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1、第第4章章 焊接结构的装配及工艺装备焊接结构的装配及工艺装备 在焊接结构制造中，焊件的装配（或称组装）在焊接结构制造中，焊件的装配（或称组装）是决定焊接质量的关键工序，而焊件的装配质是决定焊接质量的关键工序，而焊件的装配质量又取决于下料和成形的尺寸精度。量又取决于下料和成形的尺寸精度。本章将系统地介绍焊接结构的本章将系统地介绍焊接结构的装配与装配焊接夹具、装配与装配焊接夹具、焊接变位机械焊接变位机械等。等。装配装配:在焊接结构制造过程中，将组成结构在焊接结构制造过程中，将组成结构的各个零件按照一定的的各个零件按照一定的位置、尺寸关系和位置、尺寸关系和精度要求组合起来精度要求组合起来的的工序工序
2、。装配在焊接结构制造工艺中占有很重要的装配在焊接结构制造工艺中占有很重要的地位，这不仅是由于装配工作的质量好坏地位，这不仅是由于装配工作的质量好坏直接影响着产品的最终质量，而且还因为直接影响着产品的最终质量，而且还因为装配工序的工作量大，约装配工序的工作量大，约占整个产品制造占整个产品制造工作量的工作量的3040。所以，提高装配工作的效率和质量，在缩短产品制造工期、所以，提高装配工作的效率和质量，在缩短产品制造工期、降低生产成本、保证产品质量等方面，都具有重要的意义。降低生产成本、保证产品质量等方面，都具有重要的意义。4.1 装配的基本条件及工件的定位4.1.1 装配的基本条件装配的基本条件
3、进行焊接结构的装配，必须具备三个基本进行焊接结构的装配，必须具备三个基本条件条件:定位、夹紧和测量定位、夹紧和测量。1.定位定位 定位定位:就是将待装配的零件按图样的要就是将待装配的零件按图样的要求求保持保持正确的相对位置的方法。正确的相对位置的方法。图图4-1所示在平台所示在平台6上装配工形梁。上装配工形梁。图图4-1 4-1 工形梁的装配工形梁的装配1 1调节螺杆调节螺杆 2 2垫片垫片 3 3腹板腹板 4 4翼扳翼扳 5 5挡板挡板 6 6平台平台 7 7直角尺直角尺2.夹紧夹紧 夹紧就是夹紧就是借助于外力使零件准确到位，借助于外力使零件准确到位，并将定位后的零件固定。并将定位后的零件固
4、定。图图4-14-1中翼板与腹板间相对位置确定后，是通过调节螺杆中翼板与腹板间相对位置确定后，是通过调节螺杆1 1来实现夹紧的来实现夹紧的。3.测量测量 测量是指在装配过程中，测量是指在装配过程中，对零件间的相对零件间的相对位置和各部尺寸进行一系列的技术测量对位置和各部尺寸进行一系列的技术测量，从而衡量定位的准确性和夹紧的效果，以指从而衡量定位的准确性和夹紧的效果，以指导装配工作。导装配工作。图图4-14-1中所示的工形梁装配中，在定位并夹紧后，需要中所示的工形梁装配中，在定位并夹紧后，需要测量两翼板的平行度、腹板与翼板的垂直度、工形梁高度尺测量两翼板的平行度、腹板与翼板的垂直度、工形梁高度尺
5、寸等项指标。例如通过用直角尺寸等项指标。例如通过用直角尺7 7测量两翼板与平台面的垂测量两翼板与平台面的垂直度，来检验两翼板的平行度是否符合要求。直度，来检验两翼板的平行度是否符合要求。上述三个基本条件是相辅相成的，缺一上述三个基本条件是相辅相成的，缺一不可。不可。若没有定位，若没有定位，夹紧就变成无的放矢；夹紧就变成无的放矢；若没有夹紧，若没有夹紧，就不能保证定位的准确性和就不能保证定位的准确性和可靠性；可靠性；而若没有测量，而若没有测量，就无法进行正确的定位，就无法进行正确的定位，也无法判定装配的质量。也无法判定装配的质量。4.1.2 4.1.2 工件的定位工件的定位1.工件的定位原理工件
6、的定位原理（）（）六点定位原理六点定位原理 如图如图4-2a所示，所示，任何空任何空间的刚体未被定位时都具有六个自由度，即间的刚体未被定位时都具有六个自由度，即沿三个互相垂直的坐标轴的移动见图沿三个互相垂直的坐标轴的移动见图4-2b4-2b和和绕这三个坐标轴的转动见图绕这三个坐标轴的转动见图4-2c4-2c。因此，要使零件因此，要使零件(一般可视为刚体一般可视为刚体)在空间具有确定的位在空间具有确定的位置，就必须置，就必须约束其六个自由度约束其六个自由度。图4-2 空间物体的六各自由度 图4-3 长方体的六点定位 a)刚体时六个自由度 b)刚体三个互相垂直的移动 c)刚体绕三个坐标轴的转动上述
7、六点定位定则亦上述六点定位定则亦适用于装焊工装夹具的适用于装焊工装夹具的设计设计，但应加以灵活应用。，但应加以灵活应用。对于某些焊接结构件来说，其结构元件大多对于某些焊接结构件来说，其结构元件大多是钢板成形件和型材，在未组装之前，刚度是钢板成形件和型材，在未组装之前，刚度小，容易产生变形在这种情况下，应小，容易产生变形在这种情况下，应采用采用装配平台的台面作为焊件的安装基面装配平台的台面作为焊件的安装基面，这样，这样，装配平台就成为夹具体，起定位器的作用。装配平台就成为夹具体，起定位器的作用。对于待装配的每个结构元件，不必都以六对于待装配的每个结构元件，不必都以六个支承点来定位，而个支承点来定
8、位，而可利用先装好的零件可利用先装好的零件作为后装配零件的定位支承点作为后装配零件的定位支承点。这就可简。这就可简化夹具的结构，减少定位器的数量。化夹具的结构，减少定位器的数量。在实际装配中，可由在实际装配中，可由定位销、定位块、挡定位销、定位块、挡板板等定位原件作为定位点；也可以利用装等定位原件作为定位点；也可以利用装配台或工件表面上的配台或工件表面上的平面、边棱及胎架模平面、边棱及胎架模板板形成的曲面代替定位点；有时还由在装形成的曲面代替定位点；有时还由在装配平台或工件表面画出的定位线起定位点配平台或工件表面画出的定位线起定位点的作用。的作用。（）定位基准及其选择 1)定位基准。在结构装配
9、过程中，必须根定位基准。在结构装配过程中，必须根据一些指定的点、线、面，来确定零件或部据一些指定的点、线、面，来确定零件或部件在结构中的件在结构中的位置位置，这些，这些作为依据的点、线、作为依据的点、线、面，称为定位基准面，称为定位基准。如图4-4所示，圆锥台漏斗上各件间的相对位置，是上各件间的相对位置，是以轴线和面为定位基准确定的以轴线和面为定位基准确定的。图图4-5所示为一四通接头，装配时支管所示为一四通接头，装配时支管、在主在主管管I上的上的相对高度是以面为定位基准相对高度是以面为定位基准而确定的，而而确定的，而支管的横向定位则以主管轴线支管的横向定位则以主管轴线为定位基准。为定位基准。
10、2)定位基准的选择。定位基准的选择。合理地选择装配定位基准，对保证装配质合理地选择装配定位基准，对保证装配质量，安排零、部件装配顺序和提高装配效率，量，安排零、部件装配顺序和提高装配效率，有着重要的影响。有着重要的影响。通常根据如下原则选择定位基准通常根据如下原则选择定位基准:尽可能选用设计基准作定位基准，尽可能选用设计基准作定位基准，这样可以避免因定这样可以避免因定位基准与设计基准不重合而引起较大的定位误差。位基准与设计基准不重合而引起较大的定位误差。同一构件上与其他构件有连接或配合关系的各个零件，同一构件上与其他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，应尽量采用同一定位基准
11、，这样能保证构件安装时与其他这样能保证构件安装时与其他构件的正确连接或配合。构件的正确连接或配合。应选择精度较高、又不易变形的零件表面或边棱作应选择精度较高、又不易变形的零件表面或边棱作定位基准，定位基准，这样能够避免由于基准面、线的变形造成的定这样能够避免由于基准面、线的变形造成的定位误差。位误差。所选择的定位基准应便于装配中的零件定位与测量。所选择的定位基准应便于装配中的零件定位与测量。在实际装配中，定位基准的选择要完全符合在实际装配中，定位基准的选择要完全符合上述所有的原则，有时是不可能的。因此，上述所有的原则，有时是不可能的。因此，应根据具体情况进行分析，应根据具体情况进行分析，选出最
12、有利的定选出最有利的定位基准。位基准。2.定位器定位器定位器定位器是将待装配零件在装焊夹具中是将待装配零件在装焊夹具中固定固定在在正确位置的器具，亦可称正确位置的器具，亦可称定位元件定位元件，结构较，结构较复杂的定位器称为复杂的定位器称为定位机构定位机构。在装焊工装夹具中常用的在装焊工装夹具中常用的定位器定位器主要有主要有挡挡铁、支撑钉、定位销、定位槽、形铁、铁、支撑钉、定位销、定位槽、形铁、定位样板定位样板等。等。图4-6 各种形式的定位器a）档铁 b）支撑钉 c）定位销 d）定位槽 e）V形铁 f）定位样板定位器定位器其中挡铁其中挡铁和支撑钉和支撑钉用于零件用于零件的平面定的平面定位，定位
13、位，定位销用于零销用于零件的基准件的基准孔定位。孔定位。形铁用形铁用于圆柱体于圆柱体和圆锥体和圆锥体的定位、的定位、定位槽用定位槽用于矩形截于矩形截面零件的面零件的定位定位图4-7手动定位机构示例a）进退式 b）翻转式带有旋转，位移带有旋转，位移等调整器的定位等调整器的定位机构机构图4-8 永磁式定位档块（a）直角用 （b）多用 （c）应用示例 永磁定位装置。用于铁磁性零件的定位，磁定位装置。用于铁磁性零件的定位，3.3.零件的定位方法零件的定位方法根据零件的具体情况，选取零件的定位方法。根据零件的具体情况，选取零件的定位方法。根据定位方法的不同可分为如下几种根据定位方法的不同可分为如下几种:
14、（1 1）划线定位）划线定位（2 2）样板定位）样板定位（3 3）定位元件定位）定位元件定位（4 4）胎卡具）胎卡具(又称胎架又称胎架)定位定位 （1 1）划线定位）划线定位 划线定位是利用在零件表面划线定位是利用在零件表面或装配台表面划出工件的或装配台表面划出工件的中心线、接合线、中心线、接合线、轮廓线等作为定位线轮廓线等作为定位线，来确定零件间的相，来确定零件间的相互位置，通常用于简单的互位置，通常用于简单的单件小批量装配单件小批量装配或总装时的部分较小零件的装配。或总装时的部分较小零件的装配。图4-9 画线定位装配举例（a）中心线和结合线作定位线 （b）圆筒等分线作定位线图图4-9(a)
15、所示为以划在工件底板上的所示为以划在工件底板上的中心线和接合线作定位线，以确定槽中心线和接合线作定位线，以确定槽钢、立板和三角形加强筋的位置；钢、立板和三角形加强筋的位置；图图4-9(b)所示为利用大圆筒盖所示为利用大圆筒盖板上的中心线和小圆筒上的等板上的中心线和小圆筒上的等分线分线(也常称其为中心线也常称其为中心线)来确来确定两者的相对位置。定两者的相对位置。（2 2）样板定位）样板定位 利用小块钢板或小块型钢作为挡铁，利用小块钢板或小块型钢作为挡铁，取材方便。也可以用经机械加工后的挡铁提高精度。取材方便。也可以用经机械加工后的挡铁提高精度。挡铁的安置要保证构件重点部位（点、线、面）的挡铁的
16、安置要保证构件重点部位（点、线、面）的尺寸精度，也便于零件的装拆。常用于尺寸精度，也便于零件的装拆。常用于钢板与钢板钢板与钢板之间的角度装配和容器上各种管口之间的角度装配和容器上各种管口的安装。的安装。图图4-104-10所示为斜形结构的样板定位装配，所示为斜形结构的样板定位装配，图4-10 样板定位（3 3）定位元件定位）定位元件定位 是用一些特定的定位元是用一些特定的定位元件（如板块、角钢、销轴等）构成件（如板块、角钢、销轴等）构成空间定位空间定位点点，来确定零件的位置，并用装配夹具夹紧，来确定零件的位置，并用装配夹具夹紧装配。它不需划线，装配效率高，质量好，装配。它不需划线，装配效率高，
17、质量好，适用于批量生产。适用于批量生产。图4-11 双臂角杠杠地装配1、3定位销 2档铁 4支撑铁 5夹具台图图4-11所示为双臂所示为双臂角杠杆的焊接结构，角杠杆的焊接结构，它由三个轴套和两它由三个轴套和两个臂杆组成。装配个臂杆组成。装配时，臂杆之间的角时，臂杆之间的角度和三孔距离用活度和三孔距离用活动定位销和固定动定位销和固定定位销定位销3定位；两臂定位；两臂杆的水平高度位置杆的水平高度位置和中心线位置用挡和中心线位置用挡铁铁2定位；两端轴套定位；两端轴套高度用支承垫高度用支承垫4定位定位后夹紧定位焊完成后夹紧定位焊完成装配。其装配全部装配。其装配全部用定位器定位后完用定位器定位后完成的，
18、装配质量可成的，装配质量可靠，生产效率高。靠，生产效率高。（4 4）胎卡具）胎卡具(又称胎架又称胎架)定位定位 金属结构中，当一种工件数量较多，内部结金属结构中，当一种工件数量较多，内部结构又不很复杂时，可将工件装配所用的各定构又不很复杂时，可将工件装配所用的各定位元件、夹具和装配胎架三者组合为一个整位元件、夹具和装配胎架三者组合为一个整体，构成体，构成装配胎卡具装配胎卡具。图4-12 胎具固定法（a）汽车横梁 （b）胎具1、2焊缝 3槽形板 4拱形板 5立平板 6角形板 7胎架8定位铁 9螺栓卡紧器 10回转轴图图4-12a所示为汽车横梁结构，它由拱形板所示为汽车横梁结构，它由拱形板4、槽形
19、板、槽形板3、角形板、角形板6和主平板和主平板5等零件等零件组成。其装配胎卡具如图组成。其装配胎卡具如图4-12b所示，它由定位铁所示，它由定位铁8、螺栓卡紧器、螺栓卡紧器9、回转轴、回转轴10共同共同组合连接在胎架组合连接在胎架7上。装配时，首先将角形铁置于胎架上，用定位铁上。装配时，首先将角形铁置于胎架上，用定位铁8定位并用螺栓定位并用螺栓卡紧器卡紧器9固定，然后装配槽形板和主平板，它们分别用定位铁固定，然后装配槽形板和主平板，它们分别用定位铁8和螺栓卡紧器和螺栓卡紧器9卡紧，卡紧，再将各板连接处定位焊。该胎卡具还可以通过回转轴再将各板连接处定位焊。该胎卡具还可以通过回转轴10回转，把工件
20、翻转到使焊缝回转，把工件翻转到使焊缝处于最有利的施焊位置焊接。处于最有利的施焊位置焊接。4.4.定位焊定位焊定位焊是用来固定各焊接零件之间的定位焊是用来固定各焊接零件之间的相互相互位置位置，以保证整个结构件得到，以保证整个结构件得到正确的几何正确的几何形状和尺寸形状和尺寸。定位焊有时也叫定位焊有时也叫点固焊点固焊。定位焊所用的焊条应和焊接时所用焊条相定位焊所用的焊条应和焊接时所用焊条相同，保证焊接质量，同，保证焊接质量，进行定位焊时应注意以下事项：进行定位焊时应注意以下事项：1 1）定位焊的起头与结尾处应圆滑，否则在焊缝接头）定位焊的起头与结尾处应圆滑，否则在焊缝接头时容易在该处造成时容易在该
21、处造成未焊透未焊透。2 2）定位焊应与该构件的）定位焊应与该构件的焊接工艺相同焊接工艺相同（如预热、焊（如预热、焊材等）。材等）。3 3）定位焊由于是间断焊，工件温度较正式焊接时为）定位焊由于是间断焊，工件温度较正式焊接时为低，因热量不足而容易产生未焊透，因此定位焊的低，因热量不足而容易产生未焊透，因此定位焊的焊接电流应较正式焊接时高焊接电流应较正式焊接时高10101515。4 4）在）在焊缝交叉处焊缝交叉处（字焊缝）和焊缝方向急剧变化（字焊缝）和焊缝方向急剧变化处，处，不要进行定位焊不要进行定位焊。5 5）局部）局部强行组对强行组对的结构，其定位焊缝长度可视其情的结构，其定位焊缝长度可视其情况适当增长。况适当增长。