第2章-焊接工程质量工艺评定

LOGOCompanyname第2章焊接工程质量工艺评定昆明理工大学城市学院陆健主要内容2.1焊接结构制造工艺概述2.2焊接结构工艺审查2.3焊接工艺评定一、什么是焊接结构？焊接结构主要是指用焊接技术制造的金属结构，也就是采用各种经过轧制的金属材料或铸、锻等坯件经焊接加工方法，制成具有一定形状、尺寸并能承受载荷的金属结构。绝大多数是钢结构。二、焊接结构的应用由于焊接结构具有优良的使用性能，适应各方面的使用要求，较少受尺寸和形状的限制，制造过程简单，生产周期短，结构重量轻，便于运输和安装。随着焊接技术的进步和发展，焊接结构的应用越来越广。因此，焊接结构在国民经济中几乎所有的工业部门和广阔的生活领域中都有大量的应用。一个国家焊接结构用钢量的多少，在相当程度上说明了其工业发展的现代化。对于某些具有特殊用途的设备，如由于核电站的特种部件、开发海洋资源所必需的海上平台、海底作业机械或潜水装置等，为了确保制造质量和后期使用的可靠性，除了采用焊接结构外，难于找到其他更好的制造技术。2.1焊接结构制造工艺概述焊接结构制造工艺过程，是指根据工程的性质、产品图样、技术要求和生产条件。运用现代焊接技术、材料加工技术、常规检测和理化检验技术来完成焊接结构产品的全部生产过程的一系列工艺过程。焊接结构制造工艺包括工艺流程图、工艺分析的设计原则、工艺方案编制原则、工艺分析方法、工艺分析依据和内容，以及工艺方案设计的程序等数据信息。2.1.1焊接结构的特点焊接结构所用材料的连接主要是通过各种熔焊、压焊和钎焊完成，是简便易行、安全可靠、经济高效的连接方法。其特点如下述：1、焊接接头强度高铆接、螺栓连接的结构，要在母材上钻孔，削弱了工作截面，强度下降约20%。焊接接头强度可达到与母材等强度甚至高于母材强度。2钢材预处理：矫正、矫平、除锈、防护等3放样、划线4下料：冲裁、剪切、热切割、数控切割等5成形：弯曲、拉伸、冲压等6部件装配—焊接7总装配—焊接8成品质检：无损检测、性能试验、水压、气密性试验等9涂饰：除锈、氧化皮清理、酸洗、油漆防护等10包装、验收、入库11交货焊接结构生产主要工艺过程：1钢材复检入库、存储、发放原材料准备处理基本元件加工装配焊接质检处理防护包装2.1焊接结构制造工艺概述2、焊接结构设计灵活性大，应用范围广，主要表现在：①焊接结构的几何形状不受限制，特别适用于几何尺寸大而形状复杂的结构：如铆、铸、锻等方法无法制造空心结构，焊接则可以；②结构的壁厚不受限制：两被连接构件的壁厚可以相差很大，薄厚均可；③结构的外形尺寸不受限制，并能实现现场安装：对大型结构可分段制成部件，现场组焊，锻、铸、工艺则不允许；④可利用标准或非标准型材组焊接成所需要结构，段结构重量减轻。焊缝减少；⑤可与其它工艺方法联合使用：铸—焊锻—焊栓——焊冲压—焊接等联合的金属结构；⑥可实现异种材料的连接：同一结构的不同部位可按需要配置不同性能的材料，做到物尽其用。2.1焊接结构制造工艺概述3、焊接接头密封性好气密性，水密性均优于其它方法，特别是在高温，高压容器上，只有焊接接头才是最理想的连接形式。4、焊前准备工作简单由于近年来数控精密气割设备的发展，对于各种厚度或形式状复杂的待焊接，不必预划线就能直接从板料上切割出来，不用一般再机械加工就可投入装配焊接。5、易于结构的变更和改型铸造—铸型（木型）锻造—开模具周期长、成本高焊接、则快速、简便、投资少6、适用于制作大型或重型、结构简单而且是单件小批量生产的产品结构，制造周期短结构大简单批量小焊接占优势结构小复杂批量大铸锻占优势7、成品率高一旦出现缺陷，可以修复、废品率低，经济效益好。2.1焊接结构制造工艺概述2.1.2焊接结构的分类一般情况下，焊接结构是由一个或若干个不同的基本构件组成，如梁、柱、框架、箱体、筒体等。由于焊接结构种类繁多、千差万别，为了更好的了解焊接结构形式方面的特点，焊接结构可分为以下几类：1.按半成品的制造方法可分为板焊结构、冲焊结构等。2.按结构的用途则可分为车辆结构、船体结构、飞行器结构等。3.按焊件的材料厚度可分为薄壁结构和厚壁结构。4.按焊件的材料种类则可分为钢结构和有色金属结构等。本门课程主要讨论钢结构。5.按工作特征可分为梁系结构、柱类结构、桁架结构、壳体结构、骨架结构、运输装备结构、复合结构等。2.1焊接结构制造工艺概述1）梁系结构：这类焊接结构的工作特点是组成梁系结构的元件受横向弯曲，当由多根梁通过刚性连接组成梁系结构（或称框架结构）时，各梁的受力情况将变得较为复杂。2）柱类结构：这类焊接结构的特点是承受压应力或在受压的同时又承受纵向弯曲应力。结构的断面形状多为“工”字形、“箱形”或管式圆形断面。柱类焊接结构也常用各种型钢组合成所谓虚腹虚壁式组合截面。采用这些形式都可增大惯性矩，提高结构的稳定性，同时也节约材料。3）桁架结构：它由一系列受拉或受压杆件组合而成，各杆件以节点形式互相连接组成各种形状结构，如桁架、网络刚架和骨架等。2.1焊接结构制造工艺概述4）壳体结构：这类结构承受较大的内部压力，因而要求焊接接头具有良好的气密性，如容器、贮器、和管道等，多用钢板焊制而成。5）骨架结构：这类结构外形如同人体骨架，多用于起重运输机械，通常承受动载荷，故而要求它具有最小的重量和较大的刚度，船体骨架、客车棚架及汽车车厢和驾驶室等均属此类结构。骨架和格架结构的原材料多为各种型钢，有时将两类结构统称为格架桁架结构。、运输装备结构、复合结构等。2.1焊接结构制造工艺概述2.1.3焊接结构的制造过程焊接结构制造工艺过程包括工艺性审查、工艺方案和工艺规程设计、工艺评定、文件文件和质量控制文件的编制、原材料和辅助材料的订购、焊接设备的外购和自行设计制造等先期工作，还有材料复验入库、备料加工、装配、焊接、质量检验成品验收等过程。其中还穿插返修、涂饰和喷漆，最后才是合格品入库。典型焊接结构制造的工艺流程如图2-1，可以看出，检测工作几乎贯穿全部的生产过程，每一个生产环节都离不开检测，它是保证焊接结构质量的重要方法。图2-1典型焊接结构制造的工艺流程2.1焊接结构制造工艺概述2.1.4焊接结构工艺过程设计焊接结构工艺过程设计是根据产品的图样和技术要求，结合生产实际条件，运用现代焊接技术知识和先进生产经验，确定焊接生产方法和程序的过程。设计的质量将直接影响产品的制造质量、劳动生差率和制造成本，同时它还是生产管理、焊接工艺编制的主要依据。1.焊接结构工艺过程设计的内容一般包括：1）确定产品的合理生产过程。2）确定产品各零部件的加工方法、相应的工艺参数及工艺措施。3）确定每一工序所用设备和工艺装备的型号，对非标准设备提出设计要求。4）拟定生产工艺流程、运输流向、起重方法，选定起重运输设备。5）计算产品的工艺定额，包括材料消耗定额和工时定额。决定各工序所需的工人数量以及设备和动力消耗，为后续设计工作及组织生产提供依据。2.1焊接结构制造工艺概述2.焊接结构工艺过程设计程序焊接结构工艺过程设计程序一般包括设计准备、分析工艺过程、确定工艺方案、编制工艺文件。1）设计准备汇集设计所需的原始资料，包括产品设计图样、技术要求、生产计划。2）分析工艺过程通过对产品结构特点的分析，制定出从原材料到成品的整个制造过程的生产方法。3）确定工艺方案综合各种分析的结果，提出制造产品的工艺原则和主要技术措施，对重大问题作出明确规定。工艺过程分析与工艺方案的往往是是平行且交叉进行的。4）编制工艺文件将通过审批的工艺方案具体化，编制出管理和指导生产的工艺文件2.2焊接结构工艺审查1.焊接结构工艺性审查的目的焊接结构工艺性审查是制定工艺文件、设计工艺装备和实施焊接生产的前提。编制工艺文件。通过工艺性审查可以达到如下目的：1）保证结构设计的合理性、工艺的可行性、结构使用的可靠性和经济性。2）及时调整和解决工艺方面的问题，加快工艺规程编制的速度，缩短新产品生产准备周期，减少或避免在生产过程中发生重大技术问题。3）发现新产品中关键零件或关键工序所需的设备和工艺工装，以便提前安排定货和自行设计制造。2.2焊接结构工艺审查2.焊接结构工艺性审查的内容焊接结构工艺性审查的内容包括审查结构图样、了解产品技术要求，基本确定制造产品的劳动量、材料用量、材料利用系数、结构标准化系数、产品成本、产品的售后维修工作量。焊接结构工艺性审查的主要内容如表2-1所示。设计阶段审查内容初步设计阶段和技术设计阶段从制造角度分析结构方案的合理性1）主要构件在本企业或外协加工点可能性2）继承新结构采用的通用件和借用件（从老结构借用）的多少3）产品组成是否能合理分割为各大构件、部件和零件4）各大构件、部件和零件是否便于装配-焊接、调整和维修，能否进行平行的装配和检查。5）各大构件、部件等进行总装配的可行性：是否将其装配-焊接、工作量减至最小6）特殊结构或零件本企业或外协加工的可行性2.2焊接结构工艺审查设计阶段审查内容初步设计阶段和技术设计阶段7）主要材料选用是否合理8）主要技术条件与参数的合理性与可检查性9）结构标准化和系列标准化程度等工作图设计阶段1）各部件是否具有装配基准，是否便于拆装2）大部件拆成平行装配的小部件的可行性3）审查零件的装配、焊接工艺性等3.焊接结构工艺性审查的程序1）焊接结构图样审查焊接结构图样主要包括新产品设计图样、继承性设计图样）和（俗称借用图样）和按照实物测绘的图样等。由于它们工艺性完善程度不同，因此工艺性审查的侧重点也有所区别。2.2焊接结构工艺审查所有的焊接结构图样，均应符合机械制图国家标准中的有关规定。图样应当齐全完整，除焊接结构的装配图外，还应有必要的部件图和零件图。根据产品的使用性能和制作工艺需要，在图样上应规定合理的技术要求，包括图形、符号和准确的文字说明。2）焊接结构技术要求审查焊接结构技术要求包括使用要求和工艺要求。使用要求一般是指结构的强度、刚度、耐久性（抗疲劳、耐腐蚀、耐磨和抗蠕变等），以及在工作环境条件下焊接结构的几何尺寸、力学性能、物理性能等。而工艺要求则是指组成产品结构材料的焊接性及结构的合理性、生产的经济性和方便性等方面的要求。2.2焊接结构工艺审查4.焊接结构工艺性审查注意事项进行工艺性审查时，要考虑是否有利于减少焊接应力集中与变形，是否有利于减少生产劳动量、是否有利于施工方便和改善工人的劳动条件、是否有利于节约材料1）是否有利于减少焊接应力集中与变形应力集中不仅是降低焊接接头疲劳强度的主要原因，也是降低材料塑性，引起结构脆断的主要原因。为了减少应力集中，应尽量使结构中截面变化的地方应平缓圆滑。一般从几个方面考虑：（1）尽量减少焊缝数量减少结构上的焊缝数量和焊缝的填充金属量，是设计焊接结构最重要的原则。图2-2所示的框架转角，就有两个设计方案，图a是用许多小筋板，构成放射形状来加固转角；图b设计是用少数筋板构成屋顶的形状来加固转角。图b的方案不仅提高了框架转角处的刚度与强度，而且焊缝数量又少，减少了焊后的变形和应力集中程度。图5-3框架转角处加强筋布置方案的比较2.2焊接结构工艺审查（2）选用对称的构件尽可能地选用截面对称的构件并使焊缝位置对称，使焊缝位置对称于构件截面重心，在焊后可将弯曲变形控制着很小的范围。下图为各种截面的构件，图（a）构件的焊缝都在x—x轴一侧，焊后由于焊缝纵向收缩，最容易产生弯曲变形，图(b）构件的焊缝位置对称于x—x轴和y—y轴，焊后弯曲变形较小，且容易防止，（c）构件由两根角钢组成，焊缝位置与截面重心并不对称，若把距重心近的焊缝设计成连续的，把距重心远的焊缝设计成断续的，就能减少构件的弯曲变形。构件截面和焊缝位置与焊接变形的关系2.2焊接结构工艺审查（3）减小焊缝尺寸在不影响结构的强度与刚度的前提下，尽可能地减小焊缝截面尺寸，或把连续角焊缝设计成断续角焊缝，减小了焊缝截面尺寸和长度，能减少塑性变形区的范围。（4）优化装配顺序对复杂的焊接结构，在设计结构时就要合理地划分部件，使部件的装配焊接易于进行和焊后经矫正能达到要求，便于总装。（5）避免焊缝相交相交焊缝会在交点处会产生三轴应力，使材料塑性降低，并造成严