1、第五章第五章 焊接工艺装备实例焊接工艺装备实例第一节第一节 装配定位焊夹具装配定位焊夹具 装配定位焊夹具主要起定位与夹紧的作用，装配定位焊夹具主要起定位与夹紧的作用，通常由定位元件、夹紧机构和夹具体组成。通常由定位元件、夹紧机构和夹具体组成。用于定位焊、点焊、钎焊。用于定位焊、点焊、钎焊。一一 斜撑杆的定位焊夹具斜撑杆的定位焊夹具 P189图图5-l。夹具体采用槽钢焊接结构。平面。夹具体采用槽钢焊接结构。平面钩型夹紧器可选用。钩型夹紧器可选用。四零件：二园管四零件：二园管采用钩型夹紧器定位采用钩型夹紧器定位夹紧。右端耳子夹紧。右端耳子由定位销。左端衬套由定位销。左端衬套由削由削边销边销二二 锥
2、形段锥形段与凸缘的与凸缘的装配定位装配定位焊夹具焊夹具P190图图5-2 相当于专相当于专用点焊机用点焊机锥形段与凸缘的装配定位焊夹具锥形段与凸缘的装配定位焊夹具1 1上电极；上电极；2 2螺母；螺母；3 3导向衬套；导向衬套；4 4上圆盘；上圆盘；5 5凸缘凸缘6 6中心杆；中心杆；7 7锥形段；锥形段；8 8下圆盘；下圆盘；9 9下电极下电极三三 支承罩支承罩6与内锥体组件与内锥体组件7的连续点焊夹具。的连续点焊夹具。把把P190图图53相当于专用点焊机相当于专用点焊机支承罩与内锥体组件的连续点焊夹具支承罩与内锥体组件的连续点焊夹具1微调螺钉；微调螺钉；2螺钉；螺钉；3支座；支座；4下电极
3、；下电极；5上电极；上电极；6支承罩；支承罩；7内锥体组件；内锥体组件；8螺母；螺母；9芯轴；芯轴；10底盘；底盘；11卡爪；卡爪；12压力弹簧压力弹簧四四 换热器芯体的装配钎焊夹具换热器芯体的装配钎焊夹具P191图图5-4 5-5换热器芯体与钎焊原理：芯体由翅片、隔板、长换热器芯体与钎焊原理：芯体由翅片、隔板、长短封条组成。隔板覆盖钎料短封条组成。隔板覆盖钎料,盐浴钎焊。盐浴钎焊。装配、焊接夹具：焊接夹具放在装配夹具中，钎装配、焊接夹具：焊接夹具放在装配夹具中，钎焊时留下装配夹具。焊时留下装配夹具。夹紧机构：不能只用螺旋夹紧，原因为钎料的溶夹紧机构：不能只用螺旋夹紧，原因为钎料的溶化及夹具的
4、不锈钢与芯体的铝合金的膨胀系数化及夹具的不锈钢与芯体的铝合金的膨胀系数不同，采用螺柱上装弹簧。不同，采用螺柱上装弹簧。焊接夹具体：井字形骨架焊接夹具体：井字形骨架第二节第二节 焊接变位机械焊接变位机械定义：焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工位定义：焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械装置。置来完成机械化、自动化焊接的各种机械装置。分类：焊接变位机械可分为三大类，如下图示。分类：焊接变位机械可分为三大类，如下图示。焊接变位机（焊接变位机（positioner）：是将工件回转、倾斜，使）：是将工件回转、倾斜，使工件上的焊缝置于有利施焊位置的焊件变位机械。用工件上
5、的焊缝置于有利施焊位置的焊件变位机械。用于机架、机座、法兰、封头等非长形工件的翻转变位于机架、机座、法兰、封头等非长形工件的翻转变位和焊接，也可用于装配、切割、检验等。和焊接，也可用于装配、切割、检验等。焊接滚轮架（焊接滚轮架（turning rolls）：是借助主动滚轮与工件）：是借助主动滚轮与工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊件变位机械。用之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊件变位机械。用于筒形工件的装配与焊接于筒形工件的装配与焊接。焊接回转台（焊接回转台（welding turntable）：是一种简化的变）：是一种简化的变位机，它将工件绕垂直轴回转或者固定某一角度倾斜位机，它将工件绕垂直
6、轴回转或者固定某一角度倾斜回转。主要用于回转体工件的焊接、堆焊与切割。回转。主要用于回转体工件的焊接、堆焊与切割。焊接翻转机（焊接翻转机（welding tilter）：是将工件绕水平轴转）：是将工件绕水平轴转动或倾斜，使之处于有利装焊位置的焊件变位机械。动或倾斜，使之处于有利装焊位置的焊件变位机械。主要适用于梁柱、框架、椭圆容器等的焊接。主要适用于梁柱、框架、椭圆容器等的焊接。焊接操作机（焊接操作机（manipulator）：是将焊机机头准确地送）：是将焊机机头准确地送到并保持在待焊位置，或以选定的焊接速度沿规定的到并保持在待焊位置，或以选定的焊接速度沿规定的轨迹移动焊机机头。轨迹移动焊机机
7、头。一、焊接变位机一、焊接变位机1.结构形式结构形式 焊接变位机按结构形式可分为三种：焊接变位机按结构形式可分为三种：(1)伸臂式焊接变位机伸臂式焊接变位机 p192图图5-7 回转工作台安装在伸臂一端，绕自身轴线回转。伸回转工作台安装在伸臂一端，绕自身轴线回转。伸臂则绕倾斜轴翻转，适用于臂则绕倾斜轴翻转，适用于1t以下的中小型工件焊接以下的中小型工件焊接变位。变位。(2)座式焊接变座式焊接变位机位机 P192图图5-8工作台连同回转工作台连同回转传动装置，通传动装置，通过扇形齿轮支过扇形齿轮支承在支座上，承在支座上，用于用于150t的的工件翻转变位，工件翻转变位，常与焊接操作常与焊接操作机或
8、机器人联机或机器人联机使用。机使用。座式焊接变位机座式焊接变位机 1回转工作台；回转工作台；2倾倾斜轴；斜轴；3扇形齿轮；扇形齿轮；4机座机座(3)双座式焊接变位机双座式焊接变位机 P193图图5-9 工作台连同回转机构一起安装在一个元宝形梁上，适工作台连同回转机构一起安装在一个元宝形梁上，适于于 50t以上工件变位。以上工件变位。双座式焊接变位机双座式焊接变位机1工作台；工作台；2回转机构；回转机构；3元宝形梁；元宝形梁；4机座；机座；5倾斜机构倾斜机构 派生机构：派生机构：p193图图5-102.驱动机构驱动机构 焊接变位机一般可实现两种基本动作：焊接变位机一般可实现两种基本动作：(1)工
9、作台带动工件绕工作台的旋转轴作正、反工作台带动工件绕工作台的旋转轴作正、反360的旋转。的旋转。(2)工作台面的倾斜。有的中型焊接变位机工作工作台面的倾斜。有的中型焊接变位机工作台还有升降运动。台还有升降运动。回转运动：多采用直流电动机驱动，无级变速，回转运动：多采用直流电动机驱动，无级变速，也可采用交流电动机变频调速。也可采用交流电动机变频调速。也可采用液压马达及人力驱动。也可采用液压马达及人力驱动。倾斜运动：有两种驱动方式，倾斜运动：有两种驱动方式，一是电动机经减一是电动机经减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜，另速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜，另一种是采用液压油缸推动工作台倾斜。
10、一种是采用液压油缸推动工作台倾斜。升降运动：一般采用液压驱动升降运动：一般采用液压驱动与焊接机器人配套使用的变位机：一般为数控式，与焊接机器人配套使用的变位机：一般为数控式，采用步进电动机驱动，有很高的定位精采用步进电动机驱动，有很高的定位精 度度(0.51mm)，传动链中多采用谐波减速器、，传动链中多采用谐波减速器、滚珠丝杆、精密齿轮副等传动元件。滚珠丝杆、精密齿轮副等传动元件。运动控制：在工作台回转、倾斜传动系统中，常运动控制：在工作台回转、倾斜传动系统中，常设有一级蜗轮蜗杆传动，使其具有自锁功能。设有一级蜗轮蜗杆传动，使其具有自锁功能。有的为了精确定位，还设有制动装置。另外，有的为了精确
11、定位，还设有制动装置。另外，在驱动系统的控制回路中应设行程保护、过载在驱动系统的控制回路中应设行程保护、过载保护、断电保护等。保护、断电保护等。实例：实例：1.5t座式焊接变位机座式焊接变位机 P194图图5-11 P195图图5-12：载重图：载重图 P195图图5-13：传动简图：传动简图3.导电装置导电装置 焊接变位机多用于电弧焊，此时转台和工焊接变位机多用于电弧焊，此时转台和工件作为焊接电源两次回路的一个组成部分，必件作为焊接电源两次回路的一个组成部分，必须设有导电装置。须设有导电装置。形式：导电装置有电刷的、铜盘的、水银的等各形式：导电装置有电刷的、铜盘的、水银的等各种各样的形式，目
12、前主要采用电刷式导电装置。种各样的形式，目前主要采用电刷式导电装置。电刷式导电装置：它主要由电刷、电刷盒、刷架电刷式导电装置：它主要由电刷、电刷盒、刷架组成，结构形式多样。组成，结构形式多样。如如p196图图5-14所示。所示。P195表表5-1。要求：工件或机头转动时不缠绕电缆，同时要避要求：工件或机头转动时不缠绕电缆，同时要避免传动部分的啮合件免传动部分的啮合件(轴承、齿轮轴承、齿轮)打弧烧坏。打弧烧坏。实例实例p196图图5-15液化石油气钢瓶埋弧焊转液化石油气钢瓶埋弧焊转台。台。导电回路为导电回路为：电焊机输出电流负极一机座电焊机输出电流负极一机座轴承轴承座一轴承外套座一轴承外套滚动体
13、滚动体轴承内套一主轴一工轴承内套一主轴一工件一埋弧焊导电嘴一电焊机输出电流正极。件一埋弧焊导电嘴一电焊机输出电流正极。问题：工作时轴承发热严重，温度达问题：工作时轴承发热严重，温度达200250，时常被电弧打伤，导致轴承失效。，时常被电弧打伤，导致轴承失效。解决方案：解决方案：(1)碳刷碳刷铜盘式导电装置铜盘式导电装置 在钢瓶接触的卡盘处设计成铜盘，工作时焊接在钢瓶接触的卡盘处设计成铜盘，工作时焊接电流通过碳刷、铜盘传给工件，使用效电流通过碳刷、铜盘传给工件，使用效 果不好，碳刷发红，导电装置易失效。果不好，碳刷发红，导电装置易失效。(2)铜电刷式导电装置铜电刷式导电装置 在主轴上安装一个固定
14、的导电环，工作时焊接在主轴上安装一个固定的导电环，工作时焊接电流通过紫铜电刷、导电环、主轴传给工件。电流通过紫铜电刷、导电环、主轴传给工件。使用效果明显好转，共缺点是导电环的运行时使用效果明显好转，共缺点是导电环的运行时间仍较短，工作一段时间后其表面仍被电弧严间仍较短，工作一段时间后其表面仍被电弧严重打伤，结构复杂，维修不方便。重打伤，结构复杂，维修不方便。(3)轴瓦式导电装置轴瓦式导电装置 该导电装置是由上、下轴瓦，导电板，压紧该导电装置是由上、下轴瓦，导电板，压紧弹簧，螺栓，螺母等组成。轴瓦式导电装置弹簧，螺栓，螺母等组成。轴瓦式导电装置的示意图见的示意图见p197图图5-16。4.选用变
15、位机时注意事项选用变位机时注意事项行业标准：行业标准：p198表表5-2焊接变位机应符合行业标准焊接变位机应符合行业标准(JBJ3300290)中规定的载重量的数值系列和有关中规定的载重量的数值系列和有关技术要求。型号中字母技术要求。型号中字母“HB”表示焊接变位机的名称，表示焊接变位机的名称，数字表示最大负荷值。数字表示最大负荷值。焊接变位机行业标准中规定的主要技术要求如下：焊接变位机行业标准中规定的主要技术要求如下：(1)回转驱动应实现无级调速，并可逆转。回转驱动应实现无级调速，并可逆转。(2)倾斜驱动应平稳，在最大负荷下不抖动，整倾斜驱动应平稳，在最大负荷下不抖动，整机不得倾覆。最大负荷
16、机不得倾覆。最大负荷Q（变位机所允许承（变位机所允许承载的工件最大质量）超过载的工件最大质量）超过25 kg的，应具有自的，应具有自动功能。倾斜机构要具有自锁功能，在最大动功能。倾斜机构要具有自锁功能，在最大负荷下不滑动，安全可靠。应设有限位装置，负荷下不滑动，安全可靠。应设有限位装置，控制倾斜角度，并有角度指示标志。控制倾斜角度，并有角度指示标志。(3)变位机应设有导电装置，以免焊接电流通过变位机应设有导电装置，以免焊接电流通过轴承、齿轮等传动部位。轴承、齿轮等传动部位。(4)最大负荷与偏心距及重心距之间的关系应在最大负荷与偏心距及重心距之间的关系应在变位机使用说明书中说明。变位机使用说明书
17、中说明。选用焊接变位机时应注意以下几点。选用焊接变位机时应注意以下几点。(1)应根据工件的质量、重心距和偏心距来选应根据工件的质量、重心距和偏心距来选择适当吨位的变位机。择适当吨位的变位机。(2)要在变位机上焊接圆环形焊缝时，应根据要在变位机上焊接圆环形焊缝时，应根据工件直径与焊接速度计算出工作台的回转速度。工件直径与焊接速度计算出工作台的回转速度。(3)工作台的倾斜速度一般是不能调节的工作台的倾斜速度一般是不能调节的,如在如在倾斜时要进行焊接操作倾斜时要进行焊接操作,应对变位机提出特殊应对变位机提出特殊要求。要求。(4)批量生产定型产品时，可选用具有程序控批量生产定型产品时，可选用具有程序控
18、制功能的变位机。制功能的变位机。二二 焊接滚轮架焊接滚轮架1.滚轮架分类滚轮架分类 焊接滚轮架按结构形式分为两大类。焊接滚轮架按结构形式分为两大类。第一类是长轴式滚轮架。其轴向一排为主第一类是长轴式滚轮架。其轴向一排为主动机，另一排为从动轮，主要用于细长筒体工动机，另一排为从动轮，主要用于细长筒体工件的装配和焊接。件的装配和焊接。P199图图5-17。第二类是组合式滚轮架。由两个滚轮支承第二类是组合式滚轮架。由两个滚轮支承在同一个基座上组成一个独立的滚轮架。在同一个基座上组成一个独立的滚轮架。按传动方式不同可分为按传动方式不同可分为：双主动滚轮架、从动滚双主动滚轮架、从动滚轮架、单主动滚轮架。
19、轮架、单主动滚轮架。P199图图5-18。按组合滚轮类别：分为基本式滚轮架、交换式滚按组合滚轮类别：分为基本式滚轮架、交换式滚轮架、自调式滚轮架、可调中心高滚轮架和可轮架、自调式滚轮架、可调中心高滚轮架和可偏转轴线滚轮架。偏转轴线滚轮架。应用：当装焊壁厚较小而长度很长的筒形工件时，应用：当装焊壁厚较小而长度很长的筒形工件时，宜用几台单主动滚轮架组合。宜用几台单主动滚轮架组合。当装焊壁厚较大、刚性较好的筒形工件时，当装焊壁厚较大、刚性较好的筒形工件时，常采用双主滚轮架和从动滚轮架组合。常采用双主滚轮架和从动滚轮架组合。长轴式焊接滚轮架长轴式焊接滚轮架 组合式滚轮架组合式滚轮架 1电动机；电动机；
20、2联轴器；联轴器；3减速器；减速器；4齿轮对；齿轮对；(a)双主动滚轮架双主动滚轮架 (b)从从 动滚轮架动滚轮架 5轴承；轴承；6主动滚轮；主动滚轮；7公共轴；公共轴；8从动轮从动轮 (c)单主动滚轮架单主动滚轮架 2.中心距的调节中心距的调节 工件中心与两个支承滚轮中心的连线之间工件中心与两个支承滚轮中心的连线之间的夹角一般可在的夹角一般可在50 110范围内选用。范围内选用。太小筒体不稳太小筒体不稳,太大转距大。太大转距大。滚轮座移动式：见滚轮座移动式：见p200图图5-19从动滚轮交换式：见从动滚轮交换式：见p200图图520自调式：自调式：p201图图5213.滚轮结构滚轮结构 焊接
21、滚轮架的滚轮结构主要有钢轮、橡胶焊接滚轮架的滚轮结构主要有钢轮、橡胶轮、组合轮和履带轮四种类型轮、组合轮和履带轮四种类型。P201图图 5-22 P200 表表5-34.焊接滚轮架的主要技术要求焊接滚轮架的主要技术要求 焊接滚轮架的行业标准焊接滚轮架的行业标准(ZBJ3300390)中规定中规定了焊接滚轮架的技术要求了焊接滚轮架的技术要求。(1)主动滚轮应采用直流电动机或交流宽调速电动机通主动滚轮应采用直流电动机或交流宽调速电动机通过变速箱驱动。过变速箱驱动。(2)主动滚轮圆周速度应满足焊接工艺的要求，在主动滚轮圆周速度应满足焊接工艺的要求，在660 m/h范围内无级调速；速度波动量按不同焊接
22、工艺范围内无级调速；速度波动量按不同焊接工艺要求划分为要求划分为A级（级（5）和）和B级（级（10），滚轮），滚轮转速应平稳、均匀，不允许有爬行现象。转速应平稳、均匀，不允许有爬行现象。(3)焊接滚轮架的制造和装配精度应符合国标中的焊接滚轮架的制造和装配精度应符合国标中的8级精级精度要求。滚轮架应采用优质钢制造，如用焊接结构的度要求。滚轮架应采用优质钢制造，如用焊接结构的基座，焊后必须进行消除应力热处理。基座，焊后必须进行消除应力热处理。(4)滚轮架必须配备可靠的导电装置，不允许焊滚轮架必须配备可靠的导电装置，不允许焊接电流流经滚轮架的轴承。接电流流经滚轮架的轴承。(5)滚轮直径、滚轮架的额定
23、载重量以及筒体类滚轮直径、滚轮架的额定载重量以及筒体类工件的最大、最小许用直径应符合工件的最大、最小许用直径应符合p202表表5-4的规定。不同额定载重量下的驱动电机最小功的规定。不同额定载重量下的驱动电机最小功率见第三章表率见第三章表3-34。如果筒体类工件在防轴向。如果筒体类工件在防轴向窜动滚轮架上焊接时，在整个焊接过程中工件窜动滚轮架上焊接时，在整个焊接过程中工件的轴向窜动量应的轴向窜动量应3 mm。p142表表3-33(6)焊接滚轮架每对滚轮的中心距必须能根据筒焊接滚轮架每对滚轮的中心距必须能根据筒体类工件的直径作相应的调整，保证两滚轮对体类工件的直径作相应的调整，保证两滚轮对筒体的包
24、角大于筒体的包角大于45，小于，小于110。第三节第三节 汽车装焊夹具汽车装焊夹具一、汽车装焊夹具的特点一、汽车装焊夹具的特点(1)汽车装焊构件是一个具有外形复杂的空间曲面结构汽车装焊构件是一个具有外形复杂的空间曲面结构件，其刚性小、易变形，对定位元件要求高。件，其刚性小、易变形，对定位元件要求高。(2)汽车构件的窗口、洞口和孔较多，因而常选用这些汽车构件的窗口、洞口和孔较多，因而常选用这些部位作为组合定位面。部位作为组合定位面。(3)汽车生产批量大，分散装配程度高，为了保证互换汽车生产批量大，分散装配程度高，为了保证互换性，要求保证同一构件的组合件、部件直至总成的装性，要求保证同一构件的组合
25、件、部件直至总成的装配定位基准的一致性，并与设计基准配定位基准的一致性，并与设计基准(空间坐标网格空间坐标网格线线)尽量重合。尽量重合。(4)多采用快速夹紧器，如手动铰链多采用快速夹紧器，如手动铰链-杠杆夹紧器、气动杠杆夹紧器、气动夹紧器和气动杠杆夹紧器等。夹紧器和气动杠杆夹紧器等。(5)汽车装焊夹具以专用夹具为主，随行夹具与生产线汽车装焊夹具以专用夹具为主，随行夹具与生产线相匹配。相匹配。(6)汽车车身焊接一般采用电阻点焊和汽车车身焊接一般采用电阻点焊和CO2气体保护焊，气体保护焊，装焊夹具要与焊接方法相适应，保证焊接的可达性及装焊夹具要与焊接方法相适应，保证焊接的可达性及夹具的开敞性。夹具
26、的开敞性。外观要求时：其点焊表面不允许有凹陷，采用外观要求时：其点焊表面不允许有凹陷，采用 固定点焊机上完成焊接。固定点焊机上完成焊接。采用折边胶代替点焊工艺如采用折边胶代替点焊工艺如p203图图523所示。最后加热固化。所示。最后加热固化。点焊密封胶工艺。如点焊密封胶工艺。如p203图图524所所示。可密封缝隙示。可密封缝隙,防焊缝锈蚀。防焊缝锈蚀。二、车门装焊夹具二、车门装焊夹具其结构形式：可分为整体式和框架式两种其结构形式：可分为整体式和框架式两种整体式车门：整体式车门：p204如图如图5-25 5-26（1）型面定位）型面定位,采用采用8个定位支架进行空间型个定位支架进行空间型面定位和
27、两个定位销面定位和两个定位销(其中一个是削边销其中一个是削边销)进行进行对孔定位，这是种过定位的形式。对孔定位，这是种过定位的形式。（2）定位支架的分布依零件而定，定位面积要）定位支架的分布依零件而定，定位面积要小。小。（3）夹具体）夹具体,框架式为槽钢加低碳钢板；框架式为槽钢加低碳钢板；骨架式为纵横梁。骨架式为纵横梁。（4）安装）安装,依样件进行。加垫片。依样件进行。加垫片。（5）骨架与底座采用转动式结构。）骨架与底座采用转动式结构。（6）夹紧机构夹紧机构,气动杠杆。气动杠杆。三、车身装焊夹具三、车身装焊夹具六大部件：车架六大部件：车架(或地板或地板)、前围、后围、左侧围、前围、后围、左侧围
28、、右侧围以及顶盖。右侧围以及顶盖。装焊夹具的开敞性要求高：适于电阻点焊与装焊夹具的开敞性要求高：适于电阻点焊与CO2气体保护焊。气体保护焊。可分为：一次性定位与多次性定位。可分为：一次性定位与多次性定位。一次性定位与随行夹具概念。一次性定位与随行夹具概念。1车身总成结构及装焊过程车身总成结构及装焊过程P206如图如图5-27所示所示部件：电阻点焊。部件：电阻点焊。总成：固定式装焊夹具，总成：固定式装焊夹具，CO2气焊成骨架，气焊成骨架，进入下一工位。进入下一工位。2车身总成装焊夹具的定位及定位件车身总成装焊夹具的定位及定位件原则：装焊定位基准及其工装设计基准应与车身原则：装焊定位基准及其工装设
29、计基准应与车身的设计基准保持一致。车身总成及其零部件的的设计基准保持一致。车身总成及其零部件的设计基准均以设计基准均以x、y、z轴为坐标系间距为轴为坐标系间距为200mm的网格线作基准线。的网格线作基准线。装焊夹具的设计基准：在装焊夹具的设计基准：在x、z轴方向，与车身设轴方向，与车身设计基准完全一致。但该车的车架在生产中计基准完全一致。但该车的车架在生产中z轴轴方向的定位基准是以车架前后钢板弹簧其中方向的定位基准是以车架前后钢板弹簧其中4个吊耳孔进行定位制造的个吊耳孔进行定位制造的,与设计基准不一致。与设计基准不一致。车架的定位：以车架的定位：以4个吊耳孔作为定位基准，采用个吊耳孔作为定位基
30、准，采用定位销进行定位。前吊耳孔采用削边销定位，定位销进行定位。前吊耳孔采用削边销定位，后吊耳孔采用圆柱销定位。后吊耳孔采用圆柱销定位。P207如图如图5-28所所示。示。左、右侧围在总成装焊夹具上的定位：左、右侧围在总成装焊夹具上的定位：p207如如图图5-29所示。所示。前后围的定位：前后围的定位：P207图图5-30,六定位件。六定位件。3.车身装焊胎具夹紧件的选用车身装焊胎具夹紧件的选用夹紧机构：快速螺旋夹紧器，气缸夹紧。夹紧机构：快速螺旋夹紧器，气缸夹紧。夹紧器：通过螺栓与骨架连接，布置与定位件布夹紧器：通过螺栓与骨架连接，布置与定位件布置一致置一致,压头适应工件表面形状压头适应工件
31、表面形状 P208图图5-31 4 车身总成装焊夹具骨架形式车身总成装焊夹具骨架形式结构：夹具骨架结构主要取决于工件的形状、尺结构：夹具骨架结构主要取决于工件的形状、尺寸以及定位件和夹紧件的布置等。寸以及定位件和夹紧件的布置等。左右侧围骨架：左右侧围骨架：p208图图5-32（也为平面结合垫（也为平面结合垫板安装）。板安装）。5车身总成车身总成装焊夹具导装焊夹具导向系统向系统导向系统：车导向系统：车架的导向，架的导向，左右侧围的左右侧围的导向。导向。分为：平移式，分为：平移式，铰链式。铰链式。平移式车身总平移式车身总成装焊夹具：成装焊夹具：p209图图5-33所示所示;车架由工艺车，到气缸将二
32、吊耳轴顶起，定位车架由工艺车，到气缸将二吊耳轴顶起，定位,P209图图5-34，车架的定位，车架的定位,采用采用v型块与平面防过定位型块与平面防过定位;夹具骨架上已定位夹紧的车身左右侧围夹具骨架上已定位夹紧的车身左右侧围,导向导向-装配装配-焊接焊接,图图5-33铰链式车身总成装焊夹具：铰链式车身总成装焊夹具：p210图图5-35所示所示第四节第四节 自动化焊接装备自动化焊接装备一、一、ZR-4全自动焊管机全自动焊管机 ZR-4全自动焊管机是南昌航空工业学院为核全自动焊管机是南昌航空工业学院为核燃料组件中锆燃料组件中锆4合金管焊接而研制的专用设备。合金管焊接而研制的专用设备。该机采用可编程控制
33、器（该机采用可编程控制器（programmable controller，简称，简称PC）对焊接过程进行全自动）对焊接过程进行全自动控制，配备精密的晶体管型脉冲控制，配备精密的晶体管型脉冲TIG焊电源焊电源,能能进行直径进行直径916 mm、长度、长度7004200 mm管管材的环缝焊接，焊接转速材的环缝焊接，焊接转速220 r/min，生产，生产能力每小时焊能力每小时焊30个接头。个接头。锆管的焊接性差。锆管的焊接性差。P210图图5-36。该设备采用充氩该设备采用充氩TIG焊，替代了真空电子束焊，替代了真空电子束焊，在国内首次成功地焊接了燃料棒和导向管，焊，在国内首次成功地焊接了燃料棒和导
34、向管，满足了产品的质量要求。满足了产品的质量要求。1.设备组成设备组成 p211图图5-37 设备由焊仓、工件传动机构、送料架、气路设备由焊仓、工件传动机构、送料架、气路系统、焊接电流波形显示及打印系统、焊接电系统、焊接电流波形显示及打印系统、焊接电源和源和PC控制系统等几部分组成。控制系统等几部分组成。特别：气囊夹持系统。特别：气囊夹持系统。焊机基本结构示意图焊机基本结构示意图 2.焊接电源焊接电源 焊接电源为模拟式晶体管电源，输出恒流特性，用焊接电源为模拟式晶体管电源，输出恒流特性，用高频振动器引弧，可进行直流或脉冲高频振动器引弧，可进行直流或脉冲TIG焊。焊。参数见参数见p211表表5-
35、5 该电源设置了输出短路截流保护，其引弧电流可该电源设置了输出短路截流保护，其引弧电流可调，脉冲电流调，脉冲电流4个参数（峰值、基值、频率、占空比）个参数（峰值、基值、频率、占空比）均可独立调节，具有独特的焊接电流衰减功能。均可独立调节，具有独特的焊接电流衰减功能。P211图图5-383.焊接工艺过程焊接工艺过程 p212 图图5-39焊接方式：为工件旋转，焊枪固定，充氩焊接。通过试焊接方式：为工件旋转，焊枪固定，充氩焊接。通过试验，拟定的自动焊接工艺过程如下图所示。验，拟定的自动焊接工艺过程如下图所示。过程：进仓过程：进仓 充氩抽气焊接冷却完成焊接充氩抽气焊接冷却完成焊接 自动焊接工艺过程自
36、动焊接工艺过程 4PC的接口设计的接口设计p213表表5-6 5-7 输入端：手动、单步、单件、连续、复位输入端：手动、单步、单件、连续、复位 输出端：继电器型输出端：继电器型5PC的程序设计的程序设计 p214如图如图5-40，控制系统梯形图总体结构。，控制系统梯形图总体结构。整个程序由手动、自动和复位程序组成。整个程序由手动、自动和复位程序组成。符号为电子元器件。符号为电子元器件。(1)采用步进指令编制自动程序，将整个焊接工采用步进指令编制自动程序，将整个焊接工艺过程，从上料到推料分成艺过程，从上料到推料分成11步，这步，这 样调试修改程序很方便。样调试修改程序很方便。P214如图如图5-
37、41(2)在焊接程序中，通过设计可保证焊接重叠量，在焊接程序中，通过设计可保证焊接重叠量，程序中保证了电弧不熄灭，工件不停转，避免程序中保证了电弧不熄灭，工件不停转，避免出现弧坑和烧穿现象。出现弧坑和烧穿现象。(3)设置了自动复位程序。设置了自动复位程序。二、可编程控制全位置自动管焊机二、可编程控制全位置自动管焊机P215图图5-42 在锅炉、化工和电站设备的安装制造过程在锅炉、化工和电站设备的安装制造过程中，管道对接和管板接头环缝常常需要全位置中，管道对接和管板接头环缝常常需要全位置焊接焊接(orbital welding)。工件不动，焊枪转动，。工件不动，焊枪转动，采用脉冲采用脉冲TIG焊
38、及可编程控制器。焊及可编程控制器。1.系统组成系统组成 设备主要由晶体管脉冲设备主要由晶体管脉冲TIG焊电源、焊接焊电源、焊接机头、送丝机、机头位置传感器和机头、送丝机、机头位置传感器和PC组成。组成。P215图图5-43图543(1)晶体管脉冲晶体管脉冲TIG焊电源焊电源 焊接电源，焊接电源，p215如图如图5-44。采用高频振动器。采用高频振动器HF引弧。引弧。输出焊接电流输出焊接电流5250A，脉冲频率，峰值电，脉冲频率，峰值电流、基值电流、脉冲频率和脉冲宽度流、基值电流、脉冲频率和脉冲宽度4个参数分别独个参数分别独立可调。立可调。(2)焊接机头焊接机头 可选配管可选配管-管对接或管管对
39、接或管-板焊专用机头，可板焊专用机头，可焊管径焊管径2560mm，采用微型永磁直流电动机，采用微型永磁直流电动机驱动。驱动。(3)送丝机送丝机 管壁厚度较大时填充焊丝，送丝速度管壁厚度较大时填充焊丝，送丝速度2001400mm/min。(4)机头位置传感器机头位置传感器 采用霍尔传感器检测机头旋转位置，亦即采用霍尔传感器检测机头旋转位置，亦即焊枪位置，将位置检测信号输入焊枪位置，将位置检测信号输入PC，检测精，检测精 度为度为070。P216如图如图5-45所示。所示。(5)可编程控制器可编程控制器 采用日本欧姆龙公司采用日本欧姆龙公司C40P型可编程控制器，型可编程控制器，IO点数共点数共4
40、0点，输入点，输入24点，输出点，输出16 点，对全位置焊接过程实行控制。点，对全位置焊接过程实行控制。2.控制要求控制要求 环缝区间划分：环缝区间划分：p217图图5-46 焊接处于垂直平面焊接处于垂直平面位置的环缝时，位置的环缝时，1区相当于平焊，区相当于平焊，2区相当于向区相当于向下立焊，下立焊，3区相当于仰焊，区相当于仰焊，4区相当于向上立焊。区相当于向上立焊。焊一圈：焊一圈：p217图图5-47 程序控制的基本要求是焊程序控制的基本要求是焊接脉冲峰值和基值电流也按接脉冲峰值和基值电流也按4个区间相应切换，个区间相应切换，全位置自动焊程序循环图如图所示全位置自动焊程序循环图如图所示。送
41、气、引送气、引弧、电流循环、送丝循环弧、电流循环、送丝循环(不同的是焊接脉冲不同的是焊接脉冲峰值基值峰值基值)。环缝区间划分环缝区间划分 全位置自动焊程序循环图全位置自动焊程序循环图 3.PC的接的接口设计口设计 输入端：输入端：左左输出端：输出端：右右P217图图5-484.软件设计软件设计 控制软件分为控制软件分为：通用手通用手工工TIG焊程序和全位焊程序和全位置自动焊程序两大部置自动焊程序两大部分。分。全位置自动焊程序包括：全位置自动焊程序包括：圈数设定、区间控制、圈数设定、区间控制、主控自动程序和调试主控自动程序和调试程序，其中调试程序程序，其中调试程序用于焊前调整机头和用于焊前调整机
42、头和焊丝位置。主控程序焊丝位置。主控程序满足图满足图5-47所示控制所示控制要求。要求。(1)圈数设定圈数设定p218图图5-49(2)圈数区分圈数区分 右图右图(3)区间控制区间控制 右图右图5.管管焊接机头设计管管焊接机头设计(1)机头传动方案的确定机头传动方案的确定 P219如图如图5-50减速方案：减速方案：NN型行星齿轮进行主减速，再加定轴轮系型行星齿轮进行主减速，再加定轴轮系减速的传动方案，传动系统简图如减速的传动方案，传动系统简图如p220图图5-51所示。所示。功率的确定：功率的确定：选取微型永磁直流电动机选取微型永磁直流电动机减速比的分配：减速比的分配：(2)行星减速传动齿轮
43、主要参数的确定行星减速传动齿轮主要参数的确定 材料：材料：参数：参数：传动比：传动比：（3）定轴系传动齿轮主要参数）定轴系传动齿轮主要参数 材料：材料：参数：参数：传动比：传动比：6.管管板焊接机头设计板焊接机头设计（1）机头传动方案的确定）机头传动方案的确定P221图图5-52P222图图5-53 电动机转速经定轴轮系减速电动机转速经定轴轮系减速,再经谐再经谐波齿轮减速波齿轮减速(2)谐波齿轮传动的主要几何参数谐波齿轮传动的主要几何参数 谐波齿轮传动机构：波发生器、刚轮谐波齿轮传动机构：波发生器、刚轮(一般为内齿轮一般为内齿轮)和柔轮和柔轮(一般是具有弹性的薄壁外齿轮一般是具有弹性的薄壁外齿
44、轮)，如，如p222图图 5-53所示。所示。渐开线谐波齿轮传动的主要啮合参数：模数渐开线谐波齿轮传动的主要啮合参数：模数m、柔轮齿、柔轮齿数数ZF、刚轮齿数、刚轮齿数ZH、变位系数、变位系数xf、xh、基准齿形角、基准齿形角0等。等。(3)柔轮的设计柔轮的设计 分类：柔轮分类：柔轮的结构形式的结构形式可分为圆柱可分为圆柱形和钟形，形和钟形，连接方式分连接方式分为整体式、为整体式、螺钉连接、螺钉连接、齿式连接、齿式连接、径向销连接径向销连接等。见等。见p223图图5-54。柔轮材料：制造柔轮的材料应具有较高的机械强度、高柔轮材料：制造柔轮的材料应具有较高的机械强度、高的弹性和足够的冲击韧性，一
45、般选用的材料为高性能的弹性和足够的冲击韧性，一般选用的材料为高性能合金钢，如合金钢，如30CrMnSiA，20cr2Ni4A，18Cr2Ni4wA，4MrNiMoA等。等。热处理：提高硬度和耐磨性热处理：提高硬度和耐磨性。参数参数：P224表表5-8(4)柔轮的制造柔轮的制造p224表表5-97.应用实例应用实例实例实例1：冷凝管：冷凝管的管板焊接的管板焊接 P225图图5-56 表表5-10 胀管机胀管机实例实例2：钛制换热器的管板焊接：钛制换热器的管板焊接（1）钛及合金焊接特点）钛及合金焊接特点 喷嘴保护外喷嘴保护外,还借助托罩的局部、整体还借助托罩的局部、整体保护，否则焊缝吸氧、吸氢、吸
46、氮。保护，否则焊缝吸氧、吸氢、吸氮。（2）焊接设备）焊接设备 在普通管板焊接接头的基础上对气体保护、在普通管板焊接接头的基础上对气体保护、送丝、水冷、定位改动。送丝、水冷、定位改动。密封透明气罩：密封透明气罩：p226图图5-57 送丝：送丝：TC4时时,送丝轮不改动送丝轮不改动;TA2,送丝轮改成凹送丝轮改成凹轮。轮。p226图图5-58。水冷紫铜芯杠定位器代替弹性套：冷却水冷紫铜芯杠定位器代替弹性套：冷却,隔离空隔离空气。气。p226图图5-59。（3）焊接规范：）焊接规范：p226表表5-11 三、摩托车消声器自动焊接装置三、摩托车消声器自动焊接装置 1.摩托车消声器结构形式摩托车消声器
47、结构形式 各种摩托车上都采用不同结构与形式的消各种摩托车上都采用不同结构与形式的消声器。消声器筒体一般为声器。消声器筒体一般为1.0 mm薄板结构，薄板结构，筒体上的纵缝为卷边或对接接头形式，大多采筒体上的纵缝为卷边或对接接头形式，大多采用用TIG焊或气焊连接，筒体两端为搭接环缝，焊或气焊连接，筒体两端为搭接环缝，大多采用大多采用CO2焊或焊或MAG焊连接。焊连接。消声器体二纵缝：消声器体二纵缝：TIG焊和气焊。焊和气焊。消声器体与隔板、连接套：二环缝消声器体与隔板、连接套：二环缝 CO2,MAG焊焊 p227图图5-60。2.摩托车消声器自动焊接装置摩托车消声器自动焊接装置 p227图图5-
48、61 二环缝二环缝 图为图为80型摩托车消声器自动焊接装置的示意图，型摩托车消声器自动焊接装置的示意图，该装置由主机、电控装置、两台该装置由主机、电控装置、两台CO2/MAG焊接电源焊接电源和两套条形电抗器及引弧装置构成。和两套条形电抗器及引弧装置构成。启动：气缸启动：气缸30使二焊枪到位使二焊枪到位,气缸气缸11卡紧工件卡紧工件,托架托架14下下移移,启动工件旋转启动工件旋转,焊枪引弧焊枪引弧,焊接焊接。焊完：焊完：焊接工艺：焊接工艺：p228表表5-121导电装置；导电装置；2主轴箱；主轴箱；3直流电机；直流电机；4锥状模具；锥状模具；5工件；工件；6照明灯；照明灯；7柱状模具；柱状模具；
49、8散热片；散热片；9启动按钮；启动按钮；10尾座；尾座；11卡紧气缸；卡紧气缸；12焊枪支座焊枪支座13焊枪；焊枪；14工件定位托架；工件定位托架；15弧光挡板；弧光挡板；16送丝机；送丝机；17面板；面板；18床身；床身；19电控箱；电控箱；20托架升起限位开关；托架升起限位开关；21托架升降气缸；托架升降气缸；22连杆架；连杆架；23旋转轴杠；旋转轴杠；24托架导向套；托架导向套；25托架落下限位开关；托架落下限位开关；26导向柱；导向柱；27气阀座板；气阀座板；28主轴转动记圈开关；主轴转动记圈开关；29主动转动凸轮；主动转动凸轮；30摆动气缸；摆动气缸；31急停开关；急停开关；32焊接
50、电源；焊接电源；33条形电抗器条形电抗器 四、特殊环缝电阻缝焊设备四、特殊环缝电阻缝焊设备 P228 图图5-62：筒体锻件底部焊一低碳钢护片：筒体锻件底部焊一低碳钢护片1.专用缝焊设备及其控制专用缝焊设备及其控制 专用缝焊机设计可以采取下述三种方案：专用缝焊机设计可以采取下述三种方案：(1)双面缝焊方案，上面一个滚盘主动旋转，下双面缝焊方案，上面一个滚盘主动旋转，下面工件被动旋转，也可以工件主动、滚盘被动，面工件被动旋转，也可以工件主动、滚盘被动，或两者均主动的方法。或两者均主动的方法。(2)单面缝焊方案，下面工件主动旋转，上面两单面缝焊方案，下面工件主动旋转，上面两个滚盘并排，两个滚盘分别
