船舶建造工藝邊緣加工

第二節(jié)

船體構(gòu)件的邊緣加工船體構(gòu)件的邊緣加工主要是指零件的邊緣切割和焊接坡口加工船體構(gòu)件有直線邊緣和曲線邊緣之分，加工所用的機械設(shè)備和方法也有不同邊緣加工的方法有

機械切割法(剪切、沖孔、刨邊和銑邊)

化學切割法(氧乙炔氣割和氧丙烷氣割)

物理切割法(等離子切割和激光切割)2023/1/10一、機械剪切法

（一）機械剪切原理機械剪切的實質(zhì)在超過材料極限強度的剪切力作用下，被加工金屬受擠壓而發(fā)生剪切變形和斷裂的過程這一過程大致分為三個連續(xù)發(fā)生的階段

彈性變形階段塑性變形階段斷裂階段2023/1/10剪切過程的三個階段

彈性變形階段剪切開始時上剪刃下壓至被加工構(gòu)件構(gòu)件在剪切力的作用下發(fā)生彈性變形內(nèi)應(yīng)力低于材料的屈服極限塑性變形階段上剪刃繼續(xù)下壓，使被加工構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力超過屈服點并繼續(xù)上升直到相當于材料抗剪強度的最大值構(gòu)件在剪力作用下發(fā)生塑性的剪切變形2023/1/10塑性變形階段

最大剪切變形從剪刀的刃邊部分開始，變形沿滑移面發(fā)生由于上下剪刃間具有一定的間隙，剪切變形的同時還存在著彎曲和拉伸變形剪刀擠入被剪金屬的深度視材料的硬度和塑性而定一般為被剪金屬厚度的20％~50％斷裂階段

隨塑性變形增加，沿著滑移面的方向逐漸形成裂縫并迅速擴大，直到完全脫離→剪斷2023/1/10剪切后的斷面剪切邊緣有兩個明顯區(qū)域窄面亮的條帶區(qū)(相當于塑性變形階段)較寬面無光的斷裂條帶區(qū)在條帶區(qū)附近纖維受擠部分是機座剪切所造成的硬化區(qū)2023/1/10(二)機械剪切加工工藝

船體構(gòu)件的邊緣有直線和曲線之分，加工所用的機械設(shè)備和方法也有不同

直邊構(gòu)件：加工車床主要有斜刃龍門剪床和壓力剪切機(或聯(lián)合沖剪機)兩種斜刃龍門剪床是剪切長直邊工件的專用設(shè)備，對中、薄板較為適宜壓力剪切機用于短直線的剪切，加工長直線或緩曲線時，質(zhì)量較差且操作復(fù)雜曲線邊緣：加工車床主要是圓盤剪切機，應(yīng)用較少2023/1/101.斜刃龍門剪床圖示為斜刃龍門剪床工作部分剪切板材時，上剪刀不斷做上下往復(fù)運動，剪切范圍為圖中平行四邊形ABCD2023/1/10上下剪刀之間的夾角剪床的功率與四邊形面積ABCD成正比增大剪床上下剪刀間的夾角可使四邊形面積減小，從而降低剪切所需的功率

過大時，斜剪刃所產(chǎn)生的水平分力會使板材移動，給剪切操作帶來不便上下剪刃夾角在1.5°~5°范圍取值2023/1/10斜口刀刃的剪角

值根據(jù)所剪材料的硬度確定在保證刀刃強度的情況下剪切硬或中等硬度材料時，為75°~85°

軟質(zhì)金屬其值約為65°~70°為便于刀刃的調(diào)用，也有將其做成90°2023/1/10剪刀平面之間的間隙S為減少刀刃與剪截板邊的摩擦，有利于板材分離，上下刃口間應(yīng)留有一定間隙S值根據(jù)所剪板材的材料和厚度決定最大不超過板材厚度的7％2023/1/10剪刀刀刀口間間隙調(diào)調(diào)整曲曲線2022/12/29斜刃刃龍龍門門剪剪床床剪板板刀刀片片斜刃刃龍龍門門剪剪床床的的剪剪板板刀刀片片較較長長，，為為1.5~8.3m剪刀刀的的后后角角γ為2°~3°°剪床床的的下下剪剪刀刀固固定定，，上上剪剪刀刀經(jīng)經(jīng)由由離離合合器器與與剪剪床床的的運運動動部部分分相相連連2022/12/29斜刃龍門門剪床工工作過程程(1)剪切操作作時合上離合合器，上剪刀刀做一次次下剪動動作完成一次次剪切后后，上剪剪刀回到到原來位置置，離合器器自行脫脫開，工作部分分停止運運動保證安全全操作有充分的的時間進進行下一一次剪切切的準備備工作，，有利于于提高剪剪切質(zhì)量量剪刀每分分鐘行程程次數(shù)為為5~45次剪切板厚厚可達20~50mm2022/12/29斜刃龍門門剪床工工作過程程(2)斜刃龍門門剪床上上設(shè)有壓壓料架上剪刀下下剪前，，剪床的的壓緊裝裝置將板板料自動動壓緊避免鋼板板在剪切切時產(chǎn)生生移動和和翻轉(zhuǎn)避免剪下下的條料料出現(xiàn)向向下彎曲曲折卷的的現(xiàn)象2022/12/29剪斷力P的近似估估算系數(shù)K1=0.5×10-6K2=1.2×10-6或1.8××10-6(薄板)U為單位剪剪切功；；低碳鋼鋼：U=9.8×10-7J/m3t為板厚(mm)為抗剪強強度(0.8~0.86)(Pa)考慮彎曲曲作用，，板厚不不均勻性性及刀口口變鈍等等情況，，將P的估算值增加20~30%作作為實際際剪斷力力2022/12/29斜刃龍門剪床床機械龍門剪床的傳傳動方式有機械傳動和液液壓傳動兩種液壓傳動方式式的龍門剪床床具有的優(yōu)點點結(jié)構(gòu)簡單、體體積小和重量量輕振動小、作用用力恒定且可可以防止過載載工作臺可以回回轉(zhuǎn)的龍門剪剪床，在剪裁裁構(gòu)件邊緣的的同時可以直直接加工出焊焊接破口中小型船廠所所用鋼板不厚厚，龍門剪床床是直線構(gòu)件件邊緣加工的的高效而經(jīng)濟濟的加工設(shè)備備2022/12/292.壓力剪剪切機常用的壓力剪剪切機為剪切切和沖孔兩用用的聯(lián)合機床床，可剪切板板材和型材也也可進行沖孔孔作業(yè)剪切機的刀片片較短，在300~600mm的范圍內(nèi)刀片實際有效效的工作長度為250~300mm，適宜于剪切短短直線剪切較長直線線及曲度較小小的外彎曲線線，剪切的質(zhì)質(zhì)量不理想壓力剪切機上上下刀刃的夾夾角取為9°~12°上下剪刀平面面之間的間隙隙S在所剪板材厚厚度的2％~7％的范圍內(nèi)調(diào)整整2022/12/29壓力剪床的種類類根據(jù)剪刀裝裝置的方向向，壓力剪剪切機分縱向和橫向向兩種橫向式壓力力剪切機如如圖所示喉深為600~1000mm板材剪切的的寬度受到到喉深的限限制縱向式壓力力剪切機無無喉深的限限制可沖剪金屬屬板材和剪剪切角鋼等等型材2022/12/29縱向式壓力力剪切機示示意圖2022/12/293.圓盤盤剪切機厚度較小，，具有任意意曲線邊緣緣的船體構(gòu)構(gòu)件，可用用圓盤剪切切機進行剪剪切圓盤剪切機機的工作部部分如圖所所示剪刀由兩個個錐形圓盤盤組成軸線平行安安裝(圖a))軸線傾斜安安裝(圖b))2022/12/29圓盤剪切機機的應(yīng)用上刀盤為主動盤，下刀盤為為從動盤剪刀刃口的的重疊值h為板厚的1/5~1/3兩個剪刃重重疊的弧線線很短，所所以可用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動被加工工構(gòu)件的方方式剪裁曲曲線輪廓這在在斜斜裝裝的的剪剪床床上上尤尤為為方方便便這種種剪剪床床操操作作復(fù)復(fù)雜雜、、勞勞動動強強度度大大，，在在船體體構(gòu)構(gòu)件件的邊邊緣緣加加工工中中應(yīng)應(yīng)用用較較少少主要要用用于于薄板板和和有有色色金金屬屬構(gòu)構(gòu)件件的曲曲線線邊邊緣緣切切割割2022/12/294.剪切切加加工工的的主主要要工工藝藝要要求求根據(jù)據(jù)構(gòu)構(gòu)件件尺尺度度和和邊邊緣緣特特征征選選擇擇合合適適的的剪剪切切機機床床,核核對對機機床床的的工工作作能能力力是是否否滿滿足足所所剪剪材材料料的的要要求求根據(jù)據(jù)構(gòu)構(gòu)件件厚厚度度調(diào)調(diào)整整上上下下刀刀片片的的間間隙隙，，使使其其在在整整個個刀刀片片長長度度內(nèi)內(nèi)保保持持一一致致一張張鋼鋼板板上上排排列列多多個個構(gòu)構(gòu)件件時時，，根根據(jù)據(jù)排排列列情情況況預(yù)預(yù)先先確確定定剪剪切切順順序序，，以以便便順順利利地地進進行行操操作作剪切切時時，，應(yīng)應(yīng)使使構(gòu)構(gòu)件件的的剪剪切切線線與與上上下下刀刀口口邊邊緣緣嚴嚴格格對對準準，，保保證證剪剪切切邊邊緣緣不不發(fā)發(fā)生生偏偏差差加工工后后，，構(gòu)構(gòu)件件的的剪剪斷斷位位置置與與劃劃線線位位置置的的偏偏移移應(yīng)應(yīng)不超超過過1.0mm，斷面面不不垂垂直直度度應(yīng)應(yīng)不超超過過5°°2022/12/29二、、氣氣割割方方法法(化化學學切切割割法法)在船船體體構(gòu)構(gòu)件件加加工工中中，氣氣割割方方法法進行行直直線線邊邊緣緣和和曲曲線線邊邊緣緣的的加加工工切割各種種形狀和和不同厚厚度的工工件切出各種種不同型型式的焊焊接坡口口在船體裝裝配中，氣割方方法廣泛泛應(yīng)用于于切割余量量和修正正邊緣2022/12/29(一)氣氣割原原理氣割也稱稱火焰切切割，通通常是指指氧—乙炔炔焰切割或或氧—丙烷烷焰切割實質(zhì)是金金屬在氧氧氣中燃燃燒的過過程氣割分為為金屬預(yù)熱熱、金屬屬燃燒和和去渣三個階段段預(yù)熱焰加加熱金屬屬，使割割縫起點點溫度上上升達到被切切割材料料的燃點點時，放放出高速速的切割割純氧氣氣流金屬在氧氧氣中急急速氧化化(燃燒燒)2022/12/29借助高高速氧氧氣流流的動動能將將燃燒燒生成成的熔熔渣(即金金屬氧氧化物物)迅迅速吹吹除掉掉連續(xù)不不斷地地進行行上述述過程程，從從而在在被割金金屬上上形成成一條條割縫縫將金屬屬分開開，達到切切割的的目的的氣割的的過程程2022/12/29鐵在純純氧中中燃燒燒的化化學反反應(yīng)式式2Fe+O2→2FeO+5.380×105J/mol4Fe+3O2→2Fe2O3+1.660×106J/mol3Fe+2O2→Fe3O4+1.117×106J/mol從氣割過程程的特點可可知，只有有滿足一定條條件的金屬才能能被氣割2022/12/29(1)被割金屬的的燃點必須須低于其熔熔點氣割能正常常進行的基基本條件，因為氣割割的實質(zhì)是金屬屬在氧氣中中的燃燒如果被割金金屬的燃點點高于其熔熔點，那么么金屬尚未達達到燃點就就已熔化，，切割過程程不是燃燒過過程而只是是熔化過程程氣割方法所所提供的熱熱能大大低低于物理切切割法，因因此難以得得到光滑平平整的割縫縫低碳鋼和低低合金鋼都都屬于燃點點低于熔點點的金屬，，都具有良良好的氣割割性能2022/12/29含碳量對對黑色金金屬燃點點和熔點點的影響響由鐵碳合合金相圖圖可知，，黑色金金屬的含含碳量對對其燃點點和熔點點的影響響很大鐵碳合金金隨含碳碳量的增增加，熔熔點降低低、燃點點升高含碳量達達到0.7%時時，鐵碳合合金的熔熔點與燃燃點相同同一般含碳量小小于0.7%的的黑色金金屬都能滿足足氣割過過程是燃燃燒過程程的要求求2022/12/29(2)氧化物物熔點應(yīng)低于于金屬的熔點點并并且具有有良好的流動動性氣割形成的氧氧化物熔點低低、流動性好好,便容易被高速氧氧氣流吹除若氧化物熔點點高于金屬的的熔點，則氧化物不可能能以液體狀態(tài)態(tài)從切割處排排除氧化物薄膜附附著在割縫金金屬表面產(chǎn)生生粘渣現(xiàn)象，，從而妨礙切割過程程的進行銅、鋁等金屬屬不符合這個條條件，一般不不能用氣割的的方法進行切切割2022/12/29(3)金屬在在氧氣中燃燒燒是放熱反應(yīng)應(yīng)且且能放出出較多的熱量量在氣割過程中中，預(yù)熱焰的的熱量約占總總熱量30%，金屬燃燒產(chǎn)生生的熱量約占占70%排除氧化物帶帶走一部分熱熱量，大部分分熱量用來預(yù)預(yù)熱金屬并保保持切口的溫溫度氣割過程中上上層金屬燃燒燒放熱對下層層預(yù)熱的作用用十分重要金屬燃燒放出出的熱量是預(yù)預(yù)熱被割金屬屬的主要熱源源2022/12/29金屬燃燃燒應(yīng)應(yīng)是放放熱反反應(yīng)金屬的的燃燒燒是吸熱反反應(yīng)，可能能造成成割縫縫中未未燃燒燒金屬屬預(yù)熱熱不足足預(yù)熱達達不到到金屬屬的燃燃點，，氣割割過程程就會會中斷斷此時要要使氣氣割過過程連連續(xù)進進行，，需要要消耗耗更多多的熱熱能預(yù)預(yù)熱金金屬，，用以以維持持金屬屬的燃燃點溫溫度2022/12/29(4)金金屬的的導(dǎo)熱熱率不不應(yīng)過過高氣割過過程中中這一一點必必須滿滿足金屬導(dǎo)導(dǎo)熱率率過高高，金金屬切切割處處的熱熱量將將因金金屬本本身的的傳導(dǎo)導(dǎo)而迅迅速散散失切割處處溫度度很快快低于于燃點點，使使切割割過程程不能能開始始或者者中斷斷即使切切割過過程能能夠進進行，，也會會導(dǎo)致致割縫縫過大大2022/12/29(5)金金屬屬中中不不應(yīng)應(yīng)含含有有使使氣氣割割過過程程惡惡化化的的雜雜質(zhì)質(zhì)氣割割方方法法屬屬于于化化學學方方法法，，金金屬屬中中的的有有害害雜雜質(zhì)質(zhì)會會給給氣氣割割帶帶來來不不利利影影響響使氧氧化化物物熔熔點點升升高高；；妨妨礙礙金金屬屬燃燃燒燒；；使使割割縫縫處處金金屬屬性性能能變變壞壞、、引引起起裂裂紋紋等等等等含C＞0.7%的鋼鋼，，必必須須預(yù)預(yù)熱熱到到400℃℃~700℃℃時時才才能能進進行行氣氣割割，，否否則則會會在在割割縫縫表表面面產(chǎn)產(chǎn)生生淬淬化化組組織織，，甚甚至至出出現(xiàn)現(xiàn)裂裂紋紋鋼中中含含硫硫量量超超過過1%~1.2%時時，，就就不不能能進進行行氣氣割割2022/12/29(二)氣氣割工工藝過程程1.氣氣割過過程常用用的燃氣氣氣割中常常用的燃燃氣主要要是乙炔炔(C2H2)和液化石石油氣(以丙烷烷C3H8為主，含含有一定定的丁烷烷C4H10和烯烴等等成分)燃氣焰在在火工校校正和水水火彎板板工藝中中，也常常被用做做加工熱熱源乙炔的特特點是火火焰集中中、溫度度高、預(yù)預(yù)熱時間間短，起起割快，，具有一一定的切切割速度度乙炔爆炸炸極限較較寬2022/12/29液化石油油氣做為為燃氣在常溫下下的液化化壓力較較低，便便于貯存存、運輸輸和管理理在氣割過過程中沒沒有污水水和廢渣渣產(chǎn)生，，回火和和爆炸的的可能性性很小，，使用安安全切割出的的割縫切切口光潔潔、棱角角整齊，，而且很很少粘渣渣，在中中、厚板板中更為為突出液化石油油氣的比比重大于于空氣，，在低洼洼處容易易堆積發(fā)發(fā)生危險險丙烷氣的的火焰大大、分布布寬，對對鋼板的的預(yù)熱時時間長，，耗氧量量大2022/12/292.氣氣割常常用工藝藝裝備常用的氣氣割裝備備有手工氣割割炬半自動氣氣割機門式自動動氣割機機數(shù)控自動動氣割機機2022/12/29用于手工操操作可燃氣氣體及氧氣氣流進行火火焰切割按構(gòu)造與工工作原理，，割炬可分分為射吸式和中中壓式兩種型式氣割過程中中，操作者者手工控制制割嘴的運運動軌跡割嘴沿事先先在鋼板上上畫出的切切割線移動動切割的精度度主要取決決于操作的的平穩(wěn)程度度(1)手手工氣割炬炬2022/12/29預(yù)熱氧氣經(jīng)噴射管由由細小噴射孔孔射出在射孔周圍圍造成一個個負壓區(qū)，將聚積在該該區(qū)的低壓壓乙炔吸出出氧和乙炔在在混合室以一定比例例混合，從割嘴噴出出以維持預(yù)預(yù)熱火焰的的燃燒切割氧氣用來加速金金屬的燃燒燒射割炬2022/12/29由三部分分組成切割部分分(包括割割嘴、氣氣體管路路及調(diào)節(jié)節(jié)裝置等等)動力部分分(行走電電動機和和減速裝裝置等)(2)半半自自動氣割割機輔助設(shè)備備(直線軌軌道和割割圓圓規(guī)規(guī)等)氣割機由由電動機機驅(qū)動，，沿直線線軌道做做勻速運運動而實實現(xiàn)構(gòu)件件直線邊邊緣的切切割2022/12/29半自動氣割機機性能割嘴可以傾斜斜一定角度切切割V型或X型焊接坡口小車行走速度度就是切割速速度，可以在在50~750mm/min的范圍進行無無極調(diào)速切割鋼板的厚厚度為5~60mm切割圓弧的直直徑為200~2000mm割縫光潔，切切割精度高與自動切割機機比，具有設(shè)備簡簡單、移動方方便、操作容容易以及適應(yīng)應(yīng)性強、投資資少、易于擴擴大施工面等等優(yōu)點2022/12/29在一座門形支支架設(shè)置一套套或數(shù)套切割割裝置的設(shè)備備切割時，電動動機驅(qū)動支架架沿兩根固定定導(dǎo)軌做直線線運動運動速度等于于切割裝置的的切割速度切割裝置隨門門式支架的運運動切出一條條或數(shù)條直線線割縫切割裝置的間間距可按被切切割構(gòu)件的尺尺寸進行調(diào)整整(3)

門式式自動氣割機機2022/12/29應(yīng)用門式自自動氣割機機切割直邊邊構(gòu)件，加加工精度高高、切割速速度快通常每套切切割裝置裝裝有三個割嘴，可一次切切割出各種種焊接坡口口將邊緣切割割和坡口加加工一次完完成，取代刨邊邊機的全部部工作內(nèi)容容省去原來剪剪切和半自自動氣割機機中拼板構(gòu)構(gòu)件的二次加工縮短船體構(gòu)構(gòu)件的加工工周期，節(jié)節(jié)省工時門式自動氣氣割機作業(yè)業(yè)2022/12/29數(shù)控自動氣氣割機由數(shù)字控制裝裝置和氣割割執(zhí)行裝置置組成通常與計算算機輔助建建造系統(tǒng)配配套使用切割前，需將被切切割構(gòu)件的的圖形用圖圖形處理語語言編成構(gòu)構(gòu)件程序經(jīng)計算機處處理、計算算和對數(shù)控控指令編碼碼，得到數(shù)數(shù)控切割程程序錄入程序載載(如紙帶帶、磁盤等等)切割時，將數(shù)控切切割程序輸輸入到數(shù)字字控制裝置置中，數(shù)