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第一节焊接工装设计的基本原则和要求一、实用性原则实用性是指工装的使用功能，它既表现为技术性能好，能满足装配焊接工艺要求，同时也表现为整个工装系统与人体相适应，操作舒展方便，安全省力，符合人体的生理和心理特征，使人机系统的工作效能达到最佳状态。1.焊接过程是构件体积和重量不断增加、结构趋于复杂的过程，所设计的工装应能适应这种情况。2.焊接过程是局部加热过程，不可避免会产生焊接应力和变形，在考虑定位夹紧方案时应充分考虑到焊接应力和焊接变形的大小和方向。3.焊接方法不同，对工装的结构和性能要求也不同。4.对于手动夹具和移动式工装，在保证足够刚度的前提下应尽量减轻重量。5.尽量使焊缝处于易于焊接的位置，尽量减少工件翻转次数。6.工装的功能设计和造型设计必须从人机工程学的观点，考虑人的各种因素，来确定适合人体机构特点的设备系统。二、经济性原则经济性原则就是力求用最少的人力、物力和财力来获得最大成效。从经济角度考虑，采用工装可提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量，增加产品附加值。设计制造工装时，应降低工装制造费用，缩短工装投资回收期；应尽量采用标准零部件，在保证工装可靠性的同时减少精加工比例和结构重量。是否采用以及采用何种工装要与生产纲领和生产类型相适应。A1+W1+F1+J/NA0+W0+F0A1，W1，F1——采用工装进行装配、焊接、机加工等工序的费用。A0，W0，F0——未采用工装进行装配、焊接、机加工等工序的费用。式中：三、可靠性原则该原则要求工装在使用期内绝对安全可靠，凡是受力构件都应具有足够的强度和刚度，足以承受焊件重量和因限制焊接变形等引起的各向拘束应力。另一方面，工装应具有防差错功能，防止操作者出现错装、漏焊或者错焊等制造误差。四、艺术性原则该原则要求工装设计造型美观，在满足功能使用和经济许可的条件下，使操作者在生理上、心理上感到舒展，给人以美的感受。造型设计的原则：实用是第一位的，美观处于从属地位，经济是约束条件。第二节焊接工装设计的步骤和内容一、焊接工装设计的步骤1、明确设计任务，收集设计资料a)产品的图样、焊接组件图及技术要求；b)产品装配和焊接工艺文件；c)工装设计任务书；d)了解本厂制造、使用工装情况和车间生产条件；e)收集有关夹具零部件标准，典型结构图册和夹具设计手册等。2、拟定工装方案，绘制结构草图a)机械化、自动化程度，是专用还是通用；b)实现某种功能拟采用的原理和相应机构；c)工装基本构成和总体布局，夹具体和主要零部件的基本机构形式；d)主机或主要机构的基本参数和技术性能的初步确定。工装方案的内容：工装结构草图的绘制步骤：a)布置图面；b)设计定位元件；c)设计夹紧装置；d)进行传动装置、夹具体和连接件等的绘制。3、进行必要的分析计算几何关系计算、定位误差分析、夹紧力估算、传动计算、受力元件的强度和刚度计算等。4、绘制总装配图a)标注有关尺寸、公差及配合；b)制定工装的技术条件；c)标注零件编号及编制零件明细表。5、绘制工装零件图6、编制设计说明书和使用说明书二、焊接结构装配方案的确定1、结构分离面a)设计分离面：由于设计构造上和使用功能上的需要，将产品分解为部件和组合件等可单独进行装配的单元，这种装配单元之间的结合面称为设计分离面。设计分离面一般采用可拆卸的连接，以便使用和维修过程中迅速拆卸和重新安装，而不损坏机体。b)工艺分离面：在生产工程中，为了满足工艺上的要求，将部件进一步分解为若干生产上可独立装配的单元，这种装配单元之间的分离面称为工艺分离面。工艺分离面的连接一般为不可拆卸的连接方法。2、确定工艺分离面的原则a)尽量保证部件和组合件构造上的完整性，便于各部件间最后的总装。b)受部件和组合件的结构形式限制，不能一次装配，否则先装配零件会直接影响后装配零件的装配工作，必须合理选择工艺分离面。c)复杂的组合件，，必须合理选择工艺分离面，每个单元单独装配、焊接和矫形，以免造成总装时因变形太大而难以甚至无法矫形。d)部件结构虽然不复杂，但由于必须经过两个或两个以上的工艺才能完成，也应合理选择工艺分离面。e)分离面对总成尺寸的影响应尽量小，以减少总体尺寸的累计误差。f)必须考虑工艺和经济上的合理性。3、装配方法的分类划线定位装配：先划线后装配，适用于试制、单件生产、修理和位置精度要求不高的场合。安装孔装配：以现有孔和工艺孔为定位基准。多用于汽车装焊生产。工装定位装配：采用工装进行定位夹紧，效率高，互换性好，应用于批量生产。按定位方式：互换法：控制零件加工误差保证装配精度。零件加工精度高，互换性好，装配简单，工人技术要求低，便于流水作业。选配法：工人手工选配，对零件工艺精度要求低，增加了装配工时和装配难度。修配法：工人手工修配，放宽零件制造精度，增加装配工时，对工人技术要求高。按互换程度：随装随焊法：装配焊接交替进行，适用于单件小批量生产和大型复杂结构生产。整装整焊法：完全装配，整体焊接，适用于结构简单、零件数量少或大批量流水作业。部件组焊法：部件分解装配焊接，再总装焊接，适用于批量生产，利于采用先进工艺装备提高装配焊接效率和质量。按装焊次序：4、装配方案的选择装配方案的总体原则：集中装配：对某一焊接产品的装配工作集中在较少的工作地点（工位），使用较少的工艺装备来完成装配工作，称为集中装配原则。分散装配：对某一焊接产品的装配工作，可以分散在较多的工作地点和工艺装配上完成，称为分散装配原则。分散装配的优点a)分工细致，专业化程度高，工人技术熟练，生产效率和装配焊接质量高；b)工作面大，有利于缩短焊接生产周期；c)通过分解，使焊接结构由复杂变简单，不仅改善了劳动条件，还可广泛采用自动化专业化装备，为获得良好的装配焊接质量创造条件；d)分散装配和焊接，有利于分别进行矫正和热处理，有利于改善总装矫形条件，减少焊接应力和变形。分散装配的缺点a)由于采用较多的专用工装，生产准备周期较长，也增加了工作的制造费用；b)专用工装数量多，工装之间的协调关系较复杂。c)已合拢组合件对新合拢焊缝具有拘束作用，容易产生较大的焊接应力甚至焊接裂纹。而增加中间热处理又使得装配过程复杂化。拟定装配方案需考虑的内容结构分离面的划分和划分的数量。产品批量的大小。工厂的生产条件。包括现有生产面积大小，生产设备和技术工人的配备情况等。当大批量生产时，采用分散装配原则进行生产，能显著地提高劳动生产率和产品质量、缩短生产周期、降低产品成本。当单件生产、试制和产量很少时，为了缩短生产准备周期，减少工艺装备的费用，简化工艺装备之间的协调关系，宜采用集中装配的原则。三、装配焊接工艺规范设计装配焊接工艺过程是指由各种零件装配焊接成组合件和部件，以及再进一步装配成总成的过程。规定此过程的工艺文件即为装配焊接工艺规程。工艺分析、工艺方案设计→形成装配焊接工艺流程→进行焊接工艺评定→进行生产工艺规程设计→工艺装备设计任务书→工艺装备设计制造→编制工艺定额等生产文件是工厂组织生产、制定计划、进行成本核算的主要依据；是工厂质量体系运转和法规贯彻的见证件；是焊接结构制造质量和实物质量的软件描述；第三方监检和制造资格认证审查的重要考核依据之一。常用的装配焊接工艺规程有指令性工艺规程和工作工艺规程两种。1、指令性工艺规程指令性工艺规程亦即所谓装配工艺方案，它对装配过程中的主要问题，作出原则性规定，如产品划分为几个装配单元，其装配顺序如何，采用何种装配方法，利用工件哪个面作为装配基准以及需要何种设备和装备等。编制步骤（1）编制和确定结构分解为各个装配单元的装配系统图。（2）协助设计人员确定设计分离面和工艺分离面的连接方法。（3）确定部件的装配方法以及主要零件和组合件的定位基准。（4）确定保证零部件互换性的方法及设备。（5）确定所需要的工艺装备种类、数量及技术条件。（6）确定装配件的检验或试验方法及所用设备，装配过程所需的起重运输设备等。2、装配系统图所谓装配系统图，就是按部件的设计分离面和工艺分离面，将部件划分为若干可独立进行装配的单元，并将所有装配单元按装配顺序加以排列，用以表明产品零部件之间相互装配关系和装配流程。装配系统图应说明以下问题：（1）部件的指令性装配顺序；（2）可分散和平行装焊的工作地点数量；（3）主要工艺装备的种类和数量；（4）供装配用的夹具和待装配零件的供应顺序。3－内套4－顶罩1－外壳7－小管嘴9－加强板10－安装板8－大嘴管5－管子6－弯管2－燃烧室燃烧室组合件Ⅰ装配夹具外壳组合件Ⅱ装配夹具弯管组合件Ⅲ装配夹具外壳组合件Ⅱ装配夹具燃烧室进气装置总成装配系统图3、工作工艺规程工作工艺规程是指令性工艺规程中每一工序内容的具体说明，它根据部件指令性工艺规程进行编制，规定出各装配零件的安装顺序、定位和焊接方法、焊接规范、工人的工种及等级、时间定额、工装和设备以及消耗性器材等。4、设计工艺规程的基本要求a)工艺规程是直接指导现场生产操作的重要技术文件，应做到正确、完整、统一、清晰。b)在充分利用本厂现有生产条件基础上，尽可能采用国内外先进工艺技术和经验。c)在保证产品质量基础上，尽可能提高生产率和降低消耗。d)必须考虑生产安全和环境保护，采取相应措施。e)结构和工艺特征相近的零部件应尽量设计典型工艺规程。f)各专业工艺规程在设计过程中应协调一致。g)工艺规程中所用的术语、符号、代号要符合相应标准的规定，计量单位要采用法定计量单位。5、焊接结构生产的基本工序（1）备料及装配工序待焊零件准备情况的好坏，对焊接质量影响很大。零件的准备工作包括：零件的尺寸精度和物理机械性能、焊缝坡口的制备和零件表面的清理。零件装配定位时可按夹具定位或划线定位，使零件间保持相互正确的位置和焊接间隙。一般采用夹具定位，尤其是重要零件，即使是单件生产。（2）定位焊工序定位焊的目的在于将装配好的工件增加一些刚性固定点，协同夹具的定位夹紧装置，以便更牢靠地固定零件地相互位置和保证零件间具有均匀地焊接间隙，从而保证焊接过程中间隙不发生变化，同时显著降低焊接变形。设计定位焊工艺规范，主要确定定位焊方法、焊接顺序、焊点位置和间距。（3）焊接工序焊接工序是焊接结构生产的核心工艺过程，焊接方法选择和焊接工艺过程实施对焊接结果具有决定性影响，另外操作工技术水平、焊接操作机和工装配备以及生产协调管理也会严重影响焊接质量、效率和成本。（4）矫正工序每道焊接工序完成或热处理之后一般要安排矫形，以减少或消除变形。矫形既可采用机械矫形，也可采用热矫形。（5）热处理工序为保证满足焊接结构技术条件，防止裂纹和某些其他的焊接缺陷产生，改善焊接接头的机械性能，消除焊接应力，一些结构需要进行热处理。热处理工序可在焊前、焊后进行，故分为预热、后热及焊后热处理。预热的目的是减缓焊接接头加热时的温度梯度和冷却速度，改善焊缝和热影响区显微组织，防止气孔、裂纹等焊接缺陷的产生。后热的目的是为了防止热裂纹敏感性较大和拘束度较大焊件产生裂纹。焊后热处理的目的是为了改善焊接接头组织和性能，消除焊接残余应力。（6）整修工序一般在焊件经过矫形和检验后需要进行整修工作，以增加工艺补偿性。一般采用精加工手段，包括钻孔、铰孔和铣削等机械加工。另外，焊件表面也需要进行表面修正。（7）检验工序常用的检验方法包括：外观检验，机械性能试验，无损探伤，气密性试验和金相检验等四、夹具体设计1、对夹具体的基本要求具有足够的刚度和强度力求结构简单、重量轻安装稳定可靠结构工艺性好尺寸稳定清理方便2、夹具体毛坯制造方法（1）铸造夹具体优点：可制造复杂结构形状，抗压强度、刚度和抗振性能好缺点：制造周期长，单件生产成本高常用材料为HT150或HT200，强度高时采用铸钢适用于批量大、结构复杂的夹具体和振动大的场合（2）焊接夹具体优点：制造容易，结构形式多样，生产周期短，成本低，重量轻缺点：焊接变形大，焊后需经退火处理（3）装配式夹具体选用标准毛坯和标准零部件组装成所需的夹具体结构，可大大缩短夹具体制造周期，并可进行专业化生产，从而有利于降低成本、提高效益。3、夹具体的外形尺寸（1）铸造夹具体的壁厚一般为8～