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焊接的材料加工工藝及裝配

發布者:kefu發表時間:【2017-10-12】

焊接過程可以歸結為焊接由制造焊接結構的材料(包括基本金屬材料和各種輔助、填充材料,外購毛坯和零件等)經設備(材料準備設備、裝配焊接設備等)加工制成產品的過程。這個過程的主體是參加的工作人員,包括直接(基本工人、輔助工人、工程技術人員)和非直接(管理人員、服務人員)人員、檢驗人員。當然還需要開動機器的能源(即動力)和一定的空間(即的車間場地)才能進行這個過程。所以說焊接是由材料、設備、場地、動力和工作人員所組成的,它們就是焊接的組成部分。


  今天小編就跟大家一起學習焊接的材料加工工藝及裝配、焊接工藝。


1.材料加工工藝


  包括鋼材預處理在內的焊接的材料加工指裝配焊接前的準備、加工,這是指對絕大多數焊接結構的基本材料—金屬軋材的一系列加工,如包括矯正(校直)、清理、表面防護處理、預落料等的鋼材預處理;劃線(號料)、切割(下料)、邊緣加工、成形(包括彎曲)及焊前的坡口整理等。它約占全部加工工作量的25 %~60 %。如果材料的加工工藝不良,即毛坯質量差,或是尺寸誤差大,缺乏互換性,或是坡口加工不合適,或是零件不規矩、有變形等,這都使裝配困難,焊接質量下降,有時根本不能裝配,需要修整,從而大大降低了效率。采用機械化和自動化裝配焊接技術,則要求更加嚴格,否則將產生焊接缺陷,故為獲得穩定的焊接過程,保證優良的產品質量,制定合理的材料加工工藝是很重要的。下面分述幾種主要的材料加工工藝:

  (1)鋼材的預處理

  1)矯正:由于運輸、儲存及軋制、冷卻等環節使軋制鋼材發生波浪、整體彎曲、局部凸起、邊緣折彎等不希望有的變形,還有些軋材,如5mm厚或更小厚度的鋼材是成卷供貨的,在投人焊接前**展平矯正,否則將影響劃線、號料、切割等工序的**度。材料加工過程(如熱切割)中產生的變形也需要矯正,這種矯正稱為**次矯正。據統計10%~***的鋼板和扁鋼(依厚度不同而有差別),10%~20%的型材需要矯正。矯正通常在冷態下進行。冷矯正(彎曲)過大,會使材料變脆,故為限制過大的塑性變形,對冷矯正和冷彎曲作出了限制,表5 -15所示是***標準“鋼結構工程施工質量驗收規范”( GB 50205-2001)所作的規定,按此規定矯正的相對變形量不大于1%。為防止低溫下冷矯正(和冷彎曲)鋼材發生脆性斷裂,規范規定碳素結構鋼在-16℃、低合金結構鋼在-12℃以下的環境溫度下,不得冷矯和冷彎。超過表5-15規定范圍矯正和彎曲需進行加熱,加熱一般不得超過900℃。加工或施焊過的毛坯進行二次矯形時應限制焊縫余高,或去除余高,目的也是防止接頭區過大的塑性變形?,F代焊接中多使用機床進行矯正,極少用手工矯正。使用鋼板矯正機可矯正鋼材厚度0. 5~50mm,它是利用多輥反復輾壓的原理達到校正目的的。小的和中等截面的型材也可用多輥型材矯正機矯正,但工字鋼、槽鋼及大截面型鋼則要用型鋼調直壓力機進行矯正。在一些情況下,特別是鋼材二次矯正或焊件的矯形還常常使用火焰矯正,其原理是利用氣焊或氣割的焊、割矩或專用的火焰矯正加熱槍,加熱被矯正鋼材或焊件的變形部位,如纖維伸長變形部位,使之產生壓縮塑性變形,然后令其迅速冷卻,伸長纖維縮短了,從而消除了變形。

  矯正后的鋼材表面,不應有明顯的凹面或損傷,劃痕深度不得大于0. 5 mm,且不應大于該鋼材厚度負允許偏差的1/2。

2)表面清理和表面防護處理:清除鋼材和零件表面的銹、油污和氧化物等是焊接中常被忽視的一道工序。這樣做的結果可能破壞正常的,如使數控切割的連續進行受阻;采用有效的焊接方法困難,甚至不能進行,如埋弧焊、窄間隙焊、電阻點焊和縫焊等。清理的方法主要有兩類:機械法和化學法。前者包括噴砂或噴丸、手動風(電)砂輪或鋼絲刷或砂布打磨、刮光或拋光等。后者即用溶劑進行清理,有較有效率,質量均勻且穩定,但成本較高,并可能對環境造成污染(如對廢液和空氣的處理不達標的話),常用的方法是在稀硫酸(質量分數為2%~4%)槽浸泡,再到石灰液(質量分數為1%~2%)槽中中和,后進行干燥。


  表面清理后如果沒有及時投產,還會繼續生銹。表面防護處理是在完成矯正和清理后的鋼材表面噴涂底漆(可導電的)并烘干的工序。我國在造船、重機、鍋爐和工程機械等行業中已經建設了20多條包括矯平、噴丸除銹、40℃預熱、酸洗磷化、噴涂底漆和烘干(60 ℃ )等工序在內的由專用設備組成的鋼材預處理線。


  (2)放樣、劃線與號料   該工序用以檢查設計圖樣的正確性,確定零件的毛坯下料尺寸,以及制樣板等。將設計結構按1:1比例繪制出來(放大樣)即稱為放樣。放樣是**、細致、技藝較高的工作,對以后加工有很大影響。一般放樣在放樣間進行,為提高放樣效率和質量,現代焊接中采用光學放樣和計算機放樣。


  將待加工零件或毛坯劃在金屬材料上,以便切割或裝配,此工序稱為劃線,而用樣板劃線則稱為號料。劃線和號料都在專用的平臺上進行,劃線平臺應在起重機活動范圍內。當采用仿形樣板下料或是采用數控切割機下料時,可不預先進行劃線和號料。


  (3)切割   焊接被稱為金屬裁縫,所以各種金屬材料的切割下料是重要的工步。緒論中已經介紹了焊接中下料工藝的重大進步,主要指機械化和自動化的熱切割工藝,加上熱切割本身的進步,原先那種認為熱切割效率低,切口質量差的概念發生了根本的改變。有的工廠厚6mm以上的全部或大部分鋼材都采用機械化和自動化(數控)的熱切割工藝下料,并且省去劃線、號料工步,使切割質量大大提高,許多產品的邊緣是機械化熱切割的產物,切口光滑,零件尺寸正確,使產品質量大為提高。


  另一類切割為剪切切割,這類切割相對于大量的手工熱切割來講稱為機械切割。它通常是在常溫下進行切割,常用剪床(龍門剪床)、圓盤剪、沖床、聯合沖剪機等設備。它的動作和家用剪刀類似,在上、下刀之間的切口處,金屬發生擠壓、彎曲、剪切而分離,這種切口會發生冷作硬化,被切開的金屬發生整體的扭曲塑性變形。大多剪切設備只能切割直線,極少的剪床可切出坡口。**切割厚度對于龍門剪床不大于40mm,而切非直線切口的圓盤剪,則可切割的**厚度為20~25 mm。對于型材,除可用聯合沖剪機進行剪切外,還有使用圓盤無齒鋸、工具鋼帶鋸床或接觸電弧火花鋸加工的。采用上述剪切、鋸切下料,由于設備多是固定的,常常配有單獨的起重運輸設備和輥道,并在車間的起重設備工作范圍之內。即使如此,工人的勞動強度仍較大。


  (4)彎曲及成形  焊接結構的制造中彎曲及成形工作占有很大比重,某些結構的金屬材料80%~90%需經過彎曲及成形加工。例如長輸管道結構、鍋爐、壓力容器、球形容器及其他化工石油設備都屬于這一類結構。絕大多數彎曲及部分成形加工是在冷態下進行的,目的是為防止變形過大而引起冷作硬化,材料力學性能下降,故規范規定了冷彎的*小曲率半徑和**彎曲矢高,見表5 -15。超過此范圍可采用加熱至900~1000℃的熱成形和彎曲(卷板),在溫度降至7000℃(碳鋼)和800℃(低合金結構鋼)之前應結束這種加工,并使工件自然冷卻。同矯形一樣規定了冬天加工的****溫度。目前彎曲加工仍采用輥式彎板機,又稱為卷板機、輥床。彎板機常用三輥形式,也有采用四輥的彎板機?,F代彎板機(如PSIO)可冷卷鋼板**厚度為190mm,熱卷板厚可達380mm,板長達3. 6m,是一種下輥可作水平移動的三輥彎板機,主要用于卷制核反應堆厚壁壓力容器。

為防止卷圓時產生扭斜,卷圓開始時工件送進務必對中,對中使得工件的母線與輥子的軸線平行。三輥卷板機設有保證工件對中的擋板,也可用傾斜進料方法,讓一個下輥起對中的擋板作用;四輥卷板時,可將一側輥上升當作擋板。

  卷圓工藝分一次進給和多次進給。取決于工藝限制條件和設備限制條件,即冷卷時不得超過允許的**變形率和板、輥之間不打滑,不得超過輥子的允許應力與設備的**功率。一次進給不能滿足則可多次進給完成卷圓。卷板機設備說明書給出的*小彎曲半徑系指一次進給卷制機器規定的名義規格板材時的*小彎曲半徑,多次進給時*小彎曲半徑可以接近上輥半徑。卷圓進給次數越少,效率越高,而圓度誤差相對大一些。卷圓時總是在工藝、設備條件和圓度誤差允許范圍內以*少、或一次進給完成卷圓,以求達到**的率。


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