车体钢结构的装配焊接工艺教学课件.pptx

1、 埋弧焊：埋弧焊是依靠颗粒状焊剂堆积形成保护条件，因此，它主要适用于水平面焊缝焊接。埋弧焊焊剂的成分主要是MnO、SiO2等金属及非金属氧化物，和手弧焊一样，难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金。CO2电弧焊：已占铁道车辆生产中焊接工作量的80%以上，以细丝CO2电弧焊为主。不仅适用于车体钢结构制造，也适用于车辆修理，例如堆焊磨耗件和焊补铸铁件等。电阻焊：又称接触焊，属压焊范畴。它是将准备连接的工件置于两电极之间加压，并对焊接处通以电流，利用工件电阻产生的热量加热并形成局部熔化(或达到塑性状态)，断电后，在压力继续作用下，形成牢固接头。电阻焊有两个最显著的特点:一是利用电流通过焊接区的电

2、阻产生的热量进行加热;二是在压力作用下，通电加热、冷却，形成接头。(二)焊接新技术新设备简介 国外改善高强度钢低氢焊条的新举措 防止氢裂的途径不外是焊接方法和工艺、焊接材料、焊前预热、焊后处理几个方面。为减少焊条涂料所含的水分，在碱性焊条的涂料中，在不影响其它性能的情况下，应尽可能减少长石、粘土、云母等含化合水较多的铝硅酸盐类的成分。其次，虽然水玻玻在烘干时水分易迅速消除，但不完全彻底。2.药芯焊丝CO2电弧焊 CO2焊的突出问题是金属飞溅大，焊缝成形不如理弧焊好，为解决这些问题，可将实心焊丝改为药芯焊丝。目前，细径药芯焊丝(1.62.0)作为高效、节能、低成本焊材的代表，巳成为焊材发展的方向

3、。3.混合气体保护焊(l)在CO2气体中加入少量的氧气(一般为4%-30%)，即可实现CO2+O2混合气体保护焊。其特点是：能采用强规范进行焊接，电弧稳定，飞溅很小，并由于熔池表面覆盖有较多的熔渣，可以改善焊缝的表面成形；由于加入氧气，加剧了电弧区中的氧化反应。氧化反应放出的热，可使熔池的温度提高200300，故熔化速度高、熔深大，对于1012 mm的厚钢板，不开坡口可以一次焊透；由于氧气的加入降低了弧柱中的游离氢和溶入液体金属中的氢的浓度，使焊缝金属含氢量降低。但由于CO2+O2混合保护气体的氧化性很强，要求焊丝有足够的Si,Mn含量以增强脱氧能力。（2）CO2+Ar的混合气体保护焊，就是在

4、CO2气体中加入少量的氩气(一般为5%10%)。这样在焊接薄板时，不易烧穿，无飞溅，可使焊缝更光滑、成形更加美观。Ar+He的混合气体保护焊 (3)Ar+He的混合气体保护焊，被广泛用于大厚度的铝及铝合金的焊接。氩气最独特的优点是电弧在氩中燃烧非常稳定，而氦气最大的优点是它的电弧析热大、温度高。采用Ar+He混合气体保护，可提高生产率，改善焊缝熔深和焊缝金属的润湿性。非熔化极焊接时，He的比例可加到60%70%，甚至更多。熔化极焊接时，He的比例不宜超过10%，否则，会产生较多的飞溅。4.埋弧焊 埋弧焊采取的措施有多丝埋弧焊和在坡口中加入铁粉等。多丝埋弧焊是采用双丝或多丝，前后相距3060mm

5、。这种方法的焊缝成形原理与一般埋弧焊不同：其第一丝采用大电流、低电压，主要负责熔透；第二丝、第三丝则用较小电流、较高电压进行填充盖面。这样，焊接接头可用大钝边、小坡口，从而减少了填充金属体积，而且还可以单面焊双面成形。在坡口上撒放合金铁粉、金属颗粒、短焊丝等，以充分利用单丝单电弧的热量，提高填充金属的熔化量，也是提高焊接生产率的方法之一。预热焊丝埋弧焊可提高焊接效率。它采用附加交流预热电源，在焊丝进入电弧前，利用焊丝本身的电阻热加热焊丝，从而在不增加对母材热输入量的情况下，增加焊丝的伸出长度，提高焊丝的熔化速度，达到高效率焊接的目的。5、低压电弧对焊 低压电弧对焊是近年来国外首先发展起来的一种

6、全新的焊接工艺。它主要是利用低压气氛(0.110 kPa)中燃烧的电弧在被焊工件表面形成一层十分均匀的熔融金属，然后在顶锻力的作用下，形成牢固可靠的焊接接头。与常规的对焊工艺相比。该工艺具有独特的优点：(1)能够完成各种同种或异种金属的焊接；(2)焊接质量优异，接头产生未焊透的几率极低，(3)接头强度高，至少达到母材的95%；(4)接头气密性好；(5)对工件的断面形状无任何限制，接头变形小，对管件内断面无任何大的影响。由于低压电弧对焊具有其他焊接方法无可比拟的优点，所以，该工艺可以广泛地应用于各种管、棒及管板的焊接。利用该工艺方法现已成功地进行了铝合金、镍合金与低碳钢、铝合金与低碳钢、铜合金与

7、低碳钢管的接头，以及工具钢与结构钢钻头和切削刀具等的焊接，技术经济效果显著。该工艺作为一种优质、低耗、节能的新技术，具有十分可观的应用前景和推广价值。6.微机控制焊缝自动跟踪系统 在焊接过程中实现焊缝自动对中和自动跟踪，这一直是弧焊过程自动化的一个主要间题。焊缝自动跟踪按传感器工作原理可分为机械方法、机械电气方法、光电方法、电磁方法、激光方法和电视方法等。采用微机控制的焊缝自动跟踪系统，大大提高了焊缝自动跟踪控制精度和适应性能。从调节系统结构来看，焊缝自动跟踪调节应该是以电弧相对于焊缝中心位置偏差作为被调量，电弧位移为操作量的闭环调节系统。当电弧相对于焊缝中心位置发生偏差时，能自动检测这一偏差

8、，然后经放大，由执行机构调整焊缝位置，使电弧回到中心位置。当K8mm，a可取K值；在车体钢结构制造中，从备料、部件组装到总组装，经常采用反变形法预制挠度，以便减小焊接变形或者获得结构需要的挠度。焊接后，焊件不可避免地要产生焊接残余应力和残余变形。为减少焊条涂料所含的水分，在碱性焊条的涂料中，在不影响其它性能的情况下，应尽可能减少长石、粘土、云母等含化合水较多的铝硅酸盐类的成分。尽可能采用整体压型结构以减少焊缝数量。铝合金可根据其状态图分为变形铝合金和铸造铝合金。6结合车辆焊接的实际情况，列举焊接应力和变形存在的表现，并分析其产生的原因。(一)铝合金的种类及焊接特性 刚性固定法：将焊件暂时夹固在

9、平台上焊接是简单易行的方法，但对于厚度为23mm的薄板，仅仅在薄板边缘夹固是不够的。V形坡口 l横=0.(5)结构上开孔的位置和焊缝的距离太近时，焊接中孔可能会变形，甚至孔被焊缝堵住。其特点是电弧功率大，热量集中，热影响区小，生产率高。自由状态时，焊接开始阶段间隙将有些增大，而随着电弧向前移动，两板逐渐靠近，甚至发生重叠，如图4-28所示。考虑焊缝收缩量时，要注意以下两点：在焊接生产中采用焊接机器人代替手工操作或一般机械操作巳成为现代焊接生产的一个发展方向。机器人按输入信息和示教方式可分为：手控操作机器人、固定程序机器人、可变程序机器人、示教重现机器人、数控机器人和智能机器人。(3)应尽量采用

10、能减小变形的设计，即用挤压型材、波纹板结构，以及断续角焊缝或点焊等。车体钢结构的车顶板、侧墙板和铁地板等，板厚均在3 mm以下，所以焊后极易局部丧失稳定而隆起波浪形；(一)火焰矫正法基本原理二、焊接结构合理性分析 7.焊接机器人 在焊接生产中采用焊接机器人代替手工操作或一般机械操作巳成为现代焊接生产的一个发展方向。自从1962年第一台点焊机器人问世以来，目前世界上已拥有数十万台的各种焊接机器人，例如用于焊接生产的弧焊机器人、接触焊机器人、喷涂和气焊机器人等。机器人按输入信息和示教方式可分为：手控操作机器人、固定程序机器人、可变程序机器人、示教重现机器人、数控机器人和智能机器人。前3种机器人也可

11、以称其为机械手或操作机，后3种机器人采用计算机及具备信息处理和存储能力，其中示教重现机器人是目前焊接机器人的基本形式。智能机器人装备有高性能传感器，它具有视觉触觉等多种反馈适应控制机能。对于弧焊机器人来讲，在焊接过程中能发出有关焊接坡口状况、电弧位置等信息，使其具有人工焊接时相同的控制机能。智能机器人是当前机器人发展的方向。焊接机器人在飞机、船舶和汽车制造等领域的应用比较普遍，而在铁道车辆制造方面还有待于发展。二、焊接结构合理性分析 焊接结构的主要特点如下：()焊接接头的整体性、这是焊接结构区别于铆接结构的一个重要特性，它一方面赋予焊接结构高密封性和高刚度，但另一方面焊缝中任何缺陷所产生的应力

12、集中也直接牵连到结构本体。()焊接结构有较大的焊接应力和变形：绝大多数焊接方法都采用局部加热，故不可避免地将产生内应力和变形。焊接应力和变形不但可能引起工艺缺陷，而且在一定条件下，将影响结构的承载能力：诸如强度、刚度和受压稳定性。因此，在设计和施工时应充分考虑焊接应力和变形。(3)焊接结构的应力集中变化范围大：焊缝除了起连接元件的作用外，在外力作用下它与基本金属一起变形。因此，焊缝的布置和焊缝的形状就必然会影响应力的分布，使应力集中在较大范围内变化。应力集中对结构的脆性断裂和疲劳有很大的影响，因此，采取合理的工艺和设什，可以控制焊接结构的应力集中以提高其强度和寿命。(一)常用焊接接头形式及其特

13、性 对接接头是焊接结构中最常用的接头形式。搭接接头应用于板料工件，搭接长度一般大于板厚的4倍。搭接接头的疲劳强度较低，不是焊接结构的理想接头。丁字接头和角接头通常是将相互垂直(或成一定角度)的被连接件用角焊缝连接起来的接头。它们在受到外力作用时的应力状况相仿。角接头多用于箱形构件上。对于丁字接头应避免采用单面角焊缝，因为这种接头的根部有很深的缺口，其承载能力非常低。型钢组合件作车体钢结构各梁时，其连接处的丁字接头和角接接头一般采用型切法。横向收缩量约相当于24 m长焊缝的纵向收缩量，或者按下式估算对接焊缝的横向收缩量：角变形也能引起波浪变形。横向收缩量约相当于24 m长焊缝的纵向收缩量，或者按

14、下式估算对接焊缝的横向收缩量：应该采用合适的装配焊接夹具。因此，首先要定出正确的加热位置和加热形状，如果位置错了或者加热形状不对，都不能得到预期的效果，甚至适得其反。生产中估算焊缝纵向收缩量的经验数据为0.对于搭接或丁字接头，在满足强度要求的前提下，设计成焊角尺寸较小的焊缝。为了获得良好的焊缝成形而不致引起焊缝处塌陷，在焊接过程中可采用易拆除的临时垫板。(4)角焊缝都是在切应力作用下破坏的，按切应力计算强度；当焊接薄板结构时，薄板件的纵向应力分布如图4-32(b)所示。2货车车体的各个焊接结构都有哪些特点?列举车体钢结构中常采用的几种焊接接头，并描述各种接头的实例。机械：压力机或调梁机；同时还

15、要考虑焊接工作量、坡口加工的难易、预防焊接变形以及方便焊接等问题。焊缝金属截面等于母材截面(F=h)。因此，在设计和施工时应充分考虑焊接应力和变形。考虑焊缝收缩量时，要注意以下两点：它采用附加交流预热电源，在焊丝进入电弧前，利用焊丝本身的电阻热加热焊丝，从而在不增加对母材热输入量的情况下，增加焊丝的伸出长度，提高焊丝的熔化速度，达到高效率焊接的目的。锆钨极利于防止电极污染基体金属，这种电极的尖端容易保持半球形，适合于交流电。防止氢裂的途径不外是焊接方法和工艺、焊接材料、焊前预热、焊后处理几个方面。该工艺作为一种优质、低耗、节能的新技术，具有十分可观的应用前景和推广价值。(二)坡口的选择为了增加

16、熔深，保证焊透，在焊接厚板时需要开坡口。对接接头的坡口一般根据板厚和焊接方法选取，如图4一6所示。同时还要考虑焊接工作量、坡口加工的难易、预防焊接变形以及方便焊接等问题。(三)合理地确定焊缝尺寸 焊缝尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小，焊缝尺寸大，不仅焊接工作量大，而且焊接变形也大。因此，在保证结构承载能力的条件下，设计时应尽量采用较小的焊缝尺寸。角焊缝的焊角尺寸可由强度计算确定。在保证强度的条件下，应尽量减小焊角尺寸。因为过大的焊角尺寸不仅会多消耗焊接材料和工时，增加热影响区的宽度，同时还会引起过大的焊接变形和应力。如果通过强度计算，角焊缝所需焊角极小，还应该考虑工艺上的可能性问题。因

17、为焊角尺寸太小的焊缝，冷却速度过快，容易产生一系列的焊接缺陷，如裂纹、热影响区硬度过高等。因此，一般都根据板厚来选取工艺上可能的最小焊角尺寸。低合金结构钢由于对冷却速度更敏感，在同样厚度条件下，最小焊角尺寸应该比表中的数据稍大一些。(四)合理地布置焊缝 (1)避免焊缝过分集中，否则焊接接头变形大，应力集中严重，容易产生缺陷。如图一7()所示的接头形式是合理的，而图(a)所示的接头形式应当尽量避免。(2)焊缝对称布置，并尽量使其接近中性轴，以利于减少焊接变形。(3)尽管质量优良的焊接接头可以与母材等强度，但焊缝中可能存在工艺缺陷，减弱结构的承载能力，所以焊接接头应避开应力最高位置。重要部件或承受

18、交变载荷的焊接接头应避开断面突变的位置，至少应采取措施避免产生严重的应力集中。图4一8(a)所示结构不宜采用，而图(b)所示结构较为合理。(4)对于重要的焊接结构，当焊接厚度不同的钢板时，必须使两者中心线一致，以免产生附加的弯曲力矩。为避免应力集中，最好采用等截面连接，接口处厚板要做成斜坡(单面或双面)，如图4-9所示，其斜坡长度L3(1-2)。三、铝型材焊接工艺特点埋弧焊焊剂的成分主要是MnO、SiO2等金属及非金属氧化物，和手弧焊一样，难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金。4DK19铝合金车体结构 系数。氧过量时，在熔池表面上会出现密集的黑点，使电弧不稳定，飞溅较大。反变形法（误差补

19、偿法）刚性固定法：将焊件暂时夹固在平台上焊接是简单易行的方法，但对于厚度为23mm的薄板，仅仅在薄板边缘夹固是不够的。拉伸加热调直法(简称SSH法)。表4-4为钨极氩弧焊时铝合金焊件的坡口形式及尺寸。对于丁字接头应避免采用单面角焊缝，因为这种接头的根部有很深的缺口，其承载能力非常低。角变形也能引起波浪变形。同时采用拉伸和加热，可以在低的拉伸力和低的加热温度下，就能防止波浪变形。横向收缩量约相当于24 m长焊缝的纵向收缩量，或者按下式估算对接焊缝的横向收缩量：如图4-41所示，先将薄板用孔板压紧在平台上，然后用气体火焰从孔眼处对钢板进行加热，同时浇水速冷。(5)角焊缝的破断面(计算断面)AA在角

20、焊缝截面的最小高度上，如图4-15所示，其计算高度a为：(3)容易形成热裂纹。(3)接头形式不受限制，并可省略焊后清理熔渣等工序3电弧焊接接头的静载强度计算(一)火焰矫正法基本原理火焰：(1)角变形的矫正；(5)结构上开孔的位置和焊缝的距离太近时，焊接中孔可能会变形，甚至孔被焊缝堵住。为此应采取移孔位、孔位处焊缝不焊或焊后加工等办法加以克服。(6)采用搭接段焊或搭接塞焊接头时，由于结合面上存在着缝隙，水汽可以渗透到缝隙中，而涂在结合面上的防锈漆已在焊接过程中被烧坏，焊后又无法补涂，使结合面很容易产生夹锈。因此，在容易积存水汽的地方，不宜没计这两种形式的焊接接头。图4-11(a)所示结构，圆弧形

21、包板严重腐蚀；图4-11(b)为修改后的结构，解决了包板腐蚀问题。4设计接头应考虑焊接方法的特点 采用埋弧焊时，为了节省辅助时间，提高生产效率，尽可能采用同一形式的焊接接头，以使焊接设备和焊接规范的调整次数最少。同时，焊缝的位置应使焊接件的翻转次数最少。5应保证可焊到性 设计结构时应考虑焊缝是否容易施焊，如图4-13(a)所示的结构不能保证焊接操作的最小空间和焊条的适当角度，采用图4-13(b)所示结构较为合理。在封闭空间操作对工人健康十分有害，因此容器的焊接接头应尽量采用单面V形或U形坡口，使焊接工作在容器外部进行，将在容器内施焊的工作量减少到最低限度。(四)焊接接头静强度计算 1工作焊缝和

22、联系焊缝 当焊缝与被连接件串联，它承担着传递全部载荷的作用，一旦断裂，结构就立即失效，这种焊缝称为工作焊缝，其应力称为工作应力。当焊缝与被连接件并联，它传递很小的载荷，主要起连接件之间相互联系的作用，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效这种焊缝称为联系焊缝，其应力称为联系应力。在设计时，无需计算联系焊缝的强度，而工作焊缝的强度必须计算。对于具有双重性的焊缝，它既有工作应力又有联系应力，则只计算工作应力而不考虑联系应力。2焊接接头强度的简化计算与假设 在静载条件下，为了计算方便作了如下假设：(1)残余应力对于接头强度没有影响；(2)焊趾和加厚高等处的应力集中对于接头强度没有影响；(3)接头的工作应力是

23、均布的，以平均应力计算；3工字梁焊接时的变形应力集中对结构的脆性断裂和疲劳有很大的影响，因此，采取合理的工艺和设什，可以控制焊接结构的应力集中以提高其强度和寿命。电阻焊有两个最显著的特点:一是利用电流通过焊接区的电阻产生的热量进行加热;二是在压力作用下，通电加热、冷却，形成接头。一般情况下，热量越大矫正变形的能力越强。1薄板波浪变形的矫正基体金属或填加金属表面除油时，可以利用稀释剂、汽油、石油醚、三氯乙烯和金属乙烯等有机溶剂将其浸泡清洗，或用浸有这些溶剂的清洁布擦洗。(二)焊接新技术新设备简介低压电弧对焊是近年来国外首先发展起来的一种全新的焊接工艺。应力集中对结构的脆性断裂和疲劳有很大的影响，

24、因此，采取合理的工艺和设什，可以控制焊接结构的应力集中以提高其强度和寿命。在设计时，无需计算联系焊缝的强度，而工作焊缝的强度必须计算。系数由所用焊接方法和焊接材料确定，用一般焊条手弧焊焊成的焊缝采用较低的系数，用低氢型焊条或自动焊的焊缝采用较高的系数，见表4-3。因此，在设计和施工时应充分考虑焊接应力和变形。一般预热温度控制在200250之间。氩气最独特的优点是电弧在氩中燃烧非常稳定，而氦气最大的优点是它的电弧析热大、温度高。在坡口上撒放合金铁粉、金属颗粒、短焊丝等，以充分利用单丝单电弧的热量，提高填充金属的熔化量，也是提高焊接生产率的方法之一。同时，在薄板的边缘点固，这样才会取得好的效果。(

25、4)角焊缝都是在切应力作用下破坏的，按切应力计算强度；第二丝、第三丝则用较小电流、较高电压进行填充盖面。与常规的对焊工艺相比。应该采用合适的装配焊接夹具。(4)角焊缝都是在切应力作用下破坏的，按切应力计算强度；(5)角焊缝的破断面(计算断面)AA在角焊缝截面的最小高度上，如图4-15所示，其计算高度a为：KKa7.02(6)加厚高和少量的熔深对于接头的强度没有影响，但埋弧自动焊和CO2焊的熔深较大，应予考虑，如图所示，其角焊缝计算断面厚度a为：当K8mm，a可取K值；当K8mm，p一般可取3mm。45cos)(pKa3电弧焊接接头的静载强度计算(1)对接接头静载强度计算：计算对接接头时，不考虑

26、焊缝加厚高，计算厚度取两板中较薄者，焊缝计算长度取实际长度。所以计算基本金属强度的公式也完全适用于计算这种接头。如果焊缝金属的许用应力与基本金属相等，则可不必进行强度计算。全部焊透的对接接头如图4-16所示，其各种受力情况的计算公式列于表4-2(1)(5)式。受拉、压的搭接接头的计算：各种承受拉或压的搭接接头如图4-17所示，其静强度计算公式列于表4-2(6)(8)式。受弯矩的搭接接头计算：如图4-18所示，搭接接头在搭接平面内受弯曲力矩时可采用分段计算法，计算公式列于表4-2(9)式。其计算过程如下：此外，平板对接后还会产生角变形，如图4-28(d)所示。当K8mm，a可取K值；(1)对接接

27、头静载强度计算：计算对接接头时，不考虑焊缝加厚高，计算厚度取两板中较薄者，焊缝计算长度取实际长度。一般在拼焊大面积平板时，合理的焊接顺序为：先焊短的横向焊缝，后焊长的纵向焊缝。()焊接结构有较大的焊接应力和变形：绝大多数焊接方法都采用局部加热，故不可避免地将产生内应力和变形。机器人按输入信息和示教方式可分为：手控操作机器人、固定程序机器人、可变程序机器人、示教重现机器人、数控机器人和智能机器人。2货车车体的各个焊接结构都有哪些特点?列举车体钢结构中常采用的几种焊接接头，并描述各种接头的实例。工字梁的变形复杂，如图4-31所示。这种铝合金可以通过轧制、挤压、拉拔、锻造等方法制成板材、管材、棒材与

28、线材、型材等。(2)焊缝对称布置，并尽量使其接近中性轴，以利于减少焊接变形。焊接温度场分布复杂。两板对接结构的弯曲方向和宽板的弯曲方向一致。焊缝区域外的焊接压应力常常超过薄板的临界应力值，使薄板局部丧失稳定而隆起，形成波浪形，如图4-32(a)所示。(2)焊缝对称布置，并尽量使其接近中性轴，以利于减少焊接变形。这样在焊接薄板时，不易烧穿，无飞溅，可使焊缝更光滑、成形更加美观。在设计时，无需计算联系焊缝的强度，而工作焊缝的强度必须计算。与手工钨极氩弧焊相比，效率提高34倍，并随着焊件厚度的增大，生产率明显提高。同时采用拉伸和加热，可以在低的拉伸力和低的加热温度下，就能防止波浪变形。三、车体钢结构

29、焊接变形及防止措施(1)残余应力对于接头强度没有影响；(3)丁字接头强度计算：载荷平行于焊缝的丁字接头计算：用图4-19(a)所示的丁字接头，如果开坡口并焊透，其强度按对接接头计算；焊缝金属截面等于母材截面(F=h)。当不开坡口时，按表4-2中(10)式进行计算。由于产生最大应力的危险点是在焊缝的最上端，该点同时有两个切应力起作用，一个是由M=PL引起的M，一个是由Q=P引起的Q。M和Q是互相垂直的，所以该点的合成应力为它们的向量和，即：22QM合 弯矩垂直于板面的丁字接头计算：图4-19(b)所示的丁字接头，如开坡口并焊透，其强度按对接接头计算用表4-2中(5)式。当接头不开坡口用角焊缝连接

30、，可用表4-2中(11)式计算。(4)焊缝许用应力：焊缝许用应力的大小与许多因素有关，如焊接工艺、焊接材料以及焊接检验方法的精确程度等。确定焊缝的许用应力有以下两种方法：按基本金属的许用应力乘以一个系数来确定焊缝的许用应力，即：式中 焊缝的许用应力；基本金属的许用应力；系数。系数由所用焊接方法和焊接材料确定，用一般焊条手弧焊焊成的焊缝采用较低的系数，用低氢型焊条或自动焊的焊缝采用较高的系数，见表4-3。这种方法的优点是可以在知道基本金属许用应力的条件下设计焊接接头，多用于结构设计。采用已经规定的具体数值：这种方法多为某类产品行业所用，可查有关手册。三、铝型材焊接工艺特点三、铝型材焊接工艺特点(

31、一)铝合金的种类及焊接特性 1铝合金的种类 铝合金可根据其状态图分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金是将纯铝和合金元素在反射炉或电炉中进行熔炼和铸造，并在450480的高温下将铸锭加工成一定形状的铝合金。这种铝合金可以通过轧制、挤压、拉拔、锻造等方法制成板材、管材、棒材与线材、型材等。铸造铝合金是将纯铝及所添加的合金进行熔炼然后注入砂模或金属模中而制成的铸件。热处理强化型铝合金经热处理后强度显著提高。例如，退火状态下硬铝的抗拉强度为160220MPa，经过淬火及时效后，其抗拉强度增至312.4460MPa。非热处理强化型铝合金不能通过热处理来提高其机械性能，而只能用冷作变形强化。这种合金的特

32、点是强度中等，塑性良好，具有满意的焊接性。2铝合金的焊接特性(1)具有强氧化能力。在其表面生成一层致密的Al2O3薄膜，这层薄膜会吸收水分，并在焊接过程中形成气孔、夹渣等缺陷，从而降低了焊接接头的机械性能。因此，铝合金在焊前需去除Al2O3薄膜，并在焊接过程中防止熔池继续受到氧化。(2)热导率和电导率高。铝合金的热导率大约是低碳钢的四倍。在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基体金属内部，因此焊接铝合金时比焊接钢材要消耗更多的热量。为达到高质量焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源，并采取预热等措施。电导率对熔化焊几乎无影响，但对于电阻焊却是一个非常重要影响因素。铝比钢有较高的电导率，这意味着需

33、要较高的电流来产生相同的热效应。因此，在电阻焊和滚焊时，要选用很大的焊接电流，通常采用直流冲击波点焊机和滚焊机进行焊接。(3)容易形成热裂纹。铝的线膨胀系数为23.510-6，约为钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.56.6。因此，在焊接某些铝合金时，往往由于过大的收缩内应力而导致裂纹。(4)容易形成气孔。铝合金的液体熔池很容易吸收气体，在高温下溶入的大量氢气，在焊后冷凝过程中来不及析出而聚集在焊缝中形成气孔。(5)高温下强度和塑性低。在高温下铝的强度和塑性很低，以致不能支承住液体金属而使焊缝成形不良，甚至形成塌陷或烧穿。因此，一般情况下需要用夹具和垫板。(6)合金元素的蒸发和烧损。某些铝合金中

34、含有低沸点的合金元素Mg和Zn等，这些元素在高温下极易蒸发和烧损，从而改变了焊缝金属的化学成分，同时也降低了焊接接头的机械性能。(7)无色泽变化。铝合金从固态变成液态时，无明显的颜色变化，因此，在焊接过程中给操作者带来一定困难。(1)对接接头静载强度计算：计算对接接头时，不考虑焊缝加厚高，计算厚度取两板中较薄者，焊缝计算长度取实际长度。三、铝型材焊接工艺特点(2)焊缝对称布置，并尽量使其接近中性轴，以利于减少焊接变形。搭接接头应用于板料工件，搭接长度一般大于板厚的4倍。二、焊接结构合理性分析铸造铝合金是将纯铝及所添加的合金进行熔炼然后注入砂模或金属模中而制成的铸件。目前，细径药芯焊丝(1.式中

35、 板厚(mm)。(1)具有强氧化能力。氧过量时，在熔池表面上会出现密集的黑点，使电弧不稳定，飞溅较大。低压电弧对焊是近年来国外首先发展起来的一种全新的焊接工艺。V形坡口 l横=0.某些铝合金中含有低沸点的合金元素Mg和Zn等，这些元素在高温下极易蒸发和烧损，从而改变了焊缝金属的化学成分，同时也降低了焊接接头的机械性能。预热温度主要取决于焊件大小及焊缝金属的冷却速度。(3)接头形式不受限制，并可省略焊后清理熔渣等工序如果通过强度计算，角焊缝所需焊角极小，还应该考虑工艺上的可能性问题。角变形也能引起波浪变形。(1)残余应力对于接头强度没有影响；三、铝型材焊接工艺特点焊缝自动跟踪按传感器工作原理可分

36、为机械方法、机械电气方法、光电方法、电磁方法、激光方法和电视方法等。(二)铝型材的坡口形式及焊前处理 1坡口形式 焊接较厚的铝合金焊件时，为了充分焊透，必须开坡口进行焊接。可根据铝合金焊接接头形式、焊接方法、焊件厚度、焊接位置、有无衬垫和是否清根等条件来选择坡口形式。铝合金的焊接坡口形式主要有V形、X形、K形等。表4-4为钨极氩弧焊时铝合金焊件的坡口形式及尺寸。2焊前处理 铝合金的表面覆盖着极薄而致密的氧化膜。焊接时这层氧化膜不仅妨碍熔化金属的熔合，而且有时还含有Al2O3H2O、Al2O33H2O等形成的结晶水，是生成气孔的根源。油污和其它脏物，也会成为气孔和其它缺陷产生的根源，必须予以清除

37、。(1)除油处理。基体金属或填加金属表面除油时，可以利用稀释剂、汽油、石油醚、三氯乙烯和金属乙烯等有机溶剂将其浸泡清洗，或用浸有这些溶剂的清洁布擦洗。这些溶剂均具有可燃性，处理时必须严加注意。(2)氧化膜的清除，可以用机械的或化学的方法清除氧化膜。机械方法有机械切削、吹砂处理、喷丸处理及锉刀、细钢丝刷及钢丝棉清理等方法。其中手工或电动细钢丝刷清理方法最为常用。化学方法是用酸或碱溶解材料表面的方法。在510的氢氧化钠溶液(约70)中浸泡30s1min后用清水冲洗，然后在约15的硝酸水溶液(常温)中浸泡约2min，用清水冲洗后，再用温水冲洗干净，最后进行干燥处理。(三)铝型材的焊接 铝合金的焊接方

38、法很多，各种方法有其不同的应用场合。在焊接生产中，应根据铝合金的牌号、焊件厚度、产品结构、生产条件以及焊接接头质量要求等因素加以选择。1.钨极氩弧焊及优点 (1)焊丝端部及熔池受到氩气保护，使其不与空气中的氧和氮等气体反应，氩气既不与金属起化学作用，也不熔解于金属中，使焊接冶金反应变得简单和容易控制；(2)热量集中，焊件的热影响区狭窄，焊接变形小；(3)接头形式不受限制，并可省略焊后清理熔渣等工序(4)由于交流电氩弧焊时产生的“阴极破碎”作用，可以较彻底地清除掉焊件表面的氧化膜;(5)电弧燃烧稳定，焊缝成形美观、光滑，焊接接头质量优良。手工钨极氩弧焊的坡口形式及尺寸主要由焊件厚度确定。参看表4

39、-4。为了获得良好的焊缝成形而不致引起焊缝处塌陷，在焊接过程中可采用易拆除的临时垫板。垫板可用石墨或不锈钢制成。垫板厚度为25mm，宽度为2050mm。板厚超过10mm的焊件焊接时或重要结构点固焊时，应采取预热措施。预热温度主要取决于焊件大小及焊缝金属的冷却速度。板材越厚，预热温度越高。一般预热温度控制在200250之间。多层焊时，要保证层间温度不低于预热温度。钨极氩弧焊可以使用交流和直流两种电源，对于直流来说还有极性的选择问题。采用交流电焊接。在交流负极性的半波里(铝焊件为阴极)，阴极有去除氧化膜的作用(“阴极破碎”作用)。在交流正极性的半波里(钨极为阴极)，钨极可以得到冷却，同时发射足够的

40、电子有利于电弧稳定。氩气必须满足下列含最的要求：氩气大于99.97，氮气小于0.04，氧气小于0.03，水分小于0.07。氮超标时，焊缝表面会产生淡黄色或草绿色的氮化物及气孔。氧过量时，在熔池表面上会出现密集的黑点，使电弧不稳定，飞溅较大。水分会导致熔池沸腾，并形成气孔。钨极有纯钨极、钍钨极、铈钨极和锆钨极等。交流TIG焊时的电弧稳定，在正常使用状态下，电极的损耗及其尖端的污染也较少，熔化后能形成并容易保持光洁的半球形。因此，通常多采用纯钨极。但是，纯钨极比含钍、锆的钨极的工作温度略高，并由于飞溅而造成的损耗也较多。钍钨极含钍l2。它的电子发射能力强，允许的电流密度高，电弧燃烧较稳定，适合于直

41、流正极性焊接。铈钨极中含有铈l.82.2。与钍钨极相比，最大允许电流密度可增加58，直流时阴极压降降低10，比钍钨电极更容易引弧，电弧稳定性好。锆钨极利于防止电极污染基体金属，这种电极的尖端容易保持半球形，适合于交流电。电极直径应根据使用电流的大小选用，电流过大，会使电极熔化。表4-5为不同直径的钨极适用的电流范围。铝的焊接变形产生的机理基本上与钢相同，但与钢相比，铝的凝固收缩量和膨胀系数大而刚性又小，所以同样的焊接接头，铝发生的收缩、变形和翘曲等现象要比钢严重。(1)坡口间隙的大小及其均匀性对焊接接头的变形、错位和收缩均有很大的影响。应该采用合适的装配焊接夹具。(2)焊接装配应尽量在地面上和

42、采用自动焊的转胎进行平焊。(3)应尽量采用能减小变形的设计，即用挤压型材、波纹板结构，以及断续角焊缝或点焊等。2、熔化极氩弧焊 熔化极氩弧焊(MIG)用焊丝本身作电极，可以大大提高焊接电流。其特点是电弧功率大，热量集中，热影响区小，生产率高。与手工钨极氩弧焊相比，效率提高34倍，并随着焊件厚度的增大，生产率明显提高。这种焊接方法广泛应用于中厚度和大厚度铝合金板材的焊接。主要的规范参数有：焊接电流、电弧电压、焊接速度及氩气流量。电流和电压决定了电弧形态及熔滴过渡形式。电弧电压一般较低(2731V)，使电弧略带轻微爆声，使焊丝端部的熔滴呈“亚射流过渡”(介于射流过渡和短路过渡之间的一种过渡形式)。

43、这样阴极破碎区大，焊缝成形好，焊接缺陷也较少。4DK19铝合金车体结构 DK19型地铁客车是长春客车厂试制的我国第一辆铝合金车体的地铁客车。铝合金车体具有重量轻、耐腐蚀、压延性能好、寿命长等优点，是比较理想的轻型车体结构之一，如图4-23所示。焊接结构件接缝连接处的几何形状，特别是对于受力大、焊接件断面大的处所，其坡口的形状特别重要。对比较薄的断面之间的连接，要注意尽量加大镶嵌面积，以提高接口处的连接强度，如图4-24所示。图4-25为枕梁连接组成图。铝合金车体焊接结构 铝合金车体内部结构城轨车体装配前城轨车体装配中铝合金货车第二节第二节 车体钢结构的焊接变形车体钢结构的焊接变形一、焊接应力和

44、变形的产生机理一、焊接应力和变形的产生机理 焊接过程的特殊表现：焊接时的温度变化范围大，沸点至室温。焊接时可能出现相变，物理力学参数变化。焊接温度场分布复杂。图4-26为薄板焊接时的一个典型温度场。焊接过程中在接近热源处取一横截面的温度及残余应力如图4-27所示。板条端面的位移就是残余变形。综上所述，焊件不均匀的局部加热和冷却是焊接应力和变形产生的根本原因。焊接后，焊件不可避免地要产生焊接残余应力和残余变形。二、常见焊接结构的残余变形二、常见焊接结构的残余变形 1板材对接时的变形 为了保证板材的对接质量，常在两板之间留有一定的间隙。自由状态时，焊接开始阶段间隙将有些增大，而随着电弧向前移动，两

45、板逐渐靠近，甚至发生重叠，如图4-28所示。板材对接前需点固或用夹具夹紧。生产中估算焊缝纵向收缩量的经验数据为0.150.30 mmm；横向收缩量约相当于24 m长焊缝的纵向收缩量，或者按下式估算对接焊缝的横向收缩量：V形坡口 l横=0.1+0.6 X形坡口 l横=0.1+0.4 式中 板厚(mm)。焊接两块宽度不同的钢板时，除产生纵向和横向收缩外，还会产生弯曲，如图4-28(c)所示。两板对接结构的弯曲方向和宽板的弯曲方向一致。此外，平板对接后还会产生角变形，如图4-28(d)所示。其数值大致在23之间。在焊接X形坡口时，角变形较小，这种情况下的角变形只是由于X形坡口两侧不是同时焊接引起的。

46、2丁字梁焊接时的变形 丁字梁焊后将产生复杂的变形，如图4-29(a)所示。焊缝的纵向收缩将引起丁字粱长度方向的缩短，这通常是较小的，而弯曲变形则较大，一般腹板向焊缝所在的方向凹进，而自由端向上凸起。如果翼板截面较腹板的截面大，就会产生与上述相反的变形，如图4-29(b)所示。3工字梁焊接时的变形 工字梁的变形复杂，如图4-31所示。整体变形由纵向缩短、垂直方向的弯曲和水平方向的弯曲组成。所有的焊缝都对称地分布，但因焊接次序有先后而破坏了对称性，最后形成弯曲变形。4薄板焊接时波浪变形 当焊接薄板结构时，薄板件的纵向应力分布如图4-32(b)所示。焊缝区域外的焊接压应力常常超过薄板的临界应力值，使

47、薄板局部丧失稳定而隆起，形成波浪形，如图4-32(a)所示。由于焊后焊缝区域内总是产生拉应力，所以焊缝区的材料不会丧失稳定，横向波浪变形不能越过焊缝，只在焊缝两侧形成局部变形。三、车体钢结构焊接变形及防止措施三、车体钢结构焊接变形及防止措施(一)车体钢结构焊接变形分析 车体钢结构焊接变形的特点：客车车体外板的波浪变形和钢骨架的弯曲变形约占车体全部变形量的90，其余是角变形和尺寸误差。波浪变形中，侧墙外板占68，车顶板占20，端板占12。外表面的波浪变形，严重地影响车辆的外形美观。车体钢结构产生弯曲变形的原因，主要是焊缝在结构上分布不对称。如图4-33，焊后牵引梁将产生向上凸起的弯曲变形。如图4

48、-34，车顶弯梁、侧柱、地板横梁等压型件，断面形状为“乙”形，它们和车顶板、侧墙板、铁地板的连接焊缝在结构断面上分布不对称，于是焊后它们将产生向上凸起或旁弯变形。车体钢结构的车顶板、侧墙板和铁地板等，板厚均在3 mm以下，所以焊后极易局部丧失稳定而隆起波浪形；角变形也能引起波浪变形。YZ25型客车车顶端部钢结构顶板的波浪变形，如图4-35所示。(二)防止车体钢结构焊接变形的措施 1防止尺寸误差 尺寸误差主要是焊缝纵向和横向收缩而造成的工件缩短。误差补偿法：一般都在焊前下料时放长或放宽尺寸。考虑焊缝收缩量时，要注意以下两点：(1)线膨胀系数大的材料，焊后收缩量也大。不锈钢和铝的线膨胀系数比低碳钢

49、大。(2)焊缝的纵向收缩随焊缝长度的增加而增加；焊缝的横向收缩则随焊缝宽度的增加而增加。制造车体钢结构时，中梁、铁地板、侧墙、车顶等部件，在焊前都须留有一定的收缩余量。2防止弯曲变形 车体钢结构在制造中的弯曲变形对使用性能影响很大，矫正也很困难。必须在装配-焊接前就能估计出变形方向和变形量，并在施焊过程中加以控制。焊接变形的大小不仅与焊接过程有关，而且在很大程度上决定于结构设计。(1)结构设汁方面 尽量选用对称的结构、截面和焊缝位置。例如图4-36所示为C62型敞车的中梁结构，采用两根槽钢拼对起来。焊缝配置对称，制造中合理调整焊接规范和焊接次序，就可减少和防止焊接变形。在保证结构承载能力的条件

50、下，尽可能地减少焊缝的数量、断面尺寸和长度。各梁、柱和板材的连接焊缝可设计成断续焊缝。对于搭接或丁字接头，在满足强度要求的前提下，设计成焊角尺寸较小的焊缝。焊角小，热量少，变形小。尽可能采用整体压型结构以减少焊缝数量。如客车雨檐和大腰带，设计成单独的压型件，或将雨檐和侧顶板、大腰带和下墙板冲压成一体。在冲压设备能力允许的条件下，冲压成一体的结构，可减少纵向搭接长焊缝，减小了焊接变形，同时大大减轻了雨檐和大腰带部位的腐蚀。(2)制造工艺方面 反变形法（误差补偿法）预先将焊件作出基本上能抵消焊接变形的反变形来达到防止焊接变形的目的，这种方法叫做反变形法。它既可以防止弯曲变形，又可以防止角变形。反变