氧元素Mn和Si,并严格限制焊丝中的含碳量，就可以减小产生CO气孔的可能性。 CO2气保焊时，只要焊丝选择适当，产生CO气孔的可能性不大。（2）氢气孔的产生氢的来源主要是焊丝和焊件表面的铁锈、水分和油污等杂质，以及CO2气体中含有的 水分，如果熔池金属溶入大量的氢存在，就可能形成氢气孔。为防止产生氢气孔，应尽量减少氢的来源，焊前要适当清除焊丝和焊件表面的杂质， 并需对CO2气体进行提纯与干燥处理。此外，由于CO2气保焊的保护气体氧化性很强，增加了 焊接区域氧的分压，使自由状态的氢被氧化而生成不溶于金属的水蒸汽，从而减弱了氢的有 害作用。所以CO2气体保护焊产生氢气孔的可能性较小。（3）氮气孔的产生当CO2气流的保护效果不好，
