薄壁筒體環(huán)縫連接方法及工藝設(shè)計

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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 1 頁1 引言1.1 課題背景及目的本次論文是設(shè)計薄壁筒體與封頭環(huán)縫的連接方法及制造工藝，用來組成內(nèi)燃機消聲器殼體，從而滿足設(shè)計要求，并對薄壁筒體環(huán)縫連接方法及工藝設(shè)計進行論證分析。本課題在現(xiàn)實中應(yīng)用廣泛，所用焊接技術(shù)也在工業(yè)發(fā)展中占有重要作用。因此，本次課題的提出具有重要意義，一方面使我們對當今的鈑金連接技術(shù)，尤其是焊接技術(shù)進行了解，另一方面讓我們在此基礎(chǔ)上進行設(shè)計和創(chuàng)新。在設(shè)計之前，需對當前鈑金連接技術(shù)進行進一步的認識和了解，因本次采用焊接技術(shù)，故在此只對焊接技術(shù)進行說明。1.2 焊接技術(shù)發(fā)展狀況焊接技術(shù)是隨著金屬的應(yīng)用而出現(xiàn)的，古代的焊接方法主要是鑄焊、釬焊和鍛焊。中國商朝制造的鐵刃銅鉞，就是鐵與銅的鑄焊件，其表面銅與鐵的熔合線婉蜒曲折，接合良好。春秋戰(zhàn)國時期曾侯乙墓中的建鼓銅座上有許多盤龍，是分段釬焊連接而成的。經(jīng)分析，所用的與現(xiàn)代軟釬料成分相近。戰(zhàn)國時期制造的刀劍，刀刃為鋼，刀背為熟鐵，一般是經(jīng)過加熱鍛焊而成的。據(jù)明朝宋應(yīng)星所著《天工開物》一書記載：中國古代將銅和鐵一起入爐加熱，經(jīng)鍛打制造刀、斧；用黃泥或篩細的陳久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船錨。中世紀，在敘利亞大馬士革也曾用鍛焊制造兵器。古代焊接技術(shù)長期停留在鑄焊、鍛焊和釬焊的水平上，使用的熱源都是爐火，溫度低、能量不集中，無法用于大截面、長焊縫工件的焊接，只能用以制作裝飾品、簡單的工具和武器。19 世紀初，英國的戴維斯發(fā)現(xiàn)電弧和氧乙炔焰兩種能局部熔化金屬的高溫?zé)嵩矗?885～1887 年,俄國的別納爾多斯發(fā)明碳極電弧焊鉗；1900 年又出現(xiàn)了鋁熱焊。20 世紀初，碳極電弧焊和氣焊得到應(yīng)用，同時還出現(xiàn)了薄藥皮焊條電弧焊，電弧比較穩(wěn)定，焊接熔池受到熔渣保護，焊接質(zhì)量得到提高，使手工電弧焊進入實用階段，電弧焊從20 年代起成為一種重要的焊接方法。在此期間，美國的諾布爾利用電弧電壓控制焊條送給速度，制成自動電弧焊機，從而成為焊接機械化、自動化的開端。1930 年美國的羅賓諾夫發(fā)明使用焊絲和焊劑的埋弧焊，焊接機械化得到進一步發(fā)展。40 年代，為適應(yīng)鋁、鎂合金和合金鋼焊接的需要，鎢極和熔化極惰性氣體保護焊相繼問世。1951 年蘇聯(lián)的巴頓電焊研究所創(chuàng)造電渣焊，成為大厚度工件的高效焊接法。1953 年，蘇聯(lián)的柳巴夫斯基等人發(fā)明二氧化碳氣體保護焊，促進了氣體保護電弧焊的應(yīng)用和發(fā)展，如黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 2 頁出現(xiàn)了混合氣體保護焊、藥芯焊絲氣渣聯(lián)合保護焊和自保護電弧焊等。1957 年美國的蓋奇發(fā)明等離子弧焊；40 年代德國和法國發(fā)明的電子束焊，也在 50 年代得到實用和進一步發(fā)展；60 年代又出現(xiàn)激光焊等離子、電子束和激光焊接方法的出現(xiàn)，標志著高能量密度熔焊的新發(fā)展，大大改善了材料的焊接性，使許多難以用其他方法焊接的材料和結(jié)構(gòu)得以焊接。其他的焊接技術(shù)還有 1887 年，美國的湯普森發(fā)明電阻焊，并用于薄板的點焊和縫焊；縫焊是壓焊中最早的半機械化焊接方法，隨著縫焊過程的進行，工件被兩滾輪推送前進；二十世紀世紀 20 年代開始使用閃光對焊方法焊接棒材和鏈條。至此電阻焊進入實用階段。1956 年，美國的瓊斯發(fā)明超聲波焊；蘇聯(lián)的丘季科夫發(fā)明摩擦焊；1959 年，美國斯坦福研究所研究成功爆炸焊；50 年代末蘇聯(lián)又制成真空擴散焊設(shè)備。當今金屬焊接方法有 40 種以上，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池，還會在隨后冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質(zhì)量和性能。為了提高焊接質(zhì)量，人們研究出了各種保護方法。例如，氣體保護電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣，以保護焊接時的電弧和熔池率；又如鋼材焊接時，在焊條藥皮中加入對氧親和力大的鈦鐵粉進行脫氧，就可以保護焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進入熔池，冷卻后獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊，當電流通過兩工件的連接端時，該處因電阻很大而溫度上升，當加熱至塑性狀態(tài)時，在軸向壓力作用下連接成為一體。各種壓焊方法的共同特點是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程，因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素?zé)龘p，和有害元素侵入焊縫的問題，從而簡化了焊接過程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短，因而熱影響區(qū)小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優(yōu)質(zhì)接頭。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 3 頁釬焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔點的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實現(xiàn)原子間的相互擴散，從而實現(xiàn)焊接的方法。焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側(cè)在焊接時會受到焊接熱作用，而發(fā)生組織和性能變化，這一區(qū)域被稱為熱影響區(qū)。焊接時因工件材料焊接材料、焊接電流等不同，焊后在焊縫和熱影響區(qū)可能產(chǎn)生過熱、脆化、淬硬或軟化現(xiàn)象，也使焊件性能下降，惡化焊接性。這就需要調(diào)整焊接條件，焊前對焊件接口處預(yù)熱、焊時保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量。另外，焊接是一個局部的迅速加熱和冷卻過程，焊接區(qū)由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮，冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力，矯正焊接變形根據(jù)我國在鋼鐵、能源、交通、石油化工及機械制造等各工業(yè)部門“九五”發(fā)展綱要的要求，到 2000 年我國鋼產(chǎn)量控制在 1.0～1.2 億 t、原油 1.6～1.7 億t、天然氣產(chǎn)量 300～400 億 、煤總量約 10 億 t、發(fā)電設(shè)備年裝機容量 2 千萬 KW、汽車 300 萬輛（其中轎車 120～130 萬輛）/船舶產(chǎn)量 300 萬 t、工程機械年產(chǎn)量 300 萬t、工程機械年產(chǎn)量 12 萬臺。其中焊接技術(shù)在此項任務(wù)中占有重要地位。為實現(xiàn)上述的目標，我國一直發(fā)展焊接技術(shù)。當前焊接技術(shù)中，電阻點焊和縫焊被認為是汽車制造及其他制造業(yè)中最重要的連接工藝。盡管有激光束焊接和粘結(jié)劑粘接等新技術(shù)，但點焊和滾焊在汽車車身制造中仍然會保留其穩(wěn)固的地位。在電阻點焊領(lǐng)域，人們可以清楚地看到焊接設(shè)備中使用伺服馬達驅(qū)動的明顯趨勢。在 2001 年的國際埃森焊接展覽會上，不少于 12 家制造商展示了使用伺服電機驅(qū)動技術(shù)的焊接設(shè)備（安裝在微型點焊機、手動和機器人焊槍，以及基座式點焊機上） 。根據(jù)專家預(yù)測，由于焊接質(zhì)量好和焊接周期較短，所以氣動焊接設(shè)備將會越來越多地被伺服驅(qū)動的焊接設(shè)備所取代。另外，一些制造商展示的焊槍采用氣冷伺服電機驅(qū)動，對電極需要施力和對焊接周期時間有要求的焊接任務(wù)有廣泛的應(yīng)用前景。近年來，鈑金連接技術(shù)發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)中，對鈑金件的連接起到了很大的作用，而焊接技術(shù)在鈑金連接中又占有重要地位。點焊和滾焊在機器制造業(yè)的各個部門中已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，借內(nèi)部熱源進行加熱是接觸焊時熱過程的特黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 4 頁點，該熱源的分布特性及其強度取決于焊接金屬的物理性能和厚度?？p焊又稱滾焊，與點焊的區(qū)別是用滾輪形式的圓盤電極代替柱狀點焊電極。由于縫焊往往要求氣密性，因此焊核是相互重疊的，實質(zhì)上縫焊又是一種連續(xù)的點焊。重疊的焊核引起焊接電流的分梳。但另外也起了預(yù)熱作用。為了保證氣密性，焊前的清理工作比點焊時要求高，否則容易產(chǎn)生裂紋或氣孔。1.3 課題的研究方法本次設(shè)計為環(huán)縫連接方法及工藝設(shè)計,為消聲器筒體與封頭的設(shè)計.消音器是將聲能轉(zhuǎn)化為熱能的一種設(shè)備，消聲器制作所運用的材料，應(yīng)符合設(shè)計規(guī)定的防火、防腐、防潮和衛(wèi)生的要求，本次設(shè)計選用 Q235 鋼為低碳鋼。板材表面應(yīng)平整，厚度均勻，無凸凹及明顯壓傷現(xiàn)象，并不得有裂紋、分層、麻點及銹蝕及其它影響質(zhì)量的缺陷，在這里選用鈑金厚度 1.5mm。 吸聲材料應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求選用，并滿足對防火、防潮和耐腐蝕性能的要求。消聲器制作應(yīng)按照設(shè)計圖紙和標準圖的要求進行，并有施工員書面的質(zhì)量、技術(shù)、安全交底。通過研究論證各種連接技術(shù),確定出其連接方法及工藝設(shè)計.本次設(shè)計工藝流程：下料→較直→卷筒、沖壓→縱縫連接→環(huán)縫連接→試驗檢驗。消聲器框架應(yīng)牢固，殼體不得漏風(fēng)。消聲風(fēng)管、消聲靜壓箱及消聲彎頭內(nèi)所襯的消聲材料應(yīng)均勻貼緊，不能脫落，并且拼縫要密實，表面平整，不能凹凸不平。消聲器內(nèi)的消聲材料覆面層不得破損，搭接時應(yīng)順氣流，且界面不得有毛邊。消聲器內(nèi)直接逆風(fēng)面布質(zhì)要有保護措施。消聲彎管的平面邊長大于 800mm 時，應(yīng)加設(shè)導(dǎo)流吸聲片。導(dǎo)流吸聲片表面應(yīng)平滑、圓弧均勻、與彎管連接緊密牢固。不得有松動現(xiàn)象。消聲百葉窗，框架應(yīng)牢固，葉片的片距應(yīng)均勻，吸聲面方向應(yīng)符合設(shè)計要求。消聲器內(nèi)外金屬構(gòu)件表面應(yīng)涂刷紅丹防銹漆兩道（優(yōu)質(zhì)鍍鋅板材可不涂防銹漆） 。涂刷前，金屬表面應(yīng)按需要做好處理，清除鐵銹、油脂等雜物。涂刷時要求無漏涂、起泡、露底等現(xiàn)象。組裝后的成品應(yīng)按照設(shè)計文件及施工驗收規(guī)范要求進行檢驗，產(chǎn)品達到要求方可出廠。消聲器的型號、尺寸必須符合設(shè)計要求，并標明氣流方向。檢驗方法：尺量和觀察檢查、水壓試驗、氣密性試驗。1.4 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容本次設(shè)計負責(zé)薄壁筒體與封頭的環(huán)縫連接這一工序。把上一工序的縱縫連接后的筒體和前面工序沖壓出來的封頭連接起來，并進行工藝設(shè)計，滿足要求。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 5 頁通過對所有常用鈑金連接方法的對比,選擇出最優(yōu)連接方法.后再根據(jù)所選方法,確定接頭形式、制造工藝，最后對工件進行檢驗和各項試驗，使其滿足要求。2 連接方法的選擇生產(chǎn)中的各種構(gòu)件在進行連接之前,先要擬定其連接工藝，亦根據(jù)零件結(jié)構(gòu)尺寸、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量及使用性能等條件，選擇合理的連接方法等。繼而擬定合理的接縫及接頭形式，繪出接頭及坡口形式簡圖及裝焊順序簡圖等。2.1 連接方法的選擇鈑金件的連接是將幾個零件或部件，按照一定的結(jié)構(gòu)形式和相對位置連接成為整體結(jié)構(gòu)。通常采用鉚接、咬接、螺紋連接、脹接、等機械連接方法或采用焊接與膠接方法，其中焊接屬于不可拆卸連接，其他屬于可拆卸連接。選擇連接方法時，應(yīng)考慮構(gòu)件的強度要求、工作環(huán)境、材質(zhì)和施工條件等因素，若選擇恰當，不僅降低成本，提高生產(chǎn)率，而且還可延長工件工作壽命。鉚接的接頭形式有搭接、對接、角接、板型鉚接、翻孔鉚接等。搭接是將一塊板件或型鋼搭在另一塊鋼板上進行鉚接，可用于承重型結(jié)構(gòu)，并采用半圓頭實心鉚釘。對接是指將兩塊鋼板或型鋼接頭置于同一平面，用蓋板作為連接件將接接頭鉚接在一起?？捎糜诔兄匦徒Y(jié)構(gòu)，并采用半圓頭實心鉚釘。圖示為單排鉚釘單蓋板和雙排鉚釘雙蓋板兩種形式。角接是將兩塊板件相互垂直或成一定角度的連接，在接合處用角鋼作為連接件，有單面和雙面兩種形式。可用于承重型結(jié)構(gòu)，并采用半圓頭實心鉚釘。板型鉚接是先將板件端面與槽鋼或壓形制件一端面搭接裝配，再利用鉚釘連接在一起,可用于承重型結(jié)構(gòu)，并采用半圓頭實心鉚釘。螺紋連接包括高強度螺栓連接、雙頭螺栓連接、螺釘連接等。高強度螺栓連接是將螺栓穿過受縱向力作用的兩板件通孔，套上墊片后再用螺母旋緊.用于傳遞軸向載荷且被連接件厚度不大，便于安裝的場合。雙頭螺栓連接是將雙頭螺柱旋入端擰入較厚件的螺孔中并固定，另一端穿過薄件通孔后套墊圈，然后再擰緊螺母。用于緊固或緊密程度較高、便于經(jīng)常拆裝的場合。螺釘連接是將直接將螺釘旋入端擰入兩件不透的螺孔中，另一端自帶螺帽，不必再用螺母.用于緊固或緊密程度不太高、不經(jīng)常拆裝的黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 6 頁場合。機械連接是依靠外力及金屬零件形變所產(chǎn)生的機械力，來實現(xiàn)鈑金工件非冶金結(jié)合的連接方法。在選擇機械連接時，側(cè)重考慮產(chǎn)品的連接強度要求、被連接件之間的材料性能特點、使用工作情況要求以及現(xiàn)有施工設(shè)備能力、施工人員技術(shù)情況及經(jīng)濟性等因素。例如咬接方法只能用于板厚小于 1.5mm 薄板件輕型連接。而焊接是通過加熱、加壓，或兩者并用，使同性或異性兩工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工工藝和聯(lián)接方式。焊接應(yīng)用廣泛，既可用于金屬，也可用于非金屬。根據(jù)所設(shè)計的零部件的特點及性能要求，消聲器薄壁筒體與封頭連接無需經(jīng)常拆卸，鉚接與螺紋連接既不能滿足氣密性要求而且又浪費材料，膠結(jié)雖好但不能滿足高溫要求。脹接、咬接與焊接相比較，焊接不僅節(jié)省材料，而且連接質(zhì)量高，可以滿足高溫及氣密性要求等通過上述對比，本次設(shè)計連接方法采用焊接技術(shù)，因焊縫呈環(huán)縫狀，采用滾焊技術(shù)。2.2 焊接方法選擇常用的焊接方法有很多（見圖 1） ，每種方法均有其使用范圍，其中熔焊和電阻焊在鈑金結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，選擇時應(yīng)根據(jù)熱源或力源性質(zhì)、材料焊接性、焊件形狀、和尺寸、生產(chǎn)批量及使用要求等綜合考慮后確定。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 7 頁2.2.1 熔焊方法的選擇對各種熔焊方法進行比較，對各自的特點及適用范圍進行說明。在鈑金生產(chǎn)中，焊條電弧焊（或束）作熱源的各種熔焊方法，應(yīng)用最為普遍。對于各種金屬材料件的短焊縫且處于不同空間位置或單件小批量生產(chǎn)的一般結(jié)構(gòu)件，應(yīng)優(yōu)先選用焊條電弧焊。焊條電弧焊簡便靈活、設(shè)備簡單，適用于各種場合的焊接，可以焊接板厚為 2mm以上的各種金屬結(jié)構(gòu)件，但生產(chǎn)效率不高，需要較高的操作技術(shù)，尤其是高壓高溫高致密性設(shè)備的焊接，要求的操作技能更高。埋弧焊和熔化極氣體保護焊易于實現(xiàn)機械化、自動化，對操作技術(shù)要求不高，有很高的生產(chǎn)率，適于大批量、板厚為 6~30mm 的中厚焊件、長直縫或環(huán)縫的焊接。尤其是 CO2 氣體保護焊高效、節(jié)能、低成本、變形小，是鋼材料最佳的焊接方法。鎢極氬弧焊是非熔化極惰性區(qū)保護焊中一種輕便的焊接方法，對于活性金屬鋁、鎂、鈦、不銹鋼等重要件的焊接中，應(yīng)選用氬弧焊易保證焊接質(zhì)量，但氬氣成本較高，一般結(jié)構(gòu)不必采用氬弧焊。鋁合金和黃銅焊件，在單件生產(chǎn)或無氬弧焊設(shè)備時可采用氣焊。氣焊不僅適宜于焊接有色金屬件，還可以焊接低碳鋼薄板，并廣泛用于火焰釬焊、局部加熱矯正變形、黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 8 頁局部熱處理等。2.2.2 電阻焊方法選擇電阻焊就是焊件組合后，通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法。其生產(chǎn)率高、易于實現(xiàn)機械化和自動化。因此被廣泛的應(yīng)用于各工業(yè)部門，尤其是在汽車、拖拉機、飛機以及電真空器件制造等工業(yè)中。電阻焊主要用于薄件搭接、桿件和管件的對接等。電阻焊按焊接方式可分為點焊、縫焊、凸焊、和對焊四種。點焊 點焊時，將焊件搭接裝配后，壓緊在兩圓柱形電極間，并通一很大的電流，使兩焊件接觸處加熱到熔化溫度，形成似透鏡狀的液態(tài)熔池。斷電后，在壓力的作用下，凝固形成焊點(見圖 2-a)?？p焊 縫焊與點焊相似，但在焊接時以旋轉(zhuǎn)的滾盤代替點焊時的圓柱形電極，焊件在轉(zhuǎn)動的滾盤間借摩擦力向前移動，當電流斷續(xù)或連續(xù)地由滾盤流過焊件時即形成一條焊點前后的搭接的連續(xù)焊縫。因此縫焊焊縫實質(zhì)上是由許多彼此相重迭的焊點所組成（見圖 2-b） 。凸焊 是指在一焊件的貼合面上預(yù)先加工出一個或多個凸起點，使其與另一焊件表面相接觸，加壓并通電加熱，凸起點壓塌后，使這些接觸點形成焊點的電阻焊方法（見圖 2-c） 。對焊 對焊可分為電阻對焊和閃光對焊兩種。電阻對焊即是將焊件裝配成對接接頭黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 9 頁（見圖 2-d） ，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱到塑性狀態(tài)，然后迅速施加頂鍛力完成焊接的方法；閃光對焊則是將焊件裝配成對接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近達到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點（產(chǎn)生閃光） ，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)達到預(yù)定溫度時，迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。閃光對焊又可分為連續(xù)閃光焊和預(yù)熱閃光焊。2.2.3 高能束焊方法選擇高能束焊是指等離子弧焊、電子束焊、激光焊和機器人焊等由于焊接設(shè)備和輔助工裝均較復(fù)雜，要求更多的基礎(chǔ)知識和較高的操作技能。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 10 頁對于稀有金屬、活性大的金屬和高熔點金屬的罕見，若一般厚度時，可采用等離子弧焊、真空電子束焊和窄間隙脈沖氬弧焊；若極薄的微型鉑件則應(yīng)選用微束等離子弧焊或脈沖激光點焊。此外，對于冶金相容性差的異種材料、接頭受力不大、工作溫度不高的接頭或精密微型復(fù)雜形件，宜選用釬焊或膠焊等非液相結(jié)合的焊接方法。通過上面的焊接連接的各種方法的對比，結(jié)合實際經(jīng)濟條件、技術(shù)條件及設(shè)計部件的技術(shù)及性能要求等，選擇最適合的焊接方法。電阻焊其高效、節(jié)能、低成本、變形小、高質(zhì)量，易于實現(xiàn)機械化、自動化，是鋼材料很好的焊接方法，還有其致密性、耐熱性、耐蝕性都滿足所需要求。因此本次環(huán)縫連接采用電阻縫焊。2.3 連接接頭的選擇與論證 前面已經(jīng)選用焊接方法，因此在這里只對電阻縫焊進行接頭設(shè)計進行說明。焊接結(jié)構(gòu)常用的接頭形式有對接接頭、搭接接頭、角接接頭、以及 T 形接頭（如表一） ，而常見的電阻縫焊（滾焊）接頭形式見圖 2.應(yīng)根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)形狀、焊件厚度、焊縫強度要求及施工條件等情況來選擇，要考慮易于保證焊接質(zhì)量和盡量降低成本。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 11 頁根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)及結(jié)合形式，選用上圖中的 d 圖外卷邊接頭。表 1 低碳鋼焊縫規(guī)范電極壓力（N）條件板厚（mm） 最小 標準通電時間（cyc）休止時間（cyc）電流（A）焊接速度（m/min）焊點數(shù)（點/cm）高速條件（A）0.250.60.81.01.62.02.42.83.218002100240027003400450050005100560018002500320041005400680077008800100001222334441112112221150012500150001830021000220002300025000275002.952.702.622.502.302.152.031.901.786.14.34.53.54.04.13.03.23.2中速焊接（B）0.250.60.81.01.62.02.42.83.218002100240027003400450050005100560018002500320041005400680077008800100002233467911122356667800011000130001500017500200002100022000230002.031.901.831.701.61.401.271.221.145.94.74.03.52.82.42.22.01.8低速條件（C）0.250.60.81.01.62.02.418002100240027003400450050001800250032004100540068007700232246633444667500900012000135001540010000170001.251.141.070.990.910.760.705.75.15.55.14.94.04.3黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 12 頁2.8 5100 8600 6 6 18500 0.64 4.13 滾焊及工藝擬定根據(jù)所選材料為 Q235 鋼，為低碳鋼的縫焊。低碳鋼根據(jù)使用目的及焊接設(shè)備的能力，可采用高速、中速和低速三種規(guī)范進行搭接縫焊。對于沒有氣密性要求的焊接接頭，焊接速度還可以提高。一般當要求氣密性時，采用中速規(guī)范較適宜，并容易獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量。表 4 是抵碳鋼的縫焊規(guī)范。如果采用了窄邊滾輪(薄電極)，則電極壓力和焊接電流均可相應(yīng)減小，焊接速度可適當提高。由于焊件有氣密性要求采用中速規(guī)范，結(jié)合資料表 10-13，由焊件厚度 1.5+1.5mm，查的平面滾盤工作面寬度為 8.0-9.0mm,根據(jù)搭接量要求本次設(shè)計工作面寬度為 5mm.焊接時間為 0.08-0.10s，間隔時間為 0.10-0.14s，焊接速度為1.6m/min,焊接電流為 17500A。實施滾焊的順利程度要取決于焊機的調(diào)整是否正確、使用裝備（電極和夾具）的形式是否合理、焊前材料的準備是否正確和操作順序是否合適，這些問題應(yīng)當受到關(guān)注。焊接件的順利程度在頗大程度上取決于它們的結(jié)構(gòu)工藝性，也就是取決于設(shè)計結(jié)構(gòu)時是黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 13 頁否考慮到焊接過程中所用的特點；對于點焊和滾焊的制件，不僅應(yīng)該注意到焊接過程的一般特點，而且還應(yīng)考慮到現(xiàn)有焊機的結(jié)構(gòu)特點，焊機的工作限界尺寸等?？p焊的規(guī)范參數(shù)有滾輪工作面形狀及寬度；滾輪壓力(電極壓力)、焊接時間及休止時；焊接速度(滾輪轉(zhuǎn)動速度)和焊接電流等。現(xiàn)分述如下：3.1 滾輪工作面形狀及寬度 滾輪是縫焊時的電極，其工作面有平面形和圓弧形兩種，見圖 4。而表 5 是不同板厚焊件與滾輪尺寸的關(guān)系。只要焊件結(jié)構(gòu)允許，滾輪直徑(D)應(yīng)盡可能地選得大些，并使上、下滾輪直徑盡量接近。目前，出于節(jié)省能源的目的還發(fā)展了一種窄邊滾輪(薄電極)，其工作面寬(b)只有 3—5mm。這樣既可降低所需的焊接電流，又可減少焊件之間的搭接量。在本次設(shè)計中，采用平面行窄邊滾輪，工作面寬度為 5mm,正好滿足搭接量要求。3.2 滾輪壓力 一般縫焊時，先是用滾輪壓緊焊件，然后開始轉(zhuǎn)動，同時接通焊接電流。滾輪壓力在整個焊接過程中是不變化的，因此縫焊時對該輪壓力的要求較點焊簡單。查表 3黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 14 頁得，選擇電極壓力為 3400-5400N（選 5000N）3.3 焊接時間及休止時間 縫焊可以在連續(xù)通電或斷續(xù)通電下進行。連續(xù)通電的方法可以大大提高焊接速度，但會降低焊接接頭的質(zhì)量和縮短滾輪的使用壽命。因此可采用通幾個電流脈沖，然后休止一段時間的斷續(xù)通電的方法，這種方法目前應(yīng)用最廣泛。在兩次電流脈沖之間的休止時間內(nèi)，滾輪和焊件得到冷卻，可提高滾輪的使用壽命，減小焊接熱影響區(qū)的寬度，并減輕焊后的殘余變形。3.4 焊接速度和點距 選擇焊接速度時，應(yīng)保證焊核點距(焊點的重疊程度)符合氣密性的要求。焊接速度是指焊件的直線運動速，它與焊接時間和休止時間有關(guān)，而焊接時間與休止時間又決定了電流脈沖的頻率(n)。它們的比值確定了點距 a：a＝V／n式中 a—點距(mm)；V—焊接速度(mm／min)，n—每分鐘的焊接電流脈沖數(shù)。表 2 不同板厚焊件及滾輪尺寸(mm)板厚 最大 b 最小 B 弧形半徑 R0.250.50.81.01.62.02.43.24.86.46.46.47.99.511.012.79.512.712.712.712.716.016.019.03838757575757575點距 a 的大小取決于焊件的厚度和材料的種類。要求具有氣密性好的焊接接頭的點距時，應(yīng)使外表面上每一焊點和前一個焊點有一定的重疊，而內(nèi)部焊核緊密地一個蓋住一個(需通過金相試片 5i 就觀察到)。選擇點距時，可以應(yīng)用下列公式計算：黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 15 頁(1)對于低碳鋼和低合金鋼， a＝(2.8～3.2)δ；(2)對于鋁合金和有色合金， a＝(2.0～2.4)δ；（3）對于鎳鉻合金和鎳鉻鋼，a=(2．4～2．8)δ；。式中 δ 為焊件中薄件的厚度(mm)。利用第二種方法：a=(2.8～3.2)δ=(2.8～3.2)×1.5=4.2～4.8（mm） ，取 4.5mm。由上述制造方法及工藝完成焊件的焊接。焊接示意圖如下（圖 5）.焊接之前，要做好焊接的準備工作，焊件的表面狀態(tài)，電極與焊件接觸處和焊件接觸處的電流、熱量的分布以及向電極的散熱等都很有重大影響，因此要對焊件的接口表面進行處理，把油污、氧化膜、油漆除去。另一方面要注意焊件的裝配定位，焊件的裝配間隙應(yīng)盡可能的小些，這是焊接結(jié)構(gòu)取得高質(zhì)量的重要條件。在間隙大的焊件間，特別是剛度又得到增強的結(jié)構(gòu)上進行焊接時，部分電極壓力會消耗于壓緊間隙，所以實際的焊接壓力降低了。這樣，焊接時產(chǎn)生的=飛濺的傾向增大，焊核尺寸和接頭強度的波動增大，結(jié)構(gòu)的變形也會有所增加。允許的間隙值取決于焊件結(jié)構(gòu)的剛度（即焊件的厚度和形狀）和存在間隙部分的長度。通常許用間隙為 0.1～2mm。焊件越厚間隙部分越短，則許用間隙越小。對于縫焊的三分之一。詳見工藝裝配圖。4 焊后質(zhì)量檢驗及各項實驗只有在正確而細致地選擇焊接規(guī)范，并是它保持一定時才能得到高質(zhì)量的滾焊接黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 16 頁頭。為了調(diào)整焊接規(guī)范，要對焊接接頭或試件進行檢驗或?qū)嶒?。這樣，就可以把確定出的焊接規(guī)范參數(shù)，如：焊接電流值、電流脈沖的時間和特性、電極壓力、電極工作表面的形狀、滾輪轉(zhuǎn)動速度一一規(guī)定下來。以方便以后檢查。焊接個別一批構(gòu)件和檢驗工作規(guī)范參數(shù)的同時，進行著焊件試件或構(gòu)件的實驗工作。若對實驗結(jié)果不滿意，應(yīng)當將焊接規(guī)范加以修正。4.1 缺陷及其檢驗在焊接過程中，由于各方面原因，會造成焊件產(chǎn)生很多缺陷，從而影響焊接質(zhì)量。因此要對焊接后的焊接進行質(zhì)量檢驗。在焊件滾焊時所發(fā)生的缺陷可分為焊接接頭缺陷和焊接構(gòu)件缺陷，它們又可分為外部和內(nèi)部缺陷。圖 6 和圖 7 列舉了焊件的內(nèi)外部缺陷。而表 3 和表 4 分別是焊接接頭內(nèi)外部缺陷及產(chǎn)生原因?？筛鶕?jù)兩表查找原因。我們可以使用簡單的測量工具和放大倍數(shù)不大的放大鏡進行焊接接頭的外部檢驗。電極的壓痕在焊件表面上應(yīng)該很清晰，并且均勻而且是圓形的。焊接低碳鋼時，焊點周圍可能是黑色氧化環(huán)。氣密的滾焊接頭應(yīng)具有均勻的鱗片狀的表面，這種鱗片表面應(yīng)由黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 17 頁形狀和尺寸皆相同的、帶有明顯輪廓的單個壓痕組成。等厚度零件的滾焊接頭的兩面壓痕深度總和不應(yīng)超過焊件總厚度的 20％.目前，還沒有一種檢驗內(nèi)部缺陷的通用方法。用 X 射線透射可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部裂紋、縮孔、氣孔和內(nèi)部溢出。表 3 接頭的內(nèi)部缺陷及產(chǎn)生原因缺陷 產(chǎn)生缺陷的可能原因1、未焊透或焊點核心小a)電流小；b）電極壓力大；c）電極接觸表面過大；d）清理不良；e 電極過分靠近搭接邊緣（焊接輕合金時） 。2、裂紋和縮孔a)電流脈沖時間短；b）電極壓力不足；c）清理不良；d）鍛壓力加的過于遲緩。3、焊點核心分布不對稱 電極接觸表面面積選擇不當4、熔透過大—焊點核心過高 a)焊接電流過大;b)電極壓力不足黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 18 頁5、金屬溢出到焊件間的縫隙中a)焊接電流過大；b）電極壓力不足；c）焊接時焊件傾斜；d）電極布置得過分靠近搭接邊邊緣（焊接鋼和鉻鎳合金時）6、焊接接頭（合金結(jié)構(gòu)鋼）變脆a）焊接電流脈沖時間不夠;b)焊接過程的熱循環(huán)不良7、滾焊接頭不氣密a）點距不適當;b)焊接規(guī)范穩(wěn)定性受到破壞（包括電流、電極壓力、電流脈沖時間、焊接速度或滾輪工作表面尺寸） ；c）焊接時焊件放置不當；d）上下滾輪的直徑差過大表 4 焊接接頭的外部缺陷及產(chǎn)生原因缺陷 產(chǎn)生缺陷的可能原因1、滾焊接頭的焊點壓痕或“鱗片”的形狀不正確a)電極工作表面的形狀不正確或磨損不均勻；b)焊接時，焊件和電極傾斜；c）滾焊速度過快2、電極壓痕過深及過熱 a)電極脈沖時間過長；b)電極壓力不足；c）電流過大3、局部燒穿或熔化金屬劇烈的外部溢出 a)焊件或電極表面不干凈；b) 電極壓力不足；c)電極接觸表面形狀不正確；d）滾焊速度過快4、徑向裂紋 a）焊接電流脈沖時間不夠；b）電極壓力不足；c）電極冷卻不足；d）電極鍛壓力不足（焊接輕合金時） ；e）鍛壓力加的過于遲黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 19 頁緩5、環(huán)形裂紋 電流脈沖時間過長6、熔化金屬擴展到接頭表面上和接頭表面發(fā)黑。a）焊件或電極表面清理得不夠仔細；b）電極壓力不足；c）焊接電流脈沖時間過長；d）電流過大7、接頭邊緣近旁的金屬被壓壞和裂紋 a）焊點布置得過分靠近接頭邊緣；b)電流過大；c）電流脈沖時間過長；d）鍛壓力過大8、焊點被拉開或撕破 由于裝配不良，焊接時焊件被過分拉緊4.2 各項試驗根據(jù)焊件的性能要求，在焊件焊接完畢后，要進行各項實驗，使其滿足條件。本次設(shè)計，環(huán)縫連接后，兩端面的平行度及筒體與兩端垂直度均應(yīng)符合規(guī)定的技術(shù)要求，同時還需經(jīng)受 0.5MPa 的水壓試驗和氣密性實驗。焊接后對筒體進行測量，滿足平行度及垂直度要求。并進行各項試驗：4.2.1 水壓試驗?zāi)蛪涸囼炇菍⑺?、油、氣等充入容器?nèi)徐徐加壓，以檢測其泄露、耐壓破壞等的試驗方法，這種檢驗用于檢驗高壓容器焊縫的密封性和強度。受試產(chǎn)品必要時應(yīng)經(jīng)消除應(yīng)力熱處理后才能進行試驗。用水作為介質(zhì)的耐壓試驗稱為水壓試驗，是焊接容器中用的最多的耐壓試驗方法。水壓試驗的壓力可按下式確定：1.25p t][ ?=TPP+0.1取兩者中的較大值。式中 PT － 水壓試驗壓力；P － 設(shè)計壓力；黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 20 頁［σ］ － 試驗溫度下的材料許用應(yīng)力（MPa）;－ 設(shè)計溫度下的材料許用壓力（MPa）;當 的比值大于 1.8 時，按 1.8 計算。t][ ?試驗時，將被試容器灌滿水，徹底排盡空氣并密封，用壓力泵徐徐向容器內(nèi)加壓。升壓過程應(yīng)緩慢上升，當水壓達到規(guī)定試驗后，停止加壓，關(guān)閉進水閥，并保持一定時間，以視壓力是否有下降現(xiàn)象。此后，再將壓力緩慢降至規(guī)定壓力的 80﹪.并保持足夠長的時間以對所用焊縫進行檢驗。如有滲漏，修補后重新試驗。4.2.2 氣密性試驗將壓縮空氣（或氨、氟利昂、鹵素氣體等）壓入焊接容器，利用容器內(nèi)外的壓力差檢驗有無泄露的方法稱作氣密性試驗。容器需經(jīng)液壓試驗合格后方可進行氣密性試驗，試驗壓力為設(shè)計壓力的 1.05 倍。試驗時壓力應(yīng)緩慢上升，達到規(guī)定試驗壓力后保壓 10min，然后降至設(shè)計壓力，對所有焊縫和連接部位均應(yīng)進行泄露檢查，對氣壓試驗合格的容器可免做氣密性試驗。接頭氣密性檢驗一般流行的方法是液壓實驗或氣壓試驗，比較簡單的方法是用煤油進行接頭實驗。在被實驗接頭的一面涂上白亜粉上形成黑色斑點。或者用氨氣檢驗是工序間檢查焊縫氣密性的另一種方法?？梢园驯粚嶒灥膶ο蠓旁谝粖A具中，此夾具可在內(nèi)部造成 0.5MPa 的氣壓見下圖(圖 8)。焊件中充以少量的氨氣（容積的 1%） 。在要試驗的焊縫上蓋上用 5%硝酸銀溶液潤過的紙帶，在接頭不氣密的地方，紙上會顯出黑色斑點。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 21 頁對焊件檢驗合格后，方可進行下一道工序，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。結(jié)論黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 22 頁通過本次設(shè)計讓我們學(xué)到了很多東西，也發(fā)現(xiàn)了很多東西。首先它培養(yǎng)了我們獨立思考的能力，針對自己的課題，設(shè)計出自己的方案及思路。其次也鍛煉了我搜集、匯總資料的能力，讓我們對以前學(xué)過的知識進行了回顧和總結(jié)。通過導(dǎo)師的辛勤教導(dǎo)，與同組同學(xué)的討論學(xué)習(xí)，真正讓我學(xué)到了更多的知識。把大家的意見結(jié)合起來對自己的設(shè)計進行修改和創(chuàng)新，又鍛煉了我的 CAD 制圖能力。我覺得如果我們平時多做一些這樣的設(shè)計，那么我們將學(xué)到更多的知識，通過不斷的鍛煉實習(xí)，就會真正的鍛煉我們的綜合設(shè)計和創(chuàng)新能力。我發(fā)現(xiàn)由于實際條件限制，在設(shè)計中缺少了同學(xué)的實際操作能力，很多都是理論設(shè)計，感覺到與現(xiàn)實還有很大一段距離。還有很多同學(xué)，設(shè)計完了，但是卻與現(xiàn)實中對不上號。如果我們能真正的參與到現(xiàn)實的設(shè)計制造當中，那么我們會發(fā)現(xiàn)更多東西，相信我們會學(xué)到更多的知識。總之，本次設(shè)計讓我受益非淺，對以后的工作學(xué)習(xí)都有很大的幫助。致謝黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 23 頁在這里首先要感謝我的導(dǎo)師王愛珍老師，本次設(shè)計是在王老師的精心指導(dǎo)和悉心的關(guān)懷下完成的。她以其淵博的知識，嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和高度的責(zé)任心，給我以耐心的指導(dǎo)，特別是在資料的搜尋過程中，王老師不辭辛勞，在百忙之中為我尋找到珍貴的資料，讓我們可以方便的參考資料。更重要的是，她在指導(dǎo)過程中自信的精神和求實的態(tài)度值得我終身學(xué)習(xí)，再次向范老師表示衷心的感謝。其次要感謝與我一組的同學(xué)，在與他們相互討論中，我對所學(xué)的知識加深了印象，對課題有了更深刻的理解。在合作過程中，與他們?nèi)谇⒌南嗵帪槲姨峁┝撕芎玫脑O(shè)計氛圍，我非常高興能與他們合作，同時感謝他們對我的無私幫助。最后要感謝與我朝夕相處的宿舍同學(xué)，他們在設(shè)計中也給予我寶貴的意見和建議，在此表示感謝。參考文獻黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 24 頁[1]王愛珍編著.鈑金連接技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.1.[2]技工學(xué)校機械類通用教材編審委員會編[M].焊工工藝學(xué) 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