焊接结构生产-装配—焊接工艺装备

2)支承钉和支承板一般有固定式和可调式两种，如图5-4所 示。
图5-4支承钉(板)的结构形式 a)固定式支承钉b)可调式支承钉c)支承板 1—齿纹头式2—焊件3—球头式4—平头式
(2)圆孔定位用定位器利用零件上的装配孔、螺钉孔或螺栓孔及专用定 位孔等作为定位基准时，多采用定位销(图5-5)和定位心轴定位。以孔 为定位基准，应使孔的轴心线与夹具上相关定位元件轴心线重合(同 轴)。若焊件以圆锥孔为定位基准时，用圆锥心轴和圆锥销作为定位元 件。零件用圆柱孔作为定位基准时，用圆锥形定位销有它特殊的优点。 如图5-6ａ所示，它可以消除因定位基准的偏差所引起的径向定位误差， 最大缺点是容易发生零件偏斜而造成误差，如图5-6ｃ所示。解决的办 法是尽量减小圆锥角，使插入定位销的零件孔壁发生弹塑性变形，零 件和定位销之间由线接触变为面接触，从而消除零件的倾斜。
图5-9斜楔夹紧器工作示意 图
(2)螺旋夹紧器螺旋夹紧器一般由螺杆、螺母和主体三部分组成，如图 5-10所示，通过螺杆与螺母的相对旋动达到夹紧工件的目的。
为避免螺杆直接压紧焊件造成表面压伤和产生位移，通常是在螺 杆的端部装有可以摆动的压块。图5-11是常用摆动压块的结构形式。 图5-11a型压块端面光滑,用来夹紧已加工表面；图5-11b型压块端面带 有齿纹，用于比较粗糙的零件表面。压块与螺杆间采用螺纹或钢丝挡 圈略微活动的联接方式。
综合知识模块二 装配—焊接夹具
焊件的定位及定位器
焊接结构生产中经常采用的有装配定位焊夹具、焊接夹具、矫正 夹具等。其中，定位是夹具结构设计及夹具应用的关键问题，定位方 案一旦确定，则其他组成部分的总体配置也基本随之而定。
一、定位原理 图5-2焊件的定位在装焊作业中，将焊件按图样或工艺要求在夹
焊接结构生产
第五单元 装配—焊接工艺装备
【学习目标】 了解焊接工装的作用、分类和基本组成；掌握焊接工装夹具定位
器的定位原理和使用方法；掌握使用夹紧机构的技术要领；熟悉焊接 变位机械的应用。
合知识模块一 焊接工装概述
装配—焊接工艺装备是指在焊接结构生产的装配与焊接过程中， 起配合及辅助作用的夹具、机械装置或设备的总称，简称焊接工装。 焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装 备。焊接变位机械是指改变焊件、焊机或焊工的位置来完成机械化、 自动化焊接的各种机械装备。
图5-2焊件的定位
焊件上这些具体表面在装配过程中叫做定位基准。根据图5-2可作 如下分析： 1)表面A上的三个支承点限制了焊件的三个自由度，这个表面叫做 主要定位基准。连接三个支承点所得到的三角形面积越大，焊件的 定位越稳定，也越能保持零件间的位置精度，同时主要定位基准面 往往承受较大的外力，所以通常是选择焊件上最大表面作为主要定 位基准面。 2)表面B上的两个支承点限制了焊件的两个自由度，这个表面叫做 导向定位基准。表面B越长，这两个支承点间的距离越远，而焊件对 准夹具平面的位置就越准确、可靠。所以通常选取焊件上最长的表 面作为导向定位基准。 3)表面C上有一个支承点，可以限制焊件最后一个自由度，这个表 面叫做止推定位基准。通常是选择焊件上最短、最窄的表面作为止 推定位基准。
焊接工装的作用与分类
1.焊接工装的作用 焊接操作在焊接结构生产全过程中所需作业工时较少(仅占25%～3
0%)，大部分工时用于备料、装配及其他辅助工作。这些工作影响了 焊接结构生产进度，特别是伴随高效率焊接方法的应用，这种影响日 益突出。解决这一影响的最佳途径是大力推广使用机械化和自动化程 度较高的焊接工装。 焊接工装的作用主要表现在如下几方面：
图5-15杠杆夹紧器结构形式
(5)铰链夹紧机构铰链夹紧机构是用铰链把若干个杆件连接起来实现 夹紧焊件的机构，如图5-16所示。 铰链夹紧机构的夹紧力小、自锁性能差、怕振动。但夹紧和松开的动 作迅速，夹头开度大，机动灵活，焊件的装卸方便。因此，在大批量 的薄壁结构焊接生产中广泛采用。 2.气动与液压夹紧机构
小知识在先进的工业国家，对广泛采用的一些夹紧机构已经标准 化、系列化。设计时进行选用即可。我国焊接工作者正进行着这方面 的研究开发工作。个别夹紧机构已有商品供应。 1)定位准确、夹紧可靠。 2)防止和减小焊接变形，减轻了焊接后的矫正工作量。
3)能够保证最佳的施焊位置，焊缝的成形性优良，工艺缺陷明显 降低，可获得满意的焊接接头。 4)利用焊接工装进行焊件的定位、夹紧以及翻转等繁重的工作， 改善了工人的劳动条件。 5)可以扩大先进工艺方法和设备的使用范围，促进焊接结构生产 机械化和自动化的综合发展。 2.焊接工装的分类 焊接工装的形式多种多样，可按其功能、适用范围或动力源等进 行分类。
图5-5定位销的结构形式
图5-6用圆锥体定位销定位圆柱孔 ａ)孔径的偏差ｂ)零件的偏斜ｃ)接触面变形 定位
(3)外圆表面定位用定位器生产中，管子、轴及小直径圆筒节等圆柱 形焊件的固定和定位多采用V形块来保证外圆柱面的轴心线在夹具中 有预定的位置，如图5-7所示。图5-7c是V形块与螺旋夹紧器配合使 用的工作状态。V形块的两个斜面也可以用两滚轮来代替，以便转动 零件(图5-7ｄ)。
图5-16铰链夹紧机构结构形式 1—夹紧杆2—手柄杆3—连杆4—支座(架)5—螺杆
(2)液压夹紧器液压夹紧器的传动系统由油箱、过滤网、电动机、 液压泵、压力表、单向阀、换向阀、液压缸等基本部件组成。图51７所示是液压撑圆器结构形式，适用于厚壁筒体的对接、矫形及 撑圆装配。
图5-17液压撑圆器结构形式 1—心盘2—连接板3—推撑头4—支撑杆5—缓冲弹 簧 6—支撑板7—操作机伸缩臂8—液压缸9—导轨花 盘
气动夹紧器是以压缩空气为动力源，推动气缸动作实现夹紧作用 的机构。液压夹紧器是以压力油为动力源，推动液压缸动作实现夹紧 作用的机构。
(１)气动夹紧器气动夹紧器由气体供应系统(如管道、各种阀等)、 压缩空气动力头(如气缸)、夹紧机构(通过杠杆、楔、斜槽和气动夹 紧器配合)等几部分所组成。 气动夹紧器结构类型很多，表5-1列举了几种较为典型的示例。
具中得到确定位置的过程称为定位。在空间直角坐标系中如果不对物 体施加约束和限制，会有六个自由度，即沿Ｏｘ、Ｏｙ、Ｏｚ三个轴 向的相对移动和三个绕轴的相对转动，如图5-2a所示。若将坐标平面 看作是夹具平面，要使焊件在夹具中具有准确和确定不变的位置，必 须限制这六个自由度。每限制一个自由度，焊件就需要与夹具上的一 个定位点相接触，这种用分布适当的六个定位支承点，来限制工件六 个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，就是夹具的“六点定位 规则”。
4)焊件的六个自由度均被限制的定位称为完全定位；焊件被限制的自 由度少于六个，但仍能保证加工要求的定位称为不完全定位。在焊接 生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力与变形，有些自由 度是不宜限制的，故可采用不完全定位的方法。 二、定位基准的选择 选择定位基准时需着重考虑以下几点： 1)定位基准应尽可能与焊件设计基准重合。 2)应选用焊件上平整、光洁的表面作为定位基准，当定位基准面上有 焊接飞溅物、焊渣等不平整时，不宜采用大基准平面或整面与焊件相 接触的定位方式，而应采取一些突出的定位块以较小的点、线、面与 焊件接触的定位方式。
图5-1所示是一种典型的夹紧装置，力源装置(气缸)是产生夹紧 作用力的装置，通常是指机动夹紧时所用的气压、液压、电动等动力 装置；中间传动机构(斜楔)起着传递夹紧力的作用，工作时可以通过 它改变夹紧作用力的方向和大小，并保证夹紧机构在自锁状态下安全 可靠；夹紧元件(压板)是夹紧机构的最终执行元件，通过它和焊件受 压表面直接接触完成夹紧；焊件通过定位销钉6进行定位。
作的元件称为夹紧器。夹紧器是装配焊接夹具组成中最重要、最 核心的部分。 1.常用夹紧器 夹紧器的种类很多，常用的结构形式有以下几种： (1)楔形夹紧器楔形夹紧器主要通过斜面的移动所产生的压力夹紧焊件。 图5-9所示是斜楔工作示意图。
图5-9斜楔夹紧器工作示意 图
(2)螺旋夹紧器螺旋夹紧器一般由螺杆、螺母和主体三部分组成，如 图5-10所示，通过螺杆与螺母的相对旋动达到夹紧工件的目的。
焊接工装的基本组成
装配—焊接夹具一般由定位件(或装置)、夹紧元件(或装置)和 夹具体组成。焊接变位机械基本由驱动机构(力源装置)、传动装置(中 间传动机构)和工作机构(定位及夹紧机构)三个基本部分组成，并通过 机体把各部分连结成整体。
图5-1焊接工装的基本组成 1—气缸2—斜楔3—辊子 4—压板5—焊件6—定位销钉
3)定位基准夹紧力的作用点应尽量靠近焊缝区。 4)可根据焊接结构的布置、装配顺序等综合因素来考虑。 5)应尽可能使夹具的定位基准统一。这样，有利于组织生产和夹具的 设计与制造。
检验定位基准选择的是否合理的标准是：能否保证定位质量，是 否方便装配和焊接，以及是否有利于简化夹具结构等。 三、定位器及其应用
图5-10螺旋夹紧器结构形式 1—主体2—螺杆3—螺母
图5-11摆动压块结构形式
螺旋夹紧器的缺点是夹紧动作缓慢(每转一圈前进一个螺距)，辅助 时间长和工作效率不高。为了克服上述缺点，研制出了几种快速夹 紧的结构形式，如图5-12所示。
图5-12快速夹紧的螺旋夹紧器结构形 式 a)旋转式b)铰接式c)快撤式
图5-7
工件以外圆柱为定位基准时，也可以采用定位套筒、定位环等作 为定位元件。另外，定位样板可以借助零件上的圆孔、边缘、凸缘等 任何支承轮廓来确定其他待安装零件的位置，如图5-8所示。
图5-8定位样板
焊件在夹紧机构中夹紧
利用某种施力元件或机构使焊件达到并一直保持预定位置的操作 称为夹紧，用于夹紧操小知识在装配定位中，所有的定位方法可以单 独使用，也可以同时使用，互为补充，以方便定位操作和保证定位准 确。
3.专用夹具 专用夹具是指在专用夹具体上，由多个多种夹紧机构和定位器组合
而成的，具有专一用途的焊接工装夹具装置，是针对某种产品的装配与 焊接需要而专门制作的。
图5-18所示是箱形梁的装配夹具，夹具的底座1是箱形梁水平定位 的基准面，下盖板放在底座上面，箱形梁的两块腹板用电磁夹紧器4吸 附在立柱2的垂直定位基准面上，上盖板放在两腹板的上面，由液压杠 杆夹紧器3的钩头形压板夹紧。箱形梁经定位焊后，由液压缸5从下面把 焊件往上部顶出。 4.组合夹具
将图5-2b中的小圆块视为定位点，依靠夹紧力F1、F2、F3来 保证焊件与夹具上定位点间的紧密接触，则可得到焊件在夹具中 完全定位的典型方式。在ｘＯｚ面上设置了三个定位点，三个定 位点不能在同一条直线上，可以限制焊件沿Ｏｙ轴方向的移动和 绕Ｏｘ轴、Ｏｚ轴的转动三个自由度；在ｙＯｚ面上有两个定位 点，两定位点的连线不能与ｘＯｚ面和yOz的交线垂直，可以限制 焊件沿Ｏｘ轴方向的移动和绕Ｏｙ轴的转动两个自由度；在ｘＯ ｙ面上设置一个定位点，用以限制焊件沿Ｏｚ轴方向的移动一个 自由度。
定位器是保证焊件在夹具中获得正确装配位置的零件或部件。定 位器的形式有多种，如挡铁、支承钉或支承板、定位销及V形块和定位 样板五类。 (1)平面定位用定位器焊件以平面定位时常采用挡铁、支承钉(板)等进 行定位。 1)挡铁是一种应用较广，可使焊件在水平面或垂直面内进行定位,如图 5-3所示。
图5-3挡铁的结构形式 a)固定式b)可拆式c)永磁式d)可退式
螺旋夹紧器在焊接结构生产中应用很广泛，例如应用于工字梁的 装配、对齐对接钢板错边以及装配压力容器人孔等，如图5-13所示。
图5-13螺旋夹紧器结构形式 a)装配工字梁b)对齐对接钢板错边c)装配压力容器人 孔
(3)偏心轮夹紧器如图5-1４所示。
偏心轮夹紧器夹紧动作迅速(手柄转动一次即可夹紧零件)，有一 定自锁性，结构简单，但行程较短。特别适用于尺寸偏差较小、夹紧 力不大及很少振动情况下的成批大量生产。 (4)杠杆夹紧器图5-15a所示是一个典型的杠杆夹紧器。当向左推动手 柄时，间隙s增大，焊件则被松开；当向右搬动手柄时，则焊件夹紧。 图5-15b所示是螺旋—杠杆夹紧器，特点是夹紧力集中在三点，并很容 易设计出适应各种夹紧位置的。