《焊接結構生產》系列課件第五單元焊接結構備料加工工藝1．掌握鋼板的矯正及預處理方法；2．掌握零件的劃線、放樣的基本方法；3．掌握鋼材下料與邊緣加工的方法；4．掌握零件加工中幾種常用的成形工藝。模塊一鋼材的矯正及預處理一、鋼材變形的原因（1）鋼材在軋制過程中引起的變形鋼材在軋制過程中可能產生殘余應力而導致變形。（2）鋼材因運輸和不正確堆放產生的變形焊接結構使用的鋼材，均是較長、較大的鋼板和型材，如果吊裝、運輸和存放不當，鋼材就會因自重而產生彎曲、扭曲和局部變形。（3）鋼材在下料過程中引起的變形鋼材在劃線以后，一般要經過氣割、剪切、沖裁、等離子弧切割等工序。熱切割是對鋼材的局部進行加熱使其分離的過程。對鋼材的不均勻加熱必然會產生殘余應力，進而導致鋼材產生變形。在剪切、沖裁等工序時，由于工件的邊緣受到剪切，必然產生很大的塑性變形。綜上所述，造成鋼材變形的原因是多方面的。當鋼材的變形大于技術規(guī)定的允許偏差時，劃線前必須進行矯正。二、鋼材變形的矯正1．鋼材矯正方法矯正鋼材變形的方法較多，根據(jù)外力的性質分為手工矯正、機械矯正、火焰矯正及高頻熱點矯正四種。（1）手工矯正手工矯正是采用手工工具，對已變形的鋼材施加外力，以達到矯正變形的目的。手工矯正由于矯正力小、勞動強度大、效率低，所以常用于矯正尺寸較小的薄板鋼材。（2）機械矯正機械矯正使用的設備有專用設備和通用設備。專用設備有鋼板矯正機、圓鋼與鋼管矯正機、型鋼矯正機、型鋼撐直機等；通用設備指一般的壓力機、卷板機。（3）火焰矯正火焰矯正是利用火焰對鋼材的伸長部位進行局部加熱，使其在較高溫度下發(fā)生壓縮塑性變形，冷卻后收縮而變短，從而使鋼材的變形得到矯正?；鹧娉C正操作方便靈活，所以應用比較廣泛。（4）高頻熱點矯正是在火焰矯正的基礎上發(fā)展起來的一種新工藝。高頻熱點矯正的原理是：通入高頻交流電的感應圈產生交變磁場，當感應圈靠近鋼材時，鋼材內部產生感應電流（即渦流），使鋼材局部的溫度立即升高，從而進行加熱矯正。加熱的位置與火焰矯正時相同，加熱區(qū)域的大小取決于感應圈的形狀和尺寸。感應圈一般不宜過大，否則加熱慢；加熱區(qū)域大，也會影響加熱矯正的效果。一般加熱時間為4~5s，溫度約800℃左右。2．鋼板變形的矯正鋼板的矯正主要是在鋼板矯正機上進行的。當鋼板通過多對呈交錯布置的軸輥時，鋼板發(fā)生多次反復彎曲，使各層纖維長度趨于一致，從而達到矯正的目的。圖5-1所示為鋼板矯正機的工作原理。鋼板矯正機工作原理下排軸輥是主動軸輥，由電動機帶動旋轉；上排軸輥是被動的，能作上下調節(jié)以適應矯正不同厚度的鋼板。一般兩端的軸輥是導向輥，能單獨上下調節(jié)，以引導板料出入矯正機。鋼板矯正機有多種形式，軸輥的數(shù)量越多，矯正的質量越好。通常5~11輥用于矯正中厚板；11~29輥多用于矯正薄板。當鋼板中間平、兩邊縱向呈波浪形時，應在中間加鐵皮或橡膠以碾壓中間。當鋼板中間呈波浪形時，應在兩邊加墊板后碾壓兩邊以提高矯平的效果。矯平薄板時，一般可加一塊較厚的平鋼板作襯墊一起矯正，也可將數(shù)塊薄板疊在一起進行矯正。矯平扁鋼或小塊板材時，應將相同厚度的扁鋼或小塊板材放在一個用作襯墊的鋼板上通過矯正機后，將原來朝上的面翻動朝下，再通過矯正機便可矯平。常用鋼板矯正機的結構形式和特點見表5-1。結構形式簡圖主要特點用途上排輥輪傾斜的矯正機上排輥輪軸整體作上下調整α角可調整薄板及屈服強度高的板料上置邊輥的矯正機上置邊輥軸可按進料方向及出料的需求進行調節(jié)中厚板成對導向輥的矯正機成對導向輥的矯正速度：v1<v2<v3，產生附加拉力薄板及屈服強度高的板料3．型鋼變形的矯正（1）多輥型鋼矯正機矯正多輥型鋼矯正機與鋼板矯正機的工作原理相同。矯正時，型鋼通過上下兩列輥輪之間反復的彎曲，使型鋼中原來各層纖維不相等的變?yōu)橄嗟?，以達到矯正的目的。圖5-2a所示為型鋼矯正機的工作原理。矯正輥輪分上下兩排交錯排列，使型鋼得以彎曲。下輥輪為主動輪，由電動機變速后帶動；上輥輪為被動輪，可通過調節(jié)機構作上下調節(jié)，產生不同的壓力。輥輪的形狀可根據(jù)被矯正型鋼的斷面形狀作相應的調換，如圖5-2b所示。（2）型鋼撐直機矯正型鋼撐直機是利用反變形的原理來矯正型鋼的。圖5-3所示為單頭型鋼撐直機的工作原理，兩個支撐1之間的距離可調整，間距的大小隨型鋼彎曲程度而定。推撐2由電動機的變速機構、偏心輪帶動，作周期性的往復運動。推撐力的大小可通過調節(jié)推撐與支撐間的距離來實現(xiàn)。型鋼撐直機主要用于矯正角鋼、槽鋼、工字鋼等，也可以用來進行彎曲成形。鋼板和型鋼變形后，還可以通過油壓機、水壓機、摩擦壓力機等進行矯正。矯正鋼板的尺寸大小，主要由壓力機的工作臺尺寸而定。型材在矯正時會產生一定的回彈，因此，矯正時應使型材產生適量的反變形。壓力機矯正鋼板和型鋼的方法見表5-2。簡圖適用范圍簡圖適用范圍中厚板彎曲矯正工字鋼、箱形梁等的上拱矯正中厚板彎曲矯正工字鋼、箱形梁等的旁彎矯正型鋼的扭曲矯正較大直徑圓鋼、鋼管的彎曲矯正4．鋼材矯正方法的選擇矯正方法的選用，除與工件的形狀、材料的性能和工件的變形程度有關外，還與生產設備有關。選擇鋼材矯正方法時應注意以下問題：1）對剛性較大的鋼結構產生的彎曲變形不宜采用冷矯正，應在與焊接部位所對稱的位置，采用火焰矯正法矯正。2）火焰矯正時，要嚴格控制加熱溫度，避免因鋼材組織變化而產生較大的熱應力。3）盡量避免在結構危險截面的受拉區(qū)進行火焰矯正。三、鋼材的預處理采用機械方法或化學方法對鋼材的表面進行清理的過程稱為預處理。預處理的目的是把鋼材表面的鐵銹、油污、氧化皮等清理干凈，為后續(xù)加工做準備。為防止零件在加工過程中再一次被污染，一些預處理工藝還要在表面清理后噴涂保護底漆。1．機械除銹法（1）噴砂法噴砂法是目前廣泛用于鋼板、鋼管、型鋼及各種鋼制件的預處理方法。壓縮空氣將砂粒以很高的速度噴出，沖刷到工件的表面，達到除銹的目的。它不但可以清除工件表面的鐵銹、氧化皮等各種污物，而且能使鋼材表面產生一層均勻的粗糙表面。（2）彈丸法彈丸除銹法多用于零件或部件的整體除銹，除銹效率不高。它是利用在導管中高速流動的壓縮空氣氣流，使鐵丸沖擊金屬表面的銹層，達到除銹的目的。（3）拋丸法拋丸法是利用專門的拋丸機將鐵丸或其他磨料高速地拋射到鋼材的表面上，以消除鋼材表面的氧化皮、鐵銹和污垢。鋼材經噴砂或拋丸除銹后，隨即進行防護處理，步驟為：1）用經過凈化的壓縮空氣將原材料表面吹凈。2）涂刷防護底漆或浸入鈍化處理槽中，做鈍化處理，用10％磷酸錳鐵水溶液處理10min，或用2％亞硝酸溶液處理1min。3）將涂刷防護底漆后的鋼材送入烘干爐中，用加熱到70℃的空氣進行干燥處理。2．化學除銹法化學除銹法就是用腐蝕性的化學溶液對鋼材表面進行清理。此法效率高，質量均勻而穩(wěn)定，但成本高，并會對環(huán)境造成一定的污染?；瘜W處理法一般分為酸洗法和堿洗法。酸洗法可除去金屬表面的氧化皮、銹蝕物等污物；堿洗法主要用于去除金屬表面的油污。其工藝過程，一般是將配制好的酸、堿溶液裝入槽內，將工件放入浸泡一定時間，然后取出用水沖洗干凈，以防止余酸的腐蝕。3．鋼材拋丸預處理裝置鋼材拋丸預處理裝置，亦稱鋼材預處理流水線，是實現(xiàn)鋼材一次表面處理（或稱拋丸除銹）和車間底漆自動涂裝最主要的裝備。鋼材預處理流水線有兩種類型：一種是鋼板預處理流水線，二是型鋼預處理流水線。隨著技術的進步，現(xiàn)今設計的鋼材預處理流水線可以通過PLC控制系統(tǒng)，自動調整拋丸器的數(shù)量、拋射角度和噴漆寬度，從而達到在一條流水線上既可處理鋼板，也可處理型鋼的目的。鋼材預處理流水線的工藝流程見圖5-4。模塊二劃線與放樣一、劃線、放樣的工藝方法劃線、放樣是原材料切割下料前的準備工序。劃線是指直接在原材料上或在經初加工的坯料上，按設計（施工）圖樣以1：1的比例，繪制下料線、加工線、中心線、各種基準線和檢驗線等。對于成批生產的部件和標準件，可采用樣板進行劃線，俗稱號料。對于結構復雜的部件應先進行放樣，即按設計圖樣在放樣平臺上，以1：1比例劃出結構部件或零件的圖形和平面展開尺寸。放樣的目的，一是檢查設計圖樣的正確性，二是為制作樣板提供實樣圖形，包括鈑金展開圖。在現(xiàn)代焊接結構生產中，計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）技術日益普及。采用AutoCAD、Pro/Engineering等軟件進行結構設計，不僅可顯示部件的平面圖形（包括斷面圖、剖視圖、局部視圖），還可根據(jù)需要顯示其三維圖形，檢查設計圖形的正確性和相互干涉，而不再需要放樣工序。如采用當代先進的數(shù)控自動切割機下料，則可完全省略劃線、放樣等工序。最簡單的方法是將光電尋蹤器與數(shù)控切割機配套使用，在圖形尋蹤過程中可以將任何一種幾何形狀數(shù)字化，并轉換成數(shù)控數(shù)據(jù)，使所尋蹤的幾何形狀圖形直接轉換切割機的動作程序。目前大多數(shù)數(shù)控切割機配備基于PC機的高性能數(shù)控系統(tǒng)，結合相應的軟件，可將計算機輔助設計的圖樣通過磁盤或企業(yè)局域網直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)，自動轉換成數(shù)據(jù)文件和控制程序，完成自動切割。因此在現(xiàn)代化焊接生產企業(yè)中，劃線、放樣工序基本上由數(shù)控切割機所取代。二、劃線、放樣用設備與工量具放樣、劃線、號料常用的設備、工具和量具主要有：放樣平臺或放樣場地、鋼卷尺（2~50m）、90°角尺、1m鋼直尺、2m平尺、量角器、長劃規(guī)、劃規(guī)、劃針、沖頭、錘子、內外卡鉗和粉線盒等。如采用比例劃線法，則應配備數(shù)控繪圖儀和光學投影儀等。三、劃線、放樣的基本方法1．劃線的基本方法（1）劃線方法劃線可分為平面劃線和立體劃線兩種。平面劃線與幾何作圖相似，平面劃線是在工件的一個平面上劃出圖樣的形狀和尺寸，有時也可以采用樣板一次劃成。立體劃線是在工件的幾個表面上劃線，亦即在長、寬、高三個方向上劃線。（2）劃線的注意事項1）熟悉結構的圖樣和制造工藝，根據(jù)圖樣檢驗樣板、樣桿，核對選用的鋼號、規(guī)格是否符合要求。2）檢查鋼板表面是否有麻點、裂紋、夾層及厚度不均勻等缺陷。3）劃線前應將材料墊平、放穩(wěn)，劃線時要盡可能使線條細且清晰，筆尖與樣板邊緣間不要內傾和外傾。4）劃線時應標注各道工序用線，并加以適當標記，以免混淆。5）彎曲零件時，應考慮材料的軋制纖維方向。6）鋼板兩邊不垂直時，一定要去邊；劃尺寸較大的矩形時，一定要檢查對角線。7）劃線的毛坯，應注明產品的圖號、件號和鋼號，以免混淆。8）注意合理安排用料，提高材料的利用率。2．放樣的基本方法（1）放樣方法放樣方法主要有實尺放樣、展開放樣和光學放樣三種。1）實尺放樣根據(jù)圖樣的形狀和尺寸，用基本的作圖方法，以產品的實際大小劃到放樣臺的工作稱為實尺放樣。2）展開放樣把各種立體的零件表面攤平的幾何作圖過程稱為展開放樣?？烧贡砻妫簶嫾谋砻婺苋科秸財偲皆谝粋€平面上，而不發(fā)生撕裂或皺折，這種表面稱為可展表面。屬于這類表面的有平面立體、柱面和錐面等?？烧贡砻娴恼归_放樣方法有：平行線展開法、放射線展開法和三角形展開法。不可展表面:構件表面不能自然平整展開攤在一個平面上的稱為不可展表面。不可展表面有球面、正圓柱螺旋面等。這類表面通常采用計算方法，放樣展開為近似平面。3）光學放樣光學放樣是一種新工藝，方法是將構件圖樣按1：5或1：10的比例畫在平臺上，然后縮小5~10倍進行攝影。使用時，通過光學系統(tǒng)將底片放大10~100倍在鋼板上劃線。這種方法具有減輕勞動強度、提高生產率、圖樣便于保存等優(yōu)點。但是要求作圖精度高，放樣工作者必須具有熟練的畫圖技術。（2）放樣程序放樣程序一般包括結構處理、劃基本線型和展開三個部分。1）結構處理又稱結構放樣，它是根據(jù)圖樣進行工藝處理的過程。一般包括確定各連接部位的接頭形式、圖樣計算或量取坯料實際尺寸、制作樣板與樣桿等，還包括一些部件需要設計的胎具和胎架。2）劃基本線型是在結構處理的基礎上，確定放樣基準和劃出工件的結構輪廓。3）展開是在劃基本線型的基礎上，對工件上不能反映實形的立體部分，運用展開的基本方法將構件的表面攤開在平面上，求出其實形的過程。四、劃線號料工序的安全操作（1）操作者應注意吊料前必須檢查鋼絲繩、卡鉤是否完整與牢固。（2）掛鉤時必須找好重心，鋼板必須掛穩(wěn)、掛平，不準用手扶被吊件。（3）放置鋼板時，應事先選好位置，放好墊板，禁止邊落料邊放置或調整墊塊。（4）不得在被吊件下方工作，翻轉大型工件時，人要離開工件翻轉的范圍。（5）工作場地要經常保持整潔，樣板、零件及邊角料應堆放整齊，嚴禁亂丟亂扔。（6）打樣沖時，應戴防護眼鏡，拿錘子的手不要戴手套。在對型鋼劃線打樣沖時，必須將型鋼放穩(wěn)，以防翻轉傷人。模塊三鋼材下料與邊緣加工下料就是采用各種方法把零件從鋼材上切割下來的過程。金屬結構件的坯料一般可用火焰切割、等離子弧切割、剪切、沖裁或切削等方法下料。一、剪切1．剪切工藝采用普通剪板機剪切鋼板的過程如圖5-5所示。將待剪切的鋼板2送入上下刀片4、1之間。由擋鐵5定位，壓緊器3在壓緊鋼板后，上刀片4向下沖壓，對切口處金屬進行擠壓、彎曲，最終將鋼板剪斷。2．剪床的分類（1）平口剪床如圖5-6所示的平口剪床，因上下刀刃互相平行，故稱為平口剪床。上、下刀刃與被剪切的板料整個寬度方向同時接觸，板料的整個寬度同時被剪斷，因此所需的剪切力較大。（2）斜口剪床如圖5-7所示的斜口剪床，其上刀刃呈傾斜狀態(tài)，與下刀刃成一個β角，與平口剪床相比，只是某一部分材料受剪，板料的兩部分連續(xù)地沿寬度方向逐漸分離。因此，在剪切過程中，所需要的剪切力比平口剪床小。由于上刀刃的下降將撥開已剪部分板料，使其向下彎、向外扭而產生如圖5-8所示的彎扭變形，上刀刃傾斜角度越大，彎扭現(xiàn)象越嚴重。剪切引起變形量的大上與被剪切鋼板的厚度和寬度有關，寬板、薄板變形小，窄板、厚板變形大。平口剪床和斜口剪床只能進行直線剪切。（3）龍門剪床龍門剪床主要用于剪切直線，它的刀刃比其它剪切機的刀刃長，能剪切較寬的板料，因此龍門剪床是加工中應用最廣的一種剪切設備。常見剪板機型號的含義如下：（4）圓盤剪床圓盤剪床上的上下剪刀皆為圓盤狀，如圖5-9所示。圓盤剪床剪切是連續(xù)的，生產率較高，能剪切各種曲線輪廓，但所剪板料的彎曲現(xiàn)象嚴重，邊緣有毛刺，一般適合于剪切較薄鋼板的直線或曲線輪廓。3．剪切力在一般情況下不需要計算剪切力，只要被剪板厚度不超過剪床規(guī)格中給出的最大剪板厚度就可以了。剪床的最大剪板厚度是以25~30號鋼板的抗拉強度為依據(jù)計算出來的。如果被剪切板料的抗拉強度大于25~30號鋼板材料的抗拉強度時，就需要計算其剪切力，以防剪床過載受損。4．剪切下料工序的安全操作（1）一部剪床禁止兩人同時剪切兩種零件，被剪切零件的長度和板厚應不超過剪床的剪切能力，不能剪切淬火鋼。（2）大型剪床起動前應先盤車，開動后應先空車運轉到正常工作狀態(tài)，然后才可進行剪切。（3）剪切工件時禁止將手和工具伸入剪床內，以免發(fā)生人身和設備事故。（4）工作時，腳踏開關由專人操作，不得隨意亂放，隨意操作。（5）無法壓緊的窄條鋼板，不準在剪床上剪切。（6）停機后剪床的離合器應放在空擋位置。二、沖裁沖裁是利用模具使板料分離的沖壓工藝方法。根據(jù)零件在模具中的位置不同，沖裁分為落料和沖孔。當零件從模具的凹模中得到時，稱為落料。當在凹模外面得到零件時，稱為沖孔。1．沖裁模沖裁是利用安裝在沖裁模上的凸凹模來實施的。（1）簡單沖裁模，如圖5-10所示。它在沖床上每一次行程只能完成沖孔或落料一道工序。結構簡單，制造容易，適用于生產批量不大、精度要求不高、外形簡單的零件沖裁。圖5-11所示是導柱沖裁模，這種沖裁模具有安裝方便、使用壽命長的特點，但制作復雜，一般適用于大批量的零件沖裁。2．沖裁間隙沖裁間隙是指沖裁模的凸模與凹模刃口之間的間隙，如圖5-12所示。設凹模刃口尺寸為D，凸模刃口尺寸為d，沖裁間隙Z用下式表示，即Z=D-d沖裁間隙Z的大小對沖裁件質量、模具壽命、沖裁力的影響很大，它是沖裁工藝與模具設計中的一個重要的工藝參數(shù)。沖裁時，如果間隙合適，那么產生的沖裁斷面比較平直、光潔、毛刺較小，工件的斷面質量較好。間隙過小，零件的尺寸精度會有所提高，但沖裁力增加，對設備能力要求提高，模具磨損加??；間隙過大，零件的彎曲變形加大，尺寸精度降低，斷口的塌角和毛刺加大。因此，應根據(jù)零件精度、模具壽命、設備能力要求等因素進行綜合分析，確定一個合理的沖裁間隙值。3.合理排樣在實際生產中，排樣方法可分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣三種，如圖5-13所示。a)有廢料排樣

b)少廢料排樣

c)無廢料排樣

1—零件2—廢料排樣時，工件與工件之間或孔與孔間的距離稱為搭邊。工件或孔與坯料側邊之間的余量，稱為邊距。圖5-14中，b為搭邊，a為邊距。搭邊和邊距的作用，是用來補償工件在沖壓過程中的定位誤差的。同時，搭邊還可以保持坯料的剛度，便于向前送料。生產中，搭邊及邊距的大小，對沖壓件質量和模具壽命均有影響。搭邊及邊距若過大，材料的利用率會降低；若搭邊和邊距太小，在沖壓時條料很容易被拉斷，并使工件產生毛刺，有時還會使搭邊拉入模具間隙中。三、氣割金屬的氧氣切割，簡稱氣割，由于具有設備簡單、操作方便、生產率較高、切割質量好、成本低等一系列優(yōu)點。特別是可以切割厚度大、形狀復雜的零件，所以成為金屬加工中一種極為重要和有效的工藝方法，被廣泛地應用。1．氣割工藝利用氧—乙炔氣體火焰將被切割金屬預熱到燃點。向此處噴射高壓氧氣流，使達到燃點的金屬在切割氧流中燃燒，從而形成熔渣。并借助切割氧的吹力將熔渣吹掉。同時，金屬燃燒時產生的熱量和預熱火焰一起，又把鄰近的金屬預熱到燃點，將割炬沿切割線以一定的速度移動，即可形成割縫，使金屬分離。預熱火焰通常采用中性焰或輕微氧化焰。2．金屬氣割的條件1）金屬的燃點必須低于其熔點，這是保證切割在燃燒過程中進行的基本條件。2）金屬氧化物的熔點低于金屬本身的熔點，同時流動性要好。3）金屬燃燒時應放出較多的熱量。4）金屬的導熱性不應過高。綜合上述可知：純鐵、低碳鋼、中碳鋼和普通低合金鋼能滿足上述條件，所以能順利地進行氧氣切割。3．影響氣割質量的因素（1）如果切割氧氣的純度低于98%，氧氣中的氮氣等在切割時就會吸收熱量，并在切口表面形成其他化合物薄膜，阻礙金屬燃燒，使氣割速度降低，氧氣消耗量增加。（2）切割氧氣的壓力過低會引起金屬燃燒不完全，降低了切割速度，且割縫間有粘渣現(xiàn)象。過高的壓力反而使過剩的氧氣起冷卻作用，造成切口表面不平現(xiàn)象，所以切割氧氣壓力一般為0.45~0.5MPa。（3）切割氧氣最佳的射流長度可達500mm左右，且有明晰的輪廓，此時吹渣流暢，切口光潔，棱角分明，否則粘渣嚴重，切口上下寬窄不一。4．氣割方法的應用金屬的氧氣切割，由于設備簡單，操作方便，生產率較高，切割質量較好，成本較低，可以切割厚度大、形狀復雜的零件，已經成為金屬加工中一種較為有效的工藝，被廣泛地應用。氧氣切割可分為手工氣割、半自動氣割、仿形氣割、光電跟蹤氣割、數(shù)控氣割等。四、等離子弧切割等離子弧切割是目前在工業(yè)生產中應用最廣的氣體放電切割方法。它是利用等離子弧的高溫熔化被切割金屬材料，并由高速的等離子氣流吹除熔化金屬，實現(xiàn)切割的工藝方法。1．等離子弧切割原理等離子所示弧切割是利用特殊結構的割槍產生的高溫等離子弧及高速氣流共同作用的結果。割槍的基本結構如圖5-15。首先在鎢極與噴嘴之間建立輔助電弧，將部分離子氣電離，再在鎢極與工件之間引燃主電弧，這種電弧亦稱轉移型等離子弧。高溫高速等離子氣流可瞬間熔化被割金屬，并同時將其吹除而形成切口。等離子弧切割與傳統(tǒng)的氣割相比，具有能量集中、切割變形小、切割起始端不需要預熱等優(yōu)點。尤其是空氣等離子弧切割問世以來，使這種切割工藝更具機動、靈活、生產成本低、安全、環(huán)保等突出的優(yōu)越性。在焊接結構生產中，等離子弧切割是一種值得推廣的熱切割方法。2．等離子弧切割工藝方法（1）普通等離子弧切割（2）雙層氣流等離子弧切割（3）水再壓縮空氣等離子弧切割（4）空氣等離子弧切割（5）精細等離子弧切割*（6）數(shù)控等離子弧切割（新技術應用）五、激光切割1．激光切割的原理激光切割是利用能量高度集中的激光束熔化或氣化被割材料，并借助輔助氣體將熔化金屬吹除形成切口的切割方法。激光切割方法的原理如圖5-16所示。2．激光切割的特點1）切割質量優(yōu)異。切口細，切口平直，熱影響區(qū)小，底邊不粘附熔渣。大多數(shù)激光切割件，無需再作進一步的機械加工。2）切割效率高。激光束的功率密度大，切割速度快，特別是薄板的切割，最高割速可達5m/min。同時由于切口細，便于套裁而節(jié)省材料。3）切割材料各類不受限制。激光切割可以用于幾乎是所有金屬材料和非金屬材料的切割，如皮革、木材、塑料和橡膠等。4）切割變形小。因激光束能量高度集中，切割變形小，精度高?？梢允÷郧懈詈蟮某C正、整形和精加工等后續(xù)工序。*六、水射流切割工藝（綠色切割工藝）水射流主要用于熱切割無法進行或者需要采用昂貴的機械切割工具及割縫需要磨光的場合。水射流切割的原理是將水加壓到數(shù)百兆帕的高壓，然后高壓水通過一個特殊設計的、孔徑極小的噴嘴，以大約3倍音速噴射出來所形成的，具有極高動能和水射流來切割各種材料。水射流切割分為純水射流切割和添加磨料的水射流切割。水射流切割與的特點：1）切割時不產生熱量，因此不會影響金屬特性。2）可得到高質量的割縫，不會產生任何毛刺、掛渣等，割縫邊緣平直，表面光滑。3）水射流切割所形成的割縫較窄，可大幅度提高零件尺寸精度和材料利用率。4）水射流切割不會產生環(huán)境和冶金污染。5）水射流切割生產效率高，可切割特殊規(guī)格大厚度鋼板而不需要多道工序加工。七、坯料的邊緣加工1．金屬毛坯的邊緣加工割下料的金屬毛坯在下列情況下，還需進行邊緣加工：為保證裝配的精度、為了去除不良的邊緣（如氣割的熱影響區(qū)和剪切的冷作硬化區(qū)）、毛坯倒角和加工焊接坡口等。邊緣加工的方法有車、刨、氣割、碳弧氣刨、鏟等。2．鋼板的邊緣加工鋼板的邊緣加工，主要是指焊接結構件的坡口加工，常用的方法有機械切割和氣割兩類。（1）機械切割方法可加工各種形式的坡口，如I、V、U、X及雙U形等。刨邊機和銑邊機都是加工構件邊緣坡口的專用設備。一般經剪切和半自動氣割的平直構件都可在刨邊機上刨出坡口，尤其是U形坡口，幾乎全部是由刨邊機加工的。由于刨邊機設備大，加工效率低，而且只能加工坡口，所以隨著切割技術的發(fā)展，多數(shù)工廠采用熱切割法來進行坡口的加工。（2）熱切割方法應用自動或半自動切割設備，同時使用1～3把割炬，一次可切割出I、V和X形坡口。熱切割方法一般分為兩類，一類是采用半自動氣割機專門加工坡口。另一類是采用門式氣割機或數(shù)控氧乙炔切割機。一般都是在進行構件邊緣切割時，同時切割出焊接坡口。為此，必須將兩個或三個割炬組合成一個割炬組直接安裝在氣割設備上，利用該割炬組來加工所要求的坡口形狀。如圖5-17所示為利用熱切割法加工各種焊接坡口的情況。采用割炬組進行切割加工，可使焊接構件的下料和加工坡口工作一次完成，既簡化了焊接構件的加工過程，又提高了工效。模塊四彎曲與成形加工在焊接結構制造中，彎曲與成形加工占有相當大的份量。制造某些焊接結構時，金屬材料的80%～90%需要進行彎曲與成形加工，如壓力容器，各種石油塔、罐、球形封頭及鍋爐的鍋筒等。大多數(shù)金屬材料的彎曲和成形加工是在冷態(tài)（常溫）下進行的。在一定條件下也可以進行加熱彎曲與成形。一、滾彎成形工藝滾彎成形是將板材或型材通過成形機械的輥軸轉動，并施加一定的壓力使其彎曲成形的工藝方法。對于板材的滾彎成形，在工程上習慣稱為卷板。在焊接結構的制造中，它是最主要的成形工藝之一。1．板材滾彎（1）板材卷彎的原理通過旋轉輥軸使坯料(鋼板)彎曲成形的方法稱滾彎，又稱卷板。滾彎時，鋼板置于卷板機的上、下輥軸之間，當上輥軸下降時，鋼板便受到彎矩的作用而發(fā)生彎曲變形，如圖5-18a所示。由于上、下輥軸的轉動，通過輥軸與鋼板間的摩擦力帶動鋼板移動，使鋼板受壓位置連續(xù)不斷地發(fā)生變化，從而形成平滑的曲面，完成滾彎成形過程。卷制成形后，在成形件的下表面與兩個輥軸的最高點B、C相接觸，其上表面與上輥軸的最低點A相接觸，這樣，上下輥軸之間的垂直距離等于成形件的板厚，如圖5-16b所示。（2）板材滾彎的過程板材滾彎由預彎、對中、卷彎和矯圓四個步驟組成。1）預彎卷彎時只有鋼板與上輥軸接觸的部分才能得到彎曲，所以鋼板的兩端各有一段長度不能發(fā)生彎曲，這段長度稱為剩余直邊。為了消除剩余直邊應先對板料進行預彎，使剩余直邊彎曲到所需曲率半徑后再卷彎。預彎的方法有兩種：一是在三輥或四輥卷板機上預彎，適用于較薄的板材，如圖5-19所示；另一種方法是在壓力機上預彎，適用于各種厚度板材，如圖5-20所示。2）對中在滾彎前使輥的中心線與鋼板的中心線平行，即所謂對中。常用的對中方法如圖5-21所示。3）卷彎一般情況下，卷彎時并不加熱鋼板。但是，在鋼板厚度較大而卷彎直徑較小時，冷卷時容易產生較嚴重的冷作硬化及較大的內應力，甚至產生裂紋，所以這種情況需要對鋼板加熱卷制。常用低碳鋼、普低鋼的熱卷加熱溫度為900~1050℃，終止溫度不低于700℃。熱卷能防止板料的加工硬化現(xiàn)象，但熱卷時操作困難，氧化皮危害較大，板料變薄現(xiàn)象較為嚴重。因此，也可以試用溫卷，即把鋼板加熱到500~600℃進行卷彎。冷卷時，上輥的壓下量取決于來回滾動的次數(shù)、要求的曲率以及材料的回彈。因此，實際工作中常采用逐漸分幾次壓下上輥并隨時用卡樣板檢查的辦法卷彎。對于薄板件來說，可以卷得比要求大一些，用錘在外面輕敲就可矯正，而曲率不足時則不易矯正。在卷彎較厚鋼板時，一定要常檢查，仔細調節(jié)壓下量，一旦曲率過大就很難矯正。4）矯圓由于壓頭曲率不正確或卷彎時曲率不均勻，可能在接口處產生外凸或內凹的缺陷，這時可以在定位焊或焊接后進行局部壓制卷彎，如圖5-22所示。對于壁厚較厚的圓筒，焊后經適當加熱再放入卷板機內經長時間加壓滾動，可以把圓筒矯得很圓。（3）圓錐面的卷彎圓錐面的素線不是平行的，所以不能用三個輥互相平行的卷板機卷制出來。但是，可采取調整上輥使其傾斜適當?shù)慕嵌龋缓笤诤苄〉膮^(qū)域內壓制并稍作滾動。這樣每次壓卷一個小區(qū)域后，必須轉動鋼板后再壓卷下一個區(qū)域，也可卷制出質量較好的圓錐面。2．型材滾彎型材包括角鋼、槽鋼和工字鋼等，也可采用滾彎的方法進行成形加工，如圖5-23所示為角鋼和槽鋼的滾彎過程示意圖。其滾彎原理與板材卷彎相同，只是輥軸的外形較復雜，必須與型材的斷面形狀相配，如圖5-23a所示。對于斷面形狀較復雜的型材，為簡化輥輪的配置，可采用圖5-23b所示的組合式輥輪。在實際生產中，如使用通用滾輪滾彎型材時，外加作用力不可能完全符合滾彎成形的要求，型材的兩側也缺少可靠的制約。在型材滾彎時可能會產生扭曲、翹曲和畸變等缺陷，如圖5-24所示。a）起皺b）斷面畸變c）扭曲d）繞彎法二、壓彎成形工藝壓彎成形是指利用彎曲模在壓力機或折彎機上，將板材、型材或管材等彎曲成一定角度和曲率的一種成形方法。壓彎成形按材料彎曲時的溫度，可分為冷彎和熱彎。按材料彎曲成形特點又可分為兩大類：一類是板材和型材，在壓力機或折彎機上使用專用或通用模具壓彎成形；另一類是管材，在壓力機或彎管機上使用與管徑相配的工具、模具壓彎成形。板材和型材壓彎示意圖，如圖5-25所示。a）板材壓彎b）型材壓彎1．板材壓彎（1）板材壓彎過程及特點板材在壓力機上使用V形或U形模進行壓彎是最基本的彎曲形式，可將板材一次彎曲成V形或U形，V形彎曲的變形過程如圖5-26所示。彎曲開始時，凸模和凹模與板料在A、B處相接觸，凸模在A處所施加的外力為2F，凹模面上B處產生反作用力與外力構成彎曲力矩FL。在彎曲力矩作用下，初始階段，板料產生變形，當變形量達到一定值后，板料內外表面開始屈服，產生塑性變形。隨著凸模逐漸壓入凹模，板料內外表面全部出現(xiàn)塑性變形。在凹模上的支撐點B逐漸向模具中心移動，同時彎曲力臂L和圓角半徑r逐漸減小，板料與凹模V形表面接觸，直到板料與凸模三點接觸。再繼續(xù)下壓凸模，板料與凸模接觸點數(shù)目逐漸增多。凸模兩側與板料直邊接觸點擠壓板料直邊部分向相反方向變形，使兩直邊緊貼模具，且其夾角與凸凹模圓角半徑完全吻合，彎曲過程結束。（2）最小彎曲半徑材料在不發(fā)生破壞的情況下所能彎曲的最小曲率半徑。彎曲時，最小彎曲半徑受到板料外層最大許可拉伸變形程度的限制，超過這個變形程度，板料將產生裂紋。因此，板料的最小彎曲半徑是設計彎曲件、制訂工藝規(guī)程所必須考慮的一個重要問題。在一般情況下，彎曲半徑應大于最小彎曲半徑。若由于結構要求等原因，彎曲半徑必須小于或等于最小彎曲半徑時，應該分兩次或多次彎曲。也可采用熱彎或預先退火的方法，以提高材料的塑性。（3）壓彎的回彈現(xiàn)象在壓彎過程中，金屬材料發(fā)生塑性變形的同時，仍還有部分彈性變形存在。而彈性變形部分在卸載時（除去外彎矩）要恢復原來狀態(tài)，使彎曲件的形狀和尺寸與模具相應尺寸不一致，這種現(xiàn)象叫做回彈。回彈現(xiàn)象的存在，直接影響彎曲件的幾何精度，必須加以控制。減小回彈的主要措施有：1）將凸模角度減去一個回彈角，使板料彎曲程度加大，板料回彈后恰好等于所需要的角度。2）采取校正彎曲，在彎曲終了時進行校正，即減小凸模的接觸面積或加大彎曲部件的壓力。3）減小凸模與凹模的間隙。4）采用拉彎工藝。5）在必要時，如果條件允許可采用加熱彎曲。2．型材壓彎各種標準型材的壓彎可分為彎圓和彎角兩種。彎圓可分為向內彎圓和向外彎圓兩種，如圖5-27a所示。型材按彎曲角的大小不同，可分為大于90°的鈍角件、90°直角件和小于90°的銳角件三種，如圖5-27b所示。準備彎角的型材，應在彎制前根據(jù)所要求的彎曲角大小，計算出鋸切角值，并對稱鋸切V形槽的兩側邊，如圖5-27c所示。型材彎角可以采用手工錘打，亦可在型材壓彎機上進行，如圖5-27d所示。3．管材壓彎管材壓彎工藝是彎管成形常用的方法之一。（1）管子彎曲時的變形管子彎曲時，在外力矩的作用下，其外側管壁受拉應力的作用而減薄，內側管壁受壓應力的作用而增厚，管子截面形狀會發(fā)生如圖5-28所示的畸變。（2）減少彎管截面變形的措施1）加頂墩力。彎管時，在管子的軸線方向加一定的頂鐓力，使管子截面產生附加的壓應力，以抵消或部分抵消外壁的拉應力，可減少外壁的減薄。這種方法適用于拉拔式冷彎。2）管內加芯棒或裝填料。管子拉拔式冷彎時，在管內加芯棒可以消除內壁起皺，但在某些情況下，可能加劇外壁的減薄。若同時采用芯棒和防皺板，則可取得較好的效果。管子熱彎時，在管內加填料可基本上消除內壁起皺。3）反變形法。采用特制的彎管模，在彎管前對管子截面作反變形，可消除彎管時管子截面的失圓。這種方法比加芯棒和裝填料效果更好，操作簡便，易于實現(xiàn)機械化和自動化。三、沖壓成形工藝焊接結構制造過程中，還有許多零件因為形狀復雜，需要用彎曲成形以外的方法進行加工。如鍋爐用壓力容器封頭、帶有翻邊的孔的筒體、封頭、錐體、翻邊的管接頭等，這些復雜曲面形狀的成形加工通常在壓力機上進行。常用的方法有拉延成形、旋壓成形和爆炸成形等工藝。1．拉延成形（1）拉延成形的原理如圖5-29所示為拉延成形過程。a）拉延前

b）拉延中

c）拉延結束1—凸模

2—坯料

3—凹模

4—凸緣（2）拉延過程中的問題1）起皺在圓筒形件拉延過程中，凸緣部分的材料受切向應力的作用。當切向應力達到一定值時，凸緣部分材料失去穩(wěn)定而在整個周邊方向出現(xiàn)連續(xù)的波浪形彎曲，這種現(xiàn)象稱為起皺，如圖5-30所示。防止起皺的有效方法是采用壓邊圈，壓邊圈安裝在凹模上面，與凹模表面之間留有1.15~1.2倍板厚的間隙，如圖5-31所示。1—凸模

2—壓邊圈

3—坯料

4—凹模2）拉穿拉延時，筒壁總拉應力增大，超過了筒壁最薄弱處（筒壁的底部轉角處）的材料強度時，拉延件就會產生拉穿現(xiàn)象，如圖5-32所示。3）壁厚變化拉延過程中拉延件各部位的壁厚都會發(fā)生變化，圖5-33所示是碳鋼封頭拉延后測得的壁厚變化情況。圖3-32a中橢圓形封頭在曲率半徑最小處變薄量最大，可達8%~10%；圖3-32b所示的球形封頭在底部變薄最嚴重，可達12%~14%。（3）對拉延件的基本要求1）拉延件外形應簡單、對稱，且不要太高，以便使拉延次數(shù)盡量少。2）拉延件的圓角半徑在不增加工藝程序的情況下，最小許可半徑如圖5-34所示。否則將增加拉延次數(shù)及整形工作。2．旋壓成形（1）旋壓成形的基本原理旋壓機的工作原理如圖5-35所示。1—主軸2—模胎3—毛坯