gn前蓋焊接工藝與焊接質(zhì)量氣密性檢驗工裝設(shè)計

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1、中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒論 1.1 設(shè)計的目的和意義 導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的最終目的是有效摧毀目標或使目標喪失作戰(zhàn)能力。戰(zhàn)斗部則是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中直接完成作戰(zhàn)使命的部分，是導(dǎo)彈的唯一有效載荷，因此，戰(zhàn)斗部的終點毀傷效應(yīng)對整個導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能至關(guān)重要[2]。就防空反導(dǎo)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)而言，如何對敵方作戰(zhàn)飛機和來襲導(dǎo)彈等空中目標形成高效毀傷是這類武器中戰(zhàn)斗部的研究方向[3]。 在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中，首選方案就是對目標實施空中打擊。從海灣戰(zhàn)爭以來的幾次局部戰(zhàn)爭中可以看出，利用對陸攻擊精確制導(dǎo)武器進行遠程縱深的精確打擊是美國等西方國家作戰(zhàn)的主要形式[4]。對陸打擊武器既可以有效打擊敵

2、方縱深的指揮控制中心、機場、防空陣地、橋梁、集群坦克、炮兵陣地等軍事設(shè)施，也可以打擊轉(zhuǎn)入地下的指揮、控制、通訊設(shè)施等具有重要戰(zhàn)略價值的目標[5]。 戰(zhàn)斗部是武器(導(dǎo)彈或炸彈)最終起作用的部件，如果沒有有效的戰(zhàn)斗部，即使打得很準，其效能也會大打折扣。它直接用于摧毀、殺傷目標，完成戰(zhàn)斗使命[6]。所以，歐美國家十分重視對陸攻擊精確制導(dǎo)武器戰(zhàn)斗部的發(fā)展，各種戰(zhàn)斗部技術(shù)的發(fā)展使得對陸攻擊精確制導(dǎo)武器不僅可以有效摧毀地面目標，也可以有效摧毀地下目標[7]。 導(dǎo)彈前蓋就是用來封蓋裝彈藥的殼體和連接導(dǎo)流罩的連接體。所以其存在也是必須的，導(dǎo)彈前蓋的研究主要方向應(yīng)為其材料比重，前蓋本身的焊接的氣密性。 鋁

3、合金是工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，有質(zhì)量輕，易加工，機械性能好等特點。在航空航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用[8]。特別是近些年來科學(xué)技術(shù)及工業(yè)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對鋁合金焊接構(gòu)件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究日益深入。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，同時焊接技術(shù)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域，因此，鋁合金的焊接問題正成為現(xiàn)今焊接技術(shù)研究的熱點之一[9]。與鋼的焊接相比，鋁合金的焊接有其復(fù)雜的焊接特性：高的熱導(dǎo)率和導(dǎo)電性、高的凝固速率、普通焊接時表面易形成氧化層、容易形成氣孔及較大的凝固溫度范圍[10]。而目前鋁合金焊接方法中，熔化極氬弧焊(MIG焊

4、)的自動化焊接具有高的生產(chǎn)率和很好的適應(yīng)性，以及對表面母材氧化膜有陰極霧化處理作用，在鋁合金焊接中得到廣泛的應(yīng)用[11]。 1.2 國內(nèi)外國內(nèi)外焊接發(fā)展現(xiàn)狀及前景 1.2.1 焊接發(fā)展現(xiàn)狀 我國焊接起步較晚，五六十年代我國重點企業(yè)的大型焊接裝備大部分從原蘇聯(lián)引進。部分由使用廠自行設(shè)計制造。到了70年代，我國陸續(xù)組建一批專門生產(chǎn)焊接裝備的制造廠，如上海、成都相繼成立了成套焊接設(shè)備廠，“六五”期間，原機械工業(yè)部撥?？顚㈤L春第二機床廠改建成我國第一家具有批量生產(chǎn)能力，制造專用摩擦焊機和焊接裝備的長春焊機制造廠。進入80年代，隨著國內(nèi)焊接裝備需求量的增長，各地相繼建立了多家中小型成套焊接裝備

5、生產(chǎn)廠公司。迄今為止，我國已有10多家焊接裝備生產(chǎn)企業(yè)，某些企業(yè)已具有相當大的規(guī)模，已實現(xiàn)焊接裝備的批量生產(chǎn)。例如無錫陽通機械設(shè)備有限公司，2001年的銷售總額達1.2億元，創(chuàng)歷史最高記錄，列同行業(yè)前茅，2002年預(yù)計總產(chǎn)量可達1.8億元。 在發(fā)展初期，我國生產(chǎn)的焊接裝備大多是較簡單的焊接操作機、滾輪架、變位機、翻轉(zhuǎn)機和回轉(zhuǎn)平臺等，成套性較差，自動化程度低。焊接操作機與配套設(shè)備基本上不能聯(lián)動控制，用戶必須自行改造。進入80年代以后，由于國外先進成套焊接設(shè)備的大量引進，促使國產(chǎn)的焊接裝備無論在成套性和自動化程度，還是設(shè)備精度和制造質(zhì)量方面都有不同程度的提高。目前已能生產(chǎn)6m6m以上大型立柱—橫

6、梁埋弧焊或窄間隙埋弧焊操作機，400t重型滾輪架及重型、輕型自動防竄滾輪架(防竄精度為 1.5mm)，100t大型變位機和大、中型翻轉(zhuǎn)機等。批量生產(chǎn)H型鋼和箱形梁焊接生產(chǎn)線以及各種類型的按用戶需要定制的專用成套焊接設(shè)備，并大量采用交流電機變頻調(diào)速技術(shù)、PLC控制技術(shù)、伺服驅(qū)動及數(shù)控系統(tǒng)，焊接裝備的自動化程度有了很大的提高，某些操作機還配備了焊縫自動跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。但從整體水平來說，與先進國家的同行業(yè)相比，尚有較大的差距。 在國內(nèi)對鋁合金脈沖焊接電弧的研究很多，但研究的方向集中于研究電弧的穩(wěn)定性，對電弧形態(tài)的研究比較少。學(xué)者丁偉、侯啟孝等對SA1SiS和SAlMg5兩種鋁合金焊絲的

7、熔化特性和不同電源外特性對脈沖MIG焊電弧穩(wěn)定性的影響進行了分析，試驗結(jié)果表明，平外特性焊接鋁合金板材時電弧不穩(wěn)定，焊絲干伸長部分經(jīng)常突然燒斷，而用垂直加外拖電源時，電壓呈有規(guī)律的周期性變化，電弧比較穩(wěn)定[12]。 在薄板鋁合金變極性脈沖熔化極惰性氣體保護焊中，采用全橋高壓脈沖雙向穩(wěn)弧方式，通過調(diào)壓器改變高壓穩(wěn)弧脈沖的電壓值，研究了鋁合金VP—PMIG焊電弧再引燃與穩(wěn)弧脈沖電壓的關(guān)系。結(jié)果表明，鋁合金VP--PMIG焊中，在小基值電流過零時，穩(wěn)弧脈沖電壓對電流過零穩(wěn)定性的影響比基值電流的影響大[13]。 杭爭翔、殷樹言等在高速攝像的基礎(chǔ)上，研究了AC-PMIG焊接鋁合金的電弧形態(tài)

8、。電弧EN極性時，電弧達到1～1．5倍焊絲直徑的高度，焊絲端被電弧陰極斑點包圍且呈現(xiàn)亮區(qū)，弧呈現(xiàn)典型的鐘罩形爍亮區(qū)[14]。能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的焊接過程。 近10年來，在世界工業(yè)發(fā)達國家，當代焊接裝備的發(fā)展速度十分驚人，在英、美、德、法、意和日本等國均有相當規(guī)模、開發(fā)能力很強的焊接裝備生產(chǎn)企業(yè)。2001年的第十五屆世界焊接與切割博覽會上參展的焊接裝備廠商近百家。近期生產(chǎn)的自動化焊接裝備的設(shè)備精度和制造質(zhì)量已接近現(xiàn)代金屬切削機床。最值得注意的是，大多數(shù)焊接裝備采用了最先進的自動控制系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等。廣泛采用焊接機器人作為操作單元，組成焊接中心、焊接生產(chǎn)線、柔性制造系統(tǒng)和集成制造系

9、統(tǒng)。 早在80年代，國外的焊接裝備已向大型化和精密化發(fā)展。目前國外生產(chǎn)的重型焊接滾輪架最大的承載能力達1600t，自動防竄滾輪架的最大承載能力達800t，采用PLC和高精度位移傳感器控制，防竄精度為 。變位機的最大的承載能力達400t，轉(zhuǎn)矩可達450000Nm?？蚣苁胶附臃D(zhuǎn)機和頭尾架翻轉(zhuǎn)機的最大承載能力達160t。焊接回轉(zhuǎn)平臺的最大承載能力達500t。立柱橫梁操作機和門架式操作機的最大行程達12m。龍門架操作機的最大規(guī)格為8m8m。 國外很多學(xué)者認為，對于脈沖焊接來說，通常首先要實現(xiàn)噴射過渡從而得到一系列的脈沖參數(shù)。文獻[15]基于高速攝影基礎(chǔ)上進行高強度鋁合金的雙絲MIG焊接，從而得到

10、了不同焊接參數(shù)下的不同熔滴過渡形式，實現(xiàn)了tandem MIG焊接一脈一滴的協(xié)同控制[16]。 由于目前對于一脈多滴過渡形式的研究較少，P.K.Ghosh通過試驗對此進行了研究。在Al-Mg合金的脈沖MIG的一脈多滴過程中，熔滴尺寸比較小，一般在脈沖電流條件下產(chǎn)生熔滴脫離焊絲進入熔池的現(xiàn)象，如果選擇較長的高基值電流，熔滴脫離過程也可能發(fā)生在基值電流時間。 P.K.Ghosh等建立了一個數(shù)學(xué)模型用來分析Al-Mg合金P-MIG焊接過程中的熔滴過渡行為，在不同的和Im條件下，可以根據(jù)該數(shù)學(xué)模型算出每一個脈沖過程中過渡熔滴的大小和數(shù)量，但是該數(shù)學(xué)模型是否可以完全適用，需進行大量的試驗來考證[17

11、]。 1.2.2 焊接發(fā)展前景 今天，焊接數(shù)值模擬技術(shù)正進入到焊接過程模擬的耦合集成階段，它可以解決現(xiàn)在難度較大的專用特性問題，包括解決特種焊接變形及工藝優(yōu)化問題。目前，我國已經(jīng)形成了一批較成熟的準商品化的軟件，但與發(fā)達國家相比，有較大差距。因此，應(yīng)盡量以國外成熟商業(yè)軟件為基礎(chǔ)，將改進提高與普及應(yīng)用相結(jié)合，加快數(shù)值模擬軟件開發(fā)；要在工廠及科研單位普及這項技術(shù)，使之成為優(yōu)化工藝設(shè)計、科技攻關(guān)和技術(shù)創(chuàng)新的重要手段；要重視與物理模擬和測試技術(shù)的配合使用，提高數(shù)值模擬的精度和速度；要加強焊接數(shù)值模擬基礎(chǔ)理論及缺陷形成原理的研究；要多渠道集資，支持數(shù)值模擬研究工作[18]。另外，我國目前的研究工作

12、，有一些已接近或達到國際先進水平，應(yīng)瞄準目標，集中優(yōu)勢力量，爭取做出更大的成績。焊接變形的數(shù)值模擬和理論預(yù)測在研究和設(shè)計領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用，它為解決焊接殘余應(yīng)力和變形這一難題帶來了新思路和新方法，但仍存在許多問題[19]。首先，在建立科學(xué)而精確的物理模型方面還需要做大量的基礎(chǔ)性研究工作，其相應(yīng)的模擬技術(shù)與檢測技術(shù)也有待于向更為精確的方向發(fā)展。其最主要的問題是在高溫時對材料性能認識還很不足，給數(shù)值模擬帶來了不少困難，因此必須建立相應(yīng)的材料特性數(shù)據(jù)庫；其次，由于焊接應(yīng)力場計算是屬于包括相變、塑性、非線性等多方面因素影響的熱彈塑性問題，尤其是焊后冷卻過程中發(fā)生的相變體積膨脹，嚴重影響殘余應(yīng)力的分布

13、[20]。因此，在關(guān)于焊接殘余應(yīng)力數(shù)值分析中應(yīng)該充分考慮到相變作用的影響；再次，由于計算過程復(fù)雜，步驟很多，造成了較大的累積誤差，難以保證精度。但數(shù)值模擬研究成果已使人們對復(fù)雜焊接物理現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律以及焊接變形的發(fā)展有了進一步的了解，隨著計算機硬件環(huán)境的不斷提高，軟件技術(shù)和數(shù)值模擬方法的改進，將大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力和變形的數(shù)值模擬預(yù)測技術(shù)全面運用于實際生產(chǎn)，并用來指導(dǎo)設(shè)計，制定和優(yōu)化焊接工藝的愿望，相信在未來技術(shù)的高速發(fā)展以及人們對焊接變形過程認知的進一步深入焊接變形數(shù)值模擬技術(shù)必將具有廣闊的應(yīng)用前景。 2 零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 2.1 零件的作用 該零件是某型號

14、導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部前蓋，它位于戰(zhàn)斗部的頂端，是戰(zhàn)斗部的重要保護部件，防止沙塵、水汽和各種腐蝕性物質(zhì)的進入，及避免各種人為因素對戰(zhàn)斗部造成損壞，保證戰(zhàn)斗部正常工作及與其它部件連接。 2.2 零件的工藝分析 零件的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術(shù)要求齊全，整體形狀為桶蓋形狀。要求僅為焊接質(zhì)量要求，和焊接后氣密性檢驗，應(yīng)該說該零件的工藝性較好。 2.3 零件的生產(chǎn)類型 由于該零件的年產(chǎn)量為30000件，已經(jīng)將備品率考慮進去了，所以結(jié)合生產(chǎn)實際，廢品率取1﹪，代入公式得該零件的生產(chǎn)量為 N=Q(1+1﹪)=30000(1+1﹪)=30300件∕年 零件是火箭前蓋，屬輕型零件，生產(chǎn)類型為大批量生

15、產(chǎn)。 3 選擇焊接方法、確定焊接參數(shù)及焊接質(zhì)量檢驗方法 3.1 選擇焊接方法 3.1.1 鋁合金的焊接加工特性[21] 鋁合金具有優(yōu)異的物理特性和力學(xué)性；密度低、比強度高、熱導(dǎo)率高、電導(dǎo)耐蝕能力強，已廣泛應(yīng)用于機械、電工、輕工、航空、航天、鐵道、艦船、工業(yè)內(nèi)的焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品上，例如飛機、火箭、導(dǎo)彈、高速鐵道機車和車輛、藝船和雙體船、魚雷和魚雷快艇、輕型自行車和賽車、大小化工容器、空調(diào)交換器、雷達天線、微波器件等，都鋁及鋁合金材料、制成了各種熔焊、釬焊結(jié)構(gòu)。 1) 鋁的物理特性及焊接工藝特點 鋁多與其他金屬不同的物理特性，如表1-1所示

16、，由此導(dǎo)致鋁及鋁合金具有與其他同的焊接工藝特點。 鋁在空氣中及焊接時極易氧化，生成的氧化鋁（AL2O3)熔點高、非常穩(wěn)定、能吸潮、不易去除，可妨礙焊接及釬焊過程的進行，可在焊接或釬焊接頭內(nèi)生成氣孔、夾雜、未融合、未焊透等缺陷，需在焊接及釬焊前對其進行嚴格的表面清理，清除其表面氧化膜，凄及釬焊過程中繼續(xù)防止其氧化或清除其新生的氧化物。 鋁的比熱容、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率比鋼大，焊接時的熱輸入將向母材迅速流失，因此，熔焊時需采用高度集中的熱源，電阻焊時需采用特大功率的電源。 鋁的線膨脹系數(shù)比鋼大，焊接時焊件的變形趨勢較大。因此，需采取預(yù)防焊接變

17、形的措施 鋁對光、熱的反射能力較強，熔化前無明顯色澤變化，人工操作熔焊及釬焊作業(yè)時會感到判斷困難。 現(xiàn)代焊接技術(shù)的發(fā)展促進了鋁及鋁合金焊接技術(shù)的進步?？珊附愉X合金材料的范圍擴大了，現(xiàn)在不僅掌握了熱處理不可強化的鋁及鋁合金的焊接技術(shù)，而且已經(jīng)能解決熱處理強化的高強度硬鋁合金焊接時的各種難題；適用于鋁及鋁合金的焊接方法增多了，現(xiàn)在不僅掌握了傳統(tǒng)的熔焊、電阻點、縫焊、釬劑釬焊方法、而且開發(fā)并推廣應(yīng)用了脈沖氬(氦)弧焊、極性參數(shù)不對稱的方波交流鎢極氬弧焊及等離子弧焊、真空電子束焊、真空及氣保護釬焊及擴散焊等。鋁及鋁合金焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)已不限于傳統(tǒng)的航空、航天等國防軍工行業(yè)，現(xiàn)在它已經(jīng)擴散到多種民用工業(yè)

18、及與人民群眾生活密切相關(guān)的家電及日用品生產(chǎn)中。 表1-1 鋁的物理特性 (2)鋁及鋁合金的牌號、成分及性能 鋁及鋁合金按成材方式可分為變形鋁及鋁合金和鑄造鋁合金。 按合金化系列，鋁及鋁合金可分為1系(工業(yè)純鋁)、2系(鋁一銅)、3系(鋁一錳)、4系(鋁一硅)、5(鋁．鎂)、6系(鋁．鎂．硅)、7系(鋁一鋅．鎂．銅)、8系(其他)等八類合金。按強化方式，可分為熱處理不可強化鋁及鋁合金及熱處理強化鋁合金。前者僅可變形強化，后者既可熱處理強化，亦可變形強化。 國標GB／T3 1 90一1 996及GB／T3880—I 997、GB／T11 73—1 995分別規(guī)定了變形鋁合金牌號、

19、化學(xué)成分、力學(xué)性能和鑄造鋁合金牌號及化學(xué)成分。 (3) 鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應(yīng)性幾乎各種焊接方法均可用于焊接鋁及鋁合金，但是，鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應(yīng)性不同，各種焊接方法有其各自應(yīng)用場合。 3.1.2 鋁合金的焊接方法[22] 選擇焊接方法時，應(yīng)考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點、制造工藝需求、焊件厚度、鋁合金類別、牌號及其焊接性、對焊接接頭質(zhì)量及性能的要求、以及用戶單位的物質(zhì)、技術(shù)、經(jīng)濟等多方面的條件。 各種焊接方法的特點可簡述如下： 1)熔焊 氧燃氣火焰氣焊 此法熱效率低，焊接熱輸入不集中，焊接時需采用焊劑，焊接后需清除焊劑殘渣，接頭質(zhì)量及性能不高，因此，不甚適合焊接鋁特別是熱

20、處理強化鋁合金，此法應(yīng)用較少，但因設(shè)備簡單、無需電源及氬氣，使用方便。因此，有時仍用于焊接質(zhì)量要求不高的鋁焊件或補焊鋁鑄件。 碳極電弧焊 此法以碳棒或石墨棒作電極，在電極與焊件間產(chǎn)生電弧，焊接熱輸入比氧燃氣火焰氣焊較為集中，但仍需采用焊劑，焊后仍需清除焊劑殘渣，此法不甚適合焊鋁，應(yīng)用較少，但其設(shè)備簡單，使用方便，有時仍用于物質(zhì)條件較差，對焊接質(zhì)量要求不高的焊件生產(chǎn)中。 藥皮焊條電弧焊 此法焊接熱輸入較為集中，但需藥皮焊條、藥皮易吸潮、焊后仍需清除殘余焊渣。此法亦不甚適合焊鋁，但有時可用于補焊鋁合金鑄件。 鎢極氣體保護電弧焊(TIG) 鎢極氣體保護電弧焊是應(yīng)用最為廣泛的鋁及鋁合金熔焊

21、方法之一。此法在近代發(fā)展很快，已經(jīng)深化和完善。 鎢極交流氬弧焊(TIG．AC)此法電弧穩(wěn)定，熔池保護好，電弧有陰極清理作用，能在焊接過程中清除氧化膜，無需配用焊劑，無需焊后清除熔渣，可焊接薄件，焊接質(zhì)量及接頭性能好。但此法深熔能力弱，零件不開坡口單層焊時，其適焊厚度一般為1．O～3．0mm，厚度增大時，需開坡口實施多層焊、生產(chǎn)效率低。 鎢極直流氦弧焊(TIG DC)此法采用氮氣保護和直流正接(DCSP)，電弧無陰極清洗作用，但氦弧發(fā)熱及母材受熱大，可短弧深熔，可焊接厚件、焊接效率高、母材熱影響輕微，零件不開坡口實施單層焊時，其適焊厚度達1 2mm；零件不開坡口實施雙面焊時，其適焊厚度可達2

22、0mm；即使開坡口，坡口亦可明顯減小。此法特別適于焊接厚件及對熱敏感的熱處理強化鋁合金結(jié)構(gòu)。 氬氦混合鎢極氣體保護電弧焊 氬及氦各有優(yōu)缺點，工程上常采用Ar+He混合保，可增大氬弧焊的深熔能力、可改善氦弧焊的起弧特性、節(jié)約氦弧焊時的氦氣消耗、降低成本。 鎢極脈沖氬弧焊(TIG-p) 此法焊接電流由基值電流(恒定小電流)和脈沖電流（脈沖大電流)組合而成，焊接薄件時，電弧更為穩(wěn)定，可調(diào)參數(shù)增多，便于焊接熱循環(huán)的調(diào)節(jié)和控制，零件適焊厚度范圍增大，焊接變形減小，母材熱影響區(qū)變窄，它特別適于薄型零件的焊接、全位置焊接、對熱敏感的熱處理強化鋁合余的焊接。按其頻率高低、此法又可分為低頻脈沖鎢極氬弧焊

23、(f=1～10Hz)、高頻脈沖鎢極氬弧焊(1～25kHz)，后者的電弧挺度大、熱輸入集中、電弧熔透能力強，熔深不隨電弧長度變化而變化，但是，后者的電弧過程伴有尖銳的噪聲，可能影響操作人員的情緒。 熔化極惰性氣體保護電弧焊(MIG)熔化極惰性氣體保護電弧焊也是應(yīng)用最為廣泛的鋁及鋁合金熔焊方法之一。此法在近代發(fā)展也很快、已不斷深化和完善。 熔化極氬弧焊 采用直流反接，電弧有陰極清理作用，可使用比鎢極氬弧焊更大的焊接電流，電弧功率大，焊接效率高，生產(chǎn)效率比手工鎢極氬弧焊提高2～3倍。零件不開坡口時，對接焊零件的厚度范圍為2～6mm，零件開剖口時，零件適焊最大厚度可達50～60mm。由于熔化極氬

24、弧焊屬熔滴過渡過程，不如鎢極氬弧焊過程那樣安寧和穩(wěn)定，其焊縫金屬生成氣孔的敏感性較高。 熔化極氦弧焊 氦氣作為MIG焊的保護氣體可短弧深熔，增大適焊厚度，但氦氣價格昂貴，且流量消耗較大。 氬氦混合熔化極氣體保護電弧焊 此法對氬及氦揚長避短，既可增大深熔能力，又可節(jié)約氦氣。 熔化極脈沖惰性氣體保護電弧焊 此法焊接電流平均值較小，參數(shù)調(diào)節(jié)范圍廣，有利于預(yù)防焊縫氣孔、減小母材熱影響、減小焊接變形、適于薄件焊接及全位置焊接。 惰性氣體保護電弧點焊 當不可能從連接部位兩面安排電極實施接觸電阻點焊時，即可對連接部位實施單面鎢極(或熔化極)氬(或氦)弧點焊。由于定點起弧及熄弧，電弧點焊過程極

25、短，極易出現(xiàn)熔深不足，造成焊點核心小，或出現(xiàn)焊縫氣孔及裂紋。此法有時符合結(jié)構(gòu)工藝需要，但技術(shù)難度較大。 等離子弧焊(PLW) 等離子弧焊利用壓縮電弧，弧溫高，能量密度大，穿透力強，加熱范圍小，焊接效率高，焊接變形小，適用于焊接厚壁零件及對熱敏感的熱處理強化鋁合金結(jié)構(gòu)及缺陷補焊。近代等離子弧焊發(fā)展很快，已出現(xiàn)多種方案，焊接電源可為直流或交流，焊縫成形方式有小孔型及熔透型。 變極性等離子弧焊(VPPA) 此法以交流等離子弧焊法為基礎(chǔ)，采用交流方波電源，可對正反極性兩半波參數(shù)(電流幅值及其持續(xù)時間)實行不對稱調(diào)節(jié)：反極性半波時，電流幅值大、持續(xù)時間短，既可保證足夠的陰極清理作用，又可減輕鎢極

26、燒損；正極性半波時，電流幅值小，持續(xù)時間長，母材受熱大，可保證深熔。用此法進行平焊時，單層適焊厚度達6mm；用此法進行立焊時，單層適焊厚度可達25mm。變極性等離子弧立焊鋁合金時，零件無需開坡口，節(jié)省了零件焊前制備時間；焊道窄，焊接變形??；有利于排除焊縫中的夾氣和夾雜物，可獲得無缺陷焊縫。 真空電子束焊(EBW)這是一種高能束精密焊接法，一般在整體式固定真空室內(nèi)進行，室內(nèi)真空度一般不低于1．3 31 O_2Pa。EBW能量密度高，熔透能力強。母材無需坡口，單層焊可熔透的最大厚度達1 50mm。焊縫成形窄而深，焊接速度高，母材熱影響區(qū)窄。但是焊接設(shè)備投資大，焊件尺寸受真空室尺寸限制。 還有一

27、種組合式真空室內(nèi)進行鋁合金大型構(gòu)件真空電子束焊接的方法。此種真空室的底部開口，其內(nèi)或其上安裝電子槍，將此種開口的真空室搬運到大尺寸構(gòu)件上，其內(nèi)的空間將包容焊件的焊接部位(縱縫或環(huán)縫)及其鄰近區(qū)域，用真空靜密封、真空動密封技術(shù)使開口真空室與構(gòu)件組合成一個“臨時”密封的真空室。真空電子束焊接后，即可撤去密封，撤離開口真空室。這種真空電子束焊接方法適用于大尺寸構(gòu)件，設(shè)備可自行設(shè)計制造。 激光焊(LW) 激光焊也是一種高能束焊接方法，但無需在真空室內(nèi)進行，僅需用惰性氣體保護焊接部位。激光焊能量密度高，深熔能力強，焊接速度高，焊件變形小，是一種使用方便、優(yōu)質(zhì)高效的焊接方法。但是，鋁材對激光的反射率高

28、(90％左右)，焊接時需大功率激光器，或需在鋁材表面上施加特殊的表面材料，以減小反射率，提高吸收率。目前，鋁及鋁合金激光焊技術(shù)正在研究發(fā)展中。 電阻點(縫)焊 鋁及鋁合金能適應(yīng)電阻點(縫)焊，但其導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性好，焊接時需大功率電源，一般只用于點(縫)焊厚度為4mm以下的鋁材薄件，個別的大功率點焊機可用以點焊厚達7mm的鋁材。點焊過程持續(xù)時間短，過程中伴有鍛壓，對母材熱影響小，適于焊接包括硬鋁合金在內(nèi)的各種鋁及鋁合金。電阻點(縫)焊設(shè)備投資大、耗電量大，多用于航空、航天、汽車、車輛等鋁材結(jié)構(gòu)的焊接生產(chǎn)中。 2)固態(tài)焊 固態(tài)焊是焊接時不加熱、母材呈冷態(tài)，或焊接時加熱至母材不熔化但已發(fā)生塑

29、性變形的狀態(tài)下實現(xiàn)固態(tài)結(jié)合的焊接過程。 電阻對焊 電阻對焊是一種對電阻加熱至高溫塑性狀態(tài)下的零件加壓頂鍛而實現(xiàn)其連接的固態(tài)焊接方法。由于鋁材電導(dǎo)率高，且氧化膜在對焊過程中不易去除，鋁材電阻對焊應(yīng)用較少，但電阻加熱閃光對焊方法可使鋁材對接表層熔化、擠出并隨即使鋁材發(fā)生高溫塑性變形而實現(xiàn)鍛焊連接，此法特別適于焊接厚大截面的鋁合金棒材、板材及型材，但需要大功率焊接電源。 冷壓焊 冷壓焊是在冷態(tài)下借助壓力使待焊金屬產(chǎn)生塑性變形而實現(xiàn)連接的固態(tài)焊接方法。由于塑性變形可破碎和排出連接部位界面上的氧化膜，因而可焊接延展性良好的鋁及鋁合金。焊接時無需加熱，對母材無熱影響，但其應(yīng)用范圍受到焊件結(jié)構(gòu)形式、

30、接頭形式及結(jié)構(gòu)尺寸的限制。 超聲焊 這是一種利用超聲(頻率超過16kHz)的機械振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)榱慵g的摩擦功、形變能及有限的升溫而實現(xiàn)連接的固態(tài)焊接方法，特別適用于焊接由高熱導(dǎo)率及電導(dǎo)率的鋁及鋁合金制成的小型器件。 擴散焊 這是一種通過加熱和加壓使兩鋁材相互接觸，通過微觀塑性變形或通過界面產(chǎn)生微量液相而擴大接觸，再經(jīng)長時原子相互擴散而實現(xiàn)冶金結(jié)合的焊接方法。在預(yù)先以完善的表面清理方法徹底清除鋁材表面氧化膜的基礎(chǔ)上，使焊接過程中再生的氧化膜破碎，以復(fù)合形態(tài)被擠出接頭外。目前鋁材擴散焊技術(shù)仍在研究發(fā)展中。 3)釬焊 釬焊是加熱零件至釬焊溫度，但母材不熔化，僅釬料熔化并在母材表面潤濕、鋪

31、展、填充毛細間隙與母材發(fā)生相互作用而實現(xiàn)連接的過程。使用液相線溫度低于450℃的釬料的釬焊過程稱為軟釬焊，高于450℃者稱為硬釬焊。由于鋁材表面氧化膜極易生長且很難去除，因此，有些釬焊方法需配用釬劑，有些釬焊方法已無需配用釬劑。前者為火焰釬焊、浸漬釬焊、空氣爐中釬焊，后者如超聲釬焊、刮擦釬焊、氣保護爐中釬焊、真空爐中釬焊。 火焰釬焊 火焰釬焊的熱源為氧燃氣火焰。燃氣種類很多，對鋁及鋁合金來說，可供選擇的適用燃氣有乙炔、天然氣、氫氣。鋁及鋁合金火焰釬焊時必須配用釬劑，釬焊后一般需清理釬劑殘渣。由于鋁及鋁合金加熱過程中無顏色變化，手工火焰釬焊時不易掌握釬焊加熱溫度，操作技術(shù)難度較大。 浸漬釬

32、焊 這是一種將組裝有釬料的待釬焊件浸入熔融釬劑槽中加熱和釬焊的方法。此法加熱迅速，釬焊過程中零件不再發(fā)生氧化，釬焊變形小，釬焊質(zhì)量好，鋁合金結(jié)構(gòu)釬焊生產(chǎn)率高。此法僅適于連續(xù)作業(yè)的大批量生產(chǎn)，浸漬釬焊后需清理殘留釬劑及釬劑殘渣，現(xiàn)場及其周圍環(huán)境有嚴重腐蝕及污染。 空氣爐中釬焊 空氣爐中釬焊鋁合金時必須配用釬劑，用腐蝕性釬劑釬焊后需清除釬劑殘渣。 氣保護爐中釬焊 氣保護爐中釬焊鋁及鋁合金制件時，如采用惰性氣氛保護，則釬焊前需對連接表面進行徹底清洗，爐內(nèi)氣氛先需置換然后持續(xù)通吹，制造成本高；如采用氮氣保護，即需采用無腐蝕性釬劑。此法較為適用、高效，已獲推廣應(yīng)用。 刮擦釬焊 這是一種無需

33、配用釬劑的軟釬焊鋁及鋁合金組件的方法。刮擦釬焊時，釬料在加熱的組件表面刮擦、熔化，即完成軟釬焊過程。此法限于手工操作，一般用于小型的簡單組件的釬焊。 真空爐中釬焊 這是一種無需配用釬劑的爐中釬焊方法。真空釬焊時，爐中真空度一般不低于1．331 O-2Pa。對鋁及鋁合金來說，僅有此種真空加熱條件，尚難順利發(fā)生釬焊過程。但是，采用金屬鎂作為活化劑等一系列工藝措施已使鋁及鋁合金真空釬焊技術(shù)走向廣泛實用。 3.1.3 焊接方法的確定 綜合上述的焊接方法:1、固態(tài)焊是焊接時不加熱、母材呈冷態(tài)，或焊接時加熱至母材不熔化但已發(fā)生塑性變形的狀態(tài)下實現(xiàn)固態(tài)結(jié)合的焊接過程。2、釬焊是加熱零件至釬焊溫度，

34、但母材不熔化，僅釬料熔化并在母材表面潤濕、鋪展、填充毛細間隙與母材發(fā)生相互作用而實現(xiàn)連接的過程。使用液相線溫度低于450℃的釬料的釬焊過程稱為軟釬焊，高于450℃者稱為硬釬焊。由于鋁材表面氧化膜極易生長且很難去除，因此，有些釬焊方法需配用釬劑，有些釬焊方法已無需配用釬劑。 因此結(jié)合零件形狀，尺寸，焊接要求，選擇熔焊。再從熔焊中選擇鎢極交流氬弧焊(TIG．AC)此法電弧穩(wěn)定，熔池保護好，電弧有陰極清理作用，能在焊接過程中清除氧化膜，無需配用焊劑，無需焊后清除熔渣，可焊接薄件，焊接質(zhì)量及接頭性能好。但此法深熔能力弱，零件不開坡口單層焊時，其適焊厚度一般為1．O～3．0mm，厚度增大時，需開坡口實

35、施多層焊、生產(chǎn)效率低。 3.2 焊接參數(shù)的確定 3.2.1 焊接保護氣體 氣體保護下焊接鋁及鋁合金時，只能采用惰性氣體，即氬氣或氦氣。惰性氣體的純度(體積分數(shù))一般應(yīng)大于99．8％，其內(nèi)含氮量應(yīng)小于O．04％，含氧量應(yīng)小于O．03％，含水量應(yīng)小于O．07％。當含氮量超標時，焊縫表面上會產(chǎn)生淡黃色或草綠色的化合物——氮化鎂及氣孔。當含氧量超標時，在熔池表面上可發(fā)現(xiàn)密集的黑點、電弧不穩(wěn)、飛濺較大。含水量超標時，熔池將沸騰、焊縫內(nèi)生成氣孔[20]。航空航天工業(yè)用惰性氣體的純度一般應(yīng)大于99．9％。 氬與氦雖同為惰性氣體，但其物理特性各異，見表1—2 。 表1—2 惰性氣體的物理特性

36、 由表1-2可見，氦的密度、電離電位及其他物理參數(shù)均比氬高，因此，氦弧發(fā)熱大、利于熔焊時深熔，但消耗量大，更稀貴。選擇氬氣為保護氣體。 3.2.2 焊接電極 電極 鎢極氬弧焊時用的電極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢，其成分和特點如表1—3所示。 表1—3 鎢極的成分及特點 純鎢極熔點及沸點高，不易熔化及揮發(fā)，電極燒損及對鋁的污染較小，但接受鋁的污染，且電子發(fā)射能力較差。釷鎢極電子發(fā)射能力強，電弧較穩(wěn)定但釷元素具有一定的放射性，不推薦廣泛使用。鈰鎢極電子逸出功低，易于引弧，化學(xué)穩(wěn)定性高，允許電流密度大，無放射性，已廣泛推廣。鋯鎢極不易污染基體金屬，電極端易保持

37、半球形，適于交流氬弧焊。鎢極許用的電流范圍如表1—4所示。 表1-4 鎢極許用電流范圍 3.2.3 焊接焊劑 在氣焊、碳弧焊過程中熔化金屬表面容易氧化，生成一層氧化膜。氧化膜的存在會導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生夾雜物，并妨礙基體金屬與填充金屬的熔合。為保證焊接質(zhì)量，需要焊劑去除氧化膜及其他雜質(zhì)。 氣焊、碳弧焊用的焊劑是各種鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物粉末混合物。表1-5列出了氣焊、碳弧焊常用的焊劑配方。 表1-5 氣焊用焊劑 用氣焊、碳弧焊方法焊接角接、搭接等接頭時，往往不能完全清除掉留在焊件上的熔渣。在這種情況下，建議選用表1-5中的

38、第8號焊劑。鋁鎂合金用焊劑，不宜含有鈉的組成物，一般可選用第9、10號焊劑。 3.2.4 接頭設(shè)計 設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時，應(yīng)充、分考慮其制造工藝性：焊縫分布應(yīng)合理，施焊操作時可達性要好，焊接后要便于實施焊、接質(zhì)量試驗，重要焊縫要便于實施X射線檢驗。 接頭設(shè)計時，應(yīng)盡量采用對接或鎖底對接形式。當材料及焊接接頭斷裂韌度較低，承受拉伸載荷(或動載荷)較大，結(jié)構(gòu)剛性較強或零件厚度差大時，則只應(yīng)采用對接形式，不宜采用搭接、T形接、角接、鎖底對接形式，因為在這些接頭內(nèi)應(yīng)力集中或者較嚴重，承載能力低；或者難以實施X射線照相檢驗，或采用熔劑焊接后難以完全清除殘余熔渣。如果遇到如圖1-4a中的非對接接頭形

39、式，宜改為如圖1-4b中所示的接接頭形式，當確已無法避免非對接接頭形式時，可將其安置在承載不大、不太重要，無需X射線照相檢驗的結(jié)構(gòu)部位。 1-4焊接接頭形式 a、非對接接頭b、對接接頭 設(shè)計焊接接頭的形式及其基本尺寸時，可參考國內(nèi)外相關(guān)標準或手冊資料內(nèi)的數(shù)據(jù)，但尚需征求制造廠工藝人員的意見和建議，必要時需進行工藝評定試驗，以驗證資料上的信息數(shù)據(jù)是否適合實際結(jié)構(gòu)和焊接工藝的具體條件。 3.2.5 焊接工裝及焊接裝備焊接參數(shù)的確定[23] 待焊接的兩個零件分別為一個蓋狀件和一個頂柱。所以我提出兩個加緊方法，分別如下圖所示：

40、 a、 從蓋體上部往下壓進行夾緊 b、 從蓋體兩側(cè)進行加緊 對上述兩種夾緊方法進行篩選，a用兩個直板分別從兩側(cè)往下壓，能讓蓋體與頂柱水平的接觸，保證焊接時兩者接觸，不會有間隙。b從兩次進行加緊時，不能確定與頂住接觸沒有，此夾緊方法有缺陷。 綜上：選擇圖a的夾緊工裝。 選擇焊接參數(shù) 表1-5交流TUG自動氬弧焊工藝參數(shù) 焊件厚度/mm 焊接層次 鎢極直徑/mm 焊絲直徑/mm 噴嘴孔徑/mm 氬氣流量/(L/mm) 焊接電流/A 送絲速度/(m/h) 1 1 1.5~2 1.6 8~10 5~6 120~160 - 2 1 3 1.6~2 8~

41、10 12~14 180~220 65~70 3 1~2 4 2 10~14 14~18 220~240 65~70 4 1~2 5 2~3 10~14 14~18 240~280 70~75 5 2 5 2~3 12~16 16~20 280~320 70~75 6~8 2~3 5~6 3 14~18 18~24 280~320 75~80 8~12 2~3 6 3~4 14~18 18~24 280~320 80~85 選擇氬弧焊機（TIG-WP-300）根據(jù)零件的厚度的要求3mm，選擇焊接層次為1次，

42、鎢極直徑4mm，噴嘴直徑12mm，氬氣流量14L/mm，焊接電流220~240A。未選用焊絲，故沒有焊絲直徑及送絲速度。 3.3 焊接質(zhì)量檢驗 焊接完成后首先進行外觀檢驗觀察焊接表面是否有氣孔、黑點和焊接表面紋路是否均勻。此檢驗過程可通過目測完成。 檢驗焊接質(zhì)量，檢驗焊接完成后焊件能否承受足夠的拉伸。 拉伸拘束裂紋試驗法(TRC) 拉伸拘束裂紋試驗(Tensile Restraint Cracking Test)簡稱TRC試驗，是一種大型定量的評定冷裂紋的試驗方法。 試驗機的整套裝置包括拉力機、自動送進焊條機、應(yīng)變儀、傳感器和自動記錄儀等。TRC試驗機的簡圖如圖1-6所示。

43、 1-6 TRC試驗機簡圖 TRC試驗的基本原理是采用恒定載荷來模擬焊接接頭所承受的平均拘束應(yīng)力。當試件焊接之后，冷卻到某一溫度(一般低合金鋼為1 50~I 000C)施加一拉伸載荷，并保持恒載，一般保持24h，如果不裂，則增加試驗過程中的恒載，直至產(chǎn)生裂紋或斷裂，記錄啟裂或斷裂時間。對應(yīng)一定時間產(chǎn)生裂紋或斷裂的應(yīng)力，即為對應(yīng)該斷裂的時間的臨界應(yīng)力。 TRC試驗與插銷試驗一樣，可以定量地分析被焊鋼(碳鋼和低合金高強鋼等)產(chǎn)生冷裂紋的各種因素，如化學(xué)成分、焊縫含氫量、拘束應(yīng)力、預(yù)熱、后熱及焊接工藝參數(shù)等?？梢詼y定出相應(yīng)條件下產(chǎn)生焊接冷裂紋的臨界應(yīng)力。大噸位的TRC試驗機可對厚板多層焊的冷

44、裂紋敏感性進行測試。 4 焊接工藝路線的制定 4.1 焊前準備 4.1.1 焊前清理 鋁及鋁合金焊接時，焊前應(yīng)嚴格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污，清除質(zhì)量直接影響焊接工藝與接頭質(zhì)量，如焊縫氣孔產(chǎn)生的傾向和力學(xué)性能等。常采用化學(xué)清洗和機械清理兩種方法。 1）化學(xué)清洗 化學(xué)清洗效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于清理焊絲及尺寸不大、成批生產(chǎn)的工件。可用浸洗法和擦洗法兩種。可用丙酮、汽油、煤油等有機溶劑表面去油，用40℃～70℃的5%～10%NaOH溶液堿洗3 min～7 min（純鋁時間稍長但不超過20 min），流動清水沖洗，接著用室溫至60℃的30%HNO3溶液酸洗1

45、min～3 min，流動清水沖洗，風(fēng)干或低溫干燥。 2）機械清理 在工件尺寸較大、生產(chǎn)周期較長、多層焊或化學(xué)清洗后又沾污時，常采用機械清理。先用丙酮、汽油等有機溶劑擦試表面以除油，隨后直接用直徑為0．15 mm～0．2 mm的銅絲刷或不銹鋼絲刷子刷，刷到露出金屬光澤為止。一般不宜用砂輪或普通砂紙打磨，以免砂粒留在金屬表面，焊接時進入熔池產(chǎn)生夾渣等缺陷。另外也可用刮刀、銼刀等清理待焊表面。 工件和焊絲經(jīng)過清洗和清理后，在存放過程中會重新產(chǎn)生氧化膜，特別是在潮濕環(huán)境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環(huán)境中，氧化膜成長得更快。因此，工件和焊絲清洗和清理后到焊接前的存放時間應(yīng)盡量縮短，在氣候潮濕的

46、情況下，一般應(yīng)在清理后4 h內(nèi)施焊。清理后如存放時間過長（如超過24 h）應(yīng)當重新處理。 4.1.2 墊板 鋁及鋁合金在高溫時強度很低，液態(tài)鋁的流動性能好，在焊接時焊縫金屬容易產(chǎn)生下塌現(xiàn)象。為了保證焊透而又不致塌陷，焊接時常采用墊板來托住熔池及附近金屬。墊板可采用石墨板、不銹鋼板、碳素鋼板、銅板或銅棒等。墊板表面開一個圓弧形槽，以保證焊縫反面成型。也可以不加墊板單面焊雙面成型，但要求焊接操作熟練或采取對電弧施焊能量嚴格自動反饋控制等先進工藝措施。 4.1.3 焊前預(yù)熱 薄、小鋁件一般不用預(yù)熱，厚度10 mm～15 mm時可進行焊前預(yù)熱，根據(jù)不同類型的鋁合金預(yù)熱溫

47、度可為100℃～200℃，可用氧一乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預(yù)熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷。 4.2 焊后處理 4.2.1 焊后清理 焊后留在焊縫及附近的殘存焊劑和焊渣等會破壞鋁表面的鈍化膜，有時還會腐蝕鋁件，應(yīng)清理干凈。形狀簡單、要求一般的工件可以用熱水沖刷或蒸氣吹刷等簡單方法清理。要求高而形狀復(fù)雜的鋁件，在熱水中用硬毛刷刷洗后，再在60℃～80℃左右、濃度為2%～3%的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液中浸洗5 min～10 min，并用硬毛刷洗刷，然后在熱水中沖刷洗滌，用烘箱烘干，或用熱空氣吹干，也可自然干燥。 4.2.2 焊后熱處理 鋁容器一般焊后不要求熱處理。

48、如果所用鋁材在容器接觸的介質(zhì)條件下確有明顯的應(yīng)力腐蝕敏感性，需要通過焊后熱處理以消除較高的焊接應(yīng)力，來使容器上的應(yīng)力降低到產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的臨界應(yīng)力以下，這時應(yīng)由容器設(shè)計文件提出特別要求，才進行焊后消除應(yīng)力熱處理。如需焊后退火熱處理，對于純鋁、5052、5086、5154、5454、5A02、5A03、5A06等，推薦溫度為345℃；對于2014、2024、3003、3004、5056、5083、5456、6061、6063、2A12、2A24、3A21等，推薦溫度為415℃；對于2017、2A11、6A02等，推薦溫度為360℃，根據(jù)工件大小與要求，退火溫度可正向或負向各調(diào)20℃～30℃，保

49、溫時間可在0．5 h～2 h之間。 4.3 焊接工藝 工序05：從零件周轉(zhuǎn)箱中取出待焊接頂住和前蓋。 工序10：對取出來的焊件進行表面清理，依次處理步驟：拿出工件用油刷刷上汽油，把工件放在塑料盆中用堿水沖洗，放在塑料盆中用自來水沖洗，對帶焊接頂柱表面進行中和光化，放在自來水中進行涮洗，用烘干機對進行完表面處理的前蓋及頂住烘干。 工序15：外觀檢驗，觀察表面處理完后的零件是否達到要求，及準備焊接狀態(tài)是否達到要求。 工序20：對已經(jīng)準備好焊接的零件進行焊接，按照設(shè)計的裝夾方式裝夾零件，開始焊接，焊接參數(shù)：焊接層數(shù)：1 （意思為焊接1次完成）焊接電流/A：220~240鎢極直徑/mm：4

50、 噴嘴直徑/mm：12氬氣流量/（L/min）：14。無焊絲，故此無焊絲直徑和進絲速度。 工序25：進行焊接質(zhì)量檢驗，首先進行外觀檢驗觀察是否有氣孔、觀察是否有黑點、觀察焊接表面紋路是否均勻。檢驗焊接后要求檢驗的垂直度要求，運用設(shè)計的密封性檢驗工裝檢驗氣密性，若上述檢驗有不合格的，可以并且只能進行一次補焊，若進行2次補焊的，零件毀壞。 工序30；包裝下轉(zhuǎn)，把焊接好檢驗合格的零件打好印記，每5個一組，10組為一箱放入周轉(zhuǎn)箱中。 5 氣密性工裝設(shè)計 5.1 檢驗氣密性的意義 氣密性試驗主要是檢驗容器的各聯(lián)

51、接部位是否有泄漏現(xiàn)象。介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或設(shè)計上不允許有微量泄漏的壓力容器，必須進行氣密性試驗。 壓力容器應(yīng)按以下要求進行氣密性試驗： （1） 氣密性試驗應(yīng)在液壓試驗合格后進行。對設(shè)計要求作氣壓試驗的壓力容器，氣密性試驗可與氣壓試驗同時進行，試驗壓力應(yīng)為氣壓試驗的壓力。 　　 （2） 碳素鋼和低合金鋼制成的壓力容器，其試驗用氣體的溫度應(yīng)不低于5℃ 其它材料制成的壓力容器按設(shè)計圖樣規(guī)定。 （3）氣密性試驗所用氣體，應(yīng)為干燥、清潔的空氣、氮氣或其他惰性氣體。 （4）進行氣密性試驗時，安全附件應(yīng)安裝齊全。 （5）試驗時壓力應(yīng)緩慢上升，達到規(guī)定試驗壓力后保壓不少于30分鐘，然

52、后降至設(shè)計壓力，對所有焊縫和連接部位涂刷肥皂水進行檢查，以無泄漏為合格。如有泄漏，修補后重新進行液壓試驗和氣密性試驗。 氣密性試驗與氣壓試驗是不一樣的。首先，它們的目的不同，氣密性試驗是檢驗壓力容器的嚴密性，氣壓試驗是檢驗壓力容器的耐壓強度。其次試驗壓力不同，氣密性試驗壓力為容器的設(shè)計壓力，氣壓試驗壓力為設(shè)計壓力的1.15倍。 我們生活當中的許多產(chǎn)品都需要做氣密性試驗，在北京主要有航天環(huán)境可靠性與檢測中心；梓愷環(huán)境可靠性與電磁兼容試驗中心；航天3院3部，無線電廠等可以做。 嚴密性試驗介質(zhì)宜采用空氣，試驗壓力應(yīng)滿足下列要求： 1. 設(shè)計壓力小于5 kPa 時，試驗壓力應(yīng)為 20 kPa

53、。 2. 設(shè)計壓力大于或等于 5 kPa 時，試驗壓力應(yīng)為設(shè)計壓力的1.15倍，且不得小于 0.1 MPa 。 3.試驗時的升壓速度不宜過快。對設(shè)計壓力大于0.8Mpa的管道試壓，壓力緩慢上升至30%和60%試驗壓力時，應(yīng)分別停止升壓，穩(wěn)壓30min，并檢查系統(tǒng)有無異常情況，如無異常情況繼續(xù)升壓。管內(nèi)壓力升至嚴密性試驗壓力后，待溫度、壓力穩(wěn)定后開始記錄。 4.嚴密性試驗穩(wěn)壓的持續(xù)時間應(yīng)為 24 h ，每小時記錄不應(yīng)少于1次，當修正壓力降小于133 Pa 為合格。修正壓力降應(yīng)按下式確定： ⊿P′=(H1+B1)-(H2+B2)(273+ t1)/(273+ t2) 式中：——修正壓

54、力降（Pa）； H1、H2 —— 試驗開始和結(jié)束時的壓力計讀數(shù)（ Pa ）； B1、B2 —— 試驗開始和結(jié)束時的氣壓計讀數(shù)（ Pa ）； t1、t2 —— 試驗開始和結(jié)束時的管內(nèi)介質(zhì)溫度（ ℃ ）。 5. 所有未參加嚴密性試驗的設(shè)備、儀表、管件，應(yīng)在嚴密性試驗合格后進行復(fù)位，然后按設(shè)計壓力對系統(tǒng)升壓，應(yīng)采用發(fā)泡劑檢查設(shè)備、儀表、管件及其與管道的連接處，不漏為合格。 5.2 氣密性工裝設(shè)計 設(shè)計此密封性工裝的理論依據(jù)是從前蓋為蓋狀物獲得，設(shè)計一個可以把焊接件包裹起來的結(jié)構(gòu)。而且其還得有相應(yīng)的裝夾設(shè)備。 5.2.1 氣密性工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計 檢驗氣密性的工裝，應(yīng)該滿

55、足幾個要求，只有滿足幾個要求才能達到重復(fù)和直觀的檢驗焊接氣密性的要求。理論依據(jù)有以下4點： 1、應(yīng)采用整體結(jié)構(gòu)為桶裝結(jié)構(gòu)，這樣可以零件包裹。 2、采用螺紋連接，既可以滿足密封要求，又可以讓零件放入。 3、應(yīng)便于拆卸，因為零件為大批量零件，要大量檢驗。 4、結(jié)構(gòu)應(yīng)當簡單明了，因為要放在水中看是否有氣泡產(chǎn)生。 初步設(shè)計檢驗氣密性工裝結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖1-7 氣密性工裝初定圖 1、 前蓋 2、密封零件1 3、密封圈1 4、 密封圈2 5、密封零件2 如上圖所示：初定下來的氣密性工裝為上圖所示，密封零件1和2通過螺紋連接，可以拆卸，密封零件1和前蓋接觸地方有密封圈，防止氣體

56、泄漏，A方向即為氣體輸入方向。 該結(jié)構(gòu)有很多不足的地方要改進有以下幾點： 1、 密封零件為筒狀，如何夾緊，如何擰在一起。 2、 從A方向輸入氣體，用何種方法與管件連接。 改進方法，筒狀件不易夾緊和擰緊，可以改變其形狀，變成六邊形或者矩形，而輸入氣體可以用軟管，所以密封零件2A方向可以做一個外螺紋與軟管連接，保證能讓氣體輸入，而且根據(jù)檢驗要求，密封零件2應(yīng)該與軟管長期連接，這樣才能運用與大批量檢驗當中。 改進后密封零件1、2的圖如下所示： 密封零件1 密封零件2 5.2.2 氣密性工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 本設(shè)計大部分尺寸，均根據(jù)零件尺寸計算得來。

57、 密封零件1 直徑φ26mm根據(jù)頂柱直徑φ20mm得來。 六邊形總寬度136mm能滿足國標中六邊形夾具夾緊要求。 密封零件長55mm能滿足焊件的長度要求。 厚度7mm和厚度18mm均是根據(jù)焊接后零件高度獲得，能滿足包裹住零件要求。 密封零件1內(nèi)部尺寸φ94mm和φ122mm根據(jù)焊接零件直徑得來，滿足檢驗要求。 M125是國家需用內(nèi)螺紋的直徑。 綜上所述，密封零件1的尺寸設(shè)計來源都可查，符合機械設(shè)計要求，也便于制造方加工該零件，符合經(jīng)濟，易加工特點，材料選用硬鋁合金。加工完成后進行表面處理，去毛刺，表面粗糙度要求為12.5。粗車就可以滿足加工要求。

58、 密封零件2 直徑φ24mm根據(jù)焊接后焊縫直徑得來。 六邊形總寬度130mm能滿足國標中六邊形夾具夾緊要求。 密封零件長32mm能滿足焊件的長度要求。 厚度8mm為擰緊和卸下是夾具要求厚度 厚度10mm均是根據(jù)軟管獲得，能滿足輸入氣體要求。 密封零件1內(nèi)部尺寸φ106根據(jù)焊接零件直徑得來，滿足檢驗要求。 M125是國家需用內(nèi)螺紋的直徑。 綜上所述，密封零件2的尺寸設(shè)計來源都可查，符合機械設(shè)計要求，也便于制造方加工該零件，符合經(jīng)濟，易加工特點，材料選用硬鋁合金。加工完成后進行表面處理，去毛刺，表面粗糙度要求為12.5。粗車就可以滿足加工要

59、求。 5.3 氣密性檢驗工裝夾具及周邊產(chǎn)品需求 5.3.1 夾緊機構(gòu)的主要形式 常見夾緊機構(gòu) 夾緊機構(gòu)的種類很多，這里只簡單介紹其中一些典型裝置。 （齒輪, 齒輪箱, 汽車齒輪, gears, gearboxes 1)斜楔夾緊機構(gòu) 圖 4.52所示是一些斜楔夾緊實例。斜楔夾緊機構(gòu)是利用斜面的楔緊作用，將外力傳遞給工件，完成工件的夾緊。當楔塊的升角α在60~100時具有自鎖性能。但自鎖的穩(wěn)定性較差，主要用于夾緊機構(gòu)中來改變力的方向。 螺旋夾緊機構(gòu) 螺旋夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、容易制造，而且螺旋相當于一個斜楔纏繞在圓柱體的表面形成的；由于其升角?。?3 0

60、左右）則螺旋機構(gòu)具有較好的自鎖性能，獲得的夾緊力大，是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機構(gòu)。如圖 4.53、4.56所示 1）單個螺旋夾緊機構(gòu) 如圖4.53（a）（b）中直接用螺釘或螺母夾緊工件的機構(gòu)。螺釘頭部直接壓在工件表面上，可能會損傷工件或帶動工件旋轉(zhuǎn)。為克服這一缺點在其頭部加裝浮動壓塊，以增加接觸面積，減少損傷。如圖4.54所示 夾緊動作慢使這一機構(gòu)的另一缺點。通常采用一些快速結(jié)構(gòu)，如快卸墊圈、快換螺母、快速機構(gòu)等，如圖 4.55所示。 2）螺旋壓板夾緊機構(gòu) 圖4.56是螺旋壓板夾緊機構(gòu)的幾種典型結(jié)構(gòu)，其在夾緊機構(gòu)中廣泛的使用。 3）鉤形壓板夾緊機構(gòu) 圖4.

61、57是螺旋鉤形壓板夾緊機構(gòu)的一些結(jié)構(gòu)，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，使用靈活、方便。 偏心夾緊機構(gòu) 它是利用偏心間直接或間接夾緊工件的機構(gòu)。偏心夾緊分圓偏心和曲線偏心兩種，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、夾緊迅速，缺點是夾緊力小，夾緊行程短，用于振動小、切削力不大的場合。圖 4.58是幾種典型的偏心夾緊機構(gòu)的實例，圖4.59是圓偏心輪的幾種結(jié)構(gòu)。 聯(lián)動夾緊機構(gòu) 是利用機構(gòu)的組合完成單件或多件的多點、多向同時夾緊的機構(gòu)。它可以實現(xiàn)多件加工、減少輔助時間、提高生產(chǎn)效率、減輕工人的勞動強度等。 1)單件聯(lián)動夾緊機構(gòu) 利用夾緊機構(gòu)實現(xiàn)工件的多向、多點夾緊。如圖4.60

62、所示機構(gòu)實現(xiàn)二力垂直夾緊。 2）多件聯(lián)動夾緊機構(gòu) 一般有平行式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)和連續(xù)式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)。 ① 平行式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu) 如圖4.61所示，若采用剛性壓板夾緊，則因一批工件的外圓直徑尺寸的不一致，將導(dǎo)致個別工件夾不緊的現(xiàn)象。在（b）圖中增加了浮動裝置，既可以同時夾緊工件，又方便操作。在理論上平行式夾緊各工件受到的夾緊力相等，。 ② 連續(xù)式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu) 如圖4.62是多個工件同時銑槽的夾具。這種方式，由于工件的夾緊力是依次傳遞的，可能造成工件在夾緊方向的位置誤差很大。因此，只適用于加工在夾緊方向上沒有加工要求的工件。 另外，在設(shè)計聯(lián)動夾緊機構(gòu)時，應(yīng)注意應(yīng)設(shè)置浮動

63、環(huán)節(jié)；同時夾緊的工件不宜太多；結(jié)構(gòu)的剛度要好，力求簡單、緊湊。 綜合上述的夾緊方式，選則單件聯(lián)動夾緊機構(gòu)利用夾緊機構(gòu)實現(xiàn)工件的多向、多點夾緊。實現(xiàn)二力垂直夾緊。夾緊氣密性工裝零件1。 5.3.2 工件在固定和夾緊時的注意事項 工件在固定和夾緊時,除了合理的選用一定形式的夾緊元件和夾緊機構(gòu)外,還必須注意以下事項： 1、夾緊時必須保證不破壞工件的正確定位,并且有足夠的穩(wěn)固性。 2、夾緊時所需的力最好是從上向下。夾緊力的大小,必須保證加工過程中工件位置不發(fā)生變化,而且各作用點的夾緊力應(yīng)力求均勻。通常壓向裝置墓而的夾緊力要大一些,宜用扳手操作,壓向?qū)蚰姑婧椭С谢娴膴A緊力要小一

64、些,宜用手柄操作。 3、工件夾壓部位和夾緊力的作用點,應(yīng)盡量設(shè)置在夾具的支承面上,由支承面直接承受,或位于幾個支承所組成的面積之內(nèi),不能壓空圖（12）,并應(yīng)在工件剛度最大的部分,以免把工件壓變形,影響加工精度和造成事故。 4、 理夾緊力的作用點應(yīng)盡量設(shè)置在距切削力作用點和加工表面近些,以免把工件壓變形圖（13）,這對剛性較差的工件要特別注意。正確的夾緊方法可參見圖2。還要注意夾緊力的作用點,應(yīng)設(shè)置在工件重心之下,以免發(fā)生歪斜圖（14）。 5、 在夾緊時夾緊機構(gòu)必須保證不使夾具本身產(chǎn)生變形,以免影響工件精度圖（15）。 6、 在夾緊時,必須保證夾緊機構(gòu)本身不產(chǎn)生變形,以免起不

65、到夾緊的作用圖（16）。 7、夾緊力的方向?qū)A緊力的大小影響很大,應(yīng)特別注意。如果央緊力和切削力的方向相一致,顯然只需很小的夾緊力,加工中工件也不會走動,這是最好的情況,所以應(yīng)避免夾緊力和切削力方向相反的夾緊形式； 8、夾緊機構(gòu)在可靠的基礎(chǔ)上,應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、剛性良好,動作靈活、操作方便、使用安全，便于制造和修理； 9、夾緊機構(gòu)的零件,最好與夾具體連接在一起,這樣使用起來不但方便,同時免得丟失而影響工作； 10、夾緊機構(gòu)不能妨礙工件的裝卸、加工、檢查和測量等工作； 11、夾緊機構(gòu)的央緊力,應(yīng)具有調(diào)整的可能性,并且調(diào)整要方便； 12、在一個夾具內(nèi)，最好只有一種或不多于兩種形式的夾緊機

66、構(gòu),而且央緊元件應(yīng)盡量標準化、規(guī)格化和統(tǒng)一化。 5.3.2 周邊產(chǎn)品選擇 與密封零件2連接的為軟管，為外購。 由于是檢驗氣密性，則空氣壓縮機需要外購，在工廠當中，空氣壓縮機基本上保持持續(xù)工作狀態(tài)，所以如果檢驗一個零件之后，氣密性工裝中氣壓會很大，導(dǎo)致工裝不易擰開，所以我設(shè)想了如下圖的結(jié)構(gòu)：
運用一個3向管子與軟管連接，其后連接兩個球閥。分別用于進氣，與排出氣體減小氣壓，擰開密封零件2. 壓力表的選擇壓力表型號含義解析通用的意義有這些，但具體到不同的廠家還有不同的含意。 在儀表型號表示中：Y表示壓力，Z表示真空或阻尼，B表示防爆或標準，J表示精密或矩形，A表示氨表，X表示信號或電接點，XC表示磁助電接點，P表示膜片，E表示膜盒，F(xiàn)表示防腐，N表示耐震，T表示彈簧管，B表示不銹鋼等等． 我們常用的有：YTF表示不銹剛壓力表，YA表示氨用壓力表，YXC表示 電接點壓力表 ，YZ表示 真空壓力表，YY表示 乙炔壓力表，YO表示 耐熱壓力表，YH表示