环缝焊机总体结构设计

目录

前言 (1)

1 绪论 (3)

1.1 我国焊接技术的发展水平 (3)

1.2 本课题的目的和研究意义 (4)

2 研究现状及设计目标 (6)

2.1 相近研究课题的特点及优缺点 (6)

2.2 现行研究存在的问题及解决方法 (7)

2.3 本课题要达到的设计目标 (80)

3 焊接过程中要解决的几个问题 (9)

3.1 需要解决的问题 (9)

3.2 具体实现中采用的技术及分析 (9)

3.2.1 焊接裂纹 (9)

3.2.2 未焊透 (13)

3.2.1 夹渣 (13)

3.2.2 气孔 (14)

3.2.1 焊缝外观缺陷 (14)

4 系统结构与模型 (17)

4.1 结构特点及主要技术参数 (17)

4.2 整体结构与原理 (17)

4.2.1 整体结构 (17)

4.2.2 技术原理 (18)

5 系统各部分实现方法及部件选择 (20)

5.1 系统各部分实现方法及部件选择 (20)

5.1.1 平台的升降 (20)

5.1.2 伸缩臂进给 (23)

5.1.3 台车的运行 (24)

5.2 设计实现策略及算法描述 (25)

5.2.1 驱动伸缩臂的齿轮校核 (25)

5.2.2 行走机构计算 (25)

5.2.3 升降机构计算 (29)

5.2.4 伸缩机构计算 (32)

6 设计中的注意事项及环形缝焊机的未来展望 (34)

6.1 设计中的注意事项 (36)

6.2 环缝焊机的发展前景 (36)

6.2.1 爬行小车式焊管机 (36)

6.2.2 长输管道自动焊接机 (36)

6.2.3 环缝焊机焊头自动跟踪系统 (38)

6.2.4 焊接机器人 (39)

7 结束语 (40)

致谢 (41)

参考文献 (42)

附录A 译文 (43)

附录B 外文文献 (53)

前言

焊接是现代工业生产中不可缺少的先进制造技术，被广泛应用于机械、冶金、电力、电子、压力容器、汽车、船舶、建筑、航空航天和军事装备等产业部门。现代工业的新技术的发展离不开焊接技术，而焊接技术也会得到其他奥新技术的支持。在当今新技术革命的浪潮中，焊接技术越来越受到各行各业的密切关注。

焊接技术涉及的范围及其应用非常广泛。随着现代先进制造技术的发展，特别是我国改革开放以来，焊接工艺以及焊接设备的研究与应用都有了全新的发展面貌，这使我对焊机产生浓厚兴趣。虽然近年来大多数焊接装备均采用最先进的自动控制技术，如数字控制系统，基于PC机控制系统，智能化控制系统和网络控制系统等，但是为了突出我的专业方向，我将这次毕业设计的重点放在了焊机的总体结构设计方面。焊机结构采用伸缩臂式焊接操作方式，工作方式是焊机与滚轮架组合应用。

由于我对焊接的认识只是停留在日常见到的设备和技术上，这些表面上的认识对我的设计来说还远远不够。所以为了做好我所选择的毕业设计课题，在实际设计之前，我先在网上搜索了一些焊接技术和焊机的相关知识，对焊机的种类和外部构造有了初步了解。在此基础上，又到图书馆借阅了焊机的相关书籍，对伸缩臂式焊机的结构有了基本上的认识。随后，指导老师又给我对环缝焊机进行了深入的讲解。通过参阅相关机械设计资料，毕业临近，四年大学学习生活也即将结束。我忠心的感谢四年来各科老师对我的辛苦教导，在这里我想说一句：“谢谢老师，你们辛苦了！”

绪论

1.1我国焊机的整体发展水平

世界现代焊接技术以高效、节能、优质及其工艺过程数字化、自动化、智能化控制为特征。在国内，无论是从目前焊接设备和材料产量构成比的发展趋势，

还是从焊接设备和材料的制造技术以及发展方向上看，我国现代焊接技术已经有了很大的发展，部分产品技术已经达到或接近了国外先进水平。今后我国现代焊机技术将继续向着高效、节能、机电一体化和成套焊接设备以及规模生产方面发展。

1.智能及自动、半自动焊接技术快速发展

自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机、电阻焊机等产品，是实现优质、高效焊接工艺的必备条件，2000-2002年/MIG/MAG焊机产量，占总产量11%-13%，

比上年增长26%-63%，埋弧焊产量增长107%-150%。2000年我国电弧焊机器人已达980台。

通过模糊控制、神经网络、传感器、数据库（专家系统）、IC卡、数字化控制对焊接电流进行精细智能调节，把焊接“粗活”做细、做快等等，科研水平达到或接近国外先进水平，但在实际应用上，与国外的差距较大。

2.成套、抓用焊接设备整体制造能力与水平有较大提高

近年来，由于用户更高的要求，我国成套、专用焊接设备不仅整体制造能力与水平有较大提高，发展出现较好的势头，还在基础件、配套件的选用方面下了功夫，并有许多新突破，通用产品部分已接近或达到国外的水平，但是特种焊接设备和重大装备的生产水平远不能满足国内用户的需求，进口额度有增无减，达到近3亿美元，与我国焊机年产总值相当。

3.焊接材料生产水平迅速增长，产品结构变化大

我国焊丝产量从1995-2000年的63万吨增至109万吨，其中，实芯焊丝从6万吨增至11万吨；埋弧焊丝从2.3万吨增至6万吨。可见，焊丝生产与焊条比较有较大幅度的增长，从而推动了半自动、自动焊方法的推广。尤其是大型或特大焊接结构厂，焊丝和自动化试用已达78%。2000年我国焊丝用量为109万吨，完成的焊接结构4950万吨，占钢材产量的35%，焊材产量与钢材产量之比为0.83%，大于世界发展中国家的比例（0.5%-0.8%）。

1.2本课题的目的和研究意义

外国专家认为：“到2020年焊接扔将是制造业的重要加工工艺。它是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有启发方法能够比焊接更为广泛的应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值。”

世界钢及其他金属产量、品种的不断增长及其对制品质量、性能要求的日益提高。特别是随着我国的入世及质量、性能要求的日益提高。特别是随着我国的入世及世界制造加工基地向我国的不断转移，作为工业缝纫机、线（材料）的焊割机和焊丝、焊条的数量、质量和品位及其自动化生产水平，也将有很大提高。按每亿吨钢材需求25万台焊机，我国每年消耗3亿吨钢材（焊接结构约1.2吨）统计，需要焊机约75万台。不难预测，今后10年8年内它们将会继续保持持续高速发展。为适应国内外市场急速发展和激烈竞争的需求，焊接设备与材料制造业将以市场为目标，进行传统、通用产品的改造、产品结构的调整、质量认证和规范管理，组织规模化、专业化、自动化的批量生产；同时加强对现代焊接技术的研究开发，特别是发展高效、节能、高性能、优质和多丝告诉焊接设备、重大装备及其数字化控制技术和新焊接材料，取代进口，争取出口。

尤其在近年来，随着我国大型骨干企业焊接技术的改造，我国焊接装备制造行业亦有了长足的进步。焊接装备的成套性，自动化程度，制造精度和整体质量明显提高，其应用范围正逐步扩大，尤其是我国制定拉动内需的政策，焊接装备制造业加快发展。我国近几年国民经济形势持续向好，为焊接装备制造行业的发展也创造了有利条件。世界制造中心向中国转移，使我国成为世界制造大国，大量的焊接设备出口订单，也是行业高速发展源源不断的推动力量。

随着国家冶金、矿山、起重、锻压、焦炉、塔架等开发投资力度的增加，给我国焊接装备制造业带来了新的发展机遇。尤其是我国加入WTO以后，焊接装备制造业面临着更激烈的竞争。由此可以看出，焊接技术仍然严重制约着重型机械行业的产量、质量、成本和生产周期。结合我国国情，焊接装备制造业的发展方向应是努力提高焊接设备和工艺技术水平，平衡发展焊接相关技术，结合新产品开发及新项目立项，研究应用焊接新工艺、新设备、新材料和新技术，进一步提