典型焊接结构的生产工艺课件.ppt

1、 学习目标： 通过学习了解起重机桥架、压力容器、船舶及建筑用桁架结构等典型焊接产品的结构。 掌握其制造难点、技术关键及其生产工艺，以便进一步巩固和运用前面所学的理论知识，提高分析和解决实际问题的能力。 起重机作为运输机械在国民生产各个部门的应用十分广泛，其结构形式多样，如桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、汽车起重机等。 其中，以桥式起重机应用最广，其结构的制造技术具有典型性，掌握了它的制造技术，对于其它起重机结构的制造都可借鉴。 1桥式起重机的结构 桥式起重机由桥架1，运移机构2和载重机构3组成，如图6-1所示。 可移动的桥架由主梁和两个端梁组成，端梁的两端装有车轮，由车间两旁立柱悬臂上铺设

2、的轨道支承； 桥架的移动机构用来驱动端梁上的车轮，使其沿着车间长度方向的轨道移动； 桥架上的载重小车装有起升机构和小车的移动机构，能沿铺设在桥架主梁上的轨道移动。 桥式起重机的桥架结构如图6-2所示。 1主梁 2栏杆 3端梁 4走台 5轨道 6操纵室 桥式起重机桥架常见的结构形式如图6-3所示。 a）中轨箱形梁桥架 b)偏轨箱形梁桥架 c)偏轨空腹箱形梁桥架 d)箱形单主梁桥架 如图6-3a所示： 该桥架由两根主梁和两根端梁组成； 主梁外侧分别设有走台，轨道放在箱形梁的中心线上； 小车载荷依靠主梁上翼板和肋板来传递； 该结构工艺性好，主梁、端梁等部件可采用自动焊接，生产率高，制造过程中主梁的变

3、形量较大。 如6-3b所示： 它由两根偏轨箱形梁和两根端梁组成。 小车轨道安装在上翼板边缘主腹板处，载荷直接作用在主腹板上。 主梁多为宽主梁形式，依靠加宽主梁来增加桥架水平刚性，同时可省掉走台，主梁制造变形较小。 如图6-3c所示： 该桥架与偏轨箱形梁桥架基本相似； 副腹板上开有许多矩形孔洞，自重减轻； 利于梁内通风散热，对梁内放置运行机构和电器设备提供了有利条件； 便于内部维修； 制造比偏轨箱形梁麻烦。 如图6-3d所示： 由一根宽翼缘偏轨箱形主梁与端梁不在对称中心连接，以增大桥架的抗倾翻力矩能力； 小车偏跨在主梁一侧使主梁受偏心载荷； 最大轮压作用在主腹板的顶面轨道上； 主梁上要设置一到两

4、根支承小车反滚轮的轨道； 该桥架制造成本低，主要用于起重量较大、跨度较大的门式起重机。 主梁是桥式起重机桥架中的主要受力部件，它的制造是桥架结构制造的关键， 对主梁严格的技术要求是保证桥架技术条件得到满足的前提。 箱形主梁的一般结构如图6-4所示，它由左右两块腹板，上下两块翼板以及若干长、短肋板组成。箱形主梁结构示意图1-上翼板 2-腹板 3-下翼板 4-长肋板 5-短肋板 L梁长 LK跨距 H梁高 B梁宽 1）主梁的长、宽、高都有一定的公差要求。 2）主梁的垂直平面内要求的上拱度=L/700L/1000（L主为梁的跨度）。 3）主梁向走台一侧应有一定的旁弯，约为L/1500L/2000。 4

5、）腹板凸凹不平（即波浪变形或失稳）应小于4/10006/1000。 5）上翼板水平度CB/250，腹板垂直度aH/200。 另外，各肋板之间距离公差应在5mm范围之内。 （1）拼板对接焊工艺 主梁构造形状并不复杂，但因其长度大，主梁长度一般为1040m，上、下翼板及左右腹板需要拼接。 翼板的拼接焊缝要注意保证质量，特别是受接翼缘的接缝要求必须焊透、无裂纹及严重咬肉等缺陷； 要求通过超声波或射线检验，其质量应满足起重机技术条件中的规定。 为避免应力集中，保证梁的承载能力，翼板与腹板的拼接接头不应布置在同一截面上，错开距离不得小于200mm； 同时，翼板及腹板的拼板接头不应安排在梁的中心附近，一般

6、应离中心2m以上。 肋板是一个长方形，长肋板中间一般开有减轻孔。 由于肋板尺寸影响到装配质量，要求其宽度差不能大，只能小1mm左右；长度尺寸允许有稍大一些的误差。 肋板的四个角应保证90，尤其是肋板与上盖板接触处的两个角更应严格保证直角，这样才能保证箱形梁在装配后腹板与上盖板垂直，并且使箱形梁在长度方向不会产生扭曲变形。 主梁截面的焊缝分布对称于Z-Z轴。 对X-X轴而言，焊缝集中于上部，将由于焊缝收缩而产生下挠， 这与主梁要保证上挠的技术要求正好相反，这是主梁制造的关键问题之一。 考虑主梁的自重和焊接变形的影响，为满足技术规定的主梁上挠要求，腹板应预制出数值大于技术要求的上挠度。 预制腹板上

7、挠度的具体数值可根据生产条件和所用的工艺程序等因素来确定； 一般跨中上挠度的预制值fm可取L /350L /450。 腹板上挠度的制备方法多采用先划线后气割，切出具有相应的曲线形状，在专业生产时，也可采用靠模气割。 由于主梁长度大，相对刚度较小，在装配与焊接中容易产生变形。 因此，除要求零件的备料加工要有一定的精度外，还必须选择合理的装配焊接方案和恰当的焊接工艺措施，以保证主梁几何尺寸的技术要求。 根据主梁的结构特点，一般先将上翼板与两腹板装成形梁，最后装下翼板，组成封闭的箱形梁。 形梁的装配焊接顺序是影响主梁上挠度的关键。 形梁由上翼板、腹板和肋板组成。 该梁的组装定位焊分为机械夹具组装和平

8、台组装两种， 目前应用较广的是采用平台组装工艺，又以上翼板为基准的平台组装居多。 装配时，先在上翼板上的划线定位的方式装配肋板。 用90角尺检验垂直度后进行点固。 为减小梁的下挠变形，装好肋板后应进行肋板与上翼板焊缝的焊接。 组装腹板时，首先要求在上翼板和腹板上分别划出跨度中心线， 然后用吊车将腹板吊起与上翼板、肋板组装， 使腹板的跨度中心线对准上翼板的跨度中心线， 然后在跨中点定位焊。 腹板上边用安全卡1（图6-5）将腹板临时紧固到长肋板上， 可在翼板底下打楔子使上翼板与腹板靠紧， 通过平台孔安放沟槽限位板3，斜放压杆2，并注意压杆要放在肋板处。 当压下压杆时，压杆产生的水平力使下部腹板靠紧

9、肋板。图6-5 腹板夹卡图1安全卡 2压杆 3沟槽限位板 为了使上部腹板与肋板靠紧，可用专用夹具式腹板装配胎夹紧。 由跨中组装后，定位焊至腹板一端，然后用垫块垫好（图6-6），再装配定位焊另一端腹板。 腹板装好后，即应进行肋板与腹板的焊接。 焊前应检查变形情况以确定焊接次序。 如旁弯过大，应先焊外腹板焊缝； 如旁弯不足，应先焊内腹板焊缝隙。 对形梁内壁所有焊缝，就国内生产而言，大多还是采用焊条电弧焊。 较理想的是用CO2气体保护焊，以减小变形，提高生产效率。 为使型梁的弯曲变形均匀，应沿梁的长度方向由偶数焊工对称施焊。 装配时先在下翼板上划出腹板的位置线。 将型梁吊装在下翼板上，两端用双头螺杆

10、将其压紧固定（如图6-7所示） 。 用水平仪和线锤检验梁中部和两端的水平和垂直度及拱度，如有倾斜或扭曲时，用双头螺杆单边拉紧。 下翼板与腹板的间隙应不大于1mm，点焊时应从中间向两端同时进行。 主梁两端弯头处的下翼板可借助起重机的拉力进行装配定位焊。 主梁有四条纵缝，尽量采用自动焊焊接。 焊接顺序视梁的拱度和旁弯的情况而定。 利用四条纵缝的焊接方向和次序来调节主梁的挠度和旁弯，如图所示。 四条纵缝焊接是必须控制的关键工艺。 a)上挠偏大、旁弯左拱时采用； b)上挠偏小、旁弯右拱时采用； c)上挠偏小、旁弯适中时采用； d)上挠过大、旁弯适中时采用； 箱形主梁装焊完毕后应进行检查。 每根箱形梁在

11、制造时均应达到技术条件的要求，如果变形超过了规定值，应进行矫正。 矫正时，应根据变形情况采用火焰矫正法，选择好加热的部位与加热方式进行矫正。 1端梁的技术要求端梁的技术要求 端梁是桥式起重机桥架组成部分之一，按其受载情况可分为下述两类： 1）端梁受有主梁的最大支承压力，即端梁上作用有垂直载荷。结构特点是大车车轮安装在端梁的两端部，如图6-9a所示。 此类端梁应计算弯矩，弯矩的最大截面是在与主梁连接处的A-A截面、支承截面B-B和安装接头螺孔削弱的截面。 2）端梁没有垂直载荷，结构特点是车轮或车轮的平衡体直接安装在主梁端部，如图6-9b所示。 此类端梁只起联系主梁的作用，它在垂直平面几乎不受力，

12、在水平面内仍属刚性连接并受弯矩的作用。 1）盖板水平倾斜bB/250（B为盖板宽度）。 2）腹板垂直偏斜hH/250（H为腹板高度）。 3）端梁两端弯板直角偏差，折合最外端间隙不大于1.5mm，如图6-10 a所示。 4）同一端梁两端弯板高低差5mm。 5）要求同一车轮两弯板高低差g2mm，如图6-10 b所示。 箱形主梁桥架的端梁都采用钢板焊成的箱形结构，并在水平面内与主梁刚性连接。 依据桥架宽度和运输条件，在端梁上设置12个安装接头（图6-9b中为两个接头），即将端梁分成23段，安装接头目前都采用高强螺栓连接板。 安装接头有两种形式：一种是连接板连接，另一种是角钢连接，如图6-11所示。

13、a)连接板连接 b)角钢连接 端梁与主梁连接的焊缝均在端梁内侧， 因此在组装焊接端梁时应注意各焊缝的焊接方向与顺序， 使端梁与主梁在装焊前有一定的外弯量。 端梁制造的工艺过程如下： 包括上、下翼板、腹板、肋板及两端的弯板。 弯板采用压制成形，各零件应满足技术规定。 首先肋板与上翼板装配并焊接， 再装配两腹板并定位， 然后装弯板（弯板是整个端梁的关键，装焊中必须严格保证弯板的角度）。 为保证一端的一组弯板能在同一平面内，可预先在平台上用定位胎将其连成一体。 组装弯板后，要用水平尺检查弯板水平度并调节两端弯板的高度公差在规定范围内。 接着进行端梁内壁焊缝的焊接，先焊外腹板与肋板、弯板的焊缝，再焊内

14、腹板与肋板、弯板的焊缝，然后装配下翼板并定位焊。 最后焊接端梁四条纵焊缝，并且下翼板与腹板纵缝应先焊。 端梁制好后对主要技术要求进行检查，不符合规定的应进行矫正。桥架组装焊接工艺包括： 制好的主梁与端梁组装焊接； 组装焊接走台； 组装焊接小车轨道； 焊接轨道压板； 主梁的外侧焊有走台； 主梁腹板上焊有纵向角钢与走台相连。 桥架连接指已经制作好的主梁与端梁的连接。 桥架连接方法有螺栓连接和焊接连接两种。 下面介绍焊接连接的方法。 为避免梁的自重对主梁挠度的影响， 主梁垫架位置应选择在主梁的跨端或接近跨端的位置。 起重量较小的桥架在最后测量调整时应尽量垫在端梁处。 为使桥架安装车轮后能正常运行，两

15、个端梁上的四组弯板组装时应在同一水平面内； 以该水平面为组装调整桥架各部件的基准。 如图612所示，一个端梁上的两组弯板装配时，可穿过端梁上翼板的吊装孔立T形标尺； 四个T形标尺的下部分别固定到四组弯板上； 用水平仪测量四个T形标尺上的测量点； 将各测量点调整至同一水平面上，即可保证四组弯板在同一水平面内。 将经过检验合格的两根主梁摆放到垫架上， 通过调整，应使两主梁中心线距离、对角线差及水平高低差等均在规定的范围之内。 然后，在端梁上翼板划出纵向中心线，用直尺将弯板垂直面的位置引到上翼板， 与端梁纵向中心线相交得基准点， 以基准点为依据划出主梁装配时的纵向中心线； 而后将端梁吊起，按划线部位

16、与主梁装配，用夹具将端梁固定于主梁上翼板上， 调整端梁使端梁上翼板两端的A、C、B、D四点水平度差及对角线AD与BC之差在规定的数值内，如图6-13所示。 1端梁 2主梁图6-13 主梁与端梁组装 同时，穿过吊装孔立T形标尺，用水准仪测量调整， 保证同一端梁弯板水平面的标高差及跨度方向标高差不超过规定数值， 所有这些项目检查合格后，再进行定位焊。 主梁与端梁采用的焊接连接方式有直板连接和三角板连接两种，如图6-14所示。 a)直板连接 b)三角板连接 主要焊缝有主梁与端梁上下翼板焊缝、直板焊缝或三角板焊缝。 为减小变形与应力，应先焊上翼板焊缝，再焊下翼板焊缝，最后焊直板或三角板焊缝； 先焊外侧

17、焊缝，后焊内侧焊缝。 为减小桥架的整体变形，走台的斜撑与连接板（图6-15）要按图样尺寸预先装配焊接成组件，再进行桥架的组装焊接。 组装时，按图样尺寸划走台的定位线， 走台应与主梁上翼板平行，即具有与主梁一致的上挠曲线。 装配横向水平角钢时，用水平尺找正，使外端略高于水平线并定位焊于主梁腹板上，然后组装定位焊斜撑组件，再组装定位焊走台边角钢。 走台边角钢应具有与走台一致的上挠度。 走台板应在接宽的纵向焊缝完成后进行矫平，然后组装定位焊在走台上。 焊接走台焊缝时，为减小应力与变形，应选择好焊接顺序，水平外弯大的一侧走台焊缝应先焊，走台下部焊缝应先焊。 小车轨道用电弧焊方法焊接成整体，焊后磨平焊缝

18、。 小车轨道应平直，不得有扭曲和明显的局部弯曲。 轨道与桥架组装时，应预先在主梁的上翼板划出轨道位置线，然后装配，再定位焊轨道压板。 为使主梁受热均匀，从而使下挠曲线对称，可由多名焊工沿跨度方向均匀分布，同时焊接。 桥式起重机桥架组装焊接后应进行全面检测，符合技术要求的规定。 能力知识点能力知识点1 压力容器的基础知识压力容器的基础知识 压力容器是承受一定温度和压力作用的密闭容器，在现代工业生产中应用广泛。 压力容器不仅结构形式较多，同时也是一种比较容易发生事故、生产技术和焊接水平要求较高的特殊设备。 目前，工业生产中最典型和最常用的结构形式是圆筒形和球形容器。 根据结构特点和工作要求，圆筒形

19、压力容器主要由筒体、封头及附件等部分组成，如图6-17所示。 筒体是圆筒形压力容器的主要承压元件，它构成了储存物料或完成化学反应所需要的空间。 当筒体直径较小（小于500mm）时，可用无缝钢管制作。 当直径较大时，筒体一般用钢板卷制或压制（压成两个半圆）后焊接而成。 筒体较短时可做成完整的一节，当筒体的纵向尺寸大于钢板的宽度时可由几个筒节拼接而成。 根据筒体的承载要求和钢板厚度，其纵向焊缝和环向焊缝可采用开坡口或不开坡口的对接接头。 封头即是容器的端盖。 根据几何形状的不同，压力容器的封头可分为球形封头、椭圆形封头、碟形封头、锥形封头和平板封头等结构形式，如图6-18所示。 其中椭圆形和球形封

20、头应用最为广泛。 除锥形封头和平板封头外，其余凸形封头均是将钢板通过冲压或爆炸成形等方法制作的。 法兰按其用途不同，分为管法兰和容器法兰。 用于管道连接和密封的法兰叫管法兰； 用于容器顶盖与筒体连接的法兰叫容器法兰。 法兰与法兰之间一般加密封元件，并用螺栓连接起来。 由于工艺要求和检修时的需要，常在石油化工容器的封头上开设各种孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出接管，以及安装压力表、液位计、流量计、安全阀等接管开孔。 手孔和人孔是用来检查容器的内部并用来装拆和洗涤容器内部的装置。 手孔的直径一般不小于150mm。 直径大于1200mm的容器应开设人孔。 筒体与封头上开孔后，开孔部位的强

21、度被削弱，一般应进行补强。 压力容器靠支座支承并固定在基础上。 根据圆筒形容器的安装位置不同，有立式容器支座和卧式容器支座两类。 对卧式容器主要采用鞍形支座。 对于薄壁长容器也可采用圈形支座。 GB1501998钢制压力容器中规定，按其所在的位置不同，将压力容器受压部分的焊缝分为A、B 、C 、D 四类，如图6-19所示。 受压部分的纵向焊缝（多层包扎压力容器层板的层间纵向焊缝除外）； 各种凸形封头的所有拼接焊缝； 球形封头与圆筒连接的环向焊缝； 嵌入式接管与圆筒或封头的对接焊缝。 受压部分的环形焊缝； 锥形封头小端与接管连接的焊缝； （已规定为A、C、D类的焊缝除外） 法兰、平封头、管板等与

22、壳体、接管连接的焊缝； 内封头与圆筒的搭接填角焊缝； 多层包扎压力容器层板的层间纵向焊缝。 插管、人孔、凸缘等与壳体连接的焊缝； （已规定为A、B类的焊缝除外）。 在GB1501998钢制压力容器中，还对压力容器制造、检验等提出了要求和规定。 （1）坡口表面要求 坡口表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷； 施焊前，应清除坡口及母材两侧表面20mm范围内的氧化物、油污、熔渣及其他有害杂质。 封头各种不相交的拼焊焊缝中心线距离至少应为封头钢材厚度s的3倍，且不小于100mm。 封头由成形的瓣片和顶圆板拼接制成时，焊缝方向只允许是径向和环向的，如图6-20所示； 先拼板后成形的封头拼接焊缝，在成形前应打

23、磨至与母材平齐。 A、B类焊接接头对口错边量b，如图6-21所示，应符合相应规定。 图6-21 焊接接头对口错边量 锻焊容器B类焊接接头对口错边量b不应大于对口处钢材厚度s的1/8，且不大于5mm； 筒节长度应不小于300mm。 组装时，相邻筒节A类焊缝中心线与相邻筒节A类焊缝中心线间外圆弧长应大于钢材厚度s的3倍，且不小于100mm。 压力容器焊接前的焊接工艺评定，应按JB4708进行； C、D类焊缝的焊脚，在图样无规定时，取焊件中较薄的厚度； C、D类焊缝与母材呈圆滑过渡； 焊缝表面不得有裂纹、气孔、弧坑和飞溅物。 中低压压力容器结构及制造较为典型，应用也最为广泛。 这类容器一般为单层筒形

24、结构； 其主要受力元件是封头和筒体。 下面以图6-22所示的压力容器为例介绍其具体的生产工艺过程。 图6-22 圆筒形压力容器制造工艺流程 目前广泛采用冲压成形工艺加工封头，现以椭圆形封头为例来说明其制造工艺。 封头制造工艺大致如下：原材料检验划线下料拼缝坡口加工拼板的装焊加热压制成形二次划线封头余量切割热处理检验装配。 椭圆形封头压制前的坯料是一个圆形； 封头的坯料尽可能采用整块钢板，如直径过大，一般采用双面埋弧焊工艺进行拼接。 封头成形有热压和冷压之分。 采用热压成形时，为保证成形质量，必须控制始压和终压温度。 低碳钢始压温度一般为10001100，终压温度为850750。 加热的坯料在压

25、制前应清除表面的杂质和氧化皮。 封头的压制是在水压机（或油压机）上用凸凹模一次压制成形，不需要采取特殊措施。 已成形的封头还要对其边缘进行加工，以便与筒体装配。 一般应先在平台上划出保证直边高度的加工位置线，用氧气切割的方法割去加工余量。 也可采用图6-23所示的封头余量切割机，在切割余量的同时，可直接割出封头边缘的坡口（V形），经修磨后直接使用。 如对坡口精度要求高或其它形式的坡口，一般是将切割后的封头放在立式车床上进行加工，以达到设计图样的要求。 封头加工完后，对主要尺寸进行检查，合格后才可与筒体装配并焊接。 1封头 2割矩 3悬臂 4立柱 5传动系统 6支座 当筒体直径在800mm以下时

26、，可以采用单张钢板卷制而成，这时筒节上只有一条纵向焊缝； 当筒体直径为8001600mm时，可用两个半圆筒焊接而成，筒节上有两条纵焊缝； 若筒体直径为10003000mm或更大时，应视钢板的规格确定筒节上采用一条或两条纵焊缝。 筒节制造的一般过程为： 原材料检验划线下料边缘加工卷制纵缝装配纵缝焊接焊缝检验矫圆复检尺寸装配 筒节可采用剪切或半自动切割下料； 下料前先划线，包括切割位置线、边缘加工线、孔洞中心线及位置线等； 其中管孔中心线距纵缝及环缝边缘的距离不小于管孔直径的0.8倍，并打上样冲标记。 图6-24为筒节划线示意图 中低压压力容器的筒节可在三辊或四辊卷板机上冷卷而成，卷制过程中要经常

27、用样板检查曲率，卷圆后其纵缝处的棱角、径纵向错边量应符合技术要求。 筒节卷制好后，在进行纵缝焊接前应先进行纵缝的装配，主要是采用杠杆螺旋拉紧器、柱形拉紧器等各种工装夹具来消除卷制后出现的质量问题，满足纵缝对接时的装配技术要求，保证焊接质量。 装配好后即进行定位焊。 筒节的纵环缝坡口是在卷制前就加工好的，焊前应注意坡口两侧的清理。 筒节纵缝焊接的质量要求较高，一般采用双面焊，顺序是先里后外。 纵缝焊接时，应做产品的焊接试板； 同时，由于焊缝引弧处和熄弧处的质量不好，故焊前应在纵向焊缝的两端装上引弧板和熄弧板。 筒节纵缝焊接后还须按要求进行无损探伤，再经矫圆，满足圆度的要求后才送入装配工序。 容器

28、的装配是指各零部件间的装配； 接管、人孔、法兰、支座等的装配较为简单，在此不介绍； 下面主要分析筒节与筒节以及封头与筒节之间的环缝装配工艺。 环缝要比纵缝装配困难得多，其装配方法有立装和卧装两种。 立装适合于直径较大而长度不太大的容器，一般在装配平台或车间地面上进行。 卧装一般适合于直径较小而长度较大的容器，多在滚轮架或V形铁上进行。 筒节与筒节装配前，可先测量周长，再根据测量尺寸采用选配法进行装配，以减少错边量； 或在筒节两端内使用径向推撑器，把筒节两端整圆后再进行装配。 另外，相邻筒节的纵向焊缝应错开一定的距离，其值在周围方向应大于筒节壁厚的3倍以上，并且不应小于100mm。 该环缝装配也

29、可采用立装和卧装； 当封头上无孔洞时，也可先在封头外临时焊上起吊用吊耳，便于封头的吊装。 立装与前面所述筒节之间的立装相同。 卧装时，如是小批量生产，一般采用手工装配的方法，如图6-25所示。 1封头 2筒体 3吊耳 4吊钩 5滚轮架 6形马 在滚轮架上放置筒体，并使筒体端面伸出滚轮架外400500mm； 用起重机吊起封头送至筒体端部； 对准后横跨焊缝焊接一些刚性不太大的小板，固定封头与筒体间的相互位置； 起重机移开后，用螺旋压板将环向焊缝逐段对准到适合的焊接位置； 再用“形马”横跨焊缝并定位焊。 批量生产时，一般是采用专门的封头装配台来完成封头与筒体的装配。 封头与筒体组装时，封头拼接焊缝与

30、相邻筒节的纵焊缝也应错开一定的距离。 容器环缝焊接时，可采用各种焊接操作机进行内外缝的焊接； 在焊接容器最后一条环缝时，只能采用手工封底的或带垫板的单面埋弧焊。 容器的其他部件，如人孔、接管、法兰、支座等，一般采用焊条电弧焊焊接。 容器焊接完以后，还必须用各种方法进行检验，以确定焊缝质量是否合格。 1球形容器的结构形式 球形容器一般称作球罐，它主要用来储存带有压力的气体或液体。 球罐按其瓣片形状分为橘瓣式、足球瓣式及混合式，如图6-26所示。 a)足球瓣式 b)橘瓣式 c)混合式 橘瓣式球罐因安装方便，焊缝位置规则，目前应用最为广泛。 按球罐直径大小和钢板尺寸分为三带、四带、五带和七带橘瓣式球

31、罐。 足球瓣式的优点是所有瓣片的形状、尺寸都一样，材料利用率高，下料和切割比较方便，但大小受钢板规格的限制； 混合式球罐的中部用橘瓣式，上极和下极用足球瓣式，常用于较大型的球罐。 一个完整的球罐，往往需要数十或数百块的瓣片。 球罐工作条件及结构特征决定了球罐的技术条件是相当高的。 首先球罐的各球瓣下料、坡口加工、装配精度等均要符合技术要求，这是保证球罐质量的先决条件。 另外，由于工作介质和压力、环境的要求，且返修困难，对焊接质量要严格控制，保证球罐受压均匀。 焊接变形也要严格控制，这必须有合适的工装夹具来配合，同时采用正确的装焊顺序。 一般球罐多在厂内预装，然后将零件编号，再到工地上组装焊接。

32、 球罐的焊缝多数采用焊条电弧焊； 要求焊工的技术水平较高； 并要有严格的检验制度，对每一生产环节都要认真对待。 （1）瓣片制造 一次下料法：通过计算法放样展开为近似平面，然后压延成球面，再经简单修整即可成为一个瓣片。 二次下料法：可以按计算周长适当放大，切成毛料，压延成形后进行二次划线，精确切割，此法目前应用较广。 如果采用数学放样，进行数控切割，可大大提高精度与加工效率。 对于球瓣的压制成形，一般方法为： 直径小、曲率大的瓣片采用热压； 直径大、曲率小的瓣片采用冷压； 压制设备为水压机或油压机等。 冷压球瓣采用局部成形法，具体操作方法是： 钢板由平板状态进入初压时不要压到底，每次只冲压坯料的

33、一部分，压一次移动一定距离，并留有一定的压延重叠面，这可避免工件局部产生过大的突变和折痕。当坯料返程移动时，可以压到底。 球罐支柱形式多样，以赤道正切式应用最为普遍。 赤道正切支柱多数是管状形式，小型球罐选用钢管制成； 大型球罐由于支柱直径大而长，所以用钢板卷制后拼焊而成。 如考虑到制造、运输、安装的方便，大型球罐的支柱制造时分成上、下两部分，其上部支柱较短。 上、下支柱的连接，是借助一短管，使安装时便于对拢。 球罐的装配方法很多，一般采用以赤道带为基准来安装的分瓣装配法。 图6-27所示是橘瓣式球罐的装配流程简图。 图6-27 橘瓣式球罐的装配流程图 球罐装配时，在基础中心一般都要放一根中心

34、柱作为装配和定位的辅助装置。 它由300mm400mm的无缝钢管制成，分段用法兰连接。 装赤道板时，用中心柱拉住瓣片中部，用花篮螺丝调节并固定位置。 温带球瓣可先在胎具上进行双拼，胎具制成与球瓣具有相同形状的曲面。 装下温带时，先把下温带板的上口挂在赤道板下口，再夹住瓣片下口，通过钢丝绳吊在中心柱上，如图6-28所示。 钢丝绳中间加一倒链装置，把温带板拉起到所需位置。 装上温带时，它的下口搁在赤道板上口，再用固定在中心柱上的顶杆顶住它的上口，通过中间的双头螺丝调节位置。 也可以在中心柱上面做成一个倒伞形架，上温带板上口就搁在其上。 温带板都装好后，拆除中心柱。 球罐制造时，一般装配与焊接交替进

35、行，其安装、焊接及焊后的各项工作为： 支柱组合吊装赤道板吊装下温带板吊装上温带板装里外脚手赤道纵缝焊接下温带纵缝焊接上温带纵缝焊接赤道下环缝焊接赤道上环缝焊接上极板安装上极板环缝焊接下极板安装下极板环缝焊接射线探伤和磁粉探伤水压试验磁粉探伤气密性试验热处理油漆、包保温层交货。 球罐的焊接大多数情况下采用焊条电弧焊完成； 焊前应严格控制接头处的装配质量，并在焊缝两侧进行预热。 焊条电弧焊焊接球罐工作量大，效率低，劳动条件差，因此，一直在探索应用机械化焊接方法，现已采用的有埋弧焊、管状丝极电渣焊，气体保护电弧焊等。 球罐焊后是否要进行热处理，主要取决于材质与厚度。 球罐热处理一般进行整体退火，火焰

36、加热退火装置如图6-29所示。 加热前将球罐连带地脚螺丝从基础上架起，浮架在辊道上，以便热处理过程中自由膨胀。1保温毡 2烟囱 3热电偶布置点4指针和底盘5柱脚 6支架 7千斤顶 8内外套筒9点燃器 10烧嘴 11油路软管12气路软管 13油罐 14泵组 15贮气罐 16空压机 17液化气贮罐 在球壳板外包上保温层并安装测温热电偶。 燃料可用液化石油气、天燃气或柴油，在罐内点燃后进行加热。 另外，在球罐下极板外侧一般还要安装电热器，作为罐体低温区的辅助加热措施。 加热温度一般为620左右，当达到温度要求即停止加热，并保温24h后缓慢冷却。 球罐热处理也可采作履带式电加热和红外线电加热。 电加热

37、法比较简便、干净，热处理过程可以用电脑自动控制，控制精度高，温差小。 能力知识点能力知识点1 船舶结构的类型及特点船舶结构的类型及特点 船舶是一座水上浮动结构物； 而作为其主体的船体则由一系列板架相互连接而又相互支持构成的。 船体结构的组成及其板架简图，如图6-30所示。 a）船体结构简图 b）板架结构简图 1-尾部 2-烟囱 3-上层建筑 4-货舱口 5-甲板 6-舷侧 7-首部 8-横舱壁 9-船底 10-桁材 11-骨材 12-板（1）纵骨架式 结构特点：板架中纵向（船长方向）构件较密、间距较小，而横向（船宽方向）构件较稀、间距较大 ； 适用范围：大型油船的船体；大中型货船的甲板和船底；

38、军用船舶的船体 （2）横骨架式 结构特点：板架中横向构件较密、间距较小，而纵向构件较稀、间距较大 ； 适用范围：小型船舶的船体；中型船舶的弦侧、甲板；民船的艏艉部 （3）混合骨架式 结构特点：板架中纵、横向构件的密度和间距相差不多 适用范围：除特种船舶外，很少使用 1）零部件数量多。 一艘万吨级货船的船体，其零部件数量在20000个以上。 2）结构复杂、刚性大。 船体中纵、横构架相互交叉又相互连接，尤其是艏艉部分还有不少典型结构。 这些构件用焊接方法连成一体，使整个船体成为一个刚性的焊接结构。 3）钢材的加工量和焊接工作量大。 焊接工时一般占船体建造总工时的30%40%。 4）使用的钢材品种少

39、。 各类船舶所使用的钢材见表6-2。表6-2 各类船舶的使用钢材种类船舶类型船舶类型使用钢种使用钢种备备 注注一般中小型船舶船用碳钢大中型船舶、集装箱船和油船船用碳钢S=320400MPa船用高强钢用于高应力区构件化学药品船船用碳钢和高强钢奥氏体不锈钢、双相不锈钢用于货舱液化气船船用碳钢和高强钢低合金高强钢0.5Ni 、3.5Ni 、5Ni 和9Ni钢，36Ni， 2A12铝合金用于全压式液罐、半冷半压和全冷式液罐和液舱 整体造船法目前在船厂中用得较少，只有在起重能力小、不能采用分段造船法和中小型船厂才使用，一般适用于吨位不大的船舶。 整体造船法，就是直接在船台上由下至上，由里至外先铺全船的龙

40、骨底板，然后在龙骨底板上架设全船的肋骨框架、舱壁等纵横构架，最后将船板、甲板等安装于构架上，待全部装配工作基本完毕后，才进行主船体结构的焊接工作。 1）先焊纵横构架对接焊缝，再焊船壳板及甲板的对接焊缝，最后焊接构架与船壳板及甲板的连接角焊缝，前两者也可同时进行。 2）船壳板的对接焊缝应先焊船内一面，然后在外面碳弧气刨扣槽封底焊。 甲板对接焊缝可先焊船内一面（仰焊），反面刨槽进行平对接封底焊或采用埋弧焊。 也可采用外面先焊平对接焊缝，船内刨槽仰焊封底。或者直接采用先进的单面焊双面成形工艺。 3）船壳板及甲板对接焊缝的焊接顺序是：若是交叉接缝，先焊横缝（立焊），后焊纵缝（横焊）；若是平列接缝，则应

41、先焊纵缝，后焊横缝，如图6-31所示 。 a）平列板缝 b）错开板缝 4）船艏外板焊缝的焊接顺序：待纵横焊缝焊完后，再焊船艏柱与船壳板的接缝。顺序如图6-32所示。 5）所有焊缝均采用由船中向左右，由中向艏艉，由下往上的焊接顺序，以减少焊接变形和应力，保证建造质量。图6-32 船艏外板的焊接顺序 分段造船法的制造工艺流程一般为： 钢材下料（切割焊接坡口）加工成形 拼板焊接成形 小合拢（T形排焊接，平面构架焊接）中合拢（分段焊接）大合拢（船台装焊）下水。 钢材下料是按下料草图或软件程序，将钢板、型钢等加工成零件。 大型船厂多采用数控和机械化（半自动）切割机进行切割下料，其切口精度高，并可按要求同

42、时切割出焊接坡口。 尽可能将坡口加工与下料同时进行，这样既可提高效率，又可以保证坡口加工精度。 大型造船厂常用的拼板焊接方法有三种： （1）龙门架埋弧焊 可进行厚度为335mm的平板对接。 16mm厚度以下的钢板采用I形坡口，直接对接； 厚度为1735mm的钢板采用开坡口的对接接头。 （2）三丝埋弧焊 单面焊双面成形的三丝埋弧焊是拼板流水生产线的关键工序之一，其生产率高，焊接质量稳定。 （3）胎架拼板 在船体分段建造中，通常需将多张曲形板进行拼焊，为保证拼板的圆滑，要求在胎架上进行拼焊（如图6-33）。 焊接可采用单面CO2气体保护焊、双面埋弧焊或CO2气体保护焊打底、埋弧焊盖面的组合工艺。

43、组件合拢是将零件组焊成简单的部件。船舶结构中的零件有T形排及平面构架。 （1）T形排的焊接 T形排焊接时应先焊非定位边，从中间向两边分段退焊。 对于可能产生较大焊接变形的T形排，可增加临时支撑来刚性固定或将面板轧制出反变形。 （2）平面构架的焊接 平面构架一般由钢板和型钢（或T形排）组焊而成，其中包括上层建筑围壁、各种平台板、纵横隔舱壁等。 平面构架的焊接应尽量采用CO2气体保护焊，以减少波浪变形； 焊接顺序应采取对称、分段退焊。 某些组件要求端部留出200mm的缓焊区，以利分段组装时方便对准组件，如图6-34所示。 部件合拢是指将零件、组件在胎架上组装焊接成部件的过程。 部件合拢通常包括艉部

44、机舱、艏部、货舱区内底、上层建筑部件、上下边水舱部件、分段甲板、隔舱部件以及舵、挂舵臂等部件。 分段建造法有正造法、反造法和侧造法。 拟定焊接工艺时应尽量考虑将舱内作业在舱外完成，变仰焊、立焊为平焊，扩大高效焊接的范围。 底部分段包括内、外底板，中、副纵桁及其加强肋、纵骨、肋板及肋骨，连接肋板及补板等。 最常用的分段建造法为反造法。图6-35所示为底部分段建造流程。 其中内外底拼板可部分采用龙门架焊接装置或三丝埋弧焊；其余对接焊缝可采用双面埋弧焊或单面CO2气体保护焊。 中、副纵桁框架焊接后需火焰矫正。 在以内底为基面焊接框架间的立角焊缝时，可采用CO2气体保护焊向下立焊。 如采用向上立焊，则

45、需采取分段退焊法，以防止分段四周上翘。 舷侧分段一般为上下边水舱分段。 下边水舱分段以斜底板为基面反造， 数控切割的肋骨框经组件合拢、组焊矫正后作为外板内模面，然后分装外板（见图6-36 ）。 下边水舱以斜板与肋骨框、甲板、傍板分别组装成平面分段。 将组装后的这些部件再以傍板为基面组成上边水舱分段。 其甲板、斜板、傍板的拼板方法相似于内（外）底板拼焊方法。 下边水舱外板因有曲形板而常采用CO2气体保护单面焊。 船体的艏、艉分段通常为立体分段； 由甲板（或平台板）、傍板等平面分段组成，并以甲板为胎架面进行反造。 榜板在胎架上装焊矫正后吊到甲板胎架上组装成整体分段。 甲板、傍板的对接缝采用埋弧焊或

46、平面CO2气体保护焊。 在某些情况下，甲板的胎架面焊缝留在大合拢时平焊。 船体大合拢一般采用单岛式或双岛式建造法； 定位分段，可不留余量，后接留余量端的分段与定位分段。 为缩短造船周期，在平行舯体分段中，除嵌补分段外，其余可实现无余量上船台，艏艉分段可部分无余量上船台。 图6-37所示为16500立方米液化气船的平行舯体船台焊接。 其中甲板、外底板、斜板对接焊缝、内底板横缝、舷侧横缝均采用单面CO2气体保护焊。 外板纵缝采用自动CO2气体保护垂直立焊。 内底纵缝按板厚可采用双丝埋弧焊或单面CO2气体保护焊。 外板转角处及构架对接缝则采用焊条电弧焊。 艏艉曲面分段，外板及构架对接焊缝均采用焊条电

47、弧焊。 甲板对接缝则采用单面CO2气体保护焊。 先焊外板、甲板焊缝； 再焊内底板、斜板焊缝； 最后焊接构架及角焊缝。 焊接过程中应注意对称施焊。 能力知识点能力知识点1 桁架的结构特点及技术要求桁架的结构特点及技术要求 桁架是主要用于承受横向载荷的梁类结构，可以做机器骨架及各种支承塔架，特别在建筑方面尤为广泛，其结构如图6-38所示。 一般来说，当构件承载小、跨度大时，采用桁架制作的梁具有节省钢材、重量轻、可以充分利用材料的优点。 a）、b）建筑桁架 c）起重机桁架 同时，桁架运输和安装方便，制造时易于控制变形。 但桁架节点处均用短焊缝连接，装配费工，难于采用自动化、高效率的焊接方法。 因此，

48、一般认为跨度大于30m、载荷较小时，使用桁架是比较经济的。 1）呈平面结构或由几个平面桁架组成空间构架。 2）杆件多，焊缝多而且短，难于采用自动化焊接方法。 3）整体看来，对称于长度中心；在受力平面内有较大的刚度，在水平平面内，刚度小，易变形，特别容易弯曲。 1）节点处是汇交力系，为保证桁架的平衡，要求各元件中心线或重心线要汇交于一点。 2）各片桁架要求保证高度、跨度，特别是连接及安装接头处。 3）要求保证挠度，防止扭曲。 为了保证桁架结构的强度和刚度： 桁架杆件截面所用的型钢种类越少越好； 杆件所用角钢一般不小于L50mm50mm5mm； 钢板厚度不小于5mm； 钢管壁厚不小于4mm。 杆件

49、截面宜用宽而薄的型钢组成，以增大刚度。 从桁架的技术要求及生产工艺看，分析桁架节点结构的主要目的是： 防止在节点处产生附加力矩及减少节点处应力集中。 如图6-39所示为屋顶桁架A处节点结构设计的四种形式。 图a节点的几何中心线不重合，将产生附加力矩，同时件1、2、3间距小，使施焊比较困难。 图b节点的几何中心线重合，附加力矩小，但型钢1、3与件4的过渡尖角大，易在尖角处形成应力集中。 为使焊缝不致太密集，又有足够长度以满足强度要求，桁架节点处应多设置节点板。 原则上桁架节点板越小越好； 节点结构形式越简单，切割次数越少越好； 最好用矩形、梯形和平行四边形的节点板。 要使型钢桁架节点结构合理，必

50、须要做到以下几点： 杆件截面的重心线应与桁架的轴线重合，在节点处各杆应汇交于一点。 2）桁架杆件宜直切或斜切，不可尖角切割。 如图6-40a、b、c所示较好，图6-40d不宜采用。6-40桁架杆件的切割 3）铆接结构中桁架的节点必须采用节点板，焊接桁架可有可无节点板。 当采用节点板时其尺寸不宜过大，形状应尽可能简单。 4）角钢桁架弦杆为变截面时，应将接头设在节点处。 为便于拼接，可使拼接处两侧角钢肢背平齐。 为减小偏心可取两角钢的重心线之间的中心线与桁架轴线重合，如图6-41a所示。 对于重型桁架，弦杆变截面的接头应设在节点之外，以便简化节点构造，如图6-41b所示。 在工厂生产中，桁架的装配