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焊接的材料加工工艺及装配

发布者:kefu发表时间:【2017-10-12】

焊接过程可以归结为焊接由制造焊接结构的材料(包括基本金属材料和各种辅助、填充材料,外购毛坯和零件等)经设备(材料准备设备、装配焊接设备等)加工制成产品的过程。这个过程的主体是参加的工作人员,包括直接(基本工人、辅助工人、工程技术人员)和非直接(管理人员、服务人员)人员、检验人员。当然还需要开动机器的能源(即动力)和一定的空间(即的车间场地)才能进行这个过程。所以说焊接是由材料、设备、场地、动力和工作人员所组成的,它们就是焊接的组成部分。


  今天小编就跟大家一起学习焊接的材料加工工艺及装配、焊接工艺。


1.材料加工工艺


  包括钢材预处理在内的焊接的材料加工指装配焊接前的准备、加工,这是指对绝大多数焊接结构的基本材料—金属轧材的一系列加工,如包括矫正(校直)、清理、表面防护处理、预落料等的钢材预处理;划线(号料)、切割(下料)、边缘加工、成形(包括弯曲)及焊前的坡口整理等。它约占全部加工工作量的25 %~60 %。如果材料的加工工艺不良,即毛坯质量差,或是尺寸误差大,缺乏互换性,或是坡口加工不合适,或是零件不规矩、有变形等,这都使装配困难,焊接质量下降,有时根本不能装配,需要修整,从而大大降低了效率。采用机械化和自动化装配焊接技术,则要求更加严格,否则将产生焊接缺陷,故为获得稳定的焊接过程,保证优良的产品质量,制定合理的材料加工工艺是很重要的。下面分述几种主要的材料加工工艺:

  (1)钢材的预处理

  1)矫正:由于运输、储存及轧制、冷却等环节使轧制钢材发生波浪、整体弯曲、局部凸起、边缘折弯等不希望有的变形,还有些轧材,如5mm厚或更小厚度的钢材是成卷供货的,在投人焊接前**展平矫正,否则将影响划线、号料、切割等工序的**度。材料加工过程(如热切割)中产生的变形也需要矫正,这种矫正称为**次矫正。据统计10%~***的钢板和扁钢(依厚度不同而有差别),10%~20%的型材需要矫正。矫正通常在冷态下进行。冷矫正(弯曲)过大,会使材料变脆,故为限制过大的塑性变形,对冷矫正和冷弯曲作出了限制,表5 -15所示是***标准“钢结构工程施工质量验收规范”( GB 50205-2001)所作的规定,按此规定矫正的相对变形量不大于1%。为防止低温下冷矫正(和冷弯曲)钢材发生脆性断裂,规范规定碳素结构钢在-16℃、低合金结构钢在-12℃以下的环境温度下,不得冷矫和冷弯。超过表5-15规定范围矫正和弯曲需进行加热,加热一般不得超过900℃。加工或施焊过的毛坯进行二次矫形时应限制焊缝余高,或去除余高,目的也是防止接头区过大的塑性变形。现代焊接中多使用机床进行矫正,极少用手工矫正。使用钢板矫正机可矫正钢材厚度0. 5~50mm,它是利用多辊反复辗压的原理达到校正目的的。小的和中等截面的型材也可用多辊型材矫正机矫正,但工字钢、槽钢及大截面型钢则要用型钢调直压力机进行矫正。在一些情况下,特别是钢材二次矫正或焊件的矫形还常常使用火焰矫正,其原理是利用气焊或气割的焊、割矩或专用的火焰矫正加热枪,加热被矫正钢材或焊件的变形部位,如纤维伸长变形部位,使之产生压缩塑性变形,然后令其迅速冷却,伸长纤维缩短了,从而消除了变形。

  矫正后的钢材表面,不应有明显的凹面或损伤,划痕深度不得大于0. 5 mm,且不应大于该钢材厚度负允许偏差的1/2。

2)表面清理和表面防护处理:清除钢材和零件表面的锈、油污和氧化物等是焊接中常被忽视的一道工序。这样做的结果可能破坏正常的,如使数控切割的连续进行受阻;采用有效的焊接方法困难,甚至不能进行,如埋弧焊、窄间隙焊、电阻点焊和缝焊等。清理的方法主要有两类:机械法和化学法。前者包括喷砂或喷丸、手动风(电)砂轮或钢丝刷或砂布打磨、刮光或抛光等。后者即用溶剂进行清理,有较有效率,质量均匀且稳定,但成本较高,并可能对环境造成污染(如对废液和空气的处理不达标的话),常用的方法是在稀硫酸(质量分数为2%~4%)槽浸泡,再到石灰液(质量分数为1%~2%)槽中中和,后进行干燥。


  表面清理后如果没有及时投产,还会继续生锈。表面防护处理是在完成矫正和清理后的钢材表面喷涂底漆(可导电的)并烘干的工序。我国在造船、重机、锅炉和工程机械等行业中已经建设了20多条包括矫平、喷丸除锈、40℃预热、酸洗磷化、喷涂底漆和烘干(60 ℃ )等工序在内的由专用设备组成的钢材预处理线。


  (2)放样、划线与号料   该工序用以检查设计图样的正确性,确定零件的毛坯下料尺寸,以及制样板等。将设计结构按1:1比例绘制出来(放大样)即称为放样。放样是**、细致、技艺较高的工作,对以后加工有很大影响。一般放样在放样间进行,为提高放样效率和质量,现代焊接中采用光学放样和计算机放样。


  将待加工零件或毛坯划在金属材料上,以便切割或装配,此工序称为划线,而用样板划线则称为号料。划线和号料都在专用的平台上进行,划线平台应在起重机活动范围内。当采用仿形样板下料或是采用数控切割机下料时,可不预先进行划线和号料。


  (3)切割   焊接被称为金属裁缝,所以各种金属材料的切割下料是重要的工步。绪论中已经介绍了焊接中下料工艺的重大进步,主要指机械化和自动化的热切割工艺,加上热切割本身的进步,原先那种认为热切割效率低,切口质量差的概念发生了根本的改变。有的工厂厚6mm以上的全部或大部分钢材都采用机械化和自动化(数控)的热切割工艺下料,并且省去划线、号料工步,使切割质量大大提高,许多产品的边缘是机械化热切割的产物,切口光滑,零件尺寸正确,使产品质量大为提高。


  另一类切割为剪切切割,这类切割相对于大量的手工热切割来讲称为机械切割。它通常是在常温下进行切割,常用剪床(龙门剪床)、圆盘剪、冲床、联合冲剪机等设备。它的动作和家用剪刀类似,在上、下刀之间的切口处,金属发生挤压、弯曲、剪切而分离,这种切口会发生冷作硬化,被切开的金属发生整体的扭曲塑性变形。大多剪切设备只能切割直线,极少的剪床可切出坡口。**切割厚度对于龙门剪床不大于40mm,而切非直线切口的圆盘剪,则可切割的**厚度为20~25 mm。对于型材,除可用联合冲剪机进行剪切外,还有使用圆盘无齿锯、工具钢带锯床或接触电弧火花锯加工的。采用上述剪切、锯切下料,由于设备多是固定的,常常配有单独的起重运输设备和辊道,并在车间的起重设备工作范围之内。即使如此,工人的劳动强度仍较大。


  (4)弯曲及成形  焊接结构的制造中弯曲及成形工作占有很大比重,某些结构的金属材料80%~90%需经过弯曲及成形加工。例如长输管道结构、锅炉、压力容器、球形容器及其他化工石油设备都属于这一类结构。绝大多数弯曲及部分成形加工是在冷态下进行的,目的是为防止变形过大而引起冷作硬化,材料力学性能下降,故规范规定了冷弯的*小曲率半径和**弯曲矢高,见表5 -15。超过此范围可采用加热至900~1000℃的热成形和弯曲(卷板),在温度降至7000℃(碳钢)和800℃(低合金结构钢)之前应结束这种加工,并使工件自然冷却。同矫形一样规定了冬天加工的****温度。目前弯曲加工仍采用辊式弯板机,又称为卷板机、辊床。弯板机常用三辊形式,也有采用四辊的弯板机。现代弯板机(如PSIO)可冷卷钢板**厚度为190mm,热卷板厚可达380mm,板长达3. 6m,是一种下辊可作水平移动的三辊弯板机,主要用于卷制核反应堆厚壁压力容器。

为防止卷圆时产生扭斜,卷圆开始时工件送进务必对中,对中使得工件的母线与辊子的轴线平行。三辊卷板机设有保证工件对中的挡板,也可用倾斜进料方法,让一个下辊起对中的挡板作用;四辊卷板时,可将一侧辊上升当作挡板。

  卷圆工艺分一次进给和多次进给。取决于工艺限制条件和设备限制条件,即冷卷时不得超过允许的**变形率和板、辊之间不打滑,不得超过辊子的允许应力与设备的**功率。一次进给不能满足则可多次进给完成卷圆。卷板机设备说明书给出的*小弯曲半径系指一次进给卷制机器规定的名义规格板材时的*小弯曲半径,多次进给时*小弯曲半径可以接近上辊半径。卷圆进给次数越少,效率越高,而圆度误差相对大一些。卷圆时总是在工艺、设备条件和圆度误差允许范围内以*少、或一次进给完成卷圆,以求达到**的率。


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