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摘 要

焊缝成型良好、接头质量优良与否作为当今焊接技术好坏的一项重要考核指标，焊接工装夹具的设计在这里就显得尤为重要。本设计采用UG三维绘图软件，开展具有背保护的焊接工装夹具设计。首先从传统的背保护装置入手，考虑到焊接时焊缝背部合金元素的烧损及冷却速率的影响，分析惰性气体的需求量及通入气体管道的结构形式，设计合理的背保护装置模型。随后综合考虑具体工装夹具的尺寸建立相应的底板模型，在此基础上设计合理的正面保护装置。其次对各类夹具进行性能分析与优化，选用合理的夹具并进行装配建模。最后进一步优化焊接夹具工装部件，对各部件的作用进行优化升级，提升装置整体的使用综合性能，由此设计出具有自冷却、水冷却、背面保护、正面保护的轻量化焊接工装夹具，并提供二维、三维图纸。

关键词：焊接工装夹具 背保护 正保护 冷却

Welding Fixture with All-round Protection

ABSTRACT

As an important assessment index of welding technology nowadays, the design of welding fixture is particularly important here. This design uses UG 3D drawing software to design welding fixture with back protection. First of all, from the perspective of the traditional back protection device, considering the loss when welding the weld back of alloy elements and the effect of cooling rate, analysis the demand of inert gas and bubbled into the structure of gas pipeline, the reasonable design of back protective device model. Then the corresponding bottom plate model is established considering the size of the fixture, and a reasonable front protection device is designed on this basis. Secondly, the performance of all kinds of fixtures is analyzed and optimized, reasonable fixtures are selected and assembly modeling is carried out. Finally, further optimize the welding jig tooling parts, optimization of the various components of the action, improve the whole use of comprehensive performance of devices, from this has designed the cooling, water cooling, protection, positive protection lightweight on the back of the welding fixture, and provide 2D and 3D drawings.

Key word: welding fixture ; back protection ; positive protection ; cooling

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究方法与目的 4

第二章 具有全方位保护的焊接工装夹具设计 5

2.1 背保护设计 5

2.2 正保护设计 6

2.3 夹具设计 7

2.4 夹具校核 13

2.5 三维工装图 14

2.6 夹具材料选择 17

第三章 经济性分析 20

第四章 总结 21

参考文献 22

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

焊接技术在制造业中属于传统基础的技术之一，从近些年来世界工业的迅速发展角度来看，焊接技术虽然在制造业中开始使用的历史并不长，但是这些年的发展势头却是最为迅猛的一个。它在各个重要的领域，如航空航天、汽车、船舶、建筑、桥梁、金属结构中都起着十分重要的作用，在工业领域为世界经济的腾飞贡献着自己独特的力量^[1]。但焊接在现实的生产中总是会产生许多很难人为控制的问题，因为焊接从本质上来讲的话，它仍然脱离不了生产工艺这一范畴，这就会难以避免的产生加工工艺所固有的弊端，最为显著的问题就是：焊件在焊接时的变形、焊后焊接应力消除十分困难、焊接接头质量不稳定难以保证、精度达不到最初设计方案的要求，因此近些年来制造业也越来越重视于焊接工装夹具的研究和应用，凭借夹具的性能作用来合理的解决这些难题，提高焊接质量^[2]。

不同于传统的切削夹具，焊接工装夹从本质上来讲比起切削夹具差异性还是巨大的，具体主要表现为以下三个方面：（1）切削夹具涉及工件的切削，对于精度要求严格，切削夹具所能控制的精度也较高于焊接工装夹具。（2）切削加工时零部件和夹具受力复杂，不仅受到较大轴向力，还会受到扭转力矩的影响，然而焊接过程中这些力就会低很多，零部件的安装夹紧通常只需要考虑焊接时热量过大引起的热应力过大、热变形过大等影响。（3）切削工装夹具它所装夹的对象大部分情况下都是单个零部件，然而焊接这一工艺的装夹对象有可能是多个零部件组成的装配体，因此，焊接工装夹具实际上就是装配工艺夹具的其中一种。以上三点充分的反映了传统夹具与焊接夹具的异同点，如何设计出满足一般焊接所需要的焊接工装夹具也成为现代焊接工装夹具发展的切入点^[3-5]。

除去焊接的热变形以及焊接时出现的应力带来的工装夹具设计问题，还存在着一下一个十分严峻的问题：对于很多特殊的材料，如果焊件厚度不是很大，在焊透的情况下，焊缝背面金属极其容易与空气中的氧、氢、水等物质发生反应，生成杂质，从而导致背部焊缝的冶金缺陷，进一步影响到焊缝的力学性能，使得所焊接的工件失效，浪费财力物力。保护气体恰好能使得这些特殊材料焊接时免受冶金缺陷的影响，如表1-1所示常用金属合金的熔化极气体保护焊接都需要通以不同比例的保护气体，在此基础上焊接工装夹具的设计改进就需要加以考虑这些因素，增加保护装置来满足这些焊接所需。

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