焊接结构识图法

第五章　冷作工备料及装配技术

第一节　备料工艺

一、剪　切

铆焊件制造过程的第一步是放样与号料，号料后，除了气割下料以外，主要是采用剪切下料。

常用的剪切机床有：龙门式剪板机、联合冲剪机、圆盘剪切机、振动剪切机以及专用或多用的型钢剪断机等。

龙门式剪板机是应用最多的剪切设备，主要用于中、薄板的剪切，而且只能剪切一定范围内的直线形切口。联合冲剪机是一种多用途多工位机床，可以剪切小块板料，可以剪切一定规格范围内的型钢，还可以用来冲孔和小型薄件的冲剪落料。圆盘式剪切机则用于剪切薄板的圆形件及外圆弧线。振动剪切机用于剪切4mm以下钢板的直线或曲线，还可以用来剪切钢板的内孔。专用或多用的型钢剪断机则用于中、小型截面的型材平面切口的切断。

1.龙门式剪板机

龙门式剪板机为了钢板送料及移动方便省力，在工作台面上设有多个托料钢球或小轴辊，在剪切时它们可以缩入工作面下。一般在剪切机前面及剪刀两端，还设置有鹅颈滚轮或其他形式辊轮的工作台架，大型剪板机还往往单独设置有起重装置，以利于板料的运送和取放，也可采用程控系统实现自动化。

龙门式剪板机设置有前后挡料架及挡料板，挡板可依剪板尺寸进行前后调节，调节定位后，可实现对同一尺寸的大批工件的挡板剪切，这可省去大量的划线、对线的时间，且保证工作尺寸的一致性，是一种高效率的剪切方法。

液压剪板机上的压料装置设有轻压油路，便于剪切时对准直线。在压料架的前面设有各种指示和显示装置。如指示挡料位置、剪切刀刃间隙的指示器、对线灯光等。

用龙门式剪板机剪切钢板时，首先将钢材放在上、下剪刀之间，并按划好的剪断线将板料与剪口对齐，启动开关，先用压料装置将钢板压牢，以防其翻倒和移动，随上剪刀向下移动，加大压板力压紧板料，板材在上下剪刀剪切力的作用下，受到挤压而变形，随剪切力的逐渐增加，则由弹性变形转入塑性变形，剪刃开始压入金属上表面，压入一定深度时，钢板在剪切力作用下开始断裂而被连续剪断。压入金属的深度与钢板的性质有关，碳钢大约为1/3～1/4板厚。因此在钢板的断口面上有一条光亮带。这是剪刀压入被剪切的部分，其余是粗糙无光泽部分，为被剪断部分。由于上、下剪刀之间有一定的间隙，因而剪断不是纯剪切，伴有弯曲作用，切口边缘被挤压弯曲，所以被剪掉一边钢板的上边出现圆角，在下面向下弯曲形成所谓毛刺。如图5-1所示。

图5-1　钢板剪切后断面形状

此外，在剪断线近旁约2～3 mm的区域内因受挤压变形，晶格发生变形和破碎而引起硬化现象，为保证焊接质量，对于具有裂纹敏感性的钢材，该硬化带应该予以清除。

理论上计算的上剪刀倾角应小于或等于16°41′，但实际上所采用的剪刀倾角要比这小的多。龙门剪板机剪刀较长，显然在剪切同样长度时，剪刀倾角越大时则要求其上下行程也就越大，这将给剪板机的结构设计增加很大困难。我国目前生产的龙门剪板机上剪刀倾角为1°～4°。

剪板机剪切的最大厚度，是依据材料的机械性能算出的，一般按低碳钢的强度设计。如果剪切普通低合金钢和不锈钢等板材，应按其机械强度进行换算。因其加工硬化现象严重以及剪切抗力较大，所以其剪切厚度也应相应减少。不锈钢的最大剪切厚度应比低碳钢小1/3左右。在剪切合金钢时应考虑剪刀的硬度是否合适，否则会使刀片损坏。

龙门式剪板机剪切钢板的质量，是剪断机中最好的，其切口光洁平齐，尺寸准确，沿厚度方向的斜度也较小。除切口边缘对一些塑性较差的材料会产生范围不大的加工硬化之外，几乎不易产生其他严重缺陷。用斜口剪板机剪切较窄的板条时，由于被剪的下部分受到上剪刀将其拨开的弯曲力，会产生扭曲变形，特别是剪切厚而窄的条料时，这种变形更为显著，需进行矫形，所以这种剪板机不宜剪切厚而窄的板料。

剪切的质量除与被剪材料的性质及尺寸有关外，还与剪板机剪刃的利钝、上下剪刀之间的间隙、压料机构的压料力以及工人的操作技术和经验有关，其中以剪刃间隙对切口质量关系最大。间隙合适时，切口断面光滑，上面边缘塌角及下面毛刺最小，断面在厚度方向上的斜度也较小，一般要求斜度不能超过厚度的1/10。如间隙过小，上下两面形成的开裂不相重合，相互平行，最后在其间形成毛刺和层片，断面呈现有两个光亮带，且剪刃受到的挤压力和摩擦力增大，使剪刃磨损加剧，降低其使用寿命；间隙过大时，对于薄料会被拉入间隙，形成拉长的毛病，甚至会损坏机床，上边缘的塌角也增大，断面倾斜。另外，剪刀易产生受压不均，产生塑性变形且易于崩刃。龙门式剪板机两剪刀之间的间隙通常为（0.07～0.1）t。即为剪切板厚的0.07～0.1倍。剪刀间的间隙值可参考表5-1。

表5-1　龙门剪床剪刃容许间隙Z　/mm

龙门式剪板机可以表示其加工能力的技术性参数，除上边提到的最大厚度外，主要的还有：可剪最大板宽（剪切长度）、喉口深度、行程次数、挡料架调节范围及剪切角等。其中可剪钢板的最大宽度是指一次剪切长度，主要与剪刀长度有关，也与上剪刀倾角及行程有关。其关系如图5-2所示。

图5-2　剪刀剪切长度示意

剪切长度总是小于剪刀长度。原因是：在剪切过程中，当上剪刀运动到最高位置时，上下剪刀总要保持有一段长度a相互重叠而不离开，当上剪刀运动到最低位置时，上下剪刀又总是有一段长度c不相接触，所以，钢板每次在剪刀上所剪切的实际长度应是剪刀长度减去上述两段长度后得到中间一段b。龙门式剪板机剪刀是在机身两侧壁之间。当剪板的宽度很大时，一次剪切F6即使剪不断也无法横向移动，再接着剪下去，所以也限制了剪板的最大宽度。喉口深度影响连续剪切的边宽。如果被剪切钢板只要有一侧边缘距切口距离小于剪板机的喉口深度，则其可剪切的切口长度可以说是不受限制的。可以多次移动剪切，直至剪切完了。由此可看到喉口深度也是一项很有实用意义的性能参数。

现定型生产可向市场供应的龙门式剪板机型号及技术性能见表5-2和表5-3。

表5-2　国产龙门式剪板机技术性能

注：板厚小于10mm时，喉口深度为210mm。
板厚大于10mm时，喉口深度为230～300mm。

表5-3　国产液压剪板机技术性能

注：喉口深度为300mm。

2.振动剪床

振动剪床可以作4 mm以下钢板的直线或曲线剪切，还可剪切出钢板的内孔。

图5-3　振动剪床示意图

1—下剪刀；2—上剪刀；3—上刀座；4—连杆；5—偏心轴；6—轴承座；7—离合器；8—电动机；9—床身；10—底座

图5-3为振动剪床示意图。其工作部分是刃口很短（≤20～30mm）的两把剪刀，下剪刀固定装在床身上，上剪刀装在刀架上，刀座靠偏心轴经连杆带动，作每分钟1 500～2 000次的快速振动。板料在两剪刀之间，靠上剪刀的振动而剪断。

如图5-4所示，上、下剪刀刃口相对倾斜20°～30°，两剪刀间的间隙约为0.3mm，两剪刀的重叠部分可以依据板料厚度调整。上剪刀的振动行程为4～8mm。

图5-4　振动剪刀

3.型钢的剪切

型钢的剪切主要是用于沿长度方向的平截面截断。除了在专用的型钢剪切机上剪切外，还可以利用联合冲剪机或是利用冲床等设备，装上剪切型钢的上、下剪刀和辅助装置进行剪切加工。

型钢剪断机的工作原理和操作方法基本上与钢板的剪切相同，只是上、下剪刀的形状不同。型钢剪断机的剪刀刃口形状应与被剪型钢的断面形状相适应。型钢剪断机依其可剪断型钢的种类有单用和多用之分。单用途剪断机只能剪一种断面的型钢，如角钢剪断机、圆钢棒料剪断机等，只有一个工作剪口，剪刀形状一般是不可更换的。适用于大量专业化生产中，如生产自动线上，多用途型钢剪断机可以剪多种型钢，它有多个不同形状的剪口，或是具有多种形状的剪刀，可以根据欲剪切型钢的类型进行更换。

型钢剪断机在剪切型钢，特别是剪切大断面型钢时，上剪刀相对于下剪刀所作的剪切运动，像斜口剪板机一样，也不是将剪切力同时加到全部断面上剪断，而是沿剪切方向斜向滑动，使断面逐渐被剪开。这可以大大减少机床的功率，或者扩大其剪切范围。

型钢剪断机是以其剪切力（吨）及以此计算之可剪型钢最大规格为其主要性能指标。我国生产的几种型钢剪断机的技术性能见表5-4。

表5-4　几种型钢剪断机技术性能

注：括号内为热剪数值。

型钢剪切对切口的质量要求与对钢板的要求基本相同。钢材的断口处不应有裂口、掉肉以及过大的倒棱和毛刺等缺陷，如超出允许范围应进行修整。并及时查找原因，予以克服。如调整剪刃间隙、修磨用钝了的剪刃、改善操作方法等。剪切型钢要特别注意剪切断面的垂直度，斜度允许公差一般不超过1/10的型钢厚度。为此，剪切时一定要摆正型钢位置，使型钢纵向轴线垂直于剪刀的剪切面。最好在剪断机前面设置滑轮架，其高度与下剪刀一致。型钢杆件的剪断，数量有时很多，常采用定位器进行挡板剪切，工作之前必须检查定位是否准确，并在剪切过程中经常检查是否有移动，发现误差要及时调整纠正，以保证剪切尺寸的正确。

二、锯　切

型材的截断，除采用剪切的方法外，还可以用锯切的方法进行截断。锯切就是用各种锯床以切削的方法将钢材截断。锯切所用的机床也就是一般机械加工所用的普通锯床，如弓形锯床、带锯床及圆盘锯等。其规格型号很多，可查阅机械产品样本、手册等，依切割工件的规格尺寸和性能来选择。

锯切的质量比较高，切口光滑平整、尺寸准确、精度高，切口处内应力较小，切口金属不会发生金相变化。但锯切与其他切割方法比较，最大的缺点是效率比较低，切割速度太慢，且受机床结构和功率的限制，只能切割在一定尺寸范围内较小断面的型材、棒材和钢管，所以在焊接结构制造中应用较少，只是在要求切口质量很高，不再进行重新加工和一些断面较小的型材的切断，才会采用，主要用于管材和棒材的切割。

三、砂轮切割

砂轮切割机亦称砂轮锯，也是切断小型断面管材、棒料及相应的小断面型材的一种切割机，是以2.5～5mm厚的高强度的砂轮片为切削刃具，高速旋转（每分钟可达5 000多转）对金属进行快速磨削加工而切断工件的。其切断效率比其他锯切方法高很多，且机身较小、轻便、灵活，可随意移动，故得到较多的应用。其缺点是砂轮磨损较快，要经常更换砂轮片，且在切割过程中产生大量的灰尘和火花飞溅，对工作环境有一定的污染。另外有一定的危险，要注意防止砂轮片的破碎伤人。我国近年生产了很多型号的砂轮切断机，表5-5是其中两种砂轮切断机的技术性能。

表5-5　砂轮切断机技术性能

四、气　割

手工气割的工艺及规范选择比较简单，通常是根据切割工件的厚度，选择割炬及割嘴的型号，只需选定和调节好氧气和可燃气体的压力即可。而气体的流量，预热火焰的能率及性质等，则由操作者按工艺要求及实际生产经验在割前预先调节好，并在切割过程中随时依切割情况进行调整，切割速度、割嘴与工件间距离、割嘴的倾斜角度以及对正切割线沿其向前行进等，则完全依赖于操作技艺和生产经验。

近年来，数控气割已经广泛的用于钢板的下料。把几何形体用数学方程的形式输入计算机里，根据图纸直接将数据输入计算机就可以进行气割，省去了展开、划线、号料等繁琐的工序，为结构制造的自动化奠定了基础。

由于数控切割具有较为完善的自动控制系统，如自动点火、熄火、自动引进、引出、遇回火等意外情况可自动停车以及割嘴与工件间距离的自动调整等，还具有多种功能，如自动增减割速、转角减速、割缝自动补偿、自动反转程序以及文字、数字及图像显示、人机对话等。在用途上除切割外，还可以用来排料、套料、划线等，而且功能、用途越来越多、越完善。用它来进行切割不但质量好，效率高，而且安全可靠，同时还极大的减轻了劳动强度和节省大量人力，所以得到了迅速的推广和应用。

五、边缘加工

钢材在剪切及气割等加工中，由于受力变形或加热等影响，可能会产生内部组织及机械性能的变化。尤其是对强度较高、塑性较差的一些加工敏感性较强的金属材料，可能会在加工边缘产生加工硬化、细微裂纹以及渗碳、淬硬等缺陷。这些都将对焊接产生不利的影响，甚至会导致焊接缺陷的产生。因此在焊接之前，有必要进行边缘加工，将这部分性能降低或有缺陷的金属去除。

任何一种焊接方法，都有一定的熔透深度。对于一些较厚工件的焊接，为了保证焊透并具有良好的焊接成型，同时要尽可能的减少焊接熔敷金属量，依焊接工艺的要求，要将被焊工件的边缘开出一定形状的坡口。

另外，随着焊接结构更加广泛应用，其工作条件也越来越复杂，质量要求也越来越高，为了提高结构抗疲劳的能力和耐腐蚀的能力，即使不是装配、焊接的工件边缘，即自由边，也不允许有缺口、裂纹、凹坑或尖棱、毛刺等存在，所以也有必要进行边缘加工予以清除。

对工件进行边缘加工的方法很多，有手工铲削、砂轮打磨、用加工机床进行机械加工，其中包括刨、铣、车等切削加工以及气体火焰切割和碳弧气刨等方法。

气动手工铲削是一种较落后的边缘加工方法，由于其劳动强度大、生产效率低、加工质量差和噪音大等缺点，在进行大规模生产的现代化大型工厂里，已逐渐被淘汰。只是在不便于用其他方法加工坡口时才利用其简单、方便、灵活的特点而采用之。砂轮打磨也只是限于加工量不大的工件边缘表面加工。如对切割边缘淬硬层的消除、不太平整的边缘打平磨光等。

在生产中大量采用的边缘加工方法主要是机械切削加工，如采用刨边机刨边、铣削和车削坡口。气体火焰切割和碳弧气刨这两种开坡口方法只适用于不会淬硬的普通低碳结构钢。

第二节　钢板的卷制

各类压力容器的筒体、高炉、热风炉及转炉等各种圆形炉体的外壳以及各类液体、气体的大型管道等，大都是用钢板卷制而成的，所以，对钢板的弯曲卷制加工就成了金属结构制造厂在生产过程中，进行钢材加工的重要工序之一。

一、对钢板弯曲的要求

钢板的弯曲加工，实际上是钢板在外力作用下产生塑性变形的过程。依照所制零件形状的要求，钢板各部分将产生不同程度的塑性变形。

加工硬化不仅使成型加工时的动力消耗增加，使进一步变形加工困难，甚至会产生裂纹和断裂，造成工件的损坏。即使不发生损坏也会对随后的加工、焊接以及产品的质量产生不利的影响。

钢板在冷态弯曲时，其变形率一般应控制在5%之内，对于重要结构，如压力容器，一般多控制在2.5%～3%以内，如果超过此范围，应加热后再进行弯曲，或者弯曲后采用热处理消除加工硬化现象。

同样直径的工件，其钢板厚度越厚或者厚度相同而弯曲半径越小，则钢板的变形程度就越大。对于一定厚度的钢板，都有一个允许的最小弯曲半径值，对于低碳钢来说，其最小弯曲半径，约在0.5～1.5倍厚度之间。其值大小还与钢材性质及组织状态有关。

对于压力容器，当低碳钢和16MnR及相类似的材料，其板厚S≤0.03Dg（Dg为工件的公称直径），其他低合金钢板厚S≤ 0.025Dg时，可以采用冷弯方法，否则应进行加工后热处理或采用热加工方法。

热加工弯曲一般都在再结晶温度以上进行。对于一般低碳钢及低合金钢，钢板的加热温度一般为900～1 000℃。应注意不能产生过热和过烧的现象。加工结束时的温度一般不低于800～850℃。应依钢种具体决定，见表5-6。表中的终止温度为不低于所列温度。

表5-6　常见材料热加工温度范围

为了消除冷、热卷板的困难，兼取冷、热卷板的优点，近年来提出了温卷的新工艺。即将钢板加热到500～600℃，在此温度下进行卷制。这样既可使钢板比冷卷时具有较大的塑性，减少卷板机超载可能，又可减少氧化皮的危害，操作也比热卷方便些。由于温卷加热温度一般在材料再结晶温度之下，因此它实质上仍属冷加工范畴。

二、钢板的预弯

用对称式三辊卷板机弯卷钢板时，钢板两端各有一平直段无法卷弯。为了使钢板都能弯曲成同一曲率，在卷板前要采用一定的办法，先将其两端弯曲成所需要的曲率。我们把这一工序步骤叫做预弯，俗称压头。

图5-5　专用压头模

图5-6　通用压头模

图5-7　锥筒压头模

图5-8　卷板机上压头

预弯的方法有多种，如果是批量生产，例如液化石油气罐、乙炔气瓶的罐身压头，由于批量大，直径不变，压头尺寸相同，最好采用专用压头模具。如图5-5所示，一般情况下，模具采用铸造后机械加工而成。确定模具尺寸时，要考虑热压收缩率和冷压回弹率，经实际压制后再进行尺寸修改。图中所示圆辊可以起到承托和方便移动的作用。

图5-6为通用压头模，用该模也可以压制其他板件。压制时，可以在两端或中间加垫板条调节压头的曲率。该胎具可以由焊接车间自己下料焊接而成，根据模具大小采用适当板厚，上模的压头可以采用45#钢圆钢焊接而成。

图5-7为压制锥体的模具，上下模均为圆钢，边转动边压制，沿素线压制，用卡样板检查弯曲程度。

图5-8是用卷板机压头的方法。图5-8（a）是小尺寸薄板料的压头方法，直接利用卷板机的上辊，用手锤或大锤打弯板的端部。

图5-8（b）也是手工弯曲，将板料压在上下辊之间，利用卷板机的下辊，用手锤或大锤弯曲钢板的两端。

图5-8（c）是借助一块预弯胎板进行预弯。胎板厚度一般取卷制钢板厚度的两倍或稍多些，常用40mm厚的钢板。其曲率半径应略小于被弯钢板的半径，这样既可以不致增加卷板机的负担，免于损坏机床，又可以保证钢板的预弯曲率。这种方法方便简单，节省材料和设备，所以应用最多。预弯的长度一般要大于两下辊中心距的一半，可取6～20倍的板厚，通常为150～200mm。

图5-8（d）是比较方便的压头方法。升起卷板机的上辊，放入一块厚板作为衬托，抬起待卷钢板放入楔条，卷板机压下后，反向滚动压弯钢板，移动楔条多次压滚完成压头。

图5-8（e）是模板加楔条的压头方法，利用楔条和模板压头。

图5-8（f）是用四辊卷板机压头的方法。

对于又小又薄的板，可以放在槽钢上用手锤压头。

三、钢板的对中

钢板预弯好后，即可将钢板放入卷板机上下辊之间，进行滚卷。为了防止卷歪，首先应注意将钢板放正，也就是要对中，使钢板的轴线垂直于卷板机轴辊的轴线。常用的几种对中方法如图5-9所示，图（a）是利用轴辊上的细槽对正，前提是钢板的边必须垂直。图（b）是顶到轴辊上后放平，放平时要注意钢板不可左右移动。图（c）是在卷板机床身适当位置焊上一些可以转动的活动挡块，钢板顶到挡铁上。图（d）是利用四辊辊床顶辊对正。可依具体情况选用。还可以先在钢板上划出垂直于卷制方向的直线，观察直线的两端是否与轴辊上的细槽对正，即可对中。

四、卷　制

钢板对中以后，就可以压下上辊压住钢板，并使之产生一定弯曲，开动机床进行滚卷，每滚卷一次行程便适当向下调整上辊一次，这样经过多次滚卷就可将钢板弯曲成所要求的曲率适当调整上辊下压的次数和每次下压的调整量，压下量的调整以卷弯时钢板不打滑和不超过设备能力为准。

图5-9　卷板机对中方法

常用卷板机的型号和技术参数见表5-7。

表5-7　常用卷板机的型号和技术参数

表中的卷板速度：次/分；最小弯曲半径mm；卷板最大尺寸板厚×板宽，mm；材料屈服点：N/mm2；电动机功率：kW。

在卷制筒体时，人们总想多压下一些，少转几圈而成型，从而提高工效，但从容器的使用寿命、机械性能降低、抗应力腐蚀破坏和抗疲劳等项指标看，都是不可取的。

卷制后，金属的表面会产生硬化，硬化层的深度随卷制次数和压力的增加而加大，钢板存在较大的残余应力，容易产生裂纹或断裂。如果所使用的材料韧性较差，甚至会在没有外力的作用时容器自行破裂，或使容器先产生裂纹，然后在承受压力时发生破坏。

因此，卷制时应尽量少压下一些，多卷几次而成型，以减少冷作硬化程度。为了消除冷作硬化和焊接的残余应力，常用退火的方法，可以消除70%～80%的残余应力，而保证容器的安全使用。

滚卷过程中还应注意：要随时用卡样板测量，看是否已达曲率要求，不可过卷太多，因为过卷要比曲率不足难于修正，且易使金属性能变坏。但在冷卷时，考虑到回弹的影响，必须有一定的过卷量，一般过卷量比所要求半径小20～30mm。当卷制达到要求曲率时，还应在此曲率下多卷几次，以便其变形均匀和释放内应力，减少回弹。高强钢回弹较大，为减少回弹，最好在最终成形前进行一次退火，退火后再次滚卷。

热卷时不必考虑回弹。对于闭合的圆筒，一般只要控制下料尺寸，卷至刚好闭合即可。为了防止工件过早卸下而产生变形，应在终卷曲率下，继续对工件进行不断的滚卷，直至工件表面颜色发暗，温度<500℃时为止。并且在取下后，要合理地摆放，如立放或使其开口在最下位置横放等，以防止加工后的变形。

五、过卷的矫正方法

在卷制时，要尽量防止过卷，宁肯多卷几次也不可以在接近弯曲曲率时一次压下过多。在滚卷多个相同尺寸的圆筒时，要记下滚卷次数和最大压下位置，在床头上作上记号。如果发生了过卷，可以采用以下方法加以矫正。

（1）用大锤放弧。如图5-10所示，在过卷处用大锤均匀轻打钢板外表面，用卡样板检查。注意不要留下明显的锤痕。钢板较薄时效果较好。

（2）减压滚卷放弧。发现过卷后，及时停止卷制，稍稍升起上辊，减少压下量，反复卷制，直至上辊离开钢板，如图5-11（a）所示，利用筒体的自重和回弹减少弯曲曲率。

（3）吊起同时滚卷。如图5-11（b）所示，用吊具吊起筒体的一个边，适当保持拉直力，转一段放一段，全板的曲率都不超值后，再进行滚卷。

图5-10　锤击法放弧

图5-11　减压滚卷放弧

六、矫圆及圆筒装配

1.矫　圆

圆筒形封闭表面工件，当进行点固焊和纵缝焊接之后，一般还要进行一次矫圆。矫圆多在原卷板机上进行。矫圆大致可分为三个步骤：

（1)圆筒放入卷板机后，根据经验将上辊下压到所需的最大矫正曲率的位置，进行加载；

（2）使工件在矫正曲率下多次滚卷，并着重于焊缝区的滚卷，使整圆曲率均匀一致，并经测量，直至合于要求为止；

（3）逐渐卸除载荷，并使工件在逐渐减少的载荷下多次滚卷，完成卷制。

2.表面压伤

卷制过程中由于氧化皮及其他杂物附着在板料或辊子上，会造成板料表面压伤。特别是热卷和热矫圆时氧化皮的危害更为严重。为了减少氧化皮等的危害，坯料表面的氧化皮应在卷制时及时扫除干净。

3.卷制有色金属

卷制非金属材料、不锈钢及精密板料时，应注意将卷板机的卷辊及平台清理干净，应清除其表面的锈皮及其他硬性颗粒，并将辊表面磨光，消除棱角和毛刺等。最好有专用固定设备卷制有色金属。必要时应采用厚纸板或专用涂料等保护工件表面，保护层上不准有硬性颗粒物。对于铝板等较软材料，即使硬纸板的搭头不当也会影响表面质量。

4.错口与错边及接口的装配

如图5-12所示，卷圆后，一般在卷板机上用电焊点固筒体。装配时容易遇到错口和错边两种情况。图（a）表示由于对中不好或卷制过程中钢板发生了位移而产生了错口，修复方法是取一根槽钢，一端焊上回钩，一端开几个孔，用撬棍加垫块找正。也可以用螺旋拉紧器拉紧。图（b）表示错边，一般是由于卷制不均造成的。可以用吊车吊起后，用“鸭嘴”扳正。

其他备料工艺，如封头压制工艺等，请见第七章。

图5-12　圆筒卷制的错口、错边及修复

第三节　冷作工装配技术

一、焊接结构识图法

冷作装配工必须具有较强的识图能力，充分阅读理解图纸含义才能正确地制定装配方案，确保主要部位的尺寸和公差在限定的范围之内。下面主要介绍冷做工识图法以及编制下料材料表的方法。

1.识图的注意事项

（1）焊接结构图一般属于中空结构，以钢板、型钢为主，区别于机械加工图纸的实心的结构，看图时，要想像中间是空的。

（2）一般不特定标明的焊接接头形式为角搭角焊接，即下料时在接口处去掉一个板厚。

（3）焊接结构图纸因结构件尺寸较大，而且比较复杂，方向视图，断面图较多，要逐个细看才能构成对总体的理解和想像。

（4）有色金属产品较少，一般均为低碳钢结构，要仔细看好标题栏中的材质栏，以免生产结束后才发现材质不符而造成浪费。如：不能用20号优质碳素结构钢代替16Mn钢等。

（5）不对称形状的产品要弄清方位，防止反方向装配。

（6）边装边焊的结构不能一次装配完成，如果都装配完成后再焊接，往往会因为焊工无法进入而漏焊。

（7）注意图纸上的工地装配符号，需要将产品运送到安装场地时再装配焊接的工件不能一次装焊而成。

（8）焊接后需要经过机械加工工序的工件的表面必须保证足够的加工余量和保证平整无扭曲。当焊接结构的尺寸较大而且机加表面也较大时，一般情况下需经矫正焊接变形后，再进行机械加工。

（9）焊接结构件往往比较复杂，零件数量较多，读图时可以将零件分为几类：

1）机械加工类的毛坯料可由图纸直接确定下料尺寸；

2）根据图纸可以直接确定尺寸的零件。这一类零件可直接编制下料尺寸表，进行下料；

3）必须经放样或计算才能确定尺寸的零件。需要求出尺寸、形状后再下料。

（10）读图时要考虑到产品的焊接变形问题，以确定适当的装焊、修形方案。

（11）注意焊接符号、坡口形式、对焊接材料的要求等内容。装配时，使用符合要求的焊接材料。采用合理的点固焊工艺，尽量减少点固焊缺陷，为焊接工序作好准备。

（12）分析零件图与总体图之间的关系、连接尺寸等。有时图纸会出现一些错误和矛盾之处，要向工艺部门提出建议，经改动、签字等处理好后再生产。有时由于材料的限制需要改动图纸尺寸时，要征得设计、工艺部门的同意。

2.初步识图

（1）通读图纸。

1）先看一下构件名称，零件的材质、重量以及总体尺寸。

2）弄清视图间的关系，确定每个断面图是从那里断开，是向哪个方向看的。对构件的整体有一个初步的认识。

3）核对一下标题栏零件表中主要零件的编号、材质、数量是否正确。

4）看一下图纸上的文字说明，弄清主要技术要求。

5）观察尺寸标注的起始位置，这里往往是装配的基准。

6）弄清并核对构件间的连接方法和尺寸，以便于该产品在使用场地与相连接产品顺利安装。

（2）详细读图。

1）先看大件，后看小件，各视图联系起来看，一个件一个件地看，在看不明白的时候，可以把该件在三个视图的投影单独画出，以便于理解，有零件图的要先看懂零件图。

2）弄清每个部件的边界、尺寸，如果对于每个零件的尺寸、形状都弄清了，就完成了读图量的80%。

3）钢板结构图和型钢结构图的差别较大，要习惯于对两种图纸的阅读。如果精读了几十张大型焊接结构图纸，读图速度会大大提高。

4）读图需要大量时间，不能过急，要仔细阅读，一套大型图纸，花几天工夫读图是常有的事。

5）遇到不明白问题，应及时与工艺部门联系，千万不要自作主张而造成失误。对图纸的尺寸、形状、材质、型号等进行修改时，必须有专人签字负责。

6）注意对焊接坡口尺寸的要求，避免装配时焊接间隙过大或过小。

7）有些构件，如耐蚀不锈钢、高压容器等的金属表面，不允许在钢材表面电焊。装配时，不能在钢板表面焊接临时的装配卡具，否则可能降低材料的耐蚀性。

8）注意图纸间的联系，图纸的序号往上一位数应是这个构件的装配图或总装图，往下一位数应该是它下属的零件图或部件图。如图纸号为B3702-37-2-1是图号为B3702-37-2的零件图。

9）大部分焊接件以底面为装配基准，筒体和型钢支架常以中空的轴线为基准。确定好基准后，才能制定出合理的装配顺序。

10）明确图纸中哪些属于冷作工制作的范围。例如常见的螺钉、螺栓、密封垫片、水龙头等零件，一般不要求冷作工领料装配。尤其是图纸中的机械加工件，要明确哪些要下毛坯料，哪些不要下料。这些说明应该写于工艺卡片中，明确了工作内容后再放样、下料、装配。

11）请注意：图纸零件表中所列尺寸为零件的参考尺寸，如与图面尺寸有差别时，以图面的标注尺寸为准。

3.具体识图

大概明确了产品的类型、材质、主要形状尺寸后，就要具体识图了。首先，对于放样人员或放样工序，要详细阅读每一个零件的形状、尺寸、与其他件的关联，并制定下料尺寸表，表中列出所有下料零件的名称、材质、数量、尺寸、标注要求等。

对于必须要放样后才能确定的尺寸、形状的零件，也要列表，以便进行放样展开工作。

为节约大量放样作图工时和避免放样作图误差，应尽量采用计算方法。对于计算结果应进行大概的评估，以免计算错误带来不必要的麻烦。

对于冷曲、火曲、剪切工序而言，主要是根据工艺卡片和零件图进行，往往没有必要进行详细的读图。但是对每一个工件的属性应有适当的了解，如材质问题、有无冷作硬化倾向、是否允许在450～850°C温度区间内长期存在，对于压制的易裂的材料应采取适当的工艺措施。另外应该明确该零件是只允许比所要求尺寸小的内部零件还是要保证足够尺寸的外零部件等。主要阅读零件与零件间的关系，必须确保的尺寸以及图纸中对该产品的特殊工艺要求。

4.识图实例

（1）支座的识图。

图5-13是支座的产品图，由钢板焊接而成。共有四个零件，件号2是两块。底板上有四个孔，直径为20mm。

详细看图的结果是：画出每个件的下料尺寸图,如图5-14所示。

图5-14（a）是底座的下料尺寸图，由于底板的边缘不与其他构件相接，应该保证长度和宽度尺寸，下料时应该保证外形尺寸。如果采用剪切，可以直接确定剪切尺寸为300mm×350mm。如果采用气割下料，就要预先留出切割余量，下料划线的尺寸一般定为：303mm×353 mm。四个孔的钻孔工序一般由冷作工直接钻出。

图5-13　支座结构图

图5-14（b）表示件2的下料尺寸图。两个侧板的尺寸完全一样。侧板与底面间采用T字接头，不影响下料尺寸。侧板与支承板间采用角接接头，需要在侧板的上面和右面去掉板厚。尺寸为图示的77mm和132 mm。

图5-14（c）表示件1支撑板的展开图。支撑板的图纸含义是由钢板压制而成。由于板厚较薄，可以采用里皮尺寸下料。弯曲后，即使尺寸偏小也不影响装配尺寸。按里皮下料的尺寸如图所示。

图5-14（d）表示件3拉筋板的下料尺寸。204 mm是最大下料尺寸，这个尺寸只可以小一些，不可以大，否则会加大两侧板间的距离。

这时就可以依图划线下料了。

图5-14　支座的零件下料尺寸图

（2）托架的识图。

如图5-15所示，型钢托架由角钢和钢板组成，上表面为工作面。装配和下料均应保证上表面的水平。图中的斜拉筋长度要经放样求出。件1的数量是一个，说明件1是角钢框。件4在侧视图上并未画出，由零件表可见板厚为8mm。角钢的断面尺寸较大，说明承载能力较大。地脚钢板上没有螺钉孔，可能直接放于地面或焊接于某工件上。这个图没有必要再给出零件图了，说明托架是某产品的一个部件。

如图5-16所示，图（a）表示件1角钢框的下料尺寸，矩形角钢框由一根角钢弯曲而成。尺寸按里皮下料，角钢的厚度是8mm，角钢框的外皮尺寸是1 235mm×765 mm，765 mm由侧视图计算得出：由于底板与角钢对称，860-95=765 mm。将外皮尺寸分别减去角钢的厚度2个8mm，即（1 235-16）×（765-16）= 1219mm×749 mm。切口的角度是90°。

图5-15　型钢托架的产品图

图5-16（b）表示件4的下料尺寸。尺寸由放样获得，图纸所给尺寸往往只能做参考。在画件3、4、5的放样图时，件3、4、5的尺寸同时获得。件3、5的角钢端部与立柱角钢的里皮距离一般为拉筋角钢的壁厚，以便于焊接。件6角钢的尺寸计算：860-95-8-8-6-6=737 mm。其他零件的尺寸可以由图纸直接算出，列出下料表如图5-16（c）所示。

图5-16　托架的下料尺寸

二、装配工艺

1.焊接结构装配特点

（1）焊接结构零件加工精度较低，互换性差，装配时大多情况下需要选配或调整，在不影响产品质量的前提下，将相同尺寸的零件放在一起，装配在一台构件上。

（2）焊接结构产品多数采用不可拆卸的连接，返修困难，故对装配方法、装配顺序、装焊顺序应严格控制，避免返修，以保证装配焊接质量。

（3）装配过程常伴随定位焊及大量焊接工作，会引起零件或部件的变形，所以在装配过程中，应采取适当措施控制和减少焊接变形与焊接应力。

（4）焊接结构多为大型产品，经常分部件制造，最后在厂内或工地总装。在工地组装前应在厂内进行预装配，必要时将其中部分不可拆卸连接改为临时夹具连接。

2.装配方法

根据焊接结构形状、尺寸、复杂程度及生产批量大小，可分别采用如下几种方法进行装配。

（1）画线装配法。这种装配方法基本可以分为两种：一种方法是将装配图样用1∶1的比例画在装配平台上按线装配。如图5-17所示，桥式起重机主梁的大小隔板装配时，只保证四边的外形尺寸，在平台上画出四边线，按线装配四块板。

图5-17　画地样装配

另一种画线方法是在工件的表面画出相关零件的装配线，然后按画出的图样装配。如图5-18所示，图（a）表示在底版上画出装配线，图（b）表示按线装配。

图5-18　在工件表面画线装配

（2）胎夹具装配法。根据产品结构尺寸、形状和装配焊接工艺规程，设计制作专供装配的胎具，整个产品或某个部件的装配在胎具上完成。即利用胎夹具定位、夹紧元件和其他装置，完成零件或部件的组装乃至焊接。应用这种装配方法虽增加了设计制造胎夹具的工作量，提高了产品制造的成本，但它省去了装配、划线等工序，还可明显提高装配精度，减少装配时间，减少焊接变形，提高装配成品的互换性和质量。这种高效率的装配方法得到日益广泛的应用，尤其在专业化焊接结构制造工厂或车间，应用更为普遍。

（3）仿型装配法。在成批生产桁架等对称性焊接结构时，多采用仿型装配法。先按图纸要求仔细制作一扇桁架作为样板，以后各扇仿造它装配，这就是仿型装配法。

装配过程如图5-19所示。图（a）是先装好的一扇角钢架，图（b）是依照先装好的一件装配另一件。连续地依照第一件仿制，直至完成所需要的件数。常依此方法制造屋架的单扇。

图5-19　仿型装配法

在结构比较复杂时，也可以在装配平台上放出桁架实样，利用各种定位、夹紧元件，装配出第一扇桁架，检验合格方可作为模子，然后利用模子仿制第二扇桁架，反转180°再装配其余零件，构成一个完整的桁架。这种方法局限性大，应用不普遍，但在某些大型复杂结构中，尤其某些对称结构，应用这种方法装配，可大大提高装配的生产率和互换性。

（4）装配焊接生产线。根据产品结构特点、制造工艺及生产规模等设计制成由各专门机械装备如下料加工机械、装配焊接卡具、变位机械等和自动控制系统组成的焊接生产线，除在生产线上完成装配、焊接外，还常常将钢材预处理、切断、冲压成型、焊后处理及检测等亦都安排在生产线上完成。这种装配方式是在实现产品某一部件或某一工步、工位等装配工作机械化的基础上发展起来的。它不仅实现装配、焊接等主要工序的机械化。还推广使整个焊接结构制造工艺过程实现机械化乃至自动化。这种装配方式在汽车和机车车辆制造、压力容器和建筑钢结构制造中获得日益广泛的应用。

（5）装配焊接顺序的确定。主要考虑每道焊缝的焊到性和对焊接变形的影响。在实际生产中，装配焊接的顺序有两种方式。

1）先装配后焊接。这是最常用的一种顺序，即在部件装配全部完成后再焊接。这种装配方法适用于总体装配后，能够方便地焊接所有焊缝，而且产生的焊接变形较小。

2）装配焊接交替进行。在同一部件或产品上，装配焊接交叉进行。这多数是在一次装配后会影响焊接施工，甚至有些焊缝无法焊接的情况下，才采用这种装配焊接顺序。在产品总装配时多采用这种边装配边焊接的方法。

当部件的零件比较少，装配后不妨碍焊接工序的顺利进行时，应尽量先装配后焊接。这即便于组织流水线生产，也有利于实现装配与焊接的机械化。由于焊接在结构一次装配后集中进行，焊接量大，变形不易控制，产生变形矫正也较困难，所以零件多、结构复杂的产品可以把部件区分得更细些。

3.梁柱与桁架结构的装配

在焊接结构生产中，梁和柱所占的比例较大，主要是工字梁、T形梁、π形梁、箱形梁，而桁架结构主要由型钢焊接而成。梁柱结构装配焊接的主要问题是变形问题，桁架结构的主要问题是形位问题。

（1）T形梁的装配。当生产批量较少时，一般采用画线装配，如图5-20所示，图（a）表示在底板上画装配线，图（b）表示按线装配。用直角尺检查垂直度。图（c）表示底板的反变形，反向压出角变形后，抵消焊后的角变形。焊接后可以采用火焰加热法矫正。

图5-20　 T形梁的装配

如果T形梁的批量较大，可以制作简单的卡具提高装配速度和质量。如图5-21所示：图（a）是胎具的直观简图，T字梁的尺寸如果较小，可以制作简单的胎具，装配时，用手锤顶紧即可。如果T形梁的尺寸很大，可以用大螺栓顶紧，或用液压缸顶紧。图（b）是零件示意图，件1是顶板，件2是底板，件3是垫铁，可以根据请况更换。件5和件6是T形梁。件5的宽度会有误差，选配一样宽的件5配合不同的件3，以保证件5与件6的左右对称。件4是保证T形梁纵向对齐而设的挡铁。

图5-21　 T形梁简易装配胎具

（2）工字梁的装配方法与T形梁的装配方法相似，只是多一块上翼板，中间的立板称为腹板，下面的底板称为下翼板。由于焊缝对称，变形会比T字梁小一些。焊接后的变形主要是上下翼板的角变形和整体的拱曲变形。采用与T形梁一样的角变形反变形，可以减少角变形。合理的焊接顺序和方向可以减少拱曲变形。

单件工字梁可以画线装配，批量大时，可以采用专用胎具。夹紧器可以采用油压、液压、螺栓或偏心轮等方式。胎具的精度和复杂程度取决于对梁的精度要求。

π形梁就是一个翼板两个腹板的梁，由于其刚度不高，采用的较少。

箱形梁的装配在第七章有详尽的介绍。

（3）桁架结构的装配。型钢构件的装配主要是梁、柱、架的装配。通常的装配顺序是：先画线装配一个较大的单扇，仿型装配另一扇，再立起来装配成为一个整体。关键工序是矫直型钢，只有直线度很好的零件才能装配出高质量的构件。另一个关键工艺是测量和调整形状和尺寸。

塔式起重机的立柱是对垂直度要求很高的构件，为了保证每节立柱的形状和尺寸，钻立柱端部的螺栓孔时，要使用靠模钻制。如图5－22所示，立柱的装配模具由6个件组成，件1、2、3是支撑架，由厚钢板焊成。件4是机械加工件，上面有尺寸精密的钻孔。件6是防止装配时角钢变弯的支撑钢板。件5角钢的下料长度要严格限制，最好是把多根调直的角钢卡紧在一起，画线后，用铣床铣削角钢的两个端面，保证角钢端面的垂直度和角钢的长度。使用钻床的专用钻孔模进行精密钻孔。装配时，将角钢用销钉固定在模具上，然后在模具上进行装配、焊接。

当构件从模具上卸下时，由于内应力的作用，可能产生一些变形，可以用火焰矫正法矫正。矫正后，还应安装在模具上，检查钉孔位置是否合适。

图5-22　型钢立柱的装配

本章小结

焊接结构生产的第一步工作——放样与号料结束后，将零件从金属材料上取下来的工序称为下料。下料的方法有很多，主要是剪切和气割。零件产生后，要经过一系列的加工后才能转入装配工序，这之间的各种加工，如：校平、卷弯、冷压、火曲、钻孔等工序称为备料。备料结束后，将零件依次装配起来的工序叫装配，也常称为组立工序。本章的内容就是介绍从下料到装配的的一系列工艺过程。

剪切工艺中主要介绍龙门式剪扳机，包括型号、规格、剪切原理、剪刃间隙调节等内容。还介绍使用型钢剪切机、震动剪切机、砂轮切割机下料的工艺方法。

圆筒形构件和锥形构件在焊接结构生产中经常遇到，都要进行卷制。本章较详细地介绍了压头、对中及卷制方法，还介绍了卷制、焊接后的筒形件的矫圆方法。

在介绍装配工艺时，首先介绍了焊接结构的识图法和零件尺寸确定，结合板形件、型钢件实例进行了练习。介绍了画线、胎卡具、仿形、生产线等装配方法，还较详细地介绍了型钢柱、架的装配方法，同时也介绍了一些自制实用简易装配模具的方法。