装配焊接工艺装备

装配焊接工艺装备

本部分针对焊接工装夹具的种类和组成、定位及夹紧机构；焊接变位机械的分类、作用和特点等方面作以介绍。

装配焊接夹具也称焊接工装夹具，它与焊接变位机械装备在焊接结构生产中总称为工艺装备。其中工装夹具包括定位器、夹紧器、推拉装置等；变位机械装备主要包括各种焊件、焊机、焊工变位机械等机械装置。

1．工艺装备在焊接生产中的地位和作用

主要作用：

① 准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和装配时的划线工作。

② 有效地防止和减小焊接变形，从而减轻了焊接后的矫正工作量，达到减少工时消耗和提高劳动生产率的目的。

③ 能够保证最佳的施焊位置，焊缝的成形性优良，工艺缺陷明显降低，焊接速度提高，可获得满意的焊接接头。

④ 采用工艺装备，实现以机械装置取代装配零部件的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。

⑤ 可以扩大先进工艺方法和设备的使用范围，促进焊接结构生产机械化和自动化的综

合发展。

2．焊接工艺装备的分类

（1）焊接工装夹具

焊接工装夹具是将工件进行准确定位和可靠夹紧，便于零部件进行装配和焊接的工艺装置、装备或工具等。

（2）焊接变位机械装备

焊接变位机械装备是通过改变焊件、焊机或焊工位置来实现机械化、自动化焊接的各种机械装置。焊件移动装置包括焊接变位机械、滚轮架、回转台和翻转机等；焊机移动装置包括焊接操作机、电渣焊立架等；焊工升降台是改变工人操作位置的机械装置。

（3）辅助装置

此类装置包括焊丝处理、焊剂回收、焊剂垫以及各类吊具、地面运输设备、起重机、运输机等。

3．工艺装备的特点

1）工艺装备与备料加工的关系

采用工艺装备进行备料加工，要与零件几何形状、尺寸偏差和位置精度的要求相匹配，尽可能使零件具有互换性，提高坡口的加工质量以及减小弯曲成形的缺陷

2）工艺装备与装配工艺的关系

利用定位器和夹紧器等装置进行焊接结构的装配，其定位基准和定位点的选择与零件的装配顺序、零件尺寸精度和表面粗糙度有关。

3）工艺装备与焊接工艺的关系

采用自动焊时，一般对焊接机头的定位有较高的精度要求，以保证工作时稳定性，并可以在较宽的范围内调节焊接速度。当采用手工焊接时，则对工艺装备的运动速度要求不太严格。

4）工艺装备与生产规模的关系

单件生产时，一般选用通用的工装夹具；

成批量生产某种产品时，通常是选用较为专用的工装夹具，也可以利用通用的、标准的夹具的零件或组件；

对于专业化大量生产的结构产品，采用专门的装备来完成，形成专业生产线。

4．焊接工装夹具

一个完整的工装夹具，一般由定位器、夹紧机构和夹具体三部分组成。

4.1 零件的定位及定位器

（1）定位原理

六点定位规则：自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿Ox、Oy、Oz三个轴向的相对移动和三个绕轴的相对转动。要使工件在夹具中具有准确和确定不变的位置，则必须限制这六个自由度，每限制一个自由度，工件就需与夹具上的一个定位点相接触，这种以六点限制工件六个自由度的方法称为“六点定位规则”。

1）主要定位基准：有三个支承点，限制了零件的三个自由度，通常选择零件上最大表面作为主要定位基准。

2）导向定位基准：有二个支承点，限制了零件的二个自由度，通常选择零件上最长的表面作为导向定位基准。

3）止推定位基准：有一个支承点，限制零件最后一个自由度，通常选择零件上最短、最窄的表面作为止推定位基准。

完全定位：工件的六个自由度均被限制的定位方法。

不完全定位：工件被限制的自由度少于六个，但仍能保证加工要求的定位。

过定位：选用两个或更多的支承点限制一个自由度的定位方法。

欠定位：在夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的定位方法。

（2）定位在准的选择

定位基准的选择是定位器设计中的一个关键问题，选择定位器时应注意以下几点：

① 定位基准应尽可能与焊件起始基准重合，以便消除由于基准不重合造成的误差。

② 应选用零件上平整、光洁的表面作为定位基准。

③ 定位基准夹紧力的作用点应尽量靠近焊缝区。

④ 可根据焊接结构的布置、装配顺序等综合因素考虑。

⑤ 应尽可能使夹具的定位基准统一。

（3）定位器及其应用

定位器在使用时，可根据工件的结构形式和定位要求进行选择，大致分类如下：

1）平面定位用定位器

a）挡铁是一种应用较广且结构简单的定位元件。除平面定位外，也常利用挡铁对板焊结构或型钢结构的端部进行边缘定位。

形式：① 固定式挡铁；② 可拆式挡铁；③ 永磁式挡铁；④ 可退出式挡铁

b）支承钉和支承板主要用于平面定位。

① 固定式支承钉，又分为平头支承钉、球头支承钉、带花纹头的支承钉。

② 可调式支承钉，用于零件表面未经加工或表面精度相差较大，而又需以此平面做定位基准时选用。

③ 支承板定位，适用于零件的侧面和顶面定位。

c）圆孔定位用定位器

利用零件上的装配孔、螺钉或螺栓孔及专用定位孔等作为定位基准时多采用定位销定位。定位销一般按过渡配合或过盈配合压入夹具体内，其工作应根据零件上的孔径按间隙配合制造。

形式：①固定式定位销；②可换式定位销；③可拆式定位销；④可退出式定位销

d）外圆表面定位用定位器

生产中，圆柱表面的定位多采用V形块。V形块上两斜面的夹角α一般选用60°、90°、120°三种，焊接夹具中V形块的两斜面夹角多为90°。

形式：① 固定式V形块；② 调整式V形块；③ 活动式V形块

4.2 零件的夹紧机构

夹紧机构的作用是保持定位的准确定位和防止零件经装配和焊接过程中因受力和翻转而发生位移。

(1)夹紧机构的特点

选用夹紧机构的核心问题是如何正确施加夹紧力，即确定夹紧力的大小、方向和作用点三个要素。

1）夹紧力方向的确定

夹紧力的方向一般垂直于主要定位基准，使这一表面与夹具定位件的接触面积最大；夹紧力的方向应尽可能与零件的重力和所受外力的方向相同，使所需设计的夹紧力最小，因此主要定位基准的位置最好是水平的。

2）夹紧力作用点的确定

作用点应位于零件的定位支承之上或几个支承所组成的定位平面内，以防止支承反力与夹紧力或支承反力与重力形成力偶造成零件的位移和偏转；作用点应安置在零件刚性最大的部位上，必要时，可将单点夹紧改为双点夹紧或适当增加夹紧接触面积。

3）夹紧力大小的确定

(a）当焊件在夹具上具有翻转或回转动作时，夹紧力要足以克服重力和惯性力的影响，保持夹具夹紧焊件的牢固性。

(b）需要在夹具上实现弹性支变形时，夹紧装置就应具有使零件获得预定反变形量所需的夹紧力。

(c）夹紧力要足以应付焊接过程热应力引起的拘束应力。

(d）夹紧力应能克服零件因备料、运输等造成的局部变形，以便于顺利装配。

（2) 对夹紧机构的基本要求

1）夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。

2）夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损坏零件表面质量。

3）夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调的。

4）结构力求简单，便于制造和维修。

5．工装夹具设计的基本知识

（1）夹具设计的基本要求

1）工装夹具应具备足够的强度和刚度

2）夹紧的可靠性

3）焊接操作的灵活性

4）便于焊件的装卸

5）良好的工艺性

（2）工装夹具设计的基本方法与步骤

1）设计前的准备

夹具设计的原始资料包括以下内容：

a）夹具设计任务单；

b）工件图样及技术条件；

c）工件的装配工艺规程；

d）夹具设计的技术条件；

e）夹具的标准化和规格化资料，包括国家标准、工厂标准和规格化结构图册等。

2）设计的步骤

a）确定夹具结构方案

b）绘制夹具工作总图阶段

c）绘制装配焊接夹具零件图阶段

d）编写装配焊接夹具设计说明书

e）必要时，还需要编写装配焊接夹具使用说明书，包括机具的性能、使用注意事项等内容。

(3)工装夹具制造的精度要求

夹具的制造公差，根据夹具元件的功用及装配要求不同可将夹具元件分为四类：

1）第一类是直接与工件接触，并严格确定工件的位置和形状的，主要包括接头定位件、V形块、定位销等定位元件。

2）第二类是各种导向件，此类元件虽不与定位工件直接接触，但它确定第一类元件的位置。

3）第三类属于夹具内部结构零件相互配合的夹具元件，如夹紧装置各组成零件之间的配合尺寸公差。

4）第四类是不影响工件位置，也不与其它元件相配合，如夹具的主体骨架等。

（4）夹具结构工艺性

1）对夹具良好工艺性的基本要求

a）整体夹具结构的组成，应尽量采用各种标准件和通用件，制造专用件的比例应尽量少，减少制造劳动量和降低费用。

b）各种专用零件和部件结构形状应容易制造和测量，装配和调试方便。

c）便于夹具的维护和修理。

2）合理选择装配基准

a）装配基准应该是夹具上一个独立的基准表面或线，其它元件的位置只对此表面或线进行调整和修配。

b）装配基准一经加工完毕，其位置和尺寸就不应再变动。因此，那些在装配过程中自身的位置和尺寸尚须调整或修配的表面或线不能作为装配基准。

3）结构的可调性

经常采用的是依靠螺栓紧固、销钉定位的方式，调整和装配夹具时，可对某一元件尺寸较方便地修磨。还可采用在元件与部件之间设置调整垫圈、调整垫片或调整套等来控制装配尺寸，补偿其它元件的误差，提高夹具精度。

4）维修工艺性

进行夹具设计时，应考虑到维修方便的问题。（如图9-29所示）

5）制造工装夹具的材料

焊接名词解释（七）：焊接工艺装备和辅助器具术语

1．焊接夹具：为保证焊件尺寸，提高装配精度和效率，防止焊接变形所采用的夹具。

2．焊接工作台：为焊接小型焊件而设置的工作台。

3．焊接操作机：将焊接机头或焊枪送到并保持在待焊位置，或以选定的焊接速度沿规定的轨迹移动焊机的装置。

4．焊接变位机：将焊件回转或倾斜，使接头处于水平或船形位置的装置。

5．焊接滚轮架：借助焊件与主动滚轮间的摩擦力来带动圆筒形（或圆锥形）焊件旋转的装置。

6．电磁平台：装配和焊接用的带电磁吸力的平台。

7．焊工升降台：焊接高大焊件时，带动焊工升降的装置。

8．定位板：为保持焊件间的相对位置，防止变形和便于装配而临时焊上的金属板。

9．引弧板：为在焊接接头始端获得正常尺寸的焊缝截面，焊前装配的一块金属板。焊接在这块板上开始，焊后割掉。

10．引出板：为在接头未端获得正常尺寸的焊缝截面，焊前装配的一块金属板，焊接在这块板上结束，焊后割掉。

11．焊接衬垫：为保证接头根部焊透和焊缝背面成形，沿接头背面预置的一种衬托装置。

12．焊剂垫：利用一定厚度的焊剂层做接头背面衬托装置的焊接衬垫