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1、黄河科技学院毕业设计(论文) 第 8 页1 引言1.1课题背景及目的本次论文是设计薄壁筒体与封头环缝的连接方法及制造工艺，用来组成内燃机消声器壳体，从而满足设计要求，并对薄壁筒体环缝连接方法及工艺设计进行论证分析。本课题在现实中应用广泛，所用焊接技术也在工业发展中占有重要作用。因此，本次课题的提出具有重要意义，一方面使我们对当今的钣金连接技术，尤其是焊接技术进行了解，另一方面让我们在此基础上进行设计和创新。在设计之前，需对当前钣金连接技术进行进一步的认识和了解，因本次采用焊接技术，故在此只对焊接技术进行说明。1.2焊接技术发展状况焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊
2、和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。经分析，所用的与现代软钎料成分相近。战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著天工开物一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具和武器
3、。19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；18851887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900年又出现了铝热焊。20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。40年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相
4、继问世。1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊，成为大厚度工件的高效焊接法。1953年，苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊，促进了气体保护电弧焊的应用和发展，如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。1957年美国的盖奇发明等离子弧焊；40年代德国和法国发明的电子束焊，也在50年代得到实用和进一步发展；60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现，标志着高能量密度熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。其他的焊接技术还有1887年，美国的汤普森发明电阻焊，并用于薄板的点焊和缝焊；缝焊是压焊中最早的半机械化焊接
5、方法，随着缝焊过程的进行，工件被两滚轮推送前进；二十世纪世纪20年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。1956年，美国的琼斯发明超声波焊；苏联的丘季科夫发明摩擦焊；1959年，美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊；50年代末苏联又制成真空扩散焊设备。当今金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大
6、气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率；又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施
7、加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被
8、称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形根据我国在钢铁、能源、交通、石油化工及机械制造等各工业部门“九五”发展纲要的要求，到2000年我国钢产量控制在1.01.2亿t、原油1.61.7亿t、天然气产量300400亿、煤总量约10亿t、
9、发电设备年装机容量2千万KW、汽车300万辆（其中轿车120130万辆）/船舶产量300万t、工程机械年产量300万t、工程机械年产量12万台。其中焊接技术在此项任务中占有重要地位。为实现上述的目标，我国一直发展焊接技术。当前焊接技术中，电阻点焊和缝焊被认为是汽车制造及其他制造业中最重要的连接工艺。尽管有激光束焊接和粘结剂粘接等新技术，但点焊和滚焊在汽车车身制造中仍然会保留其稳固的地位。在电阻点焊领域，人们可以清楚地看到焊接设备中使用伺服马达驱动的明显趋势。在2001年的国际埃森焊接展览会上，不少于12家制造商展示了使用伺服电机驱动技术的焊接设备（安装在微型点焊机、手动和机器人焊枪，以及基座式
10、点焊机上）。根据专家预测，由于焊接质量好和焊接周期较短，所以气动焊接设备将会越来越多地被伺服驱动的焊接设备所取代。另外，一些制造商展示的焊枪采用气冷伺服电机驱动，对电极需要施力和对焊接周期时间有要求的焊接任务有广泛的应用前景。近年来，钣金连接技术发展迅速，广泛应用于机械制造业中，对钣金件的连接起到了很大的作用，而焊接技术在钣金连接中又占有重要地位。点焊和滚焊在机器制造业的各个部门中已经获得了广泛的应用，借内部热源进行加热是接触焊时热过程的特点，该热源的分布特性及其强度取决于焊接金属的物理性能和厚度。缝焊又称滚焊，与点焊的区别是用滚轮形式的圆盘电极代替柱状点焊电极。由于缝焊往往要求气密性，因此焊
11、核是相互重叠的，实质上缝焊又是一种连续的点焊。重叠的焊核引起焊接电流的分梳。但另外也起了预热作用。为了保证气密性，焊前的清理工作比点焊时要求高，否则容易产生裂纹或气孔。1.3课题的研究方法本次设计为环缝连接方法及工艺设计,为消声器筒体与封头的设计.消音器是将声能转化为热能的一种设备，消声器制作所运用的材料，应符合设计规定的防火、防腐、防潮和卫生的要求，本次设计选用Q235钢为低碳钢。板材表面应平整，厚度均匀，无凸凹及明显压伤现象，并不得有裂纹、分层、麻点及锈蚀及其它影响质量的缺陷，在这里选用钣金厚度1.5mm。 吸声材料应严格按照设计要求选用，并满足对防火、防潮和耐腐蚀性能的要求。消声器制作应
12、按照设计图纸和标准图的要求进行，并有施工员书面的质量、技术、安全交底。通过研究论证各种连接技术,确定出其连接方法及工艺设计.本次设计工艺流程：下料较直卷筒、冲压纵缝连接环缝连接试验检验。消声器框架应牢固，壳体不得漏风。消声风管、消声静压箱及消声弯头内所衬的消声材料应均匀贴紧，不能脱落，并且拼缝要密实，表面平整，不能凹凸不平。消声器内的消声材料覆面层不得破损，搭接时应顺气流，且界面不得有毛边。消声器内直接逆风面布质要有保护措施。消声弯管的平面边长大于800mm时，应加设导流吸声片。导流吸声片表面应平滑、圆弧均匀、与弯管连接紧密牢固。不得有松动现象。消声百叶窗，框架应牢固，叶片的片距应均匀，吸声面
13、方向应符合设计要求。消声器内外金属构件表面应涂刷红丹防锈漆两道（优质镀锌板材可不涂防锈漆）。涂刷前，金属表面应按需要做好处理，清除铁锈、油脂等杂物。涂刷时要求无漏涂、起泡、露底等现象。组装后的成品应按照设计文件及施工验收规范要求进行检验，产品达到要求方可出厂。消声器的型号、尺寸必须符合设计要求，并标明气流方向。检验方法：尺量和观察检查、水压试验、气密性试验。1.4论文构成及研究内容本次设计负责薄壁筒体与封头的环缝连接这一工序。把上一工序的纵缝连接后的筒体和前面工序冲压出来的封头连接起来，并进行工艺设计，满足要求。通过对所有常用钣金连接方法的对比,选择出最优连接方法.后再根据所选方法,确定接头形
14、式、制造工艺，最后对工件进行检验和各项试验，使其满足要求。2 连接方法的选择生产中的各种构件在进行连接之前,先要拟定其连接工艺，亦根据零件结构尺寸、技术要求、生产批量及使用性能等条件，选择合理的连接方法等。继而拟定合理的接缝及接头形式，绘出接头及坡口形式简图及装焊顺序简图等。2.1 连接方法的选择钣金件的连接是将几个零件或部件，按照一定的结构形式和相对位置连接成为整体结构。通常采用铆接、咬接、螺纹连接、胀接、等机械连接方法或采用焊接与胶接方法，其中焊接属于不可拆卸连接，其他属于可拆卸连接。选择连接方法时，应考虑构件的强度要求、工作环境、材质和施工条件等因素，若选择恰当，不仅降低成本，提高生产率
15、，而且还可延长工件工作寿命。铆接的接头形式有搭接、对接、角接、板型铆接、翻孔铆接等。搭接是将一块板件或型钢搭在另一块钢板上进行铆接，可用于承重型结构，并采用半圆头实心铆钉。对接是指将两块钢板或型钢接头置于同一平面，用盖板作为连接件将接接头铆接在一起。可用于承重型结构，并采用半圆头实心铆钉。图示为单排铆钉单盖板和双排铆钉双盖板两种形式。角接是将两块板件相互垂直或成一定角度的连接，在接合处用角钢作为连接件，有单面和双面两种形式。可用于承重型结构，并采用半圆头实心铆钉。板型铆接是先将板件端面与槽钢或压形制件一端面搭接装配，再利用铆钉连接在一起,可用于承重型结构，并采用半圆头实心铆钉。螺纹连接包括高强
16、度螺栓连接、双头螺栓连接、螺钉连接等。高强度螺栓连接是将螺栓穿过受纵向力作用的两板件通孔，套上垫片后再用螺母旋紧.用于传递轴向载荷且被连接件厚度不大，便于安装的场合。双头螺栓连接是将双头螺柱旋入端拧入较厚件的螺孔中并固定，另一端穿过薄件通孔后套垫圈，然后再拧紧螺母。用于紧固或紧密程度较高、便于经常拆装的场合。螺钉连接是将直接将螺钉旋入端拧入两件不透的螺孔中，另一端自带螺帽，不必再用螺母.用于紧固或紧密程度不太高、不经常拆装的场合。机械连接是依靠外力及金属零件形变所产生的机械力，来实现钣金工件非冶金结合的连接方法。在选择机械连接时，侧重考虑产品的连接强度要求、被连接件之间的材料性能特点、使用工作情况要求以及现有施工设备能力、施工人员技术情况及经济性等因素。例如咬接方法只能用于板厚小于1.5mm薄板件轻型连接。而焊接是通过加热、加压，或两者并用，使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊
