中型挖掘机油管的焊接工艺设计【字数：7075】
引言
毕业设计是焊接技术和学自动化专业的学生在基础理论课程、技术基础课程和专业课程基础上的所设立的一个重要的实践教学环节，以下是它的目的：
（1）为了培养和提高学生的独立工作能力，应利用本专业所学课程的理论和实际生产知识，进行实际焊接培训。
（2）巩固和拓展学校所学课程内容，掌握焊接手段和焊接工艺。
（3）领会基本的焊接技巧,如计算,画图,翻阅设计资料和手册,明白标准和规范等
在毕业前，学校布置的毕业设计题目为：中型挖掘机油管焊接的焊接制造工艺。通过查看任务书，我明白了这次设计的核心内容：母材和相关热处理的选择、焊接手段和设备的选用、焊接材料、焊接夹具的设计、焊接结构工艺路线的选定、焊接检测手段和实施方案的确认、对有可能出现的重要缺陷进行预测和危害分析。
第一章中型挖掘机油管焊接的母材选用及加工
1.1母材的选用
按照中型挖掘机油管焊接的结构强度要旨和经济原因选择母材：
1.2钢材的矫正原理及方法：
修正方法是通过添加或加热来缩短拉长纤维和拉长短纤维，最后使钢板厚度方向的纤维趋于同向。
方法：中型挖掘机油管焊接的矫正手段是机械矫正
校正过程：钢板矫直机如图所示。下分配辊是由电机驱动旋转的主动轴辊。上排轴滚轴是从动轴滚轴。可上下调节，可调节不同厚度的钢板。中挖机油管焊接校正后，先将油管压在下排轴压路机上，将上排轴压路机调整到适当高度，然后启动电机驱动旋转。
中型挖掘机油管焊接的矫正使用机械矫正例图
1.3划线
按照图纸和技术要求，以划线工具或画点、线为基准，在粗、半成品上画加工界限的过程称为划线。
划线可分为平面和三维两种。只有在工件表面有标记时，才能清楚地标明加工边界，即平面标记；只有在工件表面有不同的角度（通常互相垂直）标记时，才能清楚地标明加工边界，即立体标记。
画线的基本要求是线条清晰对称，立体定位尺寸准确。因为划线的线条有一定宽度，通常要求精度达到0.25-0.5毫米。应注意的是，工件的加工精度不能通过完整的标记来确定，但应在加工过程中进行测量，以确保背板展开，然后根据图纸上的图形和尺寸设计，按1:1的比例在待加工的钢材上画出加工边界。切割，然后加工制成模板，用样品作标记。
1.4号料
为了提高生产效率和节省原材料，当批量生产和重复次数比较多时，通常先制作样品，并在样品上打上标记，即编号材料。
1.4.1号料的方法
有很多种大小调整方法，例如样本大小调整和草图大小调整。当图形复杂，曲线较大时，通常采用样本大小来提高质量和效率。对于形状规则的矩形板和肋条，材料根据草图编号或编号卡直接标记在钢材上。
1.4.2样板的分类
样品根据用途可分为两类：标记和测试。根据其用途，划出的图案可分为展开图案、划出图案和切口图案。
1.4.3号料的作用
（1）节省原材料
（2）提高生产效率
1.5成形方法
成形手段采用锻造成形，是金属压力生产的一部分。所说的金属压力加工，就是在胚胎材料上施加外力，使它发生塑性变形，改变它的尺寸和形状，提高用于制造机械零件或毛坯成形工艺的性能。本次采用锻造工艺，即锻造和冲压的通用名称。
根据图样锻造材料。
1.6气割圆筒
用空气切割圆筒时，通常选择内圆，然后切割外圆。
切割时，应先在钢板上开一个孔。切割手段是对钢板进行预热，喷嘴应与钢板垂直。当变成深红色钢板，达到切割温度时，喷嘴应倾斜，有利于氧化铁渣吹出。这时，打开高压氧气吹出铁渣。开始切割时，不要放出太多高压氧气。随着焊枪慢慢向后拖，位于切割喷嘴相反方向的熔融金属被吹出。当氧化铁渣的火花不再飞扬时，就意味着钢板被切断了。此时喷嘴与钢板垂直，焊炬延伸至内圆线切割。
为了保证切割质量，切割速度不能太快。
1.7钻孔
钻孔时，我们应该思考孔的加工精度。成形手段采用锻造成形，是金属压力生产的一部分。所说的金属压力加工，就是在胚胎材料上施加外力，使它发生塑性变形，改变它的尺寸和形状，提高用于制造机械零件或毛坯成形工艺的性能。本次采用锻造工艺，即锻造和冲压的通用名称，根据图纸要求，在零件上钻出对应的孔，同时攻出对应的螺纹。
1.8 Q235的热处理
Q235是一种低碳钢，低碳钢含有较少的碳、锰和硅，因此一般由于焊接而没有严重的硬化和淬火结构。这种钢具有良好的塑性和冲击韧性。焊接接头也具有良好的塑性和冲击韧性。焊接时通常不需要预热、控制层间温度和焊后热，焊后不采用热处理来改良焊接组分，可以说完整的焊接过程中不需要奇特的工艺手段，它的可焊性优异，能利用不同的焊接手段进行焊接。但根据双头抛光机防尘罩图纸技术要求，焊前防尘罩可以不进行热处理，但是在焊接后需要采取退火处理，退火处理主要用来消除焊接结构的焊接残余应力。
第二章中型挖掘机油管焊接的装配工艺
2.1坡口形式与焊接技术
2.1.1坡口形式
坡口是指为了确保焊接的质量,焊接前需要对焊接处的工件进行的加工，它可以是气割或切割，它通常是斜面，有时是一个曲面。
开坡口能确保电弧可以进入焊缝根部的深处，确保焊缝被焊穿，有利于消除夹杂，获得更好的焊缝，并可以调整母材和填充金属的融化比率。
在焊接过程中，改变坡口的尺寸能改变焊缝金属的化学成分，所以，这对焊接的质量有较大的影响。在确保焊接质量的基础上，最好将坡口的角度调低，有利于减少工作量。根据需求，坡口有Y型坡，Ｖ型坡，Ⅰ型坡，Ｕ型坡等类型的坡口，但大部分要求留下一定的钝边。
按照设计的要求，在焊件的等待焊接的部位加工一定的几何形沟槽，就是坡口。按照结构、工件厚度和技术条件的要求，选择手弧焊接的斜面形式。在挑选坡口形式时，在确保工件焊穿的基础上，必须考虑焊缝融合比，坡口形状是否易于加工，、焊接生产率和焊接变形等因素。手工电弧焊与气体保护焊坡口的基本形式如下表所示
2.1.2坡口的加工方法
1、按照设计或工艺需求，在焊件的等待焊接部位加工一定几何形状和大小的沟槽，称为坡口。坡口的作用是：
(1)热源（电弧或火焰）能保护焊缝根部，保证根部的熔透。
(2)操作方便和清理焊渣。
(3)调整焊缝成形系数，使焊缝成形更好。
(4)调整基本金属和填充金属的比例。
2、选择坡口的规则
为了获得高质量的焊接接头，应该选择合适的坡口类型。坡口的选择主要根据母材的厚度、焊接手段和工艺要求。选择的时候，需要注意下面几个问题：
(1)尽量减少填充金属的量。
(2)坡口形状易于加工。
(3)有利于焊工操作和清理焊渣。
(4)焊后应力、变形尽可能小。
（1）刨削。
刨削用刨刀是一种对工件作水平相对直线往返运动的切割加工手段，主要用于工件的形状加工。
对角度有要求的坡口，可以用来刨床或刨边机在钢板边缘刨平。
（2）车削。
圆工件或管槽可以用车床或管槽机、电动管车床等进行车削加工，车床加工主要采用车刀来车削旋转工件。在车床上，钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花等器械也能用来进行对应的加工。车床主要用来加工轴、盘、套等具有旋转表面的工件，它是机械制造厂和修理厂中使用最广泛的一种机床加工类型。
（3）剪切。
对于较薄的工字钢，采用剪切。剪切过程可分为两个步骤，那就是刀片压进金属（包含弹性以及塑性压入）和金属滑动直到断裂。刀片由碳素工具钢、合金工具钢或热模钢制作而成。剪板机不仅由电机驱动，还由液压驱动。剪切机的布置由各种类型剪切机的使用和生产要求决定。
（4）气割。
它是一种广泛应用的坡口加工手段，，可以在任意角度获得各种类型的直、曲线形状的槽形。但手工气割焊件的大小和形状精度比较差，表面相对粗糙，应该尽量采用半自动或自动切割手段。焊前的清理和焊前惰性气体保护焊需要严格清除金属表面的氧化膜、油脂和水分等垃圾物，所有手段因材质而异。
(5)碳弧气刨：
主要用来清理焊接根部的坡口，效率相对高，工作条件差。
(6)铲削或磨削：
手工或气动、电动工具或用砂轮（或角向磨光机）进行磨削，效率相对低，主要用于焊接缺陷部位的修槽。坡口加工质量对焊接工艺有相对大的影响，应满足图纸或技术条件的需求。
不锈钢的机械清洗通常采用纱布研磨清洗，再用丙酮或汽油清除油污。
2.2工艺路线
2.2.1定位基准的选择
精密基准的选择：夹具本体组合不仅是装配基准，也是设计基准。利用它们作为精密基准，可以遵循基准重合的原则，实现油管零件单侧两孔的经典定位方式。其他的面和孔的加工也可以用它进行定位，使得工艺路线遵循基准统一的法则。另外，接头面积大，位置相对稳定，夹紧方案简单可实施，操作方便。
粗基准的选择：根据粗基准的选择原则，当零件有不同的加工面时，这些非加工面应作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时，如果零件有多个非加工面，相对于加工面要求精度更高的非加工面应作为粗基准。现在，我们选择两个Φ12.5毫米的无盖孔的下表面，而R12的圆弧不处理外轮廓表面作为参照。另外，要保证定位准确、夹紧可靠。要加工的第一个表面是精确的基准接合面。
方案一：
两个支撑钉用于支撑两个Φ25毫米无盖孔的下表面，以限制Z移动和X旋转的两个自由度。R12.5的外表面用可移动的V形块夹
紧，以限制Y、X和Y旋转的四个自由度。用粗铣的手段加工连杆体结合面。基于上述端面，Φ25毫米孔的加工是在扩孔前钻孔，然后与连杆盖配合加工别的孔和端面。
方案二：
两个支撑销用于支撑连杆体的下表面，同时预留Φ25毫米孔的位置，以限制Z运动和X旋转的两个自由度；R12.5的外表面用活动的V形块夹紧，以限制Y、X的移动和Z、Y的旋转，连杆结合面采用粗磨加工，Φ25毫米的孔和前后端面在铰孔前都采用钻孔加工。
对于第二种方案：像这样加工，尽管减少了几次夹紧时间，可以减少夹紧辅助时间。但在初始基准面上加工Φ25毫米的孔及前后端面，误差相对大，无法确保钻孔时，孔与界面的垂直度。而且夹紧时应该预留Φ25毫米孔的位置，不仅增加了装夹的难度，也让装夹工具更加复杂了，降低了工作的效率。
方案一：完全解决了方案的不足之处，降低了加工误差，减少了对工人技术的要求以及劳动强度，同时也降低了制造夹具的成本。并且，还较大的提高了加工效率和效益。
第三章中型挖掘机油管焊接的焊接工艺
3.1 Q235的焊接性
Q235AF中含碳量低、锰硅含量少，因此，一般情况下不会因焊接而产生严重的硬化和淬火组织。因此，钢的塑性和冲击韧度都很好，焊接钢的街道塑性和冲击韧性也很好，焊接过程中通常不需要特殊的技术措施，它的焊接性好。
3.2焊接方法及设备的选择
低碳钢的焊接手段有氧乙炔焊、手工电弧焊、气体保护焊、等离子弧焊、电渣焊、摩擦焊、热熔焊、铜焊等。几乎所有的焊接手段都涉及到。最近几年来，近年来，开发了各种高效、优质的焊接工艺和手段，如单面和双面焊、高效铁粉电极和重力电极电弧焊、氩弧底部密封电极电弧焊、烧结焊剂和快熔剂埋弧焊、窄间隙埋弧焊、药芯焊丝气体保护焊、旋转电弧加热焊等，这些高效、优质的焊接手段已广泛应用于低碳钢结构中。以下主要是从经济效益、效率、装备复杂度、操作是否简便等方面进行选择焊接时段的论述。
3.2.1首选：手工电弧焊
手工电弧焊的焊接参数包括焊条的种类和等级、焊条直径、焊接电流、电弧电压和焊接速度。
1、焊条电弧焊的优点
（1）工艺灵活、适应能力强。面对不同的焊接位置和接头形式，只要电极可以到达任何位置，就可以很容易地焊接。
（2）应用范围广。焊条电弧焊的焊条可以和绝大部分金属性能相配对，使接头的性能达到焊接金属的性能。
（3）容易分散焊接应力、控制焊接变形。由于局部加热不均匀，焊接过程中存在焊接应力和变形。通过改变焊接工艺，如跳焊、分段反焊、对称焊等，可以减小变形，改善焊接应力分布。
（4）装置简单、成本低。焊条电弧焊使用的装置结构简单，维修保养方便，设备轻巧移动方便，并且在焊接过程中无需辅助气体保护，同时具有很强的抗风能力。投资少，成本低。
2、焊条种类和牌号的选择
焊条的选用考虑了焊缝金属的力学性能和化学成分，焊接构件的使用性能和工作条件，焊接结构和应力条件的特点和施工条件以及经济收益。
低碳钢Q235-A是一种常见的结构钢，它需要焊缝金属和母材的强度，考虑到使用性能和工作条件，支架应能承受动态和冲击载荷。除强度需求外，还应确保焊缝金属具备较高的冲击韧性和塑性，因此，应选用抗裂性和加工性好的酸性电极。焊条牌号等如下表。
3、焊条直径的选择
按照焊件的厚度选择焊条的直径，焊条直径和焊件厚度的关系如下图
在板厚相同的情况下，平焊位置使用的电极直径大于其他位置使用的电极直径。垂直、水平和向上焊接时应使用更细的电极，通常不超过4.0毫米。第一层焊道应采用小直径焊条焊接，后一层可按照焊件厚度选用较大的焊条。T型接头和搭接接头用直径较大的电极焊接。
4、焊接电流的选择
A、按照焊条直径选取焊接电流。任意直径的焊条都有对应的电流范围。下表就是各种直径焊条对应的焊接电流的参考数据：
B、按照焊接位置选取焊接电流。平焊可选取大电流焊接，横焊、立焊、仰焊，其焊接电流比平焊位置小百分之十到二十左右。
5、电弧电压的选择
选取电弧电压，通常主要由电弧的长度决定。电弧的长度通常等于焊条直径的一半或1倍，对应的电弧电压就是16-25伏特。酸性焊条弧长与焊条直径相等，碱性焊条弧长则是焊条直径的一半。
6、焊接速度的选取
焊接速度要均匀适宜，既要保证焊穿，又要保证不烧穿，并且还要使焊缝宽度和高度满足图纸设计要求。
手工电弧焊焊接工艺卡
3.2.2次选：CO2气体保护焊
CO2气体保护焊的特点
1.焊接成本低。二氧化碳气体来源广、价格便宜，并且消耗的焊接电能少，因此二氧化碳焊的成本低，仅仅是埋弧焊和电弧焊的一半。
2.生产率高。因为二氧化碳焊的焊接电流密度大，导致焊缝厚度变大，焊丝的熔化率加大，熔敷速度加快；此外，焊丝又是连续送进，并且焊后没有焊渣，尤其是多层焊接时，省下了清洁时间。因此生产效率比焊条电弧焊高1-4倍。
3.焊接变形和焊接应力小。因为电弧热量集中，焊件加热面积小，同时二氧化碳气体具有比较强的冷却效果，所以，焊接应力小和形变小。
4.操作性能好，适用面积广
焊丝
（1）焊丝直径
焊丝型号：ER49-1
焊丝直径通常是按照焊件的厚度、焊接空间的位置和生产率的需求所选取的。立焊、横焊、仰焊一般采用直径小于1.6 mm的焊丝；横焊可采用直径大于1.2 mm的焊丝。焊丝直径的选择如下表所示
（2）焊接电流。它的尺寸主要由送丝快慢决定，送丝速度越快，那么焊接电流久越大。电流大约为：60-250安培
（3）电弧电压。短路过渡时，电弧电压计算公式如下：
V=0.04I-16+20+/-2.0(A)
焊接电流和电弧电压最佳配合值如下表所示
（4）焊接速度。在半自动焊接中，熟练焊工的焊接速度为每小时18-36米；在自动焊接中，焊接速度可高达每小时150米。
（5）焊丝伸出长度。焊丝伸出长度通常为焊丝直径的10倍左右，同时随焊接电流的增大而增大。
（6）电源极性。焊接通常结构用直流反极性。
（7）气体流量。二氧化碳气体流量应该按照焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度和喷嘴直径等选取。在细丝二氧化碳焊接时，气体流量大约是每分钟8-15升,粗丝二氧化碳焊接时，气体流量大约是每分钟15-25升。
（8）装配间隙和坡口大小。因为二氧化碳焊焊丝直径较小，电流密度大，电弧穿透力强，电弧热集中，8 mm无坡口焊件的坡口角度可由约60度减小到30-40度，钝边可增加2-3 mm，根部间隙可减少1-2毫米。
（9）喷嘴到焊件的距离
喷嘴和焊件之间的距离应按照焊接电流来选取，如下图
3.2.3再选：熔化极活性气体保护焊（MAG焊）
MAG是熔化极主动气体保护焊的简称。惰性气体保护焊是在惰性气体氩中加入少量氧化性气体（CO2、O2或其他混合气体）的气体保护焊手段。
MAG焊的特点
1.MAG焊熔池和熔滴温度较高，电流密度大，焊缝厚度厚，熔敷效率高，有利于增加焊接生产效率。
2.MAG焊具有一定的氧化性，解决了纯氩保护时表面张力大、液态金属粘性大、易咬边和焊点漂移的问题。并且改善了焊接成形性能，接头力学性能良好。
3.MAG焊因为电弧温度高，容易形成喷射过渡，它的电弧燃烧稳定，飞溅小，熔敷系数大，节约焊接成本。
MAG焊用的设备
MAG焊接设备和二氧化碳气体保护焊的设备相似，在二氧化碳气体保护系统中只增加了氩源和气体混合器。它的型号是ZPG1-500。
MAG焊设备通过氩气瓶、二氧化碳气瓶、烘干器、送丝小车、焊接电源、气体混合器、焊枪、减压流量计等组合而成。
MAG焊接参数的选取
MAG焊的主要工艺参数有焊丝的选取、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝延长线长度、气体流量、电源极性等。
1.焊丝的选取。在MAG焊接中，因为保护气体具有一定的氧化性，所以必须使用含有硅、锰等脱氧元素的焊丝。又由于支架1的母材是低碳钢，所以选择使用ER49—1的焊丝，它的直径是1.2毫米。
2.焊接电流。焊接电流的大小应按照工件厚度、坡口形状、所使用的焊丝直径和所需要的熔滴过渡形式来选取，并且支架1所选取的材料厚度是8毫米,所以焊接电流约为200安培。
3.电弧电压。电弧电压决定了电弧长度和熔滴之间的过渡形式。只有电弧电压和焊接电流有机配对，才能获取稳定的焊接过程。当电流与电弧电压配对良好时，电弧平稳、飞溅少、声音柔和，焊缝熔合良好。按照材料厚度等选取电弧电压大约是23伏特。
4.焊丝伸出长度。焊丝伸出长度通常是焊丝直径的10倍，那么伸出长度是10-15毫米。
5.气体流量。气体流量太小，不能起到保护的作用；气体流量太大，因为紊流的产生，保护效果也不好，并且气体的消耗量太大，成本增加。通常1.2毫米的焊丝，选取气体流量大约是每分钟15升。
6.焊接速度。焊接速度过快会产生许多不足之处，如未焊透、熔合不良、焊道过薄、保护效果差、会产生气孔等；焊接速度过慢也会产生焊缝过热、甚至烧穿、成形不良、生产率低等。所以，焊接速度的确定应由操作者根据板厚、电弧电压、焊接电流、水平、坡口形状和尺寸、熔合条件和焊接位置来确定和调整。选定焊接的速度约为每分钟250毫米。
7.电源种类极性
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