1、洛陽理工學院課程設計說明書課程名稱：設計課題：專業：指導教師：班級：姓名：年月日課程設計任務書系專業學生姓名班級學號課程名稱：設計題目：課程設計內容與要求：指導教師設計（論文）開始日期設計（論文）完成日期課程設計評語系學生姓名班級學號課程名稱：設計題目：課程設計篇幅：第頁專業圖紙張說明書頁指導教師評語：年月日指導教師洛陽理工學院課程設計用紙目錄前言2第一章 液化氣瓶的分 析31.1、液化氣瓶的使用背 景31.2、液化氣瓶的結構及尺寸參數31.3、液化氣瓶的材料選 擇4第二章液化氣瓶工藝分 析62.1、液化氣瓶的成形工 藝62.2、確定焊縫位 置72.3、焊接接頭形 式82.4、液化氣瓶的焊接方

2、法的選擇9第三章液化氣瓶焊接參數的選擇103.1、焊絲的選 擇103.2、焊劑的選 擇103.3、焊接電流、電壓和焊接速度的選擇113.4、工藝參數的確 定143.4.1、焊接參 數143.4.2、裝配間 隙143.4.3、筒體環縫埋弧焊焊絲的偏距e143.5、焊接設備的選 擇15第四章焊接工裝的選 擇164.1、工件夾緊裝 置164.2、減速器及電機的選 用174.3、汽缸的選 用19總結20參考文獻21第 1 頁課程設計用紙前言焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊件達到原子結合的一種加工方法。焊接過程的實質是兩塊金屬的冶金結合，焊接屬于不可拆連接。焊接在制造業中具有

3、十分重要的作用，廣泛的運用于船體，爐殼，建筑構架，起重機械，鍋爐，壓力容器，運輸車輛，家用電器等場合，焊接已普遍地取代了鉚接。焊接和鑄，鍛工藝結合起來，解決了大型設備制造的困難。焊接還可用于鑄，鍛件缺陷的修補和機器零件磨損的修復。液化氣瓶的焊接裝置課程設計是焊接專業課程學習中的一個重要環節，是焊接工藝設計、生產設計、焊接夾具設計及焊接輔助機構設計的綜合學習課程。本設計通過液化氣瓶焊接的工藝設計，熟悉焊接方法的選擇，焊接材料選擇，焊接工藝要求等。第 2 頁課程設計用紙第一章液化氣瓶的分析1.1 、液化氣瓶的 使用背景液化氣是目前家庭里最常用的能源，它是一種清潔的和產熱量高的新型能源，不管城市或農

4、村大都采用罐裝的液化氣，但它是一種易燃易爆的氣體，因此對于液化氣的貯存也必須通過生產專門的罐體來保證它的使用安全。液化氣瓶是一種常溫下使用的低壓容器，它的特點是密封性能必須好，同時還要保證能夠承受一定的壓力，同時還要適應一定的溫度變化。1.2 、液化氣瓶的 結構及尺寸參數圖 1.1 液化氣瓶的 結構第 3 頁課程設計用紙液化氣瓶的結構如圖 1.1 所示，主要包括護罩、瓶閥、瓶耳、閥座、襯圈和底座組成。其中液化氣瓶的主體部分是由上下瓶體組成，上下部分之間是通過焊接完成裝配的。本課程設計所要完成的液化氣瓶的參數：直徑： 350mm高度： 600mm厚度： 6mm內部壓強： 1.5Mpa1.3 、液

5、化氣瓶的 材料選擇根據設計任務要求：液化氣瓶承載壓力為1.5MPa，厚度為 6mm。1、焊接性要求 液化氣瓶在生產制造過程中涉及大量的焊接工作，因此對于材料的焊接性能要求較高。材料中的碳、硫、磷等元素都是嚴重影響材料焊接性的成分，尤其是硫磷元素是十分有害的，在焊縫中容易誘發裂紋。因此，在保證材料強度的情況下，盡量減少碳、硫、磷的含量。2、強度要求鋼材的強度一般是由拉伸試驗來測定的，故通常稱抗拉強度。隨著工業的發展，對液化氣瓶的工作壓力要求越來越高，如果還用強度較低的鋼材制造，就必須增加鋼板的厚度，這不僅給加工帶來不便，同時還會浪費資源。為解決這一矛盾，就需使用高強度的鋼材，這也是一種發展趨勢。

6、3）、塑性要求乙炔瓶的加工過程中涉及沖壓、彎曲，這都要求鋼材具有良好的塑性。按現行壓力容器用鋼標準規定，用于制造壓力容器第 4 頁課程設計用紙用鋼的最低伸長率不得小于17%。4）、沖擊韌度要求 從材料角度來講，鋼材的缺口沖擊韌度越高，結構的抗脆斷的能力越強。為確保壓力容器的安全使用，對壓力容器用鋼的沖擊韌度提出了較高的要求。壓力容器用鋼板標準規定，乙炔氣瓶用鋼板的常溫下V 形缺口沖擊吸收功不得小于34J。壓力容器用鋼的常溫力學性能如表1.1：表 1.1壓力容器用 鋼的常溫力學性能抗拉強度屈服強度鋼號標準號使用狀態厚度范圍b /MPas /MPaQ235AGB912-1989熱軋4.516375

7、23516MnRGB6654-1996熱軋或正火616510345液化氣瓶屬于一種常溫下的壓力容器，其主體材料應符合GB5842-1996 和 GB6653-94 標準的要求。由于液化氣瓶是一種受壓容器，對鋼材的機械性能和化學成份有較高的要求，液化氣瓶制造過程中上、下封頭要進行沖壓成型，上、下封頭之間用焊接方式進行連接，因此，對于液化氣瓶的主體（指筒體、封頭等受壓元件）材料，必須采用平爐、電爐或吹氧轉爐冶煉的鎮靜鋼，要求具有良好的沖壓和焊接性能，主體材料應符合 GB6653-94焊接氣瓶用鋼板的規定，同時，還要符合GB5842-1996液化石油氣鋼瓶對主體材料化學成份的規定。由于 16MnR

8、鋼比 Q235 具有良好的抗拉強度和屈服強度，同 16MnR 鋼在熱軋或正火的熱處理下，其厚度在 6mm25mm 之間的最低沖擊試驗溫度為 -20， 16MnR 的材料性能符合家庭常用液化氣瓶的使用環境，故液化氣瓶的材料選用16MnR。第 5 頁課程設計用紙16MnR 鋼的化學成分如表1.2表 1.2 16MnR 鋼的化學成分鋼號化學成分（ %）CSiMnSP16MnR020020055121。6000300 03516MnR 鋼的機械性能如表1.3表 1.316MnR 鋼的機械性能鋼號機械性能Sb(10Mpa)Ss(10Mpa)Ss(10Mpa)%Akv(20 攝氏度 )16MnR 5106

9、403452131第 6 頁課程設計用紙第二章液化氣瓶工藝分析2.1 、液化氣瓶的 成形工藝液化氣瓶的材料是 6mm 的中厚板經過卷制形成的上下瓶體兩部分組成，上下瓶體通過對接后，采用焊接完成了整個瓶體的制造。液化氣瓶的封頭可根據不同的直徑、厚度與材料，將預先割好的圓形鋼板坯料，在液壓機或旋壓機上以冷成形或熱成形方法制成所需形狀的封頭。其中液化氣瓶上下兩部分對接形成的環焊縫是整個制造過程中最重要的環節，也是整個液化氣瓶焊接自動化生產所要解決的重要問題。液化氣瓶的沖壓及裝焊等工藝過程依次為：落料拉深再結晶退火沖孔除銹裝焊襯環，瓶嘴裝配上下封頭除銹焊接主環縫正火水壓試驗氣密試驗。瓶體上下封頭拉伸成

10、形后，由于開口端變形大，冷變形強化嚴重，加上板材纖維組織的影響，在殘余應力作用下很容易發生裂紋。為防止裂紋的產生，拉伸后應立即進行再結晶退火工藝。同時，為減少焊縫氣孔和夾渣等焊接缺陷，焊接接縫附近必須嚴格清除氧化皮，鐵銹及油污等，尤其對承受內壓力為 1.610Mpa 的中壓容器要求更為嚴格。為去除焊接殘余應力，并改善焊接接頭的組織與性能，這類瓶體焊后應立即進行熱處理，至少要進行去應力退火。2.2 、確定焊縫位 置第 7 頁課程設計用紙液化氣瓶的焊縫有兩種方案可供選擇：在圖 2.1 的 a 方案中，將筒體布置成兩條環形焊縫和一條軸向直焊縫且均為對接焊縫。在此方案上下封頭拉深變形較小，容易成形，但

11、焊縫多，焊接工作量大，且軸向焊縫處于拉應力最高位置，則瓶體受到破壞的可能性很大。圖 2-2在圖 2.1 的 b 方案中，則僅在中部設有一條環縫，由于徑向拉應力一般為軸向拉應力的2 倍，若去掉了軸向拉應力則完全可避免方案a）的缺點，因此對這種瓶體尺寸不大的焊接件，可優先選用方案 b）的焊縫位置比較合理。2.3 、焊接接頭形 式液化氣瓶的制造其實也很簡單，它通常有兩個帶直邊的模壓封頭組成，中間有一條環縫，它批量大，又有一定的技術要求，目前絕大數的環縫是內部加襯墊后用埋弧自動焊完成的。中厚板 I 型坡口埋弧焊是一種優秀的焊接新工藝、新方法，無坡口對接熔透焊，節約焊材、省工時、提高勞動效率、增加經濟效

12、益、工藝操作簡單。第 8 頁課程設計用紙I 型坡口焊接既要保證焊透，又不要讓焊縫余高超高和得到良好的焊縫外觀，因此， I 型坡口對接熔透焊工藝參數在選擇和確定上進行優化。常見的 I 型坡口鋼板對接，厚度在 14mm 以下，經過現場實際摸索和優化工藝，中厚板鋼板對接坡口均可設置成I 型即無坡口熔透焊，既節省了該類中厚鋼板對接坡口加工時間，節省焊材、加快生產時間，又能保證對接質量。圖 2.2 I型坡口由于液化氣瓶的瓶體材料是6mm 的中厚板，所以可以采用I 型坡口對其進行焊接。在焊接過程中為了防止燒穿、保證接頭根部焊透和焊縫背面成形，沿接頭背面預置同種材料襯墊或銅襯墊。接口形式如圖2.2 所示。2

13、.4 、液化氣瓶的 焊接方法的選擇目前在生產中常用的焊接方法有焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊、CO2 氣體保護焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊等。焊接方法的選擇主要是依據焊件材料、焊件厚度、焊縫厚度及坡口形式等因素來確定，此外還要考慮生產效率及經濟性。在氣瓶的焊接生產中屬于大量生產，因此對效率的要求較高，埋弧第 9 頁課程設計用紙自動焊至今仍然是工業生產中最常用的一種焊接方法。適于批量較大，較厚較長的直線及較大直徑的環形焊縫的焊接。根據所選選的接口形式，可以采用埋弧自動焊進行焊接。埋弧自動焊的主要優點是：（ 1）生產率高埋弧焊的焊絲伸出長度（從導電嘴末端到電弧端部的焊絲長度）遠較手工電弧焊的焊條短

14、，一般在50mm 左右，而且是光焊絲，不會因提高電流而造成焊條藥皮發紅問題，即可使用較大的電流（比手工焊大 510 倍），因此，熔深大，生產率較高。對于 20mm 以下的對接焊可以不開坡口，不留間隙，這就減少了填充金屬的數量。（ 2）焊縫質量高 對焊接熔池保護較完善，焊縫金屬中雜質較少，只要焊接工藝選擇恰當，較易獲得穩定高質量的焊縫。（ 3）勞動條件好 除了減輕手工操作的勞動強度外，電弧弧光埋在焊劑層下，沒有弧光輻射，勞動條件較好。采用埋弧自動焊的目的是為了保證焊縫質量的穩定，因為液化氣瓶是一種批量生產的產品，只有埋弧自動焊才能保持焊縫質量的持續穩定。第三章液化氣瓶焊接參數的選擇3.1 、焊絲

15、的選擇隨著焊絲直徑的減小，電流密度則增加，母材的熔深增大，成形系數提高，因此生產效率也將隨之提高。由于增加了熔深，因此可以降低對母材的開槽要求，這樣不但可以節省人工和焊絲消耗量，同時，還可節省電能和減小工件變形。第10頁課程設計用紙焊絲直徑與電流密度，熔深的關系見表3.1：表 3.1焊絲直徑與電流密度，熔深的關系焊絲直徑電流與電流密熔透深度（mm）度345681012焊接電流450500550600725825925（A ）4.8電流密度23262831374247（A/mm 2）表 3.2焊絲直徑與電流電壓的關系焊絲直徑2.43.24.04.86.4（mm）電流范圍4003005003508

16、0050011007001300（ A ）電壓范圍25272530273229402940（ V ）根據表 3.2 中電弧電壓要與焊接電流相匹配，所以采用 4.8mm 焊絲進行焊接。3.2 、焊劑的選擇目前常用的焊劑有熔煉型焊劑和燒結型焊劑二類，由于前者的熔點低于后者，因此在相同焊接規范參數下，前者的熔深也低于后者。由于燒結型焊劑的熔點高，因此焊劑的消耗量應相應的減少，焊縫成型和脫渣性比熔煉焊劑要好，但燒結型焊劑的吸潮性比較強，所以在使用過程中應嚴格執行焊劑烘培制度。此外，焊劑的顆粒度越細，焊件的熔透深第11頁課程設計用紙度也相應增加。對于直邊對接接頭，由于焊縫母材的混合比較高，可選用含金量較

17、低的 H08MnA 焊絲，配 HJ431 焊劑或 SJ201 燒結焊劑。3.3 、焊接電流、 電壓和焊接速度的選擇圖 3.1焊接電流與熔深的關系（4.8mm）焊接電流是決定熔深的主要參數，一般情況下，電流越大，熔深越深。隨著電流的增加，由于電弧潛入熔池的深度增加，使電弧縮短，電弧擺動能力減弱，因此，這時熔寬增加不明顯，若繼續增加電流，電弧產生的熱量大，焊絲熔化量增加，這時，熔深反倒不再增加。當焊接電流較高時，由于熔深增大，熔寬變化不大，這時焊縫截面的形狀系數變小，這樣的焊縫結晶方向不利于氣體和雜質上浮逸出，容易產生氣孔、夾渣和裂紋，為了改善這一情況，在增加焊接電流的同時，還必須相應的提高電弧電

18、壓，以利于得到較為合適的焊縫形狀。第12頁3.3：課程設計用紙焊接電流與熔深的關系如圖 3.1 所示。電流小，熔深淺，余高和寬度不足；電流過大，熔深大，余高過大，易產生高溫裂紋。當采用直流電源時，由于電弧較為穩定，電弧對母材的加熱較為集中，因此，其熔深在采用相同電流值的情況下比交流電源要深，另外，在直流電源時采用反極性（工件接負）接法要比正極性接法要深，它與手工電弧焊時相反。隨著電弧電壓的增加，焊縫的寬度將明顯增加，而熔深和余高則有所下降。電弧電壓的增加，實際上就是電弧長度的增加，這樣母材加熱面積增加，從而焊縫的熔寬也增加。當電弧拉長后，焊劑的熔化量也會相應的增加，而焊縫余高和熔深反而會有所減

19、小，因此，單一的過份增加電弧電壓，容易造成未焊透，焊播粗糙，脫渣困難，嚴重時還會造成焊縫咬邊。電弧電壓與焊接電流的配合關系可參考下表表 3.3電弧電壓與焊接電流的配合關系焊接電流（ A ）600-700700-850850-10001000-1200電弧電壓（ V ）36-3838-4040-4242-44根據焊絲的選擇，電流與電壓的配合關系，電流選為8501000A，電壓選為 4042V。增加焊接速度時，焊縫的線能量將減小，焊縫寬度明顯變窄，而余高則稍有增加。當焊接速度過快時（如每小時超過40 米左右 ），由于電弧對母材加熱時間縮短，故熔深會逐漸減小。不適當的提高焊接速度，有發生母材未焊透和

20、邊緣未熔合的危險，但適當的提高焊接速度，對減小焊接變形是有利的。第13頁課程設計用紙圖 3.2 焊接速度對焊縫形成的影響焊接速度過小，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，容易產生咬邊。實際焊接時，為了提高生產率，在增加焊接速度的同時必須加大電弧功率，才能保證焊縫質量薄板對接單面焊雙面成形埋弧焊工藝參數如表3.4表 3.4薄板對接單面焊雙面成形埋弧焊工藝參數焊件厚度 /mm6接縫裝配間隙 /mm23焊絲直徑 /mm4焊接電流 /A600650電弧電壓 /V2830焊接速度 /（m/h）3840焊劑墊壓強 /KMPa803.4 、工藝參數的 確定第14頁課程設計用紙3.4.1

21、 、焊接參數焊接電流： 600650A焊接電壓： 30V焊接速度： 40m/h焊絲： 4.8mmH08MnA焊劑： HJ431 焊劑3.4.2 、裝配間隙組對間隙和接口錯變量是影響 I 型坡口對接焊質量好壞的重要因素，可以通過嚴控，減少誤差，控制好組對質量。組對間隙根據焊死直徑來確定，本設計中采用4.8 的焊絲，則組對間隙在 23mm 之間， I 型坡口組對間隙可以比一般組對間隙大些，因為加大組對間隙，在焊接線能量不變的情況下，有利于保證焊縫焊透和焊后余高不超標。I 型坡口組對錯邊量要求嚴格，最大錯邊量不能超過2.5mm，因為 I 型坡口焊接增大了母材的熔合比，使焊縫的余高偏大，容易引起焊后余

22、高超差。3.4.3 、筒體環縫埋弧焊焊絲的 偏距 e表 3.3筒體直徑與偏離距離的關系筒體直徑219-426800-1000150020003000偏離距離10-2015-25303540由于筒體的直徑為 350mm，所以選用的偏距為 15mm，焊絲與工件的位置關系如圖 3.3 所示。第15頁課程設計用紙圖 3.33.5 、焊接設備的 選擇國產部分通用埋弧焊機技術數據型號MZ 400MZ1 1000結構特點焊車式焊車式送絲方式等速等速焊接電流直流交、直兩用送絲速度調節方法晶閘管調速換齒輪送絲速度 / mh10045052 403-1焊接電流 /A80480直流 200焊絲直徑 /mm1.6,2

23、.01.65焊接速度 / mh-1157516126第16頁課程設計用紙配用電源BX2 1000ZX 400ZX 1000電源電壓 /V380380頻率 /Hz5050額定電流 /A4001000額定負載持續率 %60空載電壓 /V80工作電壓 /V204044焊車重量 /kg6045控制箱 /kg3165500600800716346540304370550600450602薄板，對接、搭接、對接、搭接，船形焊用途角接焊縫、筒體環縫縫，容器的環縫和直和縱縫縫根據以上的分析和焊接參數的確定，決定選用MZ1 1000 埋弧自動焊設備。第四章焊接工裝的選擇4.1 、工件夾緊裝 置本設計是關于液化氣

24、瓶瓶體的自動化焊接技術，液化氣瓶是圓形的瓶體，對于定位采用三爪卡盤進行定位。三爪卡盤具有自動定心的功能，在進行兩部分對接時，能夠保證所要對接的工件能夠自動對準，不須手動操作，尤其在自動化生產中應用廣泛。由于液化氣瓶是通過兩部分完成焊接的，所以一定要保證瓶體的兩部分的軸線在同一條水平線上，這樣才能保證焊接時，瓶體的對接接頭第17頁課程設計用紙能夠完全對準，保證整個焊接的質量。如圖 4.1 所示為三爪卡盤的結構圖。圖 4.1 三爪卡盤4.2 、減速器及電 機的選用根據液化氣瓶的焊接裝置的傳動方案：首先通過電機的傳動傳給減速器，再由減速器傳給主軸上的帶輪，由帶輪帶動整個焊接支架的轉動。傳動方案如圖

25、4.2 所示。第18頁課程設計用紙圖 4.2 傳動方案表 4.1 電動機型號額定功同步轉滿載轉方案型號率速速重量價格/kw/r/min/r/min1Y160M1 -4750720重高82Y132M1 -41000960中中63Y112M-4415001440輕低通過表 4.1 的對比，考慮電動機和傳動裝置的尺寸重量及成本，可見第二種方案較合理，因此選擇型號為：Y132M 1 -6D 的電動機。通過對液化氣瓶的焊接工藝的確定，其所選焊接速度設定為40m/h，即即 0.11m/s。由 v=r2-1（）=0.63rad/s又有 v=n12 r第19頁課程設計用紙n2 =0.61r/min傳動比 i=

26、 n1n2i=2459由于計算出的傳動比較大，確定采用渦輪蝸桿二級減速器。蝸輪蝸桿減速機是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉換器，將電機（馬達）的回轉數減速到所要的回轉數，并得到較大轉矩的機構。在目前用于傳遞動力與運動的機構中，減速機的應用范圍相當廣泛。由于本設計中的液化氣瓶的回轉需要相當大的轉矩，所以采用二級渦輪蝸桿減速器。渦輪蝸桿減速器的具體設計計算這里將不詳細介紹。4.3 、汽缸的選用本設計在液化氣瓶焊接前需要將液化氣瓶上下兩部分對齊并且保證一定的夾緊力，氣壓傳動具有傳動動作迅速、放應快，操作控制方便，壓縮空氣來自大氣，用后直接排入大氣，不需要回收裝置，并且成本低，不需要經常維修，同時對

27、環境的適應能力強。所以選用氣壓傳動對焊接工件進行夾緊。汽缸是將壓縮空氣的壓力能轉化為直線往復運動形式的機械能的裝置。在氣壓傳動系統中，它是執行元件，用來帶動加緊機構、定位機構和分度裝置。第20頁課程設計用紙圖 4.3 活塞氣缸根據本設計中的設計要求，選用單作用活塞式氣缸。總結通過該課程設計我不僅加深對焊接專業課理論學習的理解，而且可以更好地鞏固和了解焊接結構件生產應力和變形的產生及預防的方法，同時學習焊接夾具及焊接輔助機構設計的基本方法，學會機械制圖在機構設計中應用的基本技能。通過本課程設計主要鍛煉了確定焊接工藝方案及獨立思考的能力，掌握焊接輔助設備設計的基本要求和方法，進一步掌握機械設計中尺寸標注、公差配合、形位公差、粗糙度等