【導(dǎo)讀】專業(yè)班級：裝備10901班。時間：2020年3月5日～2020年6月12日。長江大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書。3．畢業(yè)設(shè)計所需資料及原始數(shù)據(jù)。加工能力：100件/年。[1]《機械制造工藝學(xué)》王先逵主編。[2]《機械制造工藝與機床夾具》劉守勇主編。[3]《機床夾具設(shè)計》王秀倫、邊文義、張運祥編著（中國鐵道出版。[4]《機床夾具設(shè)計》王啟平著。[5]《金屬機械加工工業(yè)人員手冊》《金屬機械加工工業(yè)人員手冊》修。[6]《機械結(jié)構(gòu)設(shè)計》盧耀祖、鄭惠強著。[8]專用夾具的設(shè)計方法（下）林曉磊、宋若峰山東機械2020年第03. [9]機床夾具的設(shè)計李青機械工程與自動化2020年第06期。[10]專用加工設(shè)備夾具的設(shè)計與應(yīng)用李

　　

【正文】 δ /D0179。 100 δ /D0179。 100 熱沖壓 δ /D0179。 100≥ δ /D0179。 100≥ 毛坯 材料為 16MnR，低合金鋼，其 相對厚度 =δ /D0179。 100 =（ 8/2226） 179。 100 = 故本設(shè)計采用沖壓成型冷沖壓。 筒體的焊接工藝設(shè)計 第 11頁 （共 63頁） 5 筒體的焊接 工藝設(shè)計 焊前 準(zhǔn)備 筒節(jié) 焊接 前準(zhǔn)備要求 （ 1）焊接坡口面及其兩側(cè)母材表面的油污、鐵銹、氧化皮和其他影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)，焊前應(yīng)清理干凈，焊前清理能夠有效的防止焊接過程中產(chǎn)生氣孔、夾雜等焊接缺陷的形成。 （ 2）在多雨、潮濕季節(jié)，對于需要預(yù)熱的碳鋼和低合金鋼焊件，應(yīng)用火焰加熱炬將焊接區(qū)預(yù)熱至 40~50℃，以清除母材表面的吸附水。 （ 3）藥皮焊條和焊劑應(yīng)按企業(yè)焊材管理制度的規(guī)定烘干及保溫，焊絲表面的油污和銹斑應(yīng)清理干凈。 （ 4）焊工在焊接前應(yīng)辨認所領(lǐng)用的焊材牌號和規(guī)格是否符合相應(yīng)焊接工藝規(guī)程的規(guī)定。 （ 5）焊工應(yīng)檢查所用的焊接設(shè)備性能是否處于完好的狀態(tài)，儀表指示是否準(zhǔn)確。 焊接過程和順序 焊接過程至關(guān)重要，施工人員必須按照合理的結(jié)構(gòu)順序，選擇合理的焊接工藝參數(shù)，嚴(yán)格施工。首先將兩側(cè)的半圓電焊在一起，然后將點固好的兩側(cè)拼接在一起。焊接過程應(yīng)保持結(jié)構(gòu)的對稱性，以減少變形和焊接殘余應(yīng)力。 筒節(jié)坡口加工與 焊接 筒節(jié) 焊接 坡口的選擇 焊接接頭坡口形狀和幾何尺寸的設(shè)計，應(yīng)遵循以下原則： (1)保證焊接質(zhì)量 ； (2)坡口加工簡易 ； (3)便于焊接加工 ； (4)節(jié)省焊接材料 。 臥式儲罐下料制造工藝及夾具設(shè)計 第 12頁 （共 63頁） 按焊接技術(shù)要求加工坡口，坡口兩側(cè) 30mm 范圍內(nèi)清理污物，然后按焊接工藝施焊。 簡體是由鋼板卷制而成，其邊緣部分由于變形和冷作硬化作用其性能已發(fā)生變化，不能滿足設(shè)計要求，應(yīng)此需將此區(qū)域除去。筒節(jié)卷制成形后，按圖樣規(guī)定的筒體名義直徑測量簡節(jié)的實際周長，并劃二次線，割去余量后按焊接工藝要求加工坡口。 筒體 的縱縫 、環(huán)縫 的焊接采用埋弧 自動 焊， 埋弧 自動 焊 最大一次熔透深度為 12～14mm， 根據(jù)埋弧焊坡口加工要求其坡口形式為 I 形坡口 。 焊接 方法的選擇 筒節(jié)鋼板的壁厚為 8mm，為了確保焊接質(zhì)量和提高焊接效率， 筒節(jié)縱 、環(huán) 焊縫的焊接均 選擇埋弧焊 自動焊 作為的焊接方法。 埋弧焊，是電弧在焊劑層下燃燒，用機械自動引燃電弧并進行控制，自動完成焊絲的送進和電弧移動的一種電弧焊方法。 焊絲與焊件之間燃燒的電弧是埋在顆粒狀焊劑下面的電弧熱將焊絲端部及電弧直接作用的母材和焊劑熔化并使部分蒸發(fā)，金屬和焊劑所蒸發(fā)的氣體在電弧周圍形成一個封閉空腔，電弧在這個空腔中燃燒?？涨槐灰粚佑扇墼鶚?gòu)成的渣膜所包圍，這層渣膜不僅很好的隔絕了空氣和電弧與熔池的接觸，而且使弧光不能輻射出來。被電弧加熱熔化的焊絲以熔滴的形式落下，與熔融母材金屬混合形成熔池。密度較小的熔渣浮在熔池之上，熔渣除了對熔池金屬的機械保護作用外，焊接過程中還與熔池金屬發(fā)生冶金反應(yīng)，從而影響焊縫金屬的化學(xué)成分。電弧向前移動，熔池金屬逐漸冷卻后結(jié)晶形成焊縫。浮在熔池上的熔渣冷卻后，形成渣殼可繼續(xù)對高溫下的焊縫起保護作用，避免被氧化。 埋弧焊具有以下優(yōu)點： (1)焊接效率高 (2)焊縫質(zhì)量優(yōu)異； (3)接頭坡口制備簡易； (4)改善焊接環(huán)境； 焊接材料 的選擇 焊接材料的選擇和使用一直是壓力容器和焊接行業(yè)非常關(guān)注的問題。 2020 年版筒體的焊接工藝設(shè)計 第 13頁 （共 63頁） 《壓力容器焊接工藝評定》 (JB47082020)和《壓力容器焊接工藝規(guī)程》 (JB/T47092020)標(biāo)準(zhǔn)對 鋼制壓力容器焊接的基本要求和 焊材的選擇使用提出了 相關(guān)規(guī)定 。 焊接材料應(yīng) 選擇與母材力學(xué)性能匹配的相應(yīng)級別的焊接材料。從力學(xué)性能“等強匹配”的角度選擇焊接材料，一般要求焊縫的強度性能與母材等強或稍低于母材。焊縫中的碳含量不應(yīng)超過 %，其他合金元素要求低于母材中的含量，以防止裂紋及焊縫強度過高。 本次畢業(yè)設(shè)計焊接材料的選用指 焊絲、 焊劑的選用。焊絲與焊劑是各自獨立的焊接材料。 埋弧焊所用的焊絲有實心和藥芯兩類。后者只在某些特殊的工藝場合應(yīng)用。生產(chǎn)中普遍使用的是實心焊絲。焊絲的品種隨所焊金屬種類的增加而增加，目前已有碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、高合金鋼和各種有色金屬焊絲以及堆焊用的特 殊合金焊絲。 焊接直徑的選擇依用途而定。自動埋弧焊一般使用直徑 36mm 的焊絲，以充分發(fā)揮埋弧焊的大電流和高熔敷率的優(yōu)點。埋弧焊時各種直徑的普通鋼焊絲使用的電流如表 4 所示。 表 4 各種直徑普通鋼焊絲埋弧焊使用的電流范圍 焊絲直徑（ mm） 電流范圍（ A） 115500 125600 150700 2001000 3401100 4001300 6001600 可見對于一定的電流值可能使用不同直徑的焊絲。同一電流使用較小直徑的焊絲時，可獲得加大熔深、減小熔寬的效果。當(dāng)工件裝配不良時，宜選用較粗的焊絲。 焊絲表面應(yīng)當(dāng)干凈光滑，焊接時能順利地送進，以免給焊接過程帶來干擾。除不銹鋼焊絲和有色金屬焊絲外，各種低碳鋼和低合金鋼焊絲的表面最好鍍銅。 埋弧焊使用的焊劑是顆粒狀可熔化的物質(zhì)，其作用相當(dāng)于焊條的涂料。 對焊劑的基本要求 ： （ 1）具有良好的冶金性能 （ 2）具有良好的工藝性能 因為本 設(shè)計 中受壓部件用的是 普通 低 合 碳鋼 16MnR，它的碳含量較低，故無淬硬傾向，焊接性良好。焊接時不必采取特殊的工藝措施。 由于 厚 20mm 以下的 16Mn鋼板 ， 且 不開坡口， 埋弧焊可選用 H08MnA 焊絲。 故本次畢業(yè)設(shè)計焊絲選用 H08MnA。 對應(yīng)的選用焊劑為 SJ101，由《過程裝備制造與檢測》表 518 可知，其焊劑顆粒臥式儲罐下料制造工藝及夾具設(shè)計 第 14頁 （共 63頁） 度為 ～ 2mm。 焊接 設(shè)備 自動埋弧 焊機的選擇為 MZ1000 型埋弧焊機。它是根據(jù)電弧電壓反饋調(diào)節(jié)原理設(shè)計的變速送絲式焊機，有交流和直流兩種，適合與焊接水平位置會與水平面傾斜不大于 15 度的開坡口和不開坡口的平板對接、角接和搭接的焊縫。 表 5 自動埋弧 焊機 MZ1000的技術(shù)規(guī)格 送絲方式 焊機的結(jié)構(gòu)特點 焊接電流 /A 焊絲直徑 /mm 送絲速度/ 焊接速度 / 焊接電流種類 送絲速度調(diào)整方法 變速送絲 焊車 400～1200 3～ 6 50～ 200 （弧壓 35V） 25～ 117 直流 或交流 用電位器調(diào)整直流電動機轉(zhuǎn)速 焊接圓筒件的內(nèi)、外焊縫 還需 借助于輪胎或滾輪架等輔助設(shè)備。焊件的裝配不僅要求組件的尺寸與配合符合設(shè)計圖樣的要求，而且要保證接頭的裝配及定位焊縫的質(zhì)量符合工藝規(guī)范的要求。對于筒節(jié)的焊接，可將卷制好的板材放置在滾輪架上，并與其他夾具相配合以保證結(jié)構(gòu)的精度 。 本設(shè)計將重點研究焊接滾輪架的設(shè)計。 焊接 規(guī)范的選擇 影響埋弧焊焊接質(zhì)量的主要參數(shù)有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電流種類等。 當(dāng)其他條件不變時，無論是 Y 形坡口還是 I 形坡口，正常焊接條件下，熔深與焊接電流變化成正比 ， 電流小，熔深淺，余高和寬度不足；電流過大，熔深大，余高過大，易產(chǎn)生高溫裂紋 。 電弧電壓和電 弧長度成正比，在相同的電弧電壓和焊接電流時，如果選用的焊劑不同 ， 電弧空間電場強度不同，則電弧長度不同。如果其他條件不變 ， 電弧電壓低，熔深大，焊縫寬度窄，易產(chǎn)生熱裂紋 ； 電弧電壓高時，焊縫寬度增加，余高不夠。埋弧焊時，電弧電壓是依據(jù)焊接電流調(diào)整的，即一定焊接電流要保持一定的弧長才可能保證焊接電弧的穩(wěn)定燃燒，所以電弧電壓的變化范圍是有限的 。 焊接速度對熔深和熔寬都有影響，通常焊接速度小，焊接熔池大，焊縫熔深和熔筒體的焊接工藝設(shè)計 第 15頁 （共 63頁） 寬均較大，隨著 焊接速度增加，焊縫熔深和熔都將減小，即熔深和熔寬與焊接速度成反比，如圖 4 所示。 圖 4 焊接速度對焊縫成形的影響 H熔深 B熔寬 焊接速度對焊縫斷面形狀的影響，如圖 5 所示。焊接速度過小，熔化金屬量多，焊縫成形差 ； 焊接速度較大時，熔化金屬量不足，容易產(chǎn)生咬邊。實際焊接時，為了提高生產(chǎn)率，在增加焊接速度的同時必須加大電弧功率，才能保證焊縫質(zhì)量 。 臥式儲罐下料制造工藝及夾具設(shè)計 第 16頁 （共 63頁） 圖 5 焊接速度對焊縫斷面形狀的影響 a） I形接頭 b） Y形接頭 根據(jù)板厚和所開坡口形式， 對于本次設(shè)計： 單層臥式儲罐筒體縱縫 埋弧 自動 焊的焊 接工藝參數(shù)為： 焊接電流 600～ 640A， 電弧電壓 35V, 焊接速度 ， 電流種類為 直流電 ； 單層臥式儲罐筒體環(huán)縫 埋弧 自動 焊的焊 接工藝參數(shù)為： 焊接電流 650～ 700A， 電弧電壓 38V, 焊接速度 32m/h， 電流種類為 直流電 ； 在焊縫的兩端需添加引弧板和收弧板，以獲得相同質(zhì)量的焊縫。 根據(jù)母材成分 和焊縫等強原則，埋弧焊所選用的焊絲牌號為： H08MnA 焊劑牌號為： SJ101， 焊絲直徑為 5mm。 此處焊接采用埋弧自動焊，焊機型號（ MZ1000）按技術(shù)要求中對焊接工藝要求施焊。 最終參數(shù)確定如下 表 6 筒體縱縫埋弧自動焊 焊接參數(shù) 焊絲直徑 /mm 焊接電流 /A 電弧電壓 /V 焊接速度 /m*h1 線能量 /kj*cm1 5 600～ 640 34～ 36 17～ 筒體的焊接工藝設(shè)計 第 17頁 （共 63頁） 表 7 筒體 環(huán) 縫埋弧自動焊 焊接參數(shù) 焊絲直徑 /mm 焊接電流 /A 電弧電壓 /V 焊接速度 /m*h1 線能量 /kj*cm1 5 650～ 700 36～ 40 32 ～ 焊后熱處理 由于該臥式儲罐筒體為冷成形，且圓筒鋼材厚度 δ =8mm圓筒內(nèi)徑 Dg179。 3％=1800179。 3％ =54mm。根據(jù)中國 GB 15098《鋼制壓力容器》中提到的相關(guān)要求可知該筒體焊接后可不進行熱處理。 檢測 校圓 筒體要求最大與最小直徑差 e 以及棱角度 E 最小值以及對口錯邊量 b 不得超過以下要求。 E≦δ /10+2mm,且 ≦ 5mm E= 用弦長為 1/6Dn，且不小于 300mm 的內(nèi)樣板或外樣板檢查 。 e e 應(yīng)不大于即全面直徑的 1%，且不大于 25mm，有開孔補強時應(yīng)離補強圈邊緣100mm 以外的位置測量 。 c. 對口錯邊量 b 厚度相同的單層鋼板縱焊縫的對口錯邊量 b≦ 10%δ 且不大于 3mm， b=10%8mm= 如下圖所表示 臥式儲罐下料制造工藝及夾具設(shè)計 第 18頁 （共 63頁） 圖 6 對口錯邊量 校核 焊件的質(zhì)量 檢測 按技術(shù)要求中探傷工藝對 A,B 類焊縫進行 100%RT 檢測，按照 JB/的規(guī)定，二級合格。 焊接結(jié)構(gòu)的涂裝和發(fā)運 焊接結(jié)構(gòu)的涂裝是成品出廠前的最后一道工序。它是在運輸、安裝和使用過程中，防止大氣腐蝕和意外碰撞而受損的重要措施。產(chǎn)品涂裝不僅決定產(chǎn)品的表面質(zhì)量，而且也可以反映生產(chǎn)單位的企業(yè)形象。因此，應(yīng)從涂層選料、顏色、涂刷工藝、以及包裝設(shè)計各方面采取必要的措施，確保涂裝的質(zhì)量。最后由專職檢查員驗收入庫。 焊接夾具設(shè)計 第 19頁 （共 63頁） 6 焊接夾具設(shè)計 方案的選擇和確定 設(shè)計參數(shù) 本次畢業(yè)設(shè)計焊接夾具為焊接滾輪架，用于臥式儲罐筒體的各筒節(jié)的縱向焊接及筒節(jié)間的環(huán)向焊接 ，設(shè)計參數(shù)為： 筒體材料： 16MnR 筒體公稱直徑： Dg=1800mm 筒體長度： L=4600mm 筒體壁厚：δ =8mm 環(huán)向焊接速度： 32m/h 加工能力： 100 件 /年 由以上參數(shù)可計算筒體質(zhì)量： m=π DgLδρ =π 179。 179。 179。 8179。 103179。 179。 103 kg =1634 kg 整個筒體是用 3 個筒節(jié)組對拼焊而成， 而 單個筒節(jié)是由兩個半圓筒 對接 焊接而成 。筒節(jié)下料單個鋼板的具體尺寸為（長 179。 寬 179。 厚 ） 為 2857179。 1547179。 8mm。 焊接滾輪架設(shè)計方案的選擇和確定 隨著焊接生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展，對焊接生產(chǎn)的機械化和自動化提出了越來越高的要求，焊接機械設(shè)備的需求量也越來越大。焊接滾輪架設(shè)備正是為滿足市場需要而設(shè)計生產(chǎn)的。它是借助焊件與主動滾輪間的摩擦力來帶動圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的機械裝置，主要用于圓筒形焊件的焊接與裝配 。 焊接滾輪架是借助主動滾輪與工件之間的摩擦力帶動筒形工件旋轉(zhuǎn)的焊接變位機械 。 它主要應(yīng)用于筒形工件的縱向焊縫 、 環(huán)向焊縫的裝配和焊接作業(yè) ， 也可以在焊接滾輪架上進行修整 、 割孔及探傷等作業(yè)。滾輪架是容器生產(chǎn)中最常用的一種工藝裝備。 焊