第五章 焊接结构的装配与焊接工艺

112第五章焊接结构的装配与焊接工艺装配与焊接是焊接结构生产过程中的核心，直接关系到焊接结构的质量和生产效率。同一种焊接结构，由于其生产批量、生产条件不同，或由于结构形式不同，可有不同的装配方式、不同的焊接工艺、不同的装配—焊接顺序，也就会有不同的工艺过程。本章重点介绍装配与焊接工艺方法。第一节焊接结构的装配装配是将焊前加工好的零、部件，采用适当的工艺方法，按生产图样和技术要求连接成部件或整个产品的工艺过程。装配工序的工作量大，约占整体产品制造工作量的30％~40％，且装配的质量和顺序将直接影响焊接工艺、产品质量和劳动生产率。所以，提高装配工作的效率和质量，对缩短产品制造周期、降低生产成本、保证产品质量等方面，都具有重要的意义。一、装配方式的分类装配方式可按结构类型及生产批量、工艺过程、工艺方法及工作地点来分类。1．按结构类型及生产批量的大小分类（1）单件小批量生产单件小批量生产的结构经常采用划线定位的装配方法。该方法所用的工具、设备比较简单，一般是在装配台上进行。划线法装配工作比较繁重，要获得较高的装配精度，要求装配工人必须具有熟练的操作技术。（2）成批生产成批生产的结构通常在专用的胎架上进行装配。胎架是一种专用的工艺装备，上面有定位器、夹紧器等，具体结构是根据焊接结构的形状特点设计的。2．按工艺过程分类（1）由单独的零件逐步组装成结构对结构简单的产品，可以是一次装配完毕后进行焊接；当装配复杂构件时，大多数是装配与焊接交替进行。（2）由部件组装成结构装配工作是将零件组装成部件后，再由部件组装成整个结构并进行焊接。3．按装配工作地点分类（1）工件固定式装配装配工作在固定的工作位置上进行，这种装配方法一般用在重113型焊接结构或产量不大的情况下。（2）工件移动式装配工件沿一定的工作地点按工序流程进行装配，在工作地点上设有装配用的胎具和相应的工人。这种装配方式在产量较大的流水线生产中应用广泛，但有时为了使用某种固定的专用设备，也常采用这种装配方式。二、装配的基本条件在金属结构装配中，将零件装配成部件的过程称为部件装配；将零件或部件总装成产品则称为总装配。通常装配后的部件或整体结构直接送入焊接工序，但有些产品先要进行部件装配焊接，经矫正变形后再进行总装配。无论何种装配方案都需要对零件进行定位、夹紧和测量，这就是装配的三个基本条件。1．定位定位就是确定零件在空间的位置或零件间的相对位置。图5-1所示为在平台6上装配工字梁。工字梁的两翼板4的相对位置是由腹板3和挡铁5来定位，它们的端部是由档铁7来定位。平台6的工作面既是整个工字梁的定位基准面，又是结构的支承面。2．夹紧夹紧就是借助通用或专用夹具的外力将已定位的零件加以固定的过程。图5-1中翼板与腹板间相对位置确定后，是通过调节螺杆1来实现夹紧的。3．测量测量是指在装配过程中，对零件间的相对位置和各部件尺寸进行一系列的技术测量，从而鉴定定位的正确性和夹紧力的效果，以便调整。上述三个基本条件是相辅相成的，定位是整个装配工序的关键，定位后不进行夹紧就难以保证和保持定位的可靠与准确；夹紧是在定位的基础上的夹紧，如果没有定位，夹紧就失去了意义；测量是为了保证装配的质量，但在有些情况下可以不进行测量（如一些胎夹具图5-1工字梁的装配1—调节螺杆2—垫铁3—腹板4—翼板5、7—挡铁6—平台8—90o角尺114装配，定位元件定位装配等）。零件的正确定位，不一定与产品设计图上的定位一致，而是从生产工艺的角度，考虑焊接变形后的工艺尺寸。如图5-2所示的槽形梁，设计尺寸应保持两槽板平行，而在考虑焊接收缩变形后，工艺尺寸为204，使槽板与底板有一定的角度，正确的装配应按工艺尺寸进行。三、定位原理及零件的定位1．定位原理零件在空间的定位是利用六点定位法则（在第九章具体论述）进行的，即限制每个零件在空间的六个自由度，使零件在空间有确定的位置，这些限制自由度的点就是定位点。在实际装配中，可由定位销、定位块、挡铁等定位元件作为定位点；也可以利用装配平台或工件表面上的平面、边棱等作为定位点；还可以设计成胎架模板形成的平面或曲面代替定位点；有时在装配平台或工件表面划出定位线起定位点的作用。2．定位基准及其选择（1）定位基准在结构装配过程中，必须根据一些指定的点、线、面来确定零件或部件在结构中的位置，这些作为依据的点、线、面，称为定位基准。图5-3所示为容器上各接口间的相对位置，是以轴线和组装面M为定位基准确定的。装配接口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在筒体上的相对高度是以M面为定位基准而确定的；各接口的横向定位则以筒体轴线为定位基准。（2）定位基准的选择合理地选择定位基准，对于保证装配质量、安排零部件装配顺序和提高装配效率均有重要影响。选择定位基准时，应着重考虑以下几点：1）装配定位基准尽量与设计基准重合，这样可以减少基准不重合所带来的误差。比如，各种支承面往往是设计基准，宜将它作为定位基准；各种有公差要求的尺寸，如孔心距等也可作为定位基准。图5-2槽形梁的工艺尺寸图5-3容器上各接口位置1152）同一构件上与其它构件有连接或配合关系的各个零件，应尽量采用同一定位基准，这样能保证构件安装时与其它构件的正确连接和配合。3）应选择精度较高，又不易变形的零件表面或边棱作定位基准，这样能够避免由于基准面、线的变形造成的定位误差。4）所选择的定位基准应便于装配中的零件定位与测量。在确定定位基准时应综合生产成本、生产批量、零件精度要求和劳动强度等因素。例如以已装配零件作基准，可以大大简化工装的设计和制造过程，但零件的位置、尺寸一定会受已装配零件的装配精度和尺寸的影响。如果前一零件尺寸精度或装配精度低，则后一零件装配精度也低。四、装配中的测量测量是检验定位质量的一个工序，装配中的测量包括：正确、合理地选择测量基准；准确地完成零件定位所需要的测量项目。在焊接结构生产中常见的测量项目有：线性尺寸、平行度、垂直度、同轴度及角度等。1．测量基准测量中，为衡量被测点、线、面的尺寸和位置精度而选作依据的点、线、面称为测量基准。一般情况下，多以定位基准作为测量基准。如图5-3所示的容器接口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都是以M面为测量基准，测量尺寸h1、h2和H2，这样接口的设计标准、定位标准、测量标准三者合一，可以有效地减小装配误差。当以定位基准作为测量基准不利于保证测量的精度或不便于测量操作时，就应本着能使测量准确、操作方便的原则，重新选择合适的点、线、面作为测量基准。如图5-1中所示的工字梁，其腹板平面是腹板与翼板垂直定位的基准，但以此平面作为测量基准去测量腹板与翼板的垂直度，则不是很方便，也不利于获得精确的测量值。此时，若按图5-1所示采用以装配平台面作为测量基准，用90°角尺测量翼板与平台的垂直度，既容易测量，又能保证测量的准确性。2．各种项目的测量（1）线性尺寸的测量线性尺寸，是指工件上被测点、线、面与测量基准间的距离。线性尺寸的测量是最基础的测量项目，其它项目的测量往往是通过线性尺寸的测量来间接进行的。线性尺寸的测量主要是利用刻度尺（卷尺、盘尺、直尺等）来完成，特殊场合利用激光测距仪来进行。（2）平行度的测量主要有下列两个项目：1161）相对平行度的测量。相对平行度是指工件上被测的线（或面）相对于测量基准线（或面）的平行度。平行度的测量是通过线性尺寸测量来进行的。其基本原理是测量工件上线的两点（或面上的三点）到基准的距离，若相等就平行，否则就不平行。但在实际测量中为减小测量中的误差，应注意：①测量的点应多一些，以避免工件不直而造成的误差；②测量工具应垂直于基准；③直接测量不方便时，间接测量。图5-4是相对平行度测量的例子。（a）图为线的平行度，测量三个点以上，(b)图为面的平行度，测量两个以上位置。2）水平度的测量。容器里的液体（如水），在静止状态下其表面总是处于与重力作用方向相垂直的位置，这种位置称为水平。水平度就是衡量零件上被测的线（或面）是否处于水平位置。许多金属结构制品，在使用中要求有良好的水平度。例如桥式起重机的运行轨道，就需要良好的水平度，否则，将不利于起重机在运行中的控制，甚至引起事故。施工装配中常用水平尺、软管水平仪、水准仪、经纬仪等量具或仪器来测量零件的水平度。①用水平尺测量。水平尺是测量水平度最常用的量具。测量时，将水平尺放在工件的被测平面上，查看水平尺上玻璃管内气泡的位置，如在中间即达到水平。使用水平尺要轻拿轻放，要避免工件表面的局部凹凸不平影响测量结果。②用软管水平仪测量。软管水平仪是用一根较长的橡皮管两端各接一根玻璃管所构成，管内注入液体。加注液体时要从一端注入，防止管内留有空气。冬天要注入不易冻的酒精、乙醚等。测量时，观察两玻璃管内的水平面高度是否相同，如图5-5所示。软管水平仪通常用来测量较大结构的水平。③用水准仪测量。水准仪由望远镜、水准器和基座组成，如图5-6a。利用它测量水平度不仅能衡量各种测量点是否处于同一水平，而且能给出准确的误差值，便于调整。图5-6b是用水准仪来测量球罐柱脚水平的例子。球罐柱脚上预先标出基准点，把水准5-4相对平行度的测量a)角钢间相对平行度b)用大平尺测量相对平行度117仪安置在球罐柱脚附近，用水准仪测视。如果水准仪测出各基准点的读数相同，则表示各柱脚处于同一水平面；若不同，则可根据由水准仪读出的误差值调整柱脚高低。（3）垂直度的测量主要有下列两个项目：1）相对垂直度的测量。相对垂直度，是指工件上被测的直线（或面）相对于测量基准线（或面）的垂直程度。相对垂直度是装配工作中极常见的测量项目，并且很多产品都对其有严格的要求。例如高压电线塔等呈棱锥形的结构，往往由多节组成。装配时，技术要求的重点是每节两端面与中心线垂直。只有每节的垂直度符合要求之后，才有可能保证总体安装的垂直度。尺寸较小的工件可以利用90o角尺直接测量；当工件尺寸很大时，可以采用辅助线测量法，即用刻度尺作为辅助线测量直角三角形的斜边长。例如，两直角边各为1000mm，斜边长应为1414.2mm。另外，也可用直角三角形直角边与斜边之比值为3：4：5的关系来测定。对于一些桁架类结构上某些部位的垂直度难以测量时，可采用间接测量法测量。如图5-7是对塔类桁架进行端面与中心线垂直度间接测量的例子。首先过桁架两端面的中心拉一钢丝，再将其平置于测量基准面上，并使钢丝与基准面平行。然后用直角尺测量桁架两端面与基准面的垂直度，若桁架两端面垂直于基准面，必同时垂直桁架中心线。图5-5软管水平仪测量水平图5-6水准仪测量水平度图5-7用间接测量法测量相对垂直度1182）铅垂度的测量。铅垂度的测量是测定工件上线或面是否与水平面垂直。常用吊线锤或经纬仪测量。采用吊线锤时，将线锤吊线栓在支杆上（临时点焊上的小钢板或利用其他零件），测量工件与吊线之间的距离来测铅垂度。当结构尺寸较大而且铅垂度要求较高时，常采用经纬仪来测量铅垂度。经纬仪主要由望远镜、垂直度盘、水平度盘和基座等组成，如图5-8a所示。它可测角、测距、测高、测定直线、测铅垂度等。图5-8b是用经纬仪测量球罐柱脚的铅垂度实例。先把经纬仪安置在柱脚的横轴方向上，目镜上十字线的纵线对准柱脚中心线的下部，将望远镜上下微动观测。若纵线重合于柱脚中心线，说明柱脚在此方向上垂直，如果发生偏离，就需要调整柱脚。然后，用同样的方法把经纬仪安置在柱脚的纵轴方向观测，如果柱脚中心线在纵轴上也与纵轴重合，则柱脚处于铅垂位置。（4）同轴度的测量同轴度是指工件上具有同一轴线的几个零件，装配时其轴线的重合程度。测量同轴度的方法很多，这里介绍一种常用的测量方法。图5-9为三节圆筒组成的筒体，测量它的同轴度时，可在各节圆筒的端面安上临时支撑，在支撑中间找出圆心位置并钻出直径为20-30mm的小孔，然后由两外端面中心拉一细钢丝，使其从各支撑孔中通过，观测钢丝是否处于孔中间，以测量其同轴度。（5）角度的测量装配中，通常利用各种角度样板来测量零件间的角度。图5-10是利用角度样板测量角度的实例。装配测量除上述常用项目外，还有斜度、挠度、平面度等一些测量项目。需要强调的是量具的精度、可靠性是保证测量结果准确的决定因素之一。在使用和保管中，应注意