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1、第二节 焊接结构的备料,备料是指钢材在焊前加工过程，即对制造焊接结构的钢材按照工艺要求进行的一系列加工。,一、原材料复验,焊接结构所采用的原材料主要有两大部分：一类是金属材料，包括钢材、有色金属及其合金，种类有板材、型材和管材；另一类是焊接材料，如焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。,（一）钢材变形的原因钢材在轧制过程中引起的变形钢材因运输和不正确堆放产生的变形钢材在下料过程中引起的变形,二、钢材的矫正,钢材在厚度放向上可以假设是由多层纤维组成的。钢材平直时，各层纤维长度都相等，即ab=cd,见图8-2-1a；钢材弯曲后，各层纤维长度不一致，即,见图8-2-1b。可见钢材的变形就是其中一部分纤维与另
2、一部分纤维长短不一致造成的。矫正是通过采用加压或加热的方式进行的，其过程是把已伸长的纤维缩短，把缩短的纤维伸长，最终使钢板厚度方向的纤维趋于一致。,（二）钢材的矫正原理,图8-2-1 钢材平直和弯曲时纤维长度的变化,a-平直；b-弯曲,（三）钢材的矫正方法 矫正就是将变形的钢材在外力作用下产生塑性变形（永久性变形），使钢材中局部收缩的纤维拉长，伸长的纤维缩短，达到金属各部分的纤维长度均匀，以消除表面不平、弯曲、扭曲和波浪变形等的缺陷，从而获得正确的形状。钢材矫正经常采用的方法有：手工矫正机械矫正,火焰矫正高频热点矫正1.手工矫正 手工矫正主要是采用手工工具，对已变形的钢材施加外力已达到矫正变形
3、的目的。见图8-2-2。工件出现较复杂的变形时，其矫正的步骤为：先矫正扭曲，后矫正弯曲，再矫正不平。手工矫正由于矫正力小、劳动强度大、效率低，只适用于矫正尺寸较小的薄板钢材。,根据刚性大小和变形情况的不同，通常有以下两种方法:（1）反向变形法（2）锤展伸长法,图8-2-2 手工矫正,1-长纤维区；2-短纤维区（锤击区）,2.机械矫正 机械矫正是利用三点弯曲使构件产生一个与变形方向相反的变形，使结构件回复平直。机械矫正使用的常用设备有：（1）专用设备：钢板矫正机、圆钢与钢管矫正机、型钢矫正机、型钢撑直机等。（2）通用设备：一般的压力机、卷板机等。机械矫正由于矫正质量好、效率高和劳动条件好，从而获
4、得广泛的应用。,图8-2-3 机械矫正示意图,a-钢板矫正；b-角钢矫正；c-型钢在调直压力机上矫正,3.火焰矫正 火焰矫正是利用气焊和气割的焊、割炬或专用的火焰矫正加热枪，加热被矫正钢材或工件的变形部位，使其在较高温度下发生塑性变形，冷却后收缩而变短，从而消除变形。火焰矫正方法简单、灵活、快速、效率高、效果好，适用于单件及小批量结构件的二次矫正。,（1）对火焰矫正效果决定的因素有：火焰加热的方式：火焰加热的方式主要有点状加热、线状加热和三角形加热。火焰加热的位置：火焰加热的位置应选择在金属纤维较长的部位或凸出部位。火焰加热的温度：生产中常采用氧-乙炔火焰加热，应采用中性焰。火焰矫正的加热方式
5、、适用范围及加热要领见表8-2-3。,表8-2-3 火焰矫正加热方式、适用范围及加热要领,（2）火焰矫正的步骤一般包括：分析变形的原因和钢结构的内在联系。正确找出变形的位置。确定加热的方式、加热位置和冷却方式。矫正后检验。,4.高频热点矫正 高频热点矫正的原理是：通入高频交流电的感应圈产生交变磁场，当感应圈靠近钢材时，钢材内部产生感应电流（即涡流），使钢材局部的温度立即升高，从而进行加热矫正。高频热点矫正的加热部位和火焰矫正时相同，加热区域的大小取决于感应圈的形状和尺寸。一般加热时间为45s,温度约为800。,高频热点矫正,（四）钢材的预处理预处理：对刚才表面进行去除铁锈、油污、氧化皮等，为后
6、续加工工作做准备的工艺称为预处理。预处理的方法：机械除锈法化学除锈法,1、机械除锈法 机械除锈法常用的有喷砂（或喷丸），手动砂轮或钢丝刷，纱布打磨，刮光或抛光等。2、化学除锈法 化学除锈法是用腐蚀性的化学溶液对钢材表面进行清理。此方法效率高，质量均匀而稳定，但成本高，并对环境造成一定污染。化学除锈法一般分为酸洗法和碱洗法。,酸洗法可以去除金属表面的氧化皮、锈蚀等污物；碱洗法主要用于去除金属表面的油污。,（一）划线 划线是根据设计图样上的图形和尺寸，准确地按1:1在待下料的钢材表面上划出加工界线的过程。划线的作用是确定零件各加工表面的余量和孔的位置，使零件加工时有明确的标志；还可以检查毛坯是否正
7、确。划线的精度要求在0.250.5mm范围内。,三、划线、放样与下料,1.划线的基本规则（1）垂线必须用作图法。（2）用划针或石笔划线时，应紧抵直尺或样板的边沿。（3）圆规在钢板上划圆、圆弧或分量尺寸时，应先打上样冲眼，以防圆规尖滑动。（4）平面划线应遵循先划基准线，后按由外向内、从上到下、从左到右的顺序划线。2.划线的方法,划线可分为平面划线和立体划线两种。（1）平面划线与几何作图相似，在工件的一个平面上划出图样的形状和尺寸，有时也可以采用样板一次划成。（2）立体划线是在工件的几个表面上划线，即在长、宽、高三个方向上划线。3.划线注意事项（1）熟悉结构件的图样和制造工艺，根据图样检验样板、样
8、杆，核对选用的钢号、规格应符合规定的要求。,（2）检查钢材表面是否有麻点、裂纹、夹层及厚度不均匀等缺陷。（3）划线前应将材料垫平、放稳，划线时要尽可能使线条细且清晰，笔尖与样板边缘间不要内倾和外倾。（4）划线时应标注各种下道工序用线，例如，展开构件的素线位置、弯曲件的弯曲范围或折弯线、中心线、比较重要的装配位置线等，并加以适当标记以免混淆。（5）弯曲焊件号料时，应考虑材料轧制的纤维方向。,（6）钢板两边不垂直时一定要去边。划尺寸较大的矩形时，一定要检查对角线（7）划线的毛坯，应注明产品的图号、件号和钢号，以免混淆。（8）注意合理排料，提高材料的利用率。4.划线标记 划线时，为了方便下道工序的加
9、工和防止错误的发生，通常划线时在坯料上打上标记，常见的标记符号及其含义见下表。,（二）放样 根据构件图样，按1:1比例或一定比例在放样平板上画出其所需图形的过程称为放样。1、放样的工具（1）放样台 放样台是进行实尺放样的工作场地，放样台要求光线充足，便于看图和划线。（2）器具 放样使用的量具有钢卷尺、90角尺、钢直尺、平尺等。,（3）其他工具 常用的工具有划针、圆规、地规、粉线等。2、放样的方法（1）实尺放样 根据图样的形状和尺寸，采用基本的作图方法，以产品的实际大小划到放样台上的工作称为实尺放样。放样基准 是零件上用来确定其他点、线、面位置的依据。,放样程序 放样程序放样程序一般包括结构处理
10、、划基本线型和展开三个部分。结构处理又称结构放样，它是根据图样进行工艺处理的过程。一般包括确定各连接部位的接头形式、图样计算或量取坯料实际尺寸、制作样板与样杆等。划基本线型是在结构处理的基础上，确定放样基准和划出焊件的结构轮廓。展开是对不能直接划线的焊件进行展开处理，将焊件摊开在平面上。,放样时首先划基准线，其次才划其他的线。对于图形对称的零件，一般先划中心线和垂直线，然后划圆周或圆弧，最后划出各段直线。对于非对称图形，先根据图形上锁标注的尺寸，找出零件的两个基准，当基准划出后，在划其他的圆弧和直线线段，最后完成整个放样工作。,（2）展开图样 把各种立体的零件表面摊平的几何作图过程称为展开放样
11、。展开原理根据组成零件表面的展开性质，分为可展表面和不可展表面两种。所谓可展开体是一条直线段以一定的倾斜角度围绕固定的轴线旋转所形成的回转体的素线。图8-2-4a所示的AB线和图8-2-4b所示的CD线。,素线的定义：一条线段在空间的运动轨迹是曲面，这个线段称为母线，母线在曲面上的任一位置称为素线。展开方法 展开方法有平行线法、放射线法和三角形法三种。1.平行线法 是将立体的表面看作由无数条相互平行的素线组成，相邻两素线及其两端线所围成的微小面积作为平面，只要将每一小平面的真实大小，依次顺序的画在平面上，就得到了立体表面展开图。,主要应用于表面素线若干部分在平面上展开。2.放射线法 适用于立体
12、表面的素线相交于一点的锥体。展开原理是将锥体表面用放射线分割成共顶的若干三角形小平面，求出其实际大小后依次将它们画在同一平面上，就得所求锥体表面的展开图。主要应用于表面素线与轴线倾斜一定角度并共同相交于轴线的制品。,3.三角形法 是将立体表面分割成一定数量的三角形平面，然后求出各三角形每边的实长，并把它的实形依次画在平面上，从而得到整个立体表面的展开图。,图8-2-4 素线示意图,（3）光学放样 用光学手段（比如摄影）将缩小的图样投影在钢板上，然后依据投影线进行划线。（三）下料 下料是用各种方法将毛坯或工件从原材料上分离下来的工序。一般情况下，下料前需要画出切割线，并依据切割线进行下料。按不同
13、的分类方法，下料分为手工下料和机械下料或冷切割和热切割。,1.手工下料（1）克切 克切原理与斜口剪床的剪切原理基本相同。它最大特点是不受工作位置和零件形状的限制，并且操作简单、灵活。克切所需克子如图8-2-5所示。,图8-2-5 克切,（2）锯割 锯割锯割所用的工具是锯弓和台虎钳。锯割可分手工锯割和机械锯割，手工锯割常用来切断规格较小的型钢或锯成切口。经手工锯割的焊件用锉刀简单修整后可以获得表面整齐、精度较高的切断面。（3）砂轮切割 利用高速旋转的薄片砂轮与钢材摩擦产生的热量，将切割处的钢材变成“钢花”喷出形成割缝的工艺。砂轮切割可以切割尺寸,小的型钢、不锈钢、轴承钢等。但砂轮切割一般是手工操
14、作，灰尘很大，劳动条件很差。切割的速度比锯割快，但切口经加热后性能稍有变化。（4）气割 气割是利用气体火焰的热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出告诉切割氧气流，使金属燃烧后放出热量而实现切割的方法。低碳钢的气割有三个阶段：预热、燃烧、熔化与吹除。,气割金属应具有如下的条件：（1）金属的燃点必须低于其熔点；（2）金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，同时流动性应好；（3）金属燃烧时应放出足够的热量；（4）金属的导热性不应过高。2.机械下料（1）剪切 利用上、下两个剪刀刃的相对运动切断材料的加工方法。常用剪切设备包括平口,剪床、斜口剪床、龙门剪床、圆盘剪床等。剪切的经济效益、生产率较高，但切口粗
15、糙。（2）热切割 包括数控气割、等离子弧气割、光电跟踪气割等。数控气割：是利用电子计算机控制的自动切割。数控气割的精度较高，其生产率也比较高，适用于自动化的成批生产。,等离子气割：是利用高温高速的等离子弧，将切口金属及氧化物熔化，并将其吹走而完成切割的过程。等离子切割可以切割各种金属。目前主要用于切割不锈钢、铝、镍、铜及其合金等金属盒非金属材料。光电跟踪气割：利用光电原理对切割线进行跟踪移动的气割机。适用于形状复杂零件的切割。,数控气割机工作原理方框图,光电跟踪原理图,3.冲裁 是利用模具使板料分离的冲压工艺方法。根据零件在模具中的位置的不同，冲裁分为落料和冲孔两种。封闭线以内称为落料；封闭线
16、以外称为冲孔。,（四）边缘加工 边缘加工主要指焊接结构零件的坡口加工。常用的方法有机械切削和气割两类。1.机械切削坡口 常采用刨边机、坡口加工机和铣床、刨床等。（1）刨边机 可加工各种形式的直线坡口，表面粗糙度低，加工尺寸准确，特别适用于低合金高强钢、高合金钢、复合钢板及不锈钢等加工。,焊接结构件在下列情况下应进行刨边：去掉剪切形成的加工硬化层。去掉某些高强度钢材气割后的切口表面。零件的装配尺寸精度要求高。（2）坡口加工机 这种设备体积小、结构简单、操作方便、效率高，适用于加工圆板和直板构件。最大加工厚度为70mm,坡口加工机由于受铣刀结构的限制，不能加工U形坡口及坡口的钝边。,2.坡口气割
17、单面坡口半自动气割时，可用半自动气割机来进行气割，气割规范可比同厚度直线气割时大些。使用13把割炬时，一次可切割出I、V和X型坡口。,坡口加工机,1-控制柜；2-导向装置；3-床身4-压紧和防翘装置；5-铣刀；6-工作台,V形坡口气割,对有不同角度或曲面要求的构件或零件，选择折边、弯曲、压滚、制孔等方法，使钢材塑性变形，已达到所需要的形状，这种加工工艺称为成型加工。（一）折边 折边是把工件折成一定角度。折边常用的设备有摆梁式弯曲机和折边液压机。折边加工形式如图8-2-6所示。,四、成型加工,图8-2-6 折边加工示意图,（二）弯曲 弯曲包括弯板、弯管和型钢的弯制等。1.弯板,弯板是将钢板在冷态
18、或热态下，弯制成圆柱形或圆锥形筒体。三辊卷板机的工作原理如图8-2-7所示。,图8-2-7 三辊卷板机工作原理加工示意图,1-上辊；2-板材；3-下辊,按卷板的温度不同，可分为冷卷、热卷和温卷三种形式。（1）冷卷 它在常温下，适用于薄板及中厚板，这种方法操作简单、曲率容易控制，较为经济实用。但在卷制较厚的板材时，由于厚度较大，卷制时板材有回弹现象，并易产生冷作硬化现象。（2）热卷 是指在温度不低于700条件下卷制。,常用厚钢板卷板制成型。（3）温卷 是指板材加热到500600时进行的卷制。根据要求，需做消除应力热处理。,2.弯曲成形 将坯料弯成所需形状的加工方法为弯曲成形，简称弯形。弯形时根据
19、坯料温度分冷弯和热弯。根据弯形的方法分手工弯形和机械弯形。（1）钢材弯曲变形的过程：初始阶段 当在弯曲力矩作用下，坯料发生弯曲。其内层金属在压应力作用下被压缩缩短，外层金属受拉应力作用而伸长。初始阶段应力较小，坯料只发生弹性变形。,塑性变形阶段 弯矩足够大时，应力达到材料屈服点后开始产生塑性变形。坯料的内外表面首先由弹性变形状态过渡到塑性变形状态，以后塑性变形由内、外表面向中心扩展。断裂阶段 随弯矩增大，当坯料弯曲半径小到一定程度时，将因变形超过自身变形能力的限度，而在坯料受拉伸的外表面首先出现裂纹，并向内伸展，致使材料发生断裂破坏。,（2）钢材的变形特点对弯曲加工的影响 回弹现象：弯曲后的零
20、件，因材料的变形作用，使其弯曲角度与模具角度不一致的现象。减少回弹现象的措施有：将凸模角度减去一个回弹角。采用校正弯曲。减少凸模与凹模的间隙。采用拉弯的工艺。采用加热弯曲。,最小弯曲半径：材料在不发生破坏的情况下所能弯曲的最小的曲率半径。影响最小弯曲半径的因素：材料塑性越好，最小弯曲半径越小。当半径/直径比值不变时，弯曲角越小，最小弯曲半径越小。当弯曲线与钢板的纤维方向垂直时，弯曲半径可以小些。表面质量较差时，弯曲半径较大。材料的厚度和宽度等因素也对最小弯曲半径有影响。,（三）型钢的弯曲 常用的设备有卷板机和专用的型钢弯曲机。（四）压制成型 大型形状复杂的工件，批量不大，可以采用爆炸成型加工。
21、1.爆炸成型的基本原理 爆炸成形是将爆炸物质放在一特制的装置中，点燃爆炸后，利用所产生的化学能,在极短的时间内转化为周围介质(空气或水)中的高压冲击波，爆炸成形可以对板料进行多种工序的加工，例如拉延、冲孔、剪切、翻边、胀形、校形、弯曲、压花纹等。,2.爆炸成型的主要特点（1）爆炸成型不需要成对的刚性凸凹模，同时对坯料施加外力，而是通过传压介质(水或空气)来代替刚性凸模的作用。因此，可使模具结构简化。（2）爆炸成型可加工形状复杂，刚性模难以加工的空心零件。（3）回弹小、精度高、质量好。由于高速成形零件回弹特别小，贴模性能好，只要模具尺寸准确，表面光洁，则零件的精度高，表面粗糙度值小。,（4）爆炸
22、成型属于高速成形的一种，加工成形速度快(只需1s)，操作方便，成本低、产品制造周期短。（5）爆炸成型不需要冲压设备。可成型零件的尺寸不受设备能力限制，在试制或小批生产大型制品时，经济效果显著。3.爆炸成形应注意的事项（1）爆炸成型时，模腔内应保持一定的真空度，空气的存在会阻止坯料的顺利贴模，而影响零件表面粗糙度。（2）爆炸成形必须采用合理的密封装置，如果密封装置不好，会影响零件的表面质量。,单件及小批生产时，可用粘土与油脂的混合物作为密封材料，批量较多时宜采用密封圈结构。（3）爆炸成形在操作中有一定危险性，因此，必须熟悉炸药的特性，并严格遵守安全操作规程。,（五）制孔 通常配备固定式或移动式摇臂钻和立钻。较高生产率的制孔方法是冲孔，可在冲压机、冲孔机或联合冲剪机上进行。冲孔过程与剪切类似，故同样存在冷作硬化区，可采用扩孔方法去除。,
