《焊接成形工藝 》課件

焊接成形工藝焊接成形工藝是指利用焊接工藝來實(shí)現(xiàn)特定的工件形狀和結(jié)構(gòu)。它結(jié)合了焊接技術(shù)與塑性加工工藝,可以制造出復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)件。在航空航天、船舶制造等行業(yè)廣泛應(yīng)用。課程大綱焊接成形工藝概述學(xué)習(xí)焊接成形工藝的基本概念、特點(diǎn)和原理,了解焊接變形和殘余應(yīng)力的形成機(jī)理。焊接變形與殘余應(yīng)力的測量掌握焊接變形和殘余應(yīng)力的測定方法,為后續(xù)的控制措施打下基礎(chǔ)。焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化學(xué)習(xí)焊前準(zhǔn)備、焊接工藝參數(shù)的選擇,以及焊縫形狀和尺寸的控制方法。焊接成形工藝的應(yīng)用了解多道焊接、焊接鍛造、滾壓和彎曲等典型焊接成形工藝的特點(diǎn)和應(yīng)用。焊接成形的概念與特點(diǎn)焊接成形指通過焊接技術(shù)對工件進(jìn)行塑性變形,從而獲得所需的形狀和尺寸。與傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝相比,焊接成形具有材料利用率高、工藝靈活、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。焊接成形常用于制造大型、復(fù)雜和薄壁零件,如船體、航空機(jī)身等,可顯著提高生產(chǎn)效率和降低成本。焊接變形的形式與原因1變形類型焊接變形可分為橫向收縮變形、縱向收縮變形、角度變形和彎曲變形等幾種形式。2變形原因變形的主要原因是焊接過程中金屬的非均勻加熱和冷卻引起的溫度應(yīng)力和相變應(yīng)力。3焊縫特性焊縫的尺寸、形狀、微觀組織以及焊接工藝參數(shù)也會(huì)影響變形的類型和程度。4材料因素材料的熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、屈服強(qiáng)度等物理性能也是影響變形的重要因素。焊接殘余應(yīng)力的形成與分布焊接殘余應(yīng)力的形成焊接過程中由于局部加熱和非均勻冷卻導(dǎo)致材料內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化,產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的分布焊縫區(qū)域和圍邊區(qū)域存在拉應(yīng)力,而中間區(qū)域存在壓縮應(yīng)力,應(yīng)力分布呈"M"字型分布。焊接殘余應(yīng)力的形成主要源于焊接過程中的局部加熱和非均勻冷卻,導(dǎo)致材料內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化。殘余應(yīng)力的分布通常呈現(xiàn)"M"字型,焊縫區(qū)域和圍邊區(qū)域存在拉應(yīng)力,而中間區(qū)域存在壓縮應(yīng)力。準(zhǔn)確測量和分析焊接殘余應(yīng)力對優(yōu)化焊接工藝和控制焊接變形有重要意義。焊接變形與殘余應(yīng)力的測定方法1X射線衍射法精確測量焊件內(nèi)部殘余應(yīng)力2中子衍射法敏感探測殘余應(yīng)力分布3應(yīng)變測試法直接測量焊接變形量焊接過程中產(chǎn)生的變形和殘余應(yīng)力可以通過先進(jìn)的檢測技術(shù)進(jìn)行測量。X射線衍射法和中子衍射法可以精確識(shí)別內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布情況。同時(shí),應(yīng)變測試法也能直接測量焊件表面的變形量。這些測試方法為分析和控制焊接變形與殘余應(yīng)力提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。焊接變形與殘余應(yīng)力的控制措施合理設(shè)置夾具合理設(shè)計(jì)焊接夾具可以有效限制焊接變形，如使用限位裝置或支撐裝置。合理夾緊焊件通過合理夾緊焊件，可以減少焊接變形和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。優(yōu)化夾緊順序采用分段或分步夾緊焊件的方式可以減少焊接變形。優(yōu)化焊接順序合理選擇焊接順序可以降低焊接變形和殘余應(yīng)力。焊前準(zhǔn)備工作材料準(zhǔn)備檢查焊材、助焊劑等材料是否符合要求,并按工藝規(guī)范進(jìn)行存放。工件清潔對焊接工件表面進(jìn)行去油、除銹等清潔處理,確保焊接質(zhì)量。焊縫設(shè)計(jì)根據(jù)工藝要求合理設(shè)計(jì)焊縫形狀和尺寸,以利于焊接。夾具準(zhǔn)備確保焊接夾具位置準(zhǔn)確、穩(wěn)固,有利于工件定位和變形控制。焊接工藝參數(shù)的選擇焊接電流的選擇根據(jù)焊接材料的厚度和種類選擇合適的焊接電流,確保熔敷量和焊渣可靠性。同時(shí)還要考慮焊機(jī)的最大輸出能力。焊接速度的控制焊接速度直接影響焊縫形狀和尺寸。應(yīng)根據(jù)焊接材料、焊接位置等因素合理選擇焊接速度。速度過快會(huì)導(dǎo)致焊縫成形不良。焊接電弧長度的調(diào)整電弧長度決定了熱輸入量和熔敷量。應(yīng)根據(jù)焊接材料和焊接工藝適當(dāng)調(diào)整電弧長度,確保焊縫質(zhì)量。過長或過短的電弧會(huì)影響焊縫成形。焊縫形狀與尺寸的控制焊縫形狀和尺寸的控制是焊接工藝中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。合理的焊縫形狀和尺寸可以有效避免焊接變形和應(yīng)力集中,提高焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用性能。通過選擇合適的焊接工藝參數(shù)、焊接姿態(tài)以及輔助焊接設(shè)備,可以在焊接過程中控制焊縫外觀和幾何尺寸,滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)還需要注意焊縫的內(nèi)部質(zhì)量,確保焊縫內(nèi)部無氣孔、夾渣等缺陷,確保焊接結(jié)構(gòu)的可靠性。焊接夾具的作用與設(shè)計(jì)夾具的作用焊接夾具可以牢固地固定工件,保持焊接位置和角度,確保焊縫質(zhì)量。它還可以補(bǔ)償工件變形,減小焊接變形?；驹O(shè)計(jì)原則夾具設(shè)計(jì)需考慮工件尺寸、形狀、材料、裝夾方式等,確保牢固穩(wěn)定、便于操作、能有效控制變形。典型夾具結(jié)構(gòu)常見的夾具結(jié)構(gòu)有固定夾具、活動(dòng)夾具、傾斜夾具等,可根據(jù)需要多種組合使用。合理設(shè)計(jì)的夾具可有效提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。多道焊接工藝1多層焊接在焊件上施加多層焊縫以增加焊縫強(qiáng)度和承載能力2多道焊接將焊縫分多次進(jìn)行以減小單次焊縫的熱輸入3復(fù)合焊接采用不同焊接工藝的組合以充分發(fā)揮各自優(yōu)勢多道焊接工藝通過分次或復(fù)合的方式提高焊縫質(zhì)量和性能。多層焊接可增加焊縫厚度和承載能力；多道焊接可降低單次焊縫的熱輸入；復(fù)合焊接則綜合利用不同工藝的特點(diǎn)。這些工藝能有效解決大厚度和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接難題。焊接鍛造工藝1預(yù)備工作需要對工件進(jìn)行清理和預(yù)熱,確保焊縫區(qū)域溫度達(dá)到合適水平,有利于后續(xù)的變形成形。2控制焊接參數(shù)通過調(diào)節(jié)焊接電流、焊接速度等參數(shù),確保焊縫尺寸和形狀滿足成形工藝要求。3鍛造成形在焊接后立即進(jìn)行鍛壓成形,利用外力施加使工件產(chǎn)生可控的塑性變形。焊接滾壓工藝1加熱將工件加熱至適當(dāng)溫度2滾壓成形利用滾輪對工件進(jìn)行塑性變形3冷卻通過自然冷卻或強(qiáng)制冷卻固定形狀焊接滾壓工藝是一種利用加熱和滾壓的方式來實(shí)現(xiàn)金屬的成形加工的工藝。它可以用于管件、形狀復(fù)雜的零件等的成形。該工藝能夠有效降低焊接變形,提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。焊接彎曲工藝預(yù)先彎曲在焊接前對工件進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)彎,以補(bǔ)償焊接時(shí)的收縮變形。焊接過程中彎曲利用工件的自重或夾具約束,引導(dǎo)工件在焊接過程中產(chǎn)生所需的彎曲變形。焊后糾正彎曲利用機(jī)械壓力或熱處理等方法,在焊接后適當(dāng)調(diào)整工件的彎曲形狀。焊接應(yīng)力relieving工藝1預(yù)熱通過預(yù)熱可以減少焊接件的冷卻速度,降低殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。2應(yīng)力釋放焊接后進(jìn)行加熱處理可以釋放焊接殘余應(yīng)力,避免焊接變形。3緩慢冷卻采用緩慢冷卻可以降低焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度,從而減小殘余應(yīng)力。焊接烘干工藝1預(yù)熱提高焊件溫度2烘干去除焊件表面和內(nèi)部的水分3冷卻控制冷卻速率以避免變形焊接烘干工藝是一種重要的預(yù)處理工藝,目的是提高焊件的潔凈度和焊接質(zhì)量。通過預(yù)熱、烘干和控制冷卻速率等步驟,可有效去除焊件表面和內(nèi)部的水分,避免在焊接過程中產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。這一工藝在高合金鋼、不銹鋼以及一些特殊合金的焊接中尤為重要。焊接預(yù)熱工藝1確定預(yù)熱溫度根據(jù)焊材、工件厚度等因素確定合適的預(yù)熱溫度。2選擇預(yù)熱方式可采用火焰預(yù)熱、電阻預(yù)熱等多種方式。3控制預(yù)熱溫度使用溫度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控并調(diào)整預(yù)熱溫度。4保持預(yù)熱溫度在焊接過程中持續(xù)保持工件的預(yù)熱溫度。焊接預(yù)熱工藝通過提高工件溫度來降低焊接殘余應(yīng)力和變形。根據(jù)具體工藝要求合理選擇預(yù)熱溫度和方式很重要,需要嚴(yán)格控制溫度并持續(xù)保持。焊接后熱處理工藝1應(yīng)力釋放焊接后進(jìn)行回火處理可以顯著降低焊接殘余應(yīng)力,提高焊接結(jié)構(gòu)的使用性能。2組織調(diào)整對焊接接頭進(jìn)行回火處理可以改善金屬組織結(jié)構(gòu),增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和韌性。3性能提升通過焊接后熱處理,可以大幅提高焊接結(jié)構(gòu)件的抗腐蝕性、疲勞壽命等性能。焊接應(yīng)力與變形測試方法測量精度操作難度應(yīng)用范圍通過對比不同測試方法的測量精度、操作難度和適用范圍,可以選擇合適的方法來評估焊接過程中的應(yīng)力和變形。焊接變形與殘余應(yīng)力的計(jì)算分析5%應(yīng)力釋放量20MPa最大殘余應(yīng)力50mm測試深度0.1mm應(yīng)變檢測精度焊接過程中會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的溫度場和應(yīng)力場,導(dǎo)致焊件產(chǎn)生不可逆的變形和殘余應(yīng)力。通過有限元分析等計(jì)算方法,可以模擬焊接工藝參數(shù)對變形和殘余應(yīng)力的影響,為合理控制焊接質(zhì)量提供依據(jù)。測試時(shí)常采用應(yīng)變測量、X射線衍射等技術(shù),實(shí)測殘余應(yīng)力分布及釋放情況。焊接工藝性能優(yōu)化方法工藝參數(shù)優(yōu)化通過調(diào)整焊接電流、電壓、焊速等參數(shù),精細(xì)優(yōu)化焊接工藝,提高焊接質(zhì)量和效率。預(yù)熱溫度控制合理控制預(yù)熱溫度,可以減少焊接變形和殘余應(yīng)力,提高焊接件的強(qiáng)度和韌性。焊接夾具優(yōu)化通過優(yōu)化焊接夾具的設(shè)計(jì),可以有效控制焊接變形,提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。后熱處理優(yōu)化適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚砜梢猿浞轴尫藕附託堄鄳?yīng)力,減少焊接變形,改善焊接件性能。焊接缺陷的識(shí)別與修復(fù)1缺陷識(shí)別通過目視檢查、探傷檢測等方法識(shí)別焊接過程中可能出現(xiàn)的裂紋、氣孔、夾渣等常見缺陷。2原因分析分析導(dǎo)致焊接缺陷的工藝參數(shù)、材料、環(huán)境等因素,找出問題的根源。3缺陷修復(fù)采取焊前預(yù)熱、調(diào)整焊接工藝參數(shù)、后熱處理等措施,對缺陷區(qū)域進(jìn)行修復(fù)。4質(zhì)量檢查對修復(fù)后的焊縫進(jìn)行復(fù)檢,確保質(zhì)量達(dá)標(biāo),消除安全隱患。焊接質(zhì)量檢驗(yàn)與評價(jià)外觀檢查檢查焊縫表面的整潔度、焊縫形狀、表面裂紋等外觀特征,確保質(zhì)量合格。尺寸測量測量焊縫的寬度、高度、腿長等尺寸,確保符合圖紙或標(biāo)準(zhǔn)要求。非破壞性檢測采用探傷、X射線等方法檢測焊縫內(nèi)部的氣孔、裂紋等缺陷,防止隱患。力學(xué)性能測試通過拉伸、彎曲等試驗(yàn)確保焊接接頭的強(qiáng)度和韌性指標(biāo)達(dá)標(biāo)。焊接制造工藝實(shí)例分析我們將以某大型裝備制造企業(yè)生產(chǎn)的重型汽車車架為例,詳細(xì)分析其焊接制造工藝。該車架采用高強(qiáng)度鋼板材,采用多道焊接工藝進(jìn)行焊接成形。包括焊前的板料預(yù)加工、多層焊縫的控制、焊接夾具的使用、焊后應(yīng)力釋放等關(guān)鍵工藝步驟。整個(gè)焊接制造過程嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量,保證了產(chǎn)品的強(qiáng)度、耐用性和使用安全性。焊工培訓(xùn)與考核要求焊工培訓(xùn)焊工培訓(xùn)包括理論知識(shí)、實(shí)操技能和安全防護(hù)等多個(gè)方面。系統(tǒng)地提高焊工的專業(yè)水平和操作能力,確保焊接質(zhì)量與安全。考核標(biāo)準(zhǔn)考核內(nèi)容包括焊接工藝、焊接操作、焊接質(zhì)量、安全防護(hù)等方面。通過筆試、實(shí)操考核等方式,全面評估焊工的專業(yè)技能。持續(xù)培訓(xùn)注重實(shí)踐培訓(xùn),鼓勵(lì)焊工參加技能競賽,不斷提高技術(shù)水平。定期組織焊工培訓(xùn),跟上行業(yè)發(fā)展新趨勢。資格認(rèn)證通過培訓(xùn)和考核的焊工可獲得相應(yīng)級(jí)別的資格證書,為進(jìn)一步提升職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。焊接安全防護(hù)措施個(gè)人防護(hù)設(shè)備焊工必須穿戴專業(yè)的焊接防護(hù)服、手套、護(hù)目鏡等,以防止傷害。工作環(huán)境控制確保良好的通風(fēng)系統(tǒng),減少有害氣體和煙塵的積累。防火防爆措施工作區(qū)域內(nèi)配備足夠的消防設(shè)備,并采取防火防爆措施。標(biāo)識(shí)警示在工作現(xiàn)場設(shè)置明顯的安全標(biāo)識(shí)和警示標(biāo)志,提醒注意安全。焊接環(huán)境保護(hù)與節(jié)能焊接煙塵處理通過煙塵收集和凈化系統(tǒng)，可有效減少焊接過程中產(chǎn)生的有害氣體和粉塵排放，保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境。焊接噪音控制采用隔音板、隔聲罩等措施可大幅降低焊接作業(yè)產(chǎn)生的噪音污染，維護(hù)工人及周邊居民的聽力健康。焊接能源節(jié)約選用高能效焊機(jī)、優(yōu)化焊工藝參數(shù)等方式可有效降低焊接過程的電力消耗，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約和成本節(jié)降。焊接工藝的發(fā)展趨勢智能焊接技術(shù)采用機(jī)器人和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊接過程的自動(dòng)化和數(shù)字化控制,提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。綠色環(huán)保焊接利用新型焊材和清潔焊接工藝,減少焊接過程中的污染排放,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。