重庆理工大学 焊接夹具课程设计说明书题目：横梁装焊夹具设计学院：材料科学与工程学院专业：焊接技术与工程专业学号： 11109050232姓名：张杰指导老师：罗怡目录目录 (2)1夹具设计的目的意义及要求 (3)2焊接结构件的分析 (4)2.1焊接结构件组成及成分析 (4)2.2焊接结构件组成 (4)2.3焊接结构件焊接性能 (4)3制订焊接结构件的焊接工艺 (6)3.1焊接方法及焊接规范 (6)3.2焊接材料的选择 (7)3.3焊接工序的确定 (7)3.4焊接质量的保证措施 (7)4焊接夹具的设计 (7)4.1各构件组成及成分 (7)4.1.1基准面的选择 (7)4.1.2定位器的设计 (8)4.1.3夹具体的设计 (9)4.1.4夹紧装置的设计 (10)4.1.5夹具材料的设计 (10)4.1.6夹具尺寸公差及粗糙度 (11)4.1.7国家标准件的选择 (11)4.2绘制夹具草 (11)4.3绘制正式装配图 (12)4.4绘制零件图 (12)5夹具使用说明 (14)5.1夹具体的安装说明 (14)5.2夹具体的使用说明 (14)5.3夹具体的实用性说明 (15)6参考文献 (15)1夹具设计的目的意义及要求焊接工装夹具就是将焊件进行准确定位和可靠夹紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊接结构精度方面要求的工艺装置。

在现代焊接结构生产中，积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻焊接工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等诸方面起着非常重要的作用。

焊接工装夹具的主要作用有以下几方面：1)准确、可靠地定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和装配时的划线工作。

减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和互换性。

2)有效地防止和减小焊接变形。

3)使工件处于最佳的施焊位置，焊缝的成形性优良，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。

4)以机械装置取代手工装配零部件时的定位、夹紧及工件翻转等繁重工作，改善了工人的劳动条件。

5)可以扩大先进工艺方法和设备的使用范围，促进焊接结构生产机械化和自动化的综合发展。

—个完整的焊接工装夹具，一般由定位器、夹紧机构和夹具体三部分组成。

夹具体（底板）起工作平台的作用，在其台面上开有安装槽、孔，用来安放和固定各种定位器和夹紧器件，有时还用于焊件的支承。

其中，定位是夹具结构设计的关键问题，定位方案一旦确定，则其它组成部分的总体配置也基本随之而定。

夹具设计的基本要求：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。

2焊接结构件的分析2.1焊接结构件组成及成分析图2-1被焊接件装配图如图2-1所示，所焊接的零件：横梁为在材料为20钢的钢管上焊接两个材料为45钢的支撑及一个材料为Q235的板，管的直径为40mm，厚度为4mm，管的一端有一个小圆孔。

支撑、板与管的连接是角焊缝，装配有精度要求，板与支撑的大平面要垂直于管的轴线，有垂直度要求。

2.2焊接结构件组成各构件的组成如下表：焊接结构件的组成如图2-1所示，长度为490mm的管需要与两个支撑和一个板焊接在一起，他们之间的焊接均为角焊缝，材料均不相同，属于异种材料的焊接，因此需要考虑他们的焊接性，以保证焊接质量。

2.3焊接结构件焊接性能焊接性就是金属是否适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。

也就是说，金属焊接性的概念有两个方面的内容：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定条件下可靠运行的能力。

在焊接过程中形成的缺陷主要有：1、气孔，焊缝表面或邻近表面的气孔比深埋气孔更危险，成串或密集气孔比单个气孔更危险；2、夹渣，夹渣或夹杂物截面积的大小成比例的降低材料的抗拉强度，但对屈服强度的影响较小；3、几何形状造成的不连续，几何形状造成的不连续性缺陷，如咬边，焊缝成型不良或烧穿等，不仅降低构件的有效截面积，还会产生应力集中；4、未熔合和未焊透，未熔合和未焊透比气孔夹渣更为有害；5、裂纹，裂纹是最危险的焊接缺陷。

由于尖锐裂纹易产生尖端缺口效应，当出现三向应力状态和温度降低等情况时，裂纹可能失稳和扩展，造成结构撕裂。

由此可知，该构件主要由中碳钢组成，在焊接过程中有产生热裂纹的倾向，这就要求在选用焊条时应严格限制焊条中的硫、磷的含量，硫、磷的含量总和应在0.25%以下，为了防止焊接过程中产生冷裂纹，在焊接前应该进行预热，焊接后及时进行回火热处理。

此次焊接加工的材料中有20和45钢。

异种钢的焊接性取决于两种材料的物理、化学、化学成分等。

这两种钢材的焊接性容易产生一下问题，第一，焊缝成分的稀释；第二，溶合过渡区的形成，碳迁移扩散层导致20钢增碳硬化，45钢脱碳软化。

从而引起结合性能差和使用性能低。

那么综合化学成分和实际情况选择MAG焊，选择焊丝时，保证焊接接头的使用性能，拨叉要承受部分力，塑韧性较好的熔敷金属形成“软”中间层起到“约束强化”作用，其次保持良好的工艺性能，不出现裂纹，能够是一个全位置焊。

20钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、渗碳淬硬钢。

该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。

45钢常用中碳调质结构钢，具有很高的强度和硬度，但忍性相对较低，给焊接带来了很大的困难。

其中含碳量相对较高，容易引发淬硬性及焊接裂纹，尤其这些合金元素或者与Fe形成固溶体，或者形成碳化物，都延迟奥氏体分解的作用并由此提高钢的淬硬倾向，适合于氢焊和氩弧焊，不太适合于气焊。

Q235的焊接性，由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。

低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。

但在少数情况下，焊接时也会出现困难：1)采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差。

2)沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大。

3)采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。

如某厂采用酸性焊条焊接Q235-A钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹。

4)某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。

如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度。

总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接低合金结构钢的焊接性分析16Mn和15MnV均属于低合金结构钢中的热轧钢，这类钢价格便宜，而且具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，首先来分析一下这类钢的焊接性，焊接性通常变现为两方面的问题：一是焊接引起的各种缺陷，对这类钢来说主要是各类裂纹问题；二是焊接时材料性能的变化，对这类钢来说主要是脆化问题。

裂纹问题（1）热裂纹：热轧钢一般含碳量较低，而含锰量较高，因此它们Mn/S比较大，具有良好的抗热裂性能。

正常情况下焊缝中不会出现热裂纹，但当材料成分不合格或有严重偏析，使碳、硫含量偏高，Mn/S比偏低，易出现热裂纹。

锰在钢种可与硫形成硫化锰，减少了硫的有害影响，增强了钢的抗热裂性能。

（2）冷裂纹：钢材冷裂纹主要取决于钢材的淬硬倾向，而刚才的淬硬倾向又主要取决于它的化学成分。

热轧钢由于含有少量合金元素，其碳当量比低碳钢碳当量略高些，所以这种钢淬硬倾向比低碳钢要大些，而且随钢材强度级别的提高，合金元素的增加，它的淬硬倾向逐渐增大，应根据接头形式和钢材厚度来调整线能量、预热和后热温度，以控制热影响区的冷却速度，同时降低焊缝金属的含氢量等措施，防止冷裂纹的产生。

（3）再热裂纹：从钢材的化学成分考虑，由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过提高预热温度和焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。

3制订焊接结构件的焊接工艺3.1焊接方法及焊接规范根据被焊材料及对焊件使用的相应要求，采用手工焊条电弧焊，该方法能满足全位置焊接，故在约束条件下完成整个焊接过程的方案可行。

手工电弧焊焊接参数选取：焊条：J507；焊条直径：3.2；焊接电流：100-130A；焊接电压：20V3.2焊接材料的选择焊条可选用低氢型焊条J507，因为低氢型焊条熔敷金属扩散氢量少，去硫能力强，所以熔敷金属塑性，韧性良好，抗开裂性能也良好。

J507是低氢钠型焊条，它是一种碱性焊条，可以焊接结构钢材中典型的Q235、Q245R、Q345R等钢材，其抗拉强度相对于E4315普通焊条大得多，所以一般焊接受力较大或受动载荷的钢结构。

J507焊条直径从2.5mm到6.0mm不等，可以进行全位置焊接，焊接时选用直流焊机，极性为反接。

3.3焊接工序的确定3-1焊接工序示意图如图3-1所示，首先焊接支撑1与管的焊缝，然后焊接板与管的焊缝，最后焊接支撑2与管的焊缝，以减小残余应力：先将管与扳相连接，再将管与两个支撑相连接，焊接顺序为1-2-3。

3.4焊接质量的保证措施焊工的工作技能要有保证。

焊接设备性能要好。

焊前清除油污，氧化物等杂质，焊前应进行预热，预热温度应在150摄氏度以上，也不宜太高，焊后要进行立即（在焊件冷却到预热温度之前）进行消除应力的热处理。

4焊接夹具的设计4.1各构件组成及成分4.1.1基准面的选择夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。

因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。

根据以上要求，该构件的基准面选到了管的带孔的一个端面，如图4-1所示。

图4-1基准面的选取示意图4.1.2定位器的设计在装配过程中把待装零件、部件的相互位置确定下来的过程叫做定位。

定位器是保证焊件在夹具中获得正确装配位置的零件和部件。

定位必须遵守物体定位的六点定则。

对焊接金属结构的每个零件来说，不必都设六个定位支撑点来确定其位置。