什么是焊接夹具？

焊接夹具：

为保证焊件尺寸，提高装配精度和效率，防止焊接变形所采用的夹具。

介绍：

焊接夹具：焊接用的夹具。

在焊接时,用来定位,固定工件,这就需要有夹具才行。不然的话焊接产生大量的热量。由此有很大的热应力,工件很自然就变形了,以致达不到形位公差要求。有夹具的话虽然有应力,但不会让它变形，

焊接件要求通过回火去除应力。

焊接操作机的应用与组成

摘要焊接作为一种工业制造手段，广泛的应用于各行各业。焊接结构不容易受材料本身形状的限制，这是铆接、锻造、铸造、螺栓连接等连接方式无法达到的；焊缝本身拥有几乎达到母材甚至超过母材的强度，焊接的可靠性更是其他连接形式不能比拟的；另外焊接部位密封性好、焊接结构成品率高、焊接配合工序固定等特点更是焊接这种制造手段出类拔萃之处。然而，焊接过程是一个局部不均匀加热的过程，造成的局部应力集中很有可能导致产品在使用过程中焊接部位疲劳、断裂；由于不均匀加热产生的母材塑性变形，会导致产品外观质量不合格，产生不必要的整形工序成本，以及产品加工余量的增加。所以，焊接结构变形的控制是涉及行业比较关注和主要攻关的一个项目。

关键词结构件；工件；焊接；变形；应力；控制

1、焊接变形的形成及将导致的后果

1.1焊接热过程是一个十分复杂的问题，在实施焊接作业时，焊接工艺选择的合理性与否，可能导致工件整体受热不均匀问题突出，从而造成工件内部应力分布不均匀、工件变形严重，无法正常使用。

（1）焊接热过程的局部性或不均匀性。多数焊接过程都是进行局部加热的，只有在热源直接作用下的区域受到加热，有热量输入，其他区域则存在热量损耗。受热区域金属熔化，形成焊接熔池，这种局部加热正是引起焊接残余应力和焊接变形的根源。

（2）焊接热过程的瞬时性。由于在金属材料中热量的传播速度很快，焊接时必须利用高度集中的热源。这种热源可以在极短的时间内将大量的热量由热源传递给工件，这就造成了焊接热过程的时变性和非稳态特性。

（3）焊接热源的相对运动。由于焊接热源相对于工件的位置不断发生变化，这就造成了焊接热源的不稳定性。

1.2工件在没有外力作用的条件下，存在平衡于物体内部的内应力。在进行焊接作业的工件上，工件受热后会膨胀，冷却后会收缩，温度的变化使工件产生变形，克服这种变形产生了平衡于工件的热应力，这种热应力是由于工件不均匀加热引起的。在沿着焊缝方向上产生残余应力称为纵向应力；在垂直于焊缝方向产生的残余应力称之为横向应力，对进行施焊的工件而言残余应力的存在对焊接工件产生的影响是多方面的，其中不乏负面的影响。

（1）内应力对静载荷的影响。在一般焊接构件中，焊接区的纵向拉伸残余应力峰值较高，对于某些材料来说，可以接近材料的屈服强度。当外载工作应力与其方向一致而相互叠加时，这一区域会发生塑性变形，并因而丧失了继续承受外载的能力，减小了构件的有效承载面积。

（2）内应力对刚度的影响。如果构件中存在与外载荷方向一致的内应力，并且内应力的值为材料的屈服强度，则在外载荷作用下的刚度要降低，并且卸载后构件的变形不能完全恢复。在实际生产中，横向焊缝和火焰校正都有可能在相当大的截面上产生较大的拉应力。

（3）内应力对杆件压稳定性的影响。由于焊接残余应力在构件内部平衡，因此构件截面上同时存在压应力和拉应力，压应力和拉应力分布在不同区域。当构件承受压力外载荷时，外加压力和压缩内应力叠加，将使压应力区内的金属首先达到屈服强度，屈服区内的应力不在增加，则使该区丧失了进一步承受外载荷的能力。

（4）内应力对构件精度和尺寸稳定性的影响。为保证构件的设计技术条件和装配精度，对复杂焊接件在焊后要进行机械加工。机械加工把一部分材料从构件上去除，使截面积相应改变，并释放一部分残余应力，从而破坏原来构件中内应力的平衡。内应力的重新分布引起构件变形，并影响加工精度。焊件在长期存放和使用过程中，其焊接应力会随时间发生变化，因而也会影响构件的尺寸精度。

（5）内应力对应力腐蚀开裂的影响。当材料处于持续的拉应力作用，同时又与材料敏感的腐蚀介质相接触，经过一定时间后，就会开裂，这就是所谓的应力腐蚀。

2、钢结构件焊接变形的控制方法

2.1通过焊接结构设计的合理性控制焊接变形

（1）合理选择基体材料和焊接材料。所选用的金属材料必须同时满足使用性能和加工性能的要求。使用性能即金属的固有属性符合使用要求。

（2）合理设计焊接结构形式。首先要有良好的受力状态，根据强度或刚度的要求，以最理想的受力状态去确定结构的几何形状和尺寸；重视局部构造，防止事故起源于局部构造不合理；最大限度的实现机械化和自动化焊接，采用简单平直的结构形式。

（3）合理设计焊接接头形式。在各种焊接接头中，对接接头应力集中程度最小，是最为理想的接头形式。

（4）合理布置焊接接头位置。焊接接头尽量避开截面突变的位置，至少应采取措施避免产生严重的应力集中。

2.2合理的焊接工艺控制变形量

（1）根据工件的结构特点适当的采用反变形法控制焊接变形。分析焊件焊后可能产生变形的方向和大小，在焊接前应使被焊件做大小相同，方向相反的变形，以抵消或补偿焊后发生的变形，使之达到防止焊后变形的目地。

（2）根据工件焊接环境温度，决定是否采用焊前预热，焊后保温的方法，来控制工件的变形量，防止焊接接头裂纹。焊件是否需要预热以及预热温度是多少，应根据钢材的化学成分、板厚、容器的结构刚性、焊接形式、焊接方法和焊接材料及环境温度等因素综合考虑。

（3）在对工件焊接时，判断每条焊缝所引起构件变形的大小和方向，选出变形最小的装配焊接顺序，这样是各条焊缝引起的变形相互抵消。对于简单结构，尽可能做到整体装配好后进行焊接，对于复杂结构可以适当地分成部件，分别装配焊接，部件经校正满足图纸尺寸要求后，再拼焊成整体。另外通过合理地安排焊接顺序和方向，尽量使每条焊缝能自由收缩。多种焊缝时，先焊收缩量大的焊缝，长焊缝要从中间向两头焊，避免从两头向中间焊。对称的结构，一定要对称施焊。焊缝分布不对称的焊道，要先焊焊缝少的一侧。当焊缝较长时，采用分段焊，并配合合适的焊接方向，以使焊接变形减小或抵消。多层焊能够翻转的焊接结构，要多次翻转施焊。对于不对称的焊接结构，通过调整焊接顺序来控制焊接变形。

结束语

在日常的焊接生产活动中，焊接结构件的焊后变形是多方面因素共同作用的结果，然而，影响结构件变形的主要因素也许就一个或者两个，当焊接环境适宜，焊接规范调整合理的情况下，焊接工艺完善与否往往成为影响结构件焊接变形的唯一主要因素，所以日常生产活动中，大量的实验和总结可以帮助完善焊接工艺，从而尽可能大的控制焊接变形。

参考文献

[1]方洪渊.焊接结构学[M].北京:机械工业出版社,2008.4.

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册:第3卷焊接结构[M].第三版.北京:机械工业出版社,2008.

焊接操作机应用：焊接操作机是与焊接滚轮架、焊接变位机等组合，对构件的内外环缝、角焊缝、内外纵缝进行自动焊接的专用设备，有固定式、回转式、全位置等多种结构形式。可根据用户的需求选择结构并配套各种焊机以及增加跟踪、摆动、监控、焊剂回收输送等辅助功能.

焊接操作机组成原理：主要由操作装置、控制装置、动力源装置、工艺保障装置组成。

一、操作装置包括导轨、倾角调节机构、垂直导向机构、焊枪夹和焊枪，倾角调节机构可使焊枪能绕中心进行正负旋转。

二、控制装置由电气控制系统组成，可以控制焊接操作机的工作状态。

三、动力源装置由气缸组成，采用气压驱动进行动力传送。

四、工艺保障装置由导丝机构、焊丝导管和导丝嘴组成，能实现焊丝的自动导向定位，可保证焊缝质量。

焊接操作机可与专用的焊件变位机械配合，实现缸体一次装夹，两根焊枪同时焊接左右两侧，使得加工精确度和生产效率很大幅度的提高

焊接操作机一般由立柱、横梁、回转机构、台车等部件组成。各部件为积木式结构，一般立柱、横梁为其基本部件，其余部件可据用户使用要求选配。立柱及横梁采用折弯焊接结构件，具有很好的刚性。轻、中型、重型焊接操作机均采用三角型导轨，超重型采用平面方形导轨，均经刨床加工。保证了导轨的高精度及其耐磨性。应用于压力容器中锅炉汽包，石化容器等圆筒形工件的内外缝的纵缝焊和环缝焊焊接。

独特的横梁和立柱截面设计，焊后去应力处理，经刨、磨成型。重量轻、强度高、稳定性好。横梁内伸缩臂的设计，可有效增加横梁的水平伸缩距离。

横梁升降采用交流电机恒速方式，升降平稳、均匀，安全系数高。带安全防坠装置。

横梁伸缩、立柱电动回转、电动台车均采用交流电机变频无级调速，恒转矩输出，速度平稳（特别是低速下），启动或停止迅捷，速度数字显示并可预置。

立柱回转分为手动、电动两种，回转支承采用国内名牌厂家的产品，自带高精度齿轮，转动灵活，并可手动锁紧，安全可靠。

台车采用标准铁路路轨为行走轨道，分为手动及电动两种。手动适用于轻型及移动范围较小的操作机，电动则适用于重型或移动范围较大的操作机。

载人型操作机设有载人操作平台，随横臂一起移动。

采用手控盒、机头控制箱（焊接控制箱）构成近控与远控方式，操作灵活方便，并在电气箱预留联动接口，可与滚轮架、变位机、圆形回转工作台等实现同步联动。焊接操作机的结构形式很多，使用范围广，长与焊件变位机械相配合，完成各种焊接作业。按其结构形式及应用特点可分为三种：

1、平台式焊接操作机：平台式焊接操作机又分为单轨台车式和双轨台车式两种。单轨台车式焊接操作机实际上还有一条轨道，不过该轨道一般设置在车间的立柱上，车间桥式起重机移动往往引起平台振动，从而影响焊接过程的正常进行。平台式焊接操作机的机动性、使用范围和用途均不如伸缩臂式焊接操作机，在国内的应用已逐年减少。

2、横臂式焊接操作机：这类焊接操作机根据横臂的结构不同有分为悬臂式焊接操作机和伸缩臂式焊接操作机。

3、门式焊接操作机：这种焊接操作机有两种结构：一种是焊接小车座落在沿门架可升降的工作平台上，并可沿平台上的轨道横向移动；另一种是焊接机头安装在一套升降装置上，该装置又座落在可沿横梁轨道移动的跑车上。作用

1、准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性；

2、有效的防止和减轻了焊接变形；

3、使工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高；

4、以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件；

5、可以扩大先进的工艺方法的使用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展；

设计的基本要求

（1）工装夹具应具备足够的强度和刚度。夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度；

（2）夹紧的可靠性。夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力；

（3）焊接操作的灵活性。使用夹具生产应保证足够的装焊空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产的全过程处于稳定的工作状态；

（4）便于焊件的装卸。操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出，还要制品在翻转或吊运使不受损害；

（5）良好的工艺性。所设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件。设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素，降低夹具制造成本。

分类与组成

焊接工装夹具是将捍件准确定位并夹紧，甩于装配和焊接的工艺设备。

在焊接结构生产中，装配和焊接是两道重要的生产工序，根据工艺通常以两种方式完成这两道工序：—种是先装配后焊接；一种是边装配边焊接。我们把用来装配以进行定位焊的夹具称做装配夹具；专门用来焊接焊件的夹具称做焊接夹具；把既用来装配又用来焊接的工具称做装焊夹具。它们统称为焊接工装夹具。

一个完整的夹具，是由定位器、夹紧机构、夹具体三部分组成的。在装焊作业中，多使用在夹具体上装有多种不同夹紧机构和定位器的复杂夹具。其中，除夹具体是根据焊结构形式进行专门设计外，夹紧机构和定位器多是通用的结构形式。

定位器大多数是固定式的，也有一些为了便于焊件装卸，做成伸缩式或转动式的，并采用手动、气动、液压等驱动方式。夹紧机构是夹具的主要组成部分，其结构形式很多，且相对复杂。驱动方式也多种多样。在一些大型复杂的夹具上，夹紧机构的结构形式有多种，而且还使用多种动力源，有手动加气动的、气动加电磁的等等。这种多动力源夹具，称作混合式夹具。在先进工业国家里，对广泛采用的一些夹紧机构已经标准化、系列化，在工艺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，相信不久也会有我们自己的系列化、标准化的夹紧机构出现。

特点

焊接工装夹具的特点，是由装配焊接工艺和焊接结构的形式决定的，有如下特点：

(1)、由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊，在焊接工装夹具上是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独进行的。

(2)、在焊接过程中，零件会因焊接加热而伸长或因冷却而缩短，为了减少或消除焊接变形，要求工装夹具能对某些零件给予反变形或者作刚性的夹固；为了减少焊接应力，又要允许某些零件在某一方向可自由伸缩。因此，焊接工装夹具不是对所有的零件都作刚性夹固。

(3)、对焊接工装夹具而言，装焊完的结构尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，增加了从工装夹具上卸下的难度。

(4)、对于熔焊的夹具，工作时主要承受焊件的重力、焊接应力和夹紧力。有的还要承受装配时的锤击力；用于压焊的夹具还要承受顶锻力。

(5)、焊接工装夹具往往是焊接电源二次回路的一个组成部分，因此绝缘和导电是设计中必须注意的一个问题。例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，将引起分流，使接头强度降低。

(6)、装配夹具和装焊夹具上的夹紧点、定位点比机床夹具上的多达几倍甚至十几倍，因此，设计难度较大，特别是定位点、夹紧点的数量、选位和两者的对应关系，都会影响夹具的功能和质量。

(7)、焊接工装夹具主要用来保证焊接结构各连接件的相对位置精度和整体结构的形状精度。

焊接工装夹具的设计

(1) 、焊接工装夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、最宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工人最易用力的部位，当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。

(2) 、焊接工装夹具应有足够的装配，焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。