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摘 要:本文从焊接工艺装备在金属结构件的装配焊接中的作用出发,论述了焊接工艺装备的特点、基本设计原则及要求.
关键字:焊接工艺作用原则特点
【正文】
焊接工艺装备简称焊接工装,它是用以安装焊接构件,使之占有正确位置的辅助器具.焊接工装设计是焊接工艺的重要组成部分,在结构件生产中起着举足轻重的作用,可以说没有焊接工装就没有好的产品.焊接工装是焊接生产工艺设计的主要任务之一,也是有效保证产品质量、提高生产效率的前提.
I、焊接工艺装备的作用
提高焊接构件的精度,保证其互换性.采用合理的焊接工装,不仅可以精确地保证焊接构件装配定位焊时各零件的相对位置,而且可以防止或减少工件的焊接变形,减少焊件尺寸偏差,从而保证产品质量,并使产品具有互换性.
提高生产效率,降低制造成本.焊接构件的生产过程一般包括：焊前准备、装配、焊接、清理、校正、检验等工序,其焊前备料、装配及焊后等辅助工序所用时间远远超过工件焊接本身,因此针对焊接构件,提高其工效的最有效措施就是减少辅助工序的时间.除采用自动化焊接工艺,提高焊接自身的效率外,还要采用先进的装配工艺,即使用灵活高效的焊接工装.操作者可以直接在工装上快速装配、对位,免去了划线、弯尺对位等手工操作,节省了焊件装配定位和夹紧的繁锁工作,并可能减免焊后矫正变形和修补工序,同时也能简化检验工序,缩短了产品的生产周期.尤其对于批量生产,会使产品的制造成本大辐度降低.
减轻劳动强度,保障安全生产.采用合理的工装,工件定位迅速,装夹方便、省力,减轻了焊件装配定位和夹紧时的繁重体力劳动,降低了对操作者技术水平的要求.另外,焊件翻转可以实现自动化,变位迅速,能使焊接条件较差的空间位置焊缝变为平焊缝,改善了劳动条件,也有利于焊接生产的安全管理.
II、焊接工艺装备的原则
焊接工装是由焊接件的结构及焊接工艺所决定的,其结构特点将受焊接方法、装配焊接顺序、母材材质及结构刚性的制约,同时也受着产品生产纲领、生产批量、生产条件等限制,因此必须遵循以下几条原则：
必须与焊接工艺要求相适应.由于焊接构件是多种零件的组合体,也就是说在同一焊接工装上装配的零件有多个,我们知道焊接顺序对工件焊接变形影响颇大,受组合体结构形式的限制,在复杂的构件装配过程中,不可能将所有零件一次性全部装配完成,否则先装配的零件可能会直接影响后序装配零件的装配工作,有些结构件如果一次装配焊接完成,会产生较多缺陷或易产生较大焊接变形,复杂构件工艺上可能采取"先分部、后整体"的装配焊接方式,即先将部分零件装配、焊接、矫正完成形成部件,然后再进行后序零件的装配、焊接、矫正,这样可以避免造成一次装焊变形太大而难以矫正甚至无法矫正的后果.根据上述几种状况,那么所设计的工装必须符合装配焊接工艺要求,可能是把多个零件按顺序逐个地在工装上定位和夹紧,也可能是边装边焊,其定位夹紧可以是分别的,抑或是一批联动进行的,总之所设计的工装,其动作次序和功能要求要与制造工艺过程相吻合.
要考虑焊接过程中,不同零件因焊接加热、冷却而产生的应力和变形.因为焊接是一个不均匀加热和冷却过程,焊接时加热速度快、温度高,而在某一峰值温度和保温时间却十分暂短,甚至只有几秒到十几秒,这样必然造成焊缝和热影响区的组织和性能的不均匀性,因而必然要产生复杂的应力和变形.不同的零、部件、不同的部位变形方向、大小都不尽相同,因此在工装的设计中,要考虑焊接过程中,不同零件因焊接加热、冷却而产生的应力和变形.比如设置定位元件时,要充分考虑焊接应力和变形方向,通常在焊件平面内的伸缩变形不作限制,一般都是通过留收缩余量方法让其自由收缩,而角变形、弯曲变形或波浪变形等需用夹具加以限制,有时还需要利用夹具采取反变形措施.当焊接接头处于热状态时,焊件由于自身重力作用发生的变形也不容忽视.同时又要考虑在焊后工件应力很大的情况下,工件取出方便.一般在方便取装并保证焊件的主要精度要求的前提下,对参与组焊的个别零部件可以设计成欠定位,对一些本身要求精度较低的工件可以不作定位.另外,不同的零件所受的夹紧力也不尽相同,要根据某一零件的刚度及变形方向等,来确定各个零件的夹紧力,一部分工件需要设计较大的夹紧力,而另一部分工件则可以只定位不需夹紧.有时还需要根据结构的具体情况,对某些零件给予反变形或作刚性固定.一般情况下,应避免重复定位,但一些薄板冲压件,由于刚性极差,为提高工件与定位件的接触刚度,防止工件变形,常有意识地采用重复定位,即另采用一些辅助定位点和辅助夹紧点来控制变形.特殊情况下为提高装夹效率,在不影响装配质量的前提下,局部位置允许采用欠定位.
必须要与焊接方法相适应.焊接方法不同,对工装结构和性能要求也不同,如薄板钨极氩弧焊要考虑在工装上设置铜垫板；焊接钛合金要考虑设置背面充氩保护装置；焊接高强钢则要考虑在工装上布设加热装置,直流电弧焊要考虑磁偏吹状况等.有些用电作热源的焊接方法,要考虑焊件本身作为焊接回路电极,焊接工装要有导电或绝缘的功能,当焊接电流很大时,导电部位还需采取散热措施.
III、焊接工艺装备的设计
焊接工装的要讲求实用性.焊接工装既要有较好的使用性能,又要保证装配工艺要求,同时力求结构简单、轻巧,操作时动作迅速,而且要便于制造.
焊接工装的要讲求经济性.在明确生产纲领的前题下,对产品进行焊接工艺分析,然后根据产品批量大小,制定工装设计方案.实际应用的焊接工装并不一定机构如何复杂,要根据工件的具体情况,提倡小夹具大效益的效果.比如有些工装可设计成只用于工件定位,其任务就是按产品图及工艺要求,把焊接件上的各零件或部件相互位置准确地固定下来,而勿需夹紧,装配工件时由对位操作者辅助焊工进行定位焊即可,此种工装既可以保证工件准确对位,又使工装制作复杂程度减少到最低.另外在进行工装设计时,应尽量考虑采用通用标准化元部件,使之与夹具体有机组合,灵活应用这种设计方法,可以简化工装,降低工装制作成本,而且能很好地保证工装制作精度.在可能的情况下,尽量设计通用焊接工装、组合夹具、可调夹具或柔性工装,对这些工装无需调整或稍加调整,就能适用于相似类型构件的装配和焊接工作.根据产品生产纲领,如果是大批量生产,可以针对具体结构件,将现有设备稍加改制成为专机,更可以收到显著的经济效益.必要时可以选择采用机械化和自动化程度高的工装夹具,可以显著提升焊接技术水平,从而增强企业生产竞争能力.
另外,工装必须具有安全可靠性,保证工装在使用期内,凡受力构件都应有足够的强度和刚度.操作位置要设置在工人易接近的部位,以保障安全生产.
总之,事实表明,通过使用设计合理工装进行装配焊接,能够满足图纸尺寸要求、方便操作、焊接可达性好,可以有效保证产品的质量,并极大地提高劳动生产效率.