過程裝備制造與檢測(化機課程用)教案PPT第6章

1、第二篇第二篇 過程設(shè)備制造工藝過程設(shè)備制造工藝 （10學時學時) 第六章第六章 設(shè)備零件的主要制造工序設(shè)備零件的主要制造工序 第第七七章章 設(shè)備的組對與裝配設(shè)備的組對與裝配 第八章第八章 焊接工藝基礎(chǔ)焊接工藝基礎(chǔ) 第九章第九章 化工設(shè)備的焊接化工設(shè)備的焊接 第六章第六章 設(shè)備零件的主要制造工序設(shè)備零件的主要制造工序 6.1 化工設(shè)備的分類及加工特點化工設(shè)備的分類及加工特點 6.2 原材料的準備原材料的準備 6.3 鋼材的切割及邊緣加工鋼材的切割及邊緣加工 6.4 鋼材的塑性變形及彎曲鋼材的塑性變形及彎曲 6.5 封頭的成型封頭的成型 第一節(jié)第一節(jié) 化工設(shè)備的分類及工加特點化工設(shè)備的分類及工加特

2、點一一. 化工設(shè)備及其零件的分類和制造化工設(shè)備及其零件的分類和制造按設(shè)備結(jié)構(gòu)按設(shè)備結(jié)構(gòu)特點和制造特點和制造工藝分類工藝分類容器設(shè)備容器設(shè)備組合式設(shè)備組合式設(shè)備中小型容器中小型容器 如計量槽，干燥箱等如計量槽，干燥箱等大型容器大型容器 如球罐，槽車等如球罐，槽車等高壓容器高壓容器 反應(yīng)器，氣瓶等反應(yīng)器，氣瓶等塔塔 如洗滌塔，精餾塔等如洗滌塔，精餾塔等直管換熱器直管換熱器 彎管換熱器彎管換熱器管式設(shè)備管式設(shè)備內(nèi)部分隔的設(shè)備內(nèi)部分隔的設(shè)備 如分離器，螺旋板式換熱器，過濾器等如分離器，螺旋板式換熱器，過濾器等化工設(shè)備的組成化工設(shè)備的組成容器容器可拆和不可拆零件：接管、人孔、視鏡，支座、平臺扶梯等可拆和

3、不可拆零件：接管、人孔、視鏡，支座、平臺扶梯等1、原材料準備、原材料準備 2、 劃線劃線 3、 切割切割4 、成型、成型 5、 邊緣加工邊緣加工設(shè)備零件的主要制造工序設(shè)備零件的主要制造工序二二 化工設(shè)備的制造特點化工設(shè)備的制造特點1、制造過程的主要工藝順序基本是固定的、制造過程的主要工藝順序基本是固定的 （固定性）（固定性）2、制造大都屬于單件和小批量生產(chǎn)、制造大都屬于單件和小批量生產(chǎn) （多樣性）（多樣性）3、零部件的通用性及批量大、零部件的通用性及批量大4、化工設(shè)備零件的幾何尺寸和形位精度要求不是很嚴格、化工設(shè)備零件的幾何尺寸和形位精度要求不是很嚴格 5、制造過程中有國家標準的強制要求、制造

4、過程中有國家標準的強制要求 （法規(guī)性）（法規(guī)性）第二節(jié)第二節(jié) 原材料的準備原材料的準備一一. 原材料的驗收與管理原材料的驗收與管理 原材料的實際質(zhì)量是否符合標準是保證設(shè)備制造質(zhì)量的基礎(chǔ)，故必須嚴格驗收才能投產(chǎn)。忽視這項工作將帶來極大的危害。驗收內(nèi)容：化學成分分析，機械性能試驗，金相檢驗，化學性能試驗，探傷，制造工藝性試驗，其他。 材料的保管與發(fā)放也很重要，應(yīng)避免因保管不當(如焊條受潮)而降低質(zhì)量，或因制度不嚴而造成錯亂。一個取得設(shè)備制造權(quán)的工廠，都必須具有相應(yīng)的檢驗設(shè)備、技術(shù)人員和管理規(guī)章。工件材料 （鋼材，鍛件，鑄件等） 焊接材料（焊絲，焊條，焊劑等）手工凈化手工凈化 1.用于焊口的局部凈化

5、，除銹和氧化膜。2.工具：鋼刷，挫刀，刮刀，砂紙等。3.特點：靈活，效率低。 鋼材表面的清潔程度對設(shè)備制造質(zhì)量有影響，有時甚至有決定性影響。（凈化過程涉及設(shè)備制造的全工藝過程） 凈化對象主要是油、銹、氧化膜。凈化方法有手工、機械、化學及火焰四類。二二. 鋼材的凈化鋼材的凈化機械凈化機械凈化 1.工具：電動鋼刷，電動砂輪，噴砂機等2.電動鋼刷是一個盤形鋼刷，由電動機帶動旋轉(zhuǎn)，手工操縱，常用于焊口除銹。3.電動砂輪與電動鋼刷結(jié)構(gòu)類似。由于它有磨削作用，故清理質(zhì)量較高，不但用于除銹，還可磨光焊口、磨平焊縫和磨去毛刺等。 4.噴砂法： 噴砂法是目前國內(nèi)常用的一種機械凈化方法，主要用于型材(如鋼板)和設(shè)

6、備大表面的凈化處理?？沙P、氧化皮等，使之形成均勻的有一定粗糙度的表面。 見圖61。 效率較高但粉塵大，對人體有害，應(yīng)在封閉的噴砂室內(nèi)進行。5.拋丸法：由于噴砂法嚴重危害人體健康，污染環(huán)境，目前國外已普遍應(yīng)用拋丸法處理。 主要特點是改善了勞動條件，易實現(xiàn)自動化，被處理材料表面質(zhì)量控制方便。例如，對不銹鋼表面的處理，使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高抗應(yīng)力腐蝕的能力，另外，表面粗糙度的不同要求，可通過選擇拋丸機的型號、數(shù)量和安裝分布位置來實現(xiàn)。化學凈化化學凈化 1.化學凈化是利用酸、堿或其他溶劑來溶解銹、油和氧化膜的高效方法。2.大面積凈化在酸洗池或堿洗池中進，局部凈化則用特制的膏劑涂于凈化處?；瘜W凈化最后

7、都要用清水洗凈，不能把凈化劑留在材料的表面。圖6-1 噴砂裝置工作原理1砂斗；2平衡管；3噴砂嘴；4橡膠輪管5放砂旋塞；6混砂管；7導管壓力壓力0.50.7MPa石英砂粒直徑石英砂粒直徑1 2mm3.鋼鐵酸洗除銹：可以除去金屬表面的氧化皮、銹蝕物，焊縫上殘留的熔渣等污物。多用鹽酸，速度快、效率高，不產(chǎn)生氫脆，表面狀態(tài)好，其配制洗液比硫酸安全，經(jīng)濟。 影響酸洗除銹效果的主要因素有鋼鐵種類、銹蝕程度及酸的種類、濃度、溫度和時間(參見表6一2)。4.金屬表面除油：主要是利用油脂能溶于有機溶劑，能發(fā)生皂化反應(yīng)等特性，將金屬表面上的油污除掉。 有機溶劑除油：是一種普遍采用的方法。所用溶劑要求溶解力強、不

8、易著火、毒性小、便于操作、揮發(fā)慢。 常用溶劑有汽油、石油溶劑、松節(jié)油、丙乙酮、二氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等。 除油時一般采用浸漬法，此外還有蒸汽法和超聲波法，其速度快、質(zhì)量好。 。堿液除油：借助堿的化學作用，清除金屬表面的油脂和輕微銹蝕。主要適用于黑色金屬如鋼、鑄鐵和不溶于堿液的金屬如鎳、銅等。 乳化除油：利用能促使兩種互不相溶的液體如油和水，形成穩(wěn)定乳濁液的物質(zhì)(乳化劑)來除去表面油脂及其他污物。在室溫下比堿液效率高。 乳化除油液主要由有機溶劑、乳化劑、混合溶劑、表面活性劑組成。5.金屬表面的氧化、磷化和鈍化：將清潔后的金屬表面經(jīng)化學作用，形成保護性薄膜以提高防腐能力和增加金屬與漆膜的附著

9、力的方法，即氧化、磷化、鈍化處理。 氧化處理：金屬表面與氧或氧化劑作用，形成保護性的氧化膜，防止金屬被進一步腐蝕。 I.磷化處理：用錳、鋅、鎘的正磷酸鹽溶液處理金屬，使表面生成一層不溶性磷酸鹽保護膜的過程稱金屬的磷化處理。此薄膜可提高金屬的耐腐蝕性和絕緣性，并能作為油漆的良好底層。 。鈍化處理：金屬與鉻酸鹽作用，生成三價或六價鉻化層，該鉻化層具有一定的耐腐蝕性，多用于不銹鋼、鋁等金屬?；鹧鎯艋鹧鎯艋?火焰凈化可以除油去銹?；鹧婵梢詿粲椭Ａ粝聼粌舻摹疤蓟摇?。在火焰加熱和其后的冷卻過程中，由于銹和金屬的膨脹量不同，故彼此產(chǎn)生滑移，導致銹與金屬分離，再用鋼刷刷凈。 凈化工序不都在設(shè)備材料

10、加工前進行，有時在臨焊之前，有的在設(shè)備制作完之后還要進行，如鋁設(shè)備、不銹鋼設(shè)備。1.鋼材由于軋制中不均勻的加熱冷卻，運輸中的沖撞，儲存時的不正確堆放而存在變形。制造過程中也會產(chǎn)生某些不需要的變形，如剪切或熱切下來的窄板，以及作為半成品或成品的焊接件也常有超過要求的變形。2.最主要的是彎曲變形，對于小斷面的型鋼有時還存在扭轉(zhuǎn)變形。3.矯正彎曲變形的實質(zhì)是調(diào)整彎曲件“中性層”兩側(cè)的“纖維長度”，最后使纖維等長。矯形以及彎卷、成型等作業(yè)均要使材料發(fā)生塑性變形，故塑性變形的特征是分析這些作業(yè)的重要依據(jù)。三三. 鋼材的矯形鋼材的矯形圖6-2 拉伸時的應(yīng)力應(yīng)變曲線 為使分析變形問題簡化，可把圖中的虛線簡化

11、成一條折線。 在彈性階段的斜率E稱彈性模量。 在塑性強化階段SN線的斜率D稱強化模數(shù)。D值大小表示材料強化效果的高低，它也是材料的一種固有物性參數(shù)，受材料成分影響較大。矯正方法有機械矯正和火焰矯正法矯形。圖6-1 鋼板、型鋼供貨的平面度、彎曲度技術(shù)要求圖6-2 一般鋼材的變形，允許偏差圖6-3 機械矯正方法及適用范圍矯正方法矯正設(shè)備及其示意圖適用范圍手工矯正 手錘、大錘、型錘（與被矯正型材外形相同的錘)或一些專用工具操作簡單、勞動強度大、質(zhì)量不高，適用于設(shè)備無法矯正的場合拉伸機矯正適用于薄板瓢曲矯正、型材扭轉(zhuǎn)矯正及管材的矯直壓力機矯正適用于板材、管材、型材的局部矯正。對型鋼的校正精度一般為1.

12、 0rnm/m輥式矯板機矯正適用于鋼板的矯正，不同厚度的鋼板選擇輥子數(shù)目、直徑不同的矯板機（見矯板機基本參數(shù)表)。矯正精度為1.0一2.0rnm/m矯正方法矯正設(shè)備及其示意圖適用范圍斜輥矯管機矯正適用于管材、棒材的矯正，有不同的結(jié)構(gòu)形式，如左圖所示。圖(d)所示主動輥對稱分布，被矯件受對稱圓周力，工件穩(wěn)定。有一個矯正循環(huán)。圖(e)所示主動輥仍是對稱分布，而且有兩個矯正循環(huán)，矯正質(zhì)量較高型鋼矯正機矯正適用于型鋼的矯正。矯正輥的形狀與被矯型鋼截面形狀相同，一般上.、下列輥子對正排列，以防止矯正過程中產(chǎn)生扭曲變形火焰矯正火焰矯正 圖6-2 火焰矯正示意圖矯正原理： 火焰矯正是用可燃氣體的火焰加熱被矯

13、正的變形部位(通常加熱金屬纖維較長的部位)，被加熱部位的金屬受熱膨脹，但又受到周圍冷金屬的阻礙產(chǎn)生壓應(yīng)力。當達到其屈服強度時，被加熱部位產(chǎn)生塑性變形。冷卻時雖然該部位也受周圍冷金屬的阻礙產(chǎn)生拉應(yīng)力，但溫度已下降，此時的屈服強度也已升高，變形很小。 所以，從加熱到冷卻過程中，被加熱部位的金屬纖維，總的來說是縮短了，因而實現(xiàn)了矯正的目的。 火焰矯正的加熱溫度，大約控制在600左右。適用范圍： 最適于在鍋爐制造過程中因組裝、焊接、運輸?shù)纫蛩匾鸬淖冃危驗檫@些變形已一般不可能再采用機械矯正方法進行矯正。四四. 劃線劃線1.劃線是在原材料或經(jīng)初加工的坯料上劃出下料線、加工線、各種位置線和檢查線等，并打

14、上(或?qū)懮?必要的標志、符號。 劃線工通常包括對零件的展開計算、放樣和打標記。2.劃線前應(yīng)先確定坯料尺寸。坯料尺寸由零件展開尺寸和各種加工余量組成。確定零件展開尺寸的方法如下： 作圖法：用幾何制圖法將零件展開成平面圖形。 計算法：按展開原理或壓(拉)延變形前后面積不變原則推導出計算公式。 試驗法：通過試驗公式?jīng)Q定形狀較復雜零件的坯料，簡單、方便。 綜合法：對計算過于復雜的零件，可對不同部位分別采用作圖法、計算法，有時尚需用試驗法配合驗證。3.劃線直接決定零件成型后的尺寸和幾何形狀精度，并影響到以后的組對焊接工序，對節(jié)約原材料有重要意義。一一. 展圖展圖 1.把零件坯料的空間曲面(筒體、封頭等）

15、展成平面稱為展圖，這是劃線工作的主要環(huán)節(jié)。2.展圖依據(jù)： 可展面：只有相鄰兩素線可構(gòu)成一平面者(如柱面、錐面)才是可展的?？烧姑婺芫_確定展開后的圖形和尺寸。 不可展面：凡是由曲線構(gòu)成的曲面(如球面，橢圓封頭)是不可展的，在由直線構(gòu)成的曲面中若相鄰兩素線不在同一平面內(nèi)者(如螺旋面)也是不可展的，不可展面則只能用近似方法展開。 .中性尺寸：板材彎曲時尺寸不變的稱中性尺寸，即平均厚度上的尺寸。展圖時按中性尺寸計算，但對不可展面，尤其是厚板，按中性尺寸計算的結(jié)果有誤差，要適當修正。 .近似展圖：對不可展面近似展圖的主要根據(jù)有兩條。一條是數(shù)學上的近似作圖法，即用切線或割線構(gòu)成的折線可代替曲線，用切面或

16、割面構(gòu)成的折面可代替曲面。只要折線或折面的分段尺寸足夠小就能達到必要的精度。此法的通用性極強。另一條是利用某些塑性變形的假定作為展圖的依據(jù)。例如，假定變形過程中某弧長不變稱為等弧長法，面積不變稱等面積法，體積不變稱等體積法。鍛件毛坯尺寸的計算普遍采用等體積法。零件的展開計算二二. 號料號料 1.工程上把零件展開圖畫在板料上的過程稱為號料(放樣)。2.加工余量 筒節(jié)卷制伸長量：與被卷材質(zhì)、板厚、卷制直徑大小、卷制次數(shù)、加熱等條件有關(guān)。 鋼板冷卷伸長量較小，通常忽略，約7-8mm 鋼板熱卷伸長量較大，不容忽略，用經(jīng)驗公式可估算伸長量 熱卷筒節(jié)展開后長度l的計算公式為mDKl)1( lmDKl 邊緣

17、加工余量：包括焊接坡口余量，主要考慮內(nèi)容為機加工(切削加工)余量和 熱切割加工余量。邊緣機加工余量，邊緣加工余量與加工長度關(guān)系，鋼板切割加工余量見表。 焊縫變形量：對于尺寸要求嚴格的焊接結(jié)構(gòu)件，劃線時要考慮焊縫變形量(焊縫收縮量)。參見表。 焊縫的收縮量、彎曲變形等受多種因素影響產(chǎn)生的各種焊接余量是十分困難的，因此表均為近似值。 對一些簡單結(jié)構(gòu)在自由狀態(tài)下進行電弧焊接時，也可以對焊縫收縮量等變形進行大致估算。 單層焊對接接頭焊縫縱向收縮量為劃線技術(shù)要求 加工余量與尺寸線之間的關(guān)系：在實際生產(chǎn)中經(jīng)常劃出零件展開圖形的實際用料線和切割下料線。 筒體(節(jié)劃線如下： 實際用料線尺寸展開尺寸卷制伸長量+

18、焊縫收縮量 焊縫坡口間隙邊緣加工余量 切割下料線尺寸實際用料線尺寸切割余量+劃線公差 ALAKlH1 劃線公差：目前劃線尚無統(tǒng)一標準，各制造單位根據(jù)具體情況制定內(nèi)部要求，來保證產(chǎn)品符合國家制造標準。 例。 合理排料： 充分利用原材料、邊角余料，使材料利用率達到90%以上。 零件排料要考慮到切割方便、可行。 筒節(jié)下料時注意保證筒節(jié)的卷制方向應(yīng)與鋼板的軋制方向一致。 認真設(shè)計焊縫位置。在劃線下料的同時，基本上也就確定了焊縫位置。圖6-3 筒節(jié)的劃線及公差要求焊縫位置的設(shè)計：a)焊縫不僅是承壓和耐腐蝕的薄弱區(qū)域，而且焊縫過多，過長會增加制造成本和檢驗工時等。因此，應(yīng)盡量從整體和局部全面考慮減少焊縫數(shù)

19、量、縮短焊縫長度，并將焊縫設(shè)計在較合理的位置上。b)由于鋼板尺寸的限制，展開零件必須拼焊時，拼接焊縫應(yīng)滿足以下要求： 封頭、管板的拼接焊縫數(shù)量，公稱直徑不大于2200rnm時，拼接焊縫不多于1條；大于2200mm時拼接焊縫不多于2條。 封頭各種不相交的拼焊焊縫中心線間距至少應(yīng)為封頭鋼材厚度的3倍，且不小于100mm。封頭由成形的瓣片和頂圓板拼制成時，焊縫方向只允許是徑向和環(huán)向的。 鍋爐爐膽、鍋殼的每節(jié)筒節(jié)，其縱向焊縫數(shù)量，公稱直徑不大于1800mm時，拼接焊縫不多于2條；大于1800mm時拼接焊縫不多于3條。 筒體、鍋殼等元件的拼接焊縫，每節(jié)筒體縱向焊縫中心線間的弧長不應(yīng)小于300mm；相鄰筒

20、體縱向焊縫以及封頭(或管板)拼接焊縫與筒體縱向焊縫應(yīng)互相錯開，且兩焊縫中心間的弧長不得小于100mm，如圖。 最短筒節(jié)長度不應(yīng)小于300mm 。 當焊縫需要進行探傷檢驗時，要使檢驗?zāi)芊奖憧尚小＠?，需要進行超聲波檢驗時，在焊縫兩側(cè)要留有適當?shù)奶筋^操作移動范圍和空間。 三三. 標記和標記移植標記和標記移植 1.在鋼板劃線時對制造受壓元件的材料應(yīng)有確認的標記（如打上沖眼、涂上標號），如原有確認標記被截掉或材料分成幾塊，應(yīng)于材料切割前完成標記移植工作，以保證材料及加工尺寸的準確、清晰，而有利于后續(xù)工序順利進行，且有利于材料的管理、待查和核準。2. 對有防腐要求的不銹鋼以及復合鋼板制容器，不得在防腐蝕

21、面采用硬印作為材料的確認標記。 從號料過的鋼材上把需要的坯料割取下來的工序稱為切割，也稱下料。 用于設(shè)備制造的切制方法分成機械切割和熱切割兩類。1.剪切：是將剪刀壓入工件中使剪切應(yīng)力超過材料抗剪強度而達到剪斷的目的。這種方法效率高，切口精度高，只要材料硬度適當，尺寸在剪床技術(shù)性能范圍內(nèi)均可適用，但切口附近23mm內(nèi)的金屬有明顯的硬化現(xiàn)象，對于重要設(shè)備應(yīng)把硬化區(qū)加工掉。 剪床按剪切刀刃形狀分成直線和圓兩種。 兩直線刀刃平行的稱平口剪，剪切過程沿刀刃長度同時進行，故剪切力大且沖擊性強，只適宜剪短料，被剪下來的條料變形較小。 兩直線刀刃成一角度的稱斜口剪，剪切過程沿刀刃長度逐步進行，故剪切力比平口剪

22、在相同厚度工件時要小，沖擊性降低，可剪較寬較厚的板料，但在剪窄條時板條會發(fā)生彎曲甚至扭彎。 刀刃為圓形的稱圓盤剪，主要用于薄板，切口可以任意長，當數(shù)對圓盤刀按需要的距離排列時可一次同時剪若干相應(yīng)寬度的長條料。2.鋸切：屬于切削加工，設(shè)備制造中主要是管件采用鋸切，如砂輪鋸、圓盤鋸。第三節(jié)第三節(jié) 鋼材的切割及邊緣加工鋼材的切割及邊緣加工一一. 機械切割機械切割1.氧氣切割：簡稱氣割，也稱火焰切割，因為切割時需要一個預熱火焰，但只有火焰并達不到切割目的，關(guān)鍵是高速純氧氣流。氧氣切割原理：l預熱：把切口處金屬(表層)加熱至燃點l氧化：切割純氧流2從噴嘴中心噴出成一細柱狀，把已達到燃點的金屬氧化燃燒成氧

23、化物，稱為渣。l吹渣：氧化物處于高溫且是液態(tài)，故被高速氧氣流吹走，從而將未氧化的金屬暴露在氧氣流下。l前進：新暴露出來的金屬主要受前面金屬的氧化熱作用而升溫至燃點，繼續(xù)被氧流氧化燃燒，成渣、被吹走，直至整個厚度金屬 被氧化吹通止。圖6-4 純氧切割示意圖1噴嘴；2切割氧；3預熱焰；4渣二二. 熱切割熱切割切割條件：金屬的熔點必須高于金屬氧化物的熔點，這樣才能使氧化過程不斷進行。金屬的熔點必須高于金屬的燃點，這樣才能保證在固態(tài)下切割，切口才能為氣流準確控制以達到較高的精度。如果金屬熔點低于燃點，則會在氧化燃燒之前自行流動，切口難于控制。金屬的氧化潛熱大，導熱系數(shù)低，這樣切割時生成熱量多且散失少，

24、因而預熱速度快，預熱深度大、故切速快、切割厚度大。能滿足以上條件的金屬主要是含碳量小于0.7%的碳素鋼，絕大部份低碳低合金鋼。切割特點：1）設(shè)備簡單 2）切口質(zhì)量好 3）切割厚度大 4）切割形狀和位置靈活 5）節(jié)省材料應(yīng)用范圍： 碳剛和低合金鋼2.等離子切割：利用等離子體既有高溫（1800030000K）又有沖力的特性來熔斷材料的技術(shù)。它不受物性限制，可切金屬也可切非金屬。圖6-5 等離子體發(fā)生圖等離子體產(chǎn)生方法：壓縮電弧，迫使電弧收 細，電流密度增加，熱 量更加集中，因而溫度 顯著升高，最后導至全 部電離而成等離子體。通過噴嘴燃燒的電弧受到三種壓縮作用: 機械壓縮 熱壓縮 磁壓縮 經(jīng)壓縮電弧

25、得到的等離子體是一束細長、高溫且有較高流速的流體，其溫度分布如圖，等離子體的功率主要由電流確定，沖刷力則決定于氣流速度。等離子切割特點：能切割任何材料是其最突出的特點，因為高溫、大功率、強沖劇 力；切割工作量不大；切口精度和光潔度都不及氣割，且切口較 寬；它基本上不能離開專門的切割場地，但在割槍所及的范圍內(nèi) 仍不受工件形狀、切口形狀及空問位置的限制。 等離子切割的應(yīng)用：設(shè)備制造用到的幾種切割方法中最貴的一種，主要用于氣割無 法應(yīng)用的不銹鋼、鋁、銅等工件，特別是厚板和曲線切口。3.電弧氣刨：利用電弧熱使金屬熔化，在其自重作用下流走，從而達到切割目的的方法稱電弧切割； 為提高切割速度和精度，在電弧

26、周圍或后面通入一股高速氣流，如壓縮空氣，使融化金屬迅速流走，同時還使電弧溫度升高，不但有利于提高切速，而且未熔化的金屬清楚可見，能準確加熱，從而也提高了切口精度，稱此為電弧一空氣切割，此法可以切斷，也可以只切去一層，又稱為電弧氣刨，簡稱氣刨。4.應(yīng)用：在焊縫返修、鏟根、刨平焊縫余高、除毛刺等作業(yè)；有時也用它來開坡日，特別是曲面上的坡口和平面上的曲線坡口。條件較差的地方作為氣割以外的補充手段，用于切不銹鋼等較薄的工件。圖6-6 a電弧切割 b電弧氣刨三三. 邊緣加工邊緣加工1.作用：組對前切除毛坯的多余金屬，并根據(jù)焊接需要加工適當形狀的坡口。2.邊緣加工對零件的精度有重要作用：1)可以為組對焊接

27、提供良好的條件。對于結(jié)構(gòu)鋼當切割邊緣有微裂紋、滲碳、淬火、硬化等缺陷時，需要用切削加工的方法去掉，否則它們可能成為結(jié)構(gòu)脆裂的起源，特別是對于低溫設(shè)備和動載設(shè)備更應(yīng)注意。2)利用坡口的大小來改變焊縫中工件金屬和焊條金屬的比例，是控制焊縫化學成分的一種輔助手段。3.邊緣加工方法主要是切削加工、氣割和氣刨、 風鏟。 刨邊機是設(shè)備制造廠內(nèi)專用于加工平板直邊上的坡口的機床。由切削加工得到的坡口質(zhì)量很好。 氣割坡口常結(jié)合下料進行。 氣刨主要用于加工不規(guī)則形狀的坡口，如相貫線上的坡口，尤其是氣割也難于加工的地方。 凡是熱切割的坡口要考慮表面用手工砂輪打磨光潔。第四節(jié)第四節(jié) 鋼材的塑性變形及彎曲鋼材的塑性變形

28、及彎曲1.模彎：坯料在一定長度上在定型曲面模具作用下而同時彎曲。需要專門的模具。2.滾彎：壞料在通用的工具(多為滾輪)作用下逐點連續(xù)彎曲。1筒節(jié)的彎卷成型筒節(jié)的彎卷成型1. 冷卷成型的特點冷卷成型的特點鋼板彎卷的變形率、鋼板彎卷的變形率、臨界變形率臨界變形率100mmwDDD100)1 (20RRRmm100mD (單向拉伸，如鋼板卷制)100)1 (25 . 10RRRmm (雙向拉伸，如筒體折邊，冷壓封頭)變形率的大小對金屬再結(jié)晶后晶粒的大小影響很大。金屬材料冷彎后產(chǎn)生粗大再結(jié)晶晶粒的變形率，稱為金屬的臨界變形率。鋼材的理論臨界變形率范圍為5%10 % ，鋼板的實際變形率。應(yīng)該小于理論臨界

29、變形率。由上式可以看出，鋼板越厚、筒節(jié)的彎卷半徑越小，則變形率越大。變形率的大小對金屬再結(jié)晶后晶粒的大小影響很大。金屬材料冷彎后產(chǎn)生粗大再結(jié)晶晶粒的變形率，稱為金屬的臨界變形率 。鋼材的理論臨界變形率范圍為5%10%，鋼板的實際變形率應(yīng)該小于理論臨界變形率，否則粗大的再結(jié)晶晶粒將會降低后續(xù)加工工序(如熱切割、焊接等)的力學性能。03%5 . 2最小冷彎半徑最小冷彎半徑 在冷卷成形過程中隨著變形率的增大，即塑性變形增大，在金屬內(nèi)部晶格發(fā)生嚴重歪扭和畸變，金屬的強度、硬度上升，而塑性、韌性下降，稱為冷加工硬化。 冷加工硬化產(chǎn)生的組織使變形抗力增加，成形的動力消耗增加，影響成形質(zhì)量。用最小冷彎半徑R

30、min代替可得： 碳素鋼、16MnR （單向拉伸） （雙向拉伸） 其它低合金鋼7 .16minR10minR20minR2.熱卷成型的特點熱卷成型的特點a)鋼板在再結(jié)晶溫度以上的彎卷稱為熱卷(熱變形)，在再結(jié)晶溫度以下的彎卷稱為冷卷(冷變形)。鋼板加熱到500600進行的彎卷，由于是在鋼材的再結(jié)晶溫度以下，因此其實質(zhì)仍屬于冷卷，但它具備熱卷的一些特點。b) 金屬的再結(jié)晶溫度Tz，與金屬熔點T。之間的關(guān)系為c)熱卷可以防止冷加工硬化的產(chǎn)生、塑性和韌性大為提高，不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，減輕卷板機工作負擔。d)應(yīng)控制合適的加熱溫度。e)應(yīng)控制適當?shù)募訜崴俣取zTT)4 . 035. 0(在保證鋼材表里溫差不

31、太大，膨脹均勻的前提下，加熱速度越快越好。只有導熱性較差的高碳鋼和高合金鋼或截面尺寸較大的工件，因其產(chǎn)生裂紋的可能性較大，此時需要低溫預熱或在600以下緩慢加熱。對于一般低碳鋼或合金鋼板，在任何溫度范圍內(nèi)都可以快速加熱。熱卷需要加熱設(shè)備，費用較大，在高溫下加工，操作麻煩，鋼板減薄嚴重。對于厚板或小直徑筒節(jié)通常采用熱卷。當卷板時變形率超過要求、卷板機功率不能滿足要求時，都需采用熱卷。1. 對稱式三輥卷板機二二 卷板機及彎卷工藝卷板機及彎卷工藝圖6-7 a對稱式三輥卷板機工作原理 工作原理圖：上輥1可以上下移動，以適應(yīng)各種彎曲半徑和厚度的需要，同時對鋼板施加一定的彎曲壓力。兩個下輥2為主動輥，對稱

32、于上輥軸線排列，并由電動機經(jīng)減速機構(gòu)帶動，以同速同向轉(zhuǎn)動。工作時將鋼板置于上、下輥之間，然后上輥向下移動，使鋼板被壓彎達到一定程度。接著啟動兩個下輥轉(zhuǎn)動，借助于輥子與鋼板之間的摩擦力帶動板料送進，上棍隨之轉(zhuǎn)動。 通常一次彎卷很難達到所要求的變形程度，此時可將上輥再下壓一定距離，兩下輥同時反向轉(zhuǎn)動，使鋼板繼續(xù)彎卷，這樣經(jīng)過幾次反復，可將鋼板彎卷成一定彎曲平徑的筒節(jié)。卷板機的可調(diào)參量與彎曲半徑的關(guān)系對稱式三輥卷板機的特點：1.構(gòu)造簡單、價格便宜，應(yīng)用很普遍。2.對卷板兩端頭各有一段直邊不能彎曲，需要對直邊進行處理。)()2()(1222rRlrRh圖6-7 b彎曲終了時三輥的位置鋼板的直邊與處理方

33、法直邊：對稱三輥卷板機上鋼板的最大塑性彎曲發(fā)生在上輥接觸處，即兩下輥支點的中 央，因而在鋼板兩端約為兩下輥距一半的長度上曲率不足，稱之為直邊。 直邊的產(chǎn)生使筒節(jié)不能完成整圓，也不利于校圓、組對、焊接等工序的進行。圖6-7 直邊的處理對鋼板進行預彎曲常用兩種方法:1.用其它壓力機，并配合一定曲率半徑的模具進行預彎，如圖c所示；2.在卷板機上，用剛性足夠、曲率一定的模板壓墊進行預彎，如圖d所示。另外可采用簡易逐一壓彎法預彎或預留直邊量，待卷圓后切除直邊，如圖e，f所示。上述方法不僅需要輔助設(shè)備如壓力機、模具等，并多增加一道工序，而且浪費金屬，故不太理想，特別是厚鋼板更為突出，故又出現(xiàn)了可以省去預彎

34、工序的其它類型的卷板機。2. 其它型式的卷板機圖6-8 下輥垂直移動三輥卷板機 卷板時將鋼板置于上下輥之間，見圖a，左下輥升起，預彎左板邊，見圖b，左輥回原位，啟動兩個下輥旋轉(zhuǎn)，使鋼板移至圖c位置，再升起右輥，預彎右板邊，如圖d此時同對稱式三輥卷板機一樣，把鋼板彎卷成無直邊的圓筒，如圖e所示。下輥垂直移動三輥卷板機不對稱式三輥卷板機圖6-8 不對稱式三輥卷板機 上輥1(主動輥)裝在下輥2的上面(有時下輥2也為主動輥)，電動機經(jīng)變速器帶動其旋轉(zhuǎn)。旁輥3裝在下輥2的一側(cè)。下輥可在垂直方向進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)量的大小約等于卷板的最大厚度。旁輥可沿A向調(diào)節(jié)。下輥與旁輥間的調(diào)節(jié)可用電動或手動操作。 卷板時，先

35、將鋼板置于上、下輥之間，使其前端進人旁輥并擺正。然后升起下輥將鋼板緊壓在上、下輥之間，如圖a所示。再升起旁輥，預彎右板邊，如圖b所示。旁輥回原位，啟動上、下輥，使鋼板移至圖c位置。再升起旁輥，預彎左板邊，如圖d所示。最后啟動電機帶動上、下輥旋轉(zhuǎn)，使鋼板彎卷成形，如圖e所示。 這種卷板機不僅可卷圓筒節(jié)，由于旁輥兩端可分別調(diào)節(jié)，故也可彎卷錐形筒體。對稱式四輥卷板機圖6-9 對稱式四輥卷板機 上輥1為主動輥，下輥3可垂直上、下移動調(diào)節(jié)，兩側(cè)輥2是輔助輥，其位置也可以調(diào)節(jié)。卷板時，將鋼板端頭置于1,3輥之間并找正，升起下輥3將鋼板壓緊，如圖a所示。然后升起左側(cè)輥對板邊預彎，如圖b所示。預彎后適當減小壓

36、力防止鋼板碾薄)，啟動上輥旋轉(zhuǎn)，此時構(gòu)成一個不對稱式三輥卷板機對鋼板彎卷。隨后升起右側(cè)輥托住鋼板，當鋼板卷至另一端時，上輥停止轉(zhuǎn)動，將下輥向上適當加大壓力，同時將右側(cè)輥上升一定距離，彎曲直邊，再適當減小一下輥壓力，并啟動上輥旋轉(zhuǎn)，又形成一個不對稱式的三輥卷板機，連續(xù)彎卷幾次直到卷成需要的筒節(jié)為止，如圖C所示。這種卷板機的最大優(yōu)點是一次安裝卷完一個圓筒，而不留直邊，故加工性能較先進。 但其結(jié)構(gòu)復雜，輥軸多用貴重合金鋼制造，加工要求嚴格，造價高。近年來，隨著各種新型三輥卷板機的出現(xiàn)，四輥卷板機己有逐漸被取代的趨勢。立式卷板機圖6-10 立式卷板機 圖a中軋輥1為主動輥，兩個側(cè)支柱2可沿機器中心線0

37、-0平行移動，其間的距離還可調(diào)節(jié)，壓緊輪3可前、后調(diào)節(jié)。 彎卷時，鋼板放人輥1和柱2之間，壓緊輪3靠液壓力始終將鋼板緊壓在輥1上，兩側(cè)支柱2朝輥1方向推進將鋼板局部壓彎。然后支柱2退回原位，驅(qū)動輥1使鋼板移動一定距離，兩側(cè)支柱2再向前將鋼板壓彎。這樣依次重復動作，將鋼板壓彎成圓形筒節(jié)。特點：1.問歇地、分級地將鋼板壓彎成筒節(jié)，壓彎力強，鋼板一次通過便彎卷成形；2.熱卷厚鋼板時，氧化皮不會落人輥筒與鋼板之間，因而可避免表面產(chǎn)生壓坑等缺陷；3.卷大直徑薄壁筒節(jié)時，不會因鋼板的剛度不足而下塌; 4. 缺點是彎卷過程中鋼板與地面摩擦，薄壁大直徑筒節(jié)有拉成上、下圓弧不一致的可能。 3. 卷板工藝卷前準備

38、：首先要調(diào)準輥軸軸線，確保平行，否則會使兩側(cè)的實際壓下量不等，造成筒節(jié)兩側(cè)彎曲半徑不等形成錐度。圖6-11 幾種卷圓缺陷卷圓操作：鋼板放入滾圓機時要保證放正，筒節(jié)的素線與輥軸的素線要平行，否則卷成的筒節(jié)端部邊緣不是平面內(nèi)的圓，而是一條螺線，稱為錯口。 實際操作中并不是用計算壓量的方法來控制滾彎半徑，而是用一個薄鐵板制成的內(nèi)樣板去檢驗已卷出部分的實際R值，再定下一步的壓下量。為測量準確，樣板弧長不能太短，檢查時中心露光表示已卷圓過度，兩端露光表明滾圓不足。一般總壓下量要分幾次完成，尤其是板厚接近卷板機最大厚度時。操作中要注意避免卷圓過渡，因為卷板機自身無法矯回。4. 卷板機的主要工作參數(shù) 卷板機

39、的工作能力和卷制范圍由卷板機的技術(shù)性能和主要工作參數(shù)來決定。幾種卷板機的主要參數(shù)見下表：表6-5 幾種卷板機的主要參數(shù)卷板機可卷制的最小圓筒直徑的計算：11min)20. 015. 0(ddD1d卷板機的上輥直徑 卷板機的主要工作參數(shù)是根據(jù)某一材料(通常為低碳鋼)在常溫下，按一定的板厚、板寬等卷制條件來設(shè)計的。當使用條件與設(shè)計條件不同時，如冷卷、熱卷、板寬改變、彎卷曲率改變等，可以進行計算以擴大使用。 5. 卷板機的擴大使用a.只改變鋼板材料的計算只改變鋼板材料的計算212222111112)/5 . 1 ()/5 . 1 (sosoRKRK21/2/1/1/2ss冷卷熱卷b.只改變鋼板材料的

40、計算只改變鋼板材料的計算圖6-12 卷板機板寬改變時的幾何關(guān)系彎卷條件為冷卷，且2211caca21222222222111111112)24)(2()24)(2(bcblacbbbcblacbblbcaca1221121222112)2(blbb212blb212112bbc.改變彎曲半徑的計算（冷卷）改變彎曲半徑的計算（冷卷）圖6-13 卷板機彎曲半徑改變時的幾何關(guān)系21211212)()(ccdDDdDD6. 筒節(jié)彎卷的回彈估算圖6-13 冷彎卷的過卷a.筒節(jié)在熱彎卷時，回彈量很小，不予考慮。只要掌握好筒節(jié)的下料尺寸，使彎卷鋼板兩端面剛好閉合即可，直至鋼板溫度下降到500以下為止。b.筒

41、節(jié)在冷彎卷時，回彈量較大，鋼材的強度越大，回彈量越大。為了盡量控制回彈量，冷彎卷時要過卷，如圖。同時，在最終成形前進行一次退火處理。nnssonDEDKEKD/1/21/1/)(2/nnDDl 筒節(jié)回彈前的內(nèi)徑；筒節(jié)回彈前的內(nèi)徑； 過卷量過卷量/nDl7. 筒節(jié)彎卷的工藝減薄量表6-6 不同彎卷工藝下筒節(jié)的減薄量彎卷工藝筒節(jié)類別減薄量/mm熱彎卷高壓、超高壓鍋筒筒節(jié)中壓鍋筒筒節(jié)43冷卷、熱校冷卷、冷校薄壁筒節(jié)薄壁筒節(jié)102封頭的成型封頭的成型（ 沖壓成形、旋壓成形和爆炸成形沖壓成形、旋壓成形和爆炸成形 ）1. 封頭的沖壓成型冷、熱沖壓條件：a常溫下塑性較好的材料，可采用冷沖壓；對于熱塑性較好的

42、材料，可以采用熱沖壓；b依據(jù)毛坯的厚度與毛坯料直徑D0之比即相對厚度來選擇冷、熱沖壓，見表67。毛坯熱沖壓的加熱過程：a控制加熱溫度；b應(yīng)縮短加熱時間。幾種常用封頭材料的加熱規(guī)范參見表68。沖壓加工中采用潤滑劑：為了有利于鋼板的塑性變形，提高沖壓模具壽命和封頭表面質(zhì)量，封頭沖壓時常采用潤滑劑，見表69。圖6-14 20g中壓鍋爐封頭加熱過程表6-7 封頭冷、熱沖壓與相對厚度的關(guān)系表6-8 常用封頭材料的加熱規(guī)范表6-9 封頭沖壓常用沖壓過程沖壓過程圖6-15 水壓機沖壓封頭的過程1活動橫梁；2壓邊圈；3上模（沖頭）4毛坯； 5下模(沖環(huán))； 6一脫模裝置水壓機組成：工作缸、定位缸、壓邊缸、橫梁

43、、上模、壓邊圈和下模等。沖壓工藝過程：a.安裝：坯料放到下模上，并按模口找正；b.開動油壓機，使活動橫梁由定位油缸帶動空程向下，當壓邊圈與坯料接觸后，開動壓邊油缸，將坯料的邊緣壓緊。接著沖頭空程向下，當與坯料接觸后，開動主工作缸使沖頭向下沖壓，對坯料進行拉深，當坯料完全通過下模后，封頭己成型完畢，c.開動回程油缸，將沖頭和壓邊圈向上提起，用脫?？ōh(huán)將包在沖頭上的封頭撥下，并從下模支座中取出，沖壓工作全部結(jié)束。封頭的沖壓次數(shù)：一般情況下是一次沖壓成型；當直徑較大而板厚較薄時，要進行第二次或第三次沖壓。沖壓的應(yīng)力與變形過程沖壓的應(yīng)力與變形過程封頭的沖壓屬于拉延過程，在沖壓過程中各部分的應(yīng)力狀態(tài)和變

44、形情況都不 同：I.壓邊圈下部的毛坯邊緣A部分材料處于三向應(yīng)力狀態(tài) ： 沖頭的下壓力使其受經(jīng)向拉應(yīng)力r；，并向中心流動(產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)變)，坯料外直徑減小，邊緣金屬沿切向收縮， 產(chǎn)生切向壓應(yīng)力t 使毛坯邊緣喪失穩(wěn)定而產(chǎn)生折皺，為了避免折皺的產(chǎn)生，常用壓邊圈將邊緣壓緊，則在板厚方向又產(chǎn)生了壓應(yīng)力 n 。II.下模圓角B部分的材料，受到經(jīng)向拉伸應(yīng)力、切向壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。圖6-16 封頭沖壓應(yīng)力狀態(tài)III.在沖頭與下?？障兜腃部分金屬材料，受經(jīng)向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力，而板厚方向不受力，處于自由狀態(tài)，越接近下模圓角處切向壓應(yīng)力越大，所以薄壁封頭在毛坯外徑縮小到此區(qū)時，容易起皺。IV.封頭底部D處的金屬材

45、料，經(jīng)向和切向都受到拉應(yīng)力，有較小的伸長，厚度略有減薄。圖6-16b 徑向應(yīng)力分析a.徑向應(yīng)力分析b.切向應(yīng)力分析壓邊條件和壓邊力的計算壓邊條件和壓邊力的計算沖壓力的計算沖壓力的計算沖壓加工后的封頭壁厚變化沖壓加工后的封頭壁厚變化薄壁封頭的沖壓成形薄壁封頭的沖壓成形多次沖壓成形多次沖壓成形有間隙壓邊法有間隙壓邊法帶坎拉伸法帶坎拉伸法反拉深法反拉深法厚壁封頭的沖壓成形厚壁封頭的沖壓成形復合鋼板封頭的沖壓：必須采用壓邊圈復合鋼板封頭的沖壓：必須采用壓邊圈封頭上設(shè)計有人孔的沖壓加工封頭上設(shè)計有人孔的沖壓加工沖壓模具設(shè)計沖壓模具設(shè)計上模（沖頭）上模（沖頭）下模（沖環(huán)）下模（沖環(huán)）壓邊圈壓邊圈2. 封頭

46、的旋壓成型 隨著裝備制造的大型化，大型封頭的制造問題迫切需要解決。采用沖壓成型需要大噸位、大工作臺面的水壓機，模具，成本高。采用分片沖壓拼焊法要制作沖壓瓣片的模具，組焊工作量大、工序多、工期長、成本高、質(zhì)量不易保證、常與封頭上開孔有矛盾等。 目前采用旋壓成形法制造大型封頭已成為主要方法。1）特點：適合制造尺寸大、壁薄的大型和超大型封頭；旋壓機比水壓機輕巧，制造相同尺寸的 封頭，比水壓機約輕2.5倍；旋壓模具比沖壓模具簡單、尺寸小、成本低，同一模具可制造 直徑相同而壁厚不同的封頭；工藝裝備更換時間短，占沖壓加工的1/5左右；封頭成形質(zhì)量 好，不易產(chǎn)生減薄和折皺，適于單件小批生產(chǎn)；壓鼓機配有自動操

47、作系統(tǒng)，翻邊機的自動化 程度也很高；冷旋壓成形后對于某些鋼材還需要進行消除冷加工硬化的熱處理；對于厚 壁小直徑(小于等于1400mm)封頭采用旋壓成形時，需在旋壓機上增加附件，不如沖壓成形 簡單；旋壓過程較慢，生產(chǎn)率低于沖壓成形。 旋壓是逐點、依次成型，基本是靠彎曲來達到成型目的 設(shè)備為旋壓機2）單機旋壓法圖6-17a 無模旋壓法1上主軸；2下主軸；3外旋輥；4外旋輥；5內(nèi)旋輥圖6-17b 有模旋壓法1上主軸；2下主軸；3外旋輥；4外旋輥；5模具圖6-17c 立式?jīng)_旋壓聯(lián)合法1上壓模；2坯料；3下壓模；4內(nèi)旋輥；5定位裝置；6外旋輥3. 封頭的爆炸成型圖6-18 封頭爆炸成型裝置1基礎(chǔ)；2枕木；3支座；4下模；5坯料6壓邊圈；7卡子；8支架；9水封圈；10藥包；11導線1.爆炸成型是利用炸藥爆炸時放出巨大的能量，產(chǎn)生幾千到幾萬大氣壓的沖擊波，通過介質(zhì)(水或砂)把壓力傳給封頭坯料，迫使其發(fā)生塑性變形并通過下模而成型。2.坯料在爆炸成型過程中是瞬時完成塑性變形的，極高的變形速度使變形功幾乎全部轉(zhuǎn)化成熱，金屬自動升至高溫，所以實際上是熱成型，材料的塑性要比冷變形時好得多。成型力是介質(zhì)壓力，故有一種自然的全面向下模壓緊的作用，這種巨大的隨機式的壓力能使坯料緊貼下模過渡圓弧區(qū)滑下，不會折皺。3.炸藥種類及用量：硝胺，三