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船舶结构焊接工艺编制武汉船舶职业技术学院船舶工程系蔡志伟2008年10月任务二肋骨框架及船用工字结构的装焊工艺 一、能力目标能识别和使用简单的工夹具。能够选用常用的工夹具进行工字结构的装焊；能根据工艺要求，对不同工字结构的板厚进行坡 口加工和处理。二、二、知识目标掌握船用工字钢划线、号料和下料的简单操作知识；掌握船用工字结构的装焊工艺及简单工夹具的应用；掌握船用工字结构的装焊质量要求。二、工作任务二、工作任务识别和使用简单的工夹具。选用常用的工夹具进行工字结构的装焊；根据工艺要求，对不同工字结构的板厚进行坡口加工和处理。第一节第一节 肋骨框架及船用工字钢划线、号料和下肋骨框架及船用工字钢划线、号料和下 料的料的 简单操作知识简单操作知识 一、划线 1划线工具 划线平台、划针、划规、角尺、样冲、曲尺、石笔、粉线等。2划线步骤找方划平行线放余量，含水平余量和长度（纵向）方向三的余量。确定起割点和止割点打样冲眼 找方时应去掉钢板的边角余料，特别是钢板边缘带有挤压层的夹杂物应切去。二、号料 1号料定义 就是把料量好，标上标记，或者裁好，让下道工序做。就是“放料工”。三、下料1下料定义 用各种方法将毛坯和工件从原材料上取下来的工序。2下料种类 人工下料和机械下料。3下料的主要方法手工下料的主要方法有克切、锯削、气割等。机械下料的主要方法有剪切、冲裁等。（1）手工下料 1）锯削 采用锯弓和台虎钳。有手工锯削和机械锯削。2）砂轮切割 用高速旋转的薄片砂轮与钢材摩擦所产生的热量，将切割处的钢材变成“钢花”喷出形成切口的工艺。特点：切割速度快，切口经过加热后性能稍有变化；一般是手工操作，灰尘较大，劳动条件差。3）气割 这是利用气体火焰的热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使其燃烧并放出热量实现切割的方法。它所需要的主要设备及其工具有：乙炔钢瓶，氧气瓶，减压器，橡胶管，割锯等。气割的操作过程 点燃割炬；用预热火焰；用切割氧；吹熔渣 金属气割应具备的条件金属气割应具备的条件 金属的燃点必须低于其熔点；金属的燃点必须低于其熔点；金属氧化物的熔点低于金属本身的熔点；金属氧化物的熔点低于金属本身的熔点；金属燃烧时应放出大量的热；金属燃烧时应放出大量的热；金属的导热性不应过高。金属的导热性不应过高。综上所叙，纯铁、低碳钢、中碳钢和普通低合金钢能满足综上所叙，纯铁、低碳钢、中碳钢和普通低合金钢能满足上述条件，所以能顺利地进行氧气切割。上述条件，所以能顺利地进行氧气切割。（2）机械下料）机械下料 1）剪切）剪切 剪切就是用上、下两剪切刀剪切就是用上、下两剪切刀 刃的相对运动切断材料的加工方法。剪切一般有斜口剪床、平口刃的相对运动切断材料的加工方法。剪切一般有斜口剪床、平口 剪床、龙门剪床、圆盘剪床剪床、龙门剪床、圆盘剪床斜口剪床斜口剪床 斜口剪床的剪切部分是上、下两剪切刀刃，刀刃的长度一般为斜口剪床的剪切部分是上、下两剪切刀刃，刀刃的长度一般为300600mm，下刀片固定在剪床的工作台部分，靠上刀片的上、下运动完成材，下刀片固定在剪床的工作台部分，靠上刀片的上、下运动完成材料的剪切过程。见图料的剪切过程。见图421、图、图422平口剪床平口剪床 平口剪床有上、下两个刀刃，下刀刃固定在剪床工作台的前沿，上刀平口剪床有上、下两个刀刃，下刀刃固定在剪床工作台的前沿，上刀刃固定在剪床的滑块上。由上刀刃的运动将板料分离。因上下刀刃互相平行，刃固定在剪床的滑块上。由上刀刃的运动将板料分离。因上下刀刃互相平行，故称为平口剪床。见图故称为平口剪床。见图423龙门剪床龙门剪床 龙门剪床主要用于剪切直线。他的刀刃比其它剪切机的刀刃长，能剪龙门剪床主要用于剪切直线。他的刀刃比其它剪切机的刀刃长，能剪切较宽的板料，因此龙门剪床是加工中应用最广的一种切割设备。如切较宽的板料，因此龙门剪床是加工中应用最广的一种切割设备。如Q11-132500。圆盘剪床圆盘剪床 圆盘剪床上的上下剪切皆为圆盘状。剪切时上下圆盘刀以相同的速度圆盘剪床上的上下剪切皆为圆盘状。剪切时上下圆盘刀以相同的速度旋转，被剪切的板料靠本身与刀刃之间的摩擦力而进入刀刃中完成剪切工作。旋转，被剪切的板料靠本身与刀刃之间的摩擦力而进入刀刃中完成剪切工作。特点：剪切是连续的，生产效率高，能剪切各种曲线的轮廓，但所剪切的板料弯特点：剪切是连续的，生产效率高，能剪切各种曲线的轮廓，但所剪切的板料弯曲现象严重，边缘有毛刺，一般适合于薄板的直线或曲线切割。曲现象严重，边缘有毛刺，一般适合于薄板的直线或曲线切割。（3）机械热切割）机械热切割1）数控切割 数控切割是按照数学指令规定的程序进行的热切割。它能准确地切割出直线与曲线组成的平面图形，也能用足够精确的模拟方法切割其他形状的平面图形。特点：精度高，生产率比较高，适合于批量生产或自动化生产。数控切割是由数控切割机来实现的，该机由两大部分组成：数字程序控制系统（包括稳压电源、光电输入机，运算控制小型计算机等）和执行系统（即切割机部分）。数控切割机的工作原理和程序：首先对切割的图样进行分析，看零件图线是由哪几个线型组成，并分段编出指令。将这些指令连接起来并确定他们的切割顺序。然后将切割顺序排成一个程序，并在纸带上穿孔，再通过光电输入机输入给计算机。切割时，计算机将这些纸带孔的含义翻译并显示出编码，就可得到预定要求的切割零件。见教材P94图4-25数控切割机的原理方框图。2）等离子切割）等离子切割 等离子切割是利用高温高速的等离子弧将切口金属及氧等离子切割是利用高温高速的等离子弧将切口金属及氧化物熔化，并将其吹走而完成切割的过程。它属于熔化切割，它与氧气切割有化物熔化，并将其吹走而完成切割的过程。它属于熔化切割，它与氧气切割有本质的区别。由于它的温度和速度极高，所以任何高熔点的氧化物都能被熔化本质的区别。由于它的温度和速度极高，所以任何高熔点的氧化物都能被熔化及吹走，因此可切割各种金属。及吹走，因此可切割各种金属。3）光电跟踪切割）光电跟踪切割 光电跟踪切割是一台利用光电原理对切割线进行自动跟光电跟踪切割是一台利用光电原理对切割线进行自动跟踪移动的切割机，它适用于复杂形状零件的切割，是一种高效率，多比例的自踪移动的切割机，它适用于复杂形状零件的切割，是一种高效率，多比例的自动化切割设备。动化切割设备。光电跟踪原理有光量感应法和脉冲相位法两种基本形式。光电跟踪原理有光量感应法和脉冲相位法两种基本形式。光量感应法是将灯光聚焦形成的光点投射到钢板所划的线上，（要求线粗一些，光量感应法是将灯光聚焦形成的光点投射到钢板所划的线上，（要求线粗一些，以便跟踪），并使光点的中心位于所划线的边缘，见图。若光点的中心位于线以便跟踪），并使光点的中心位于所划线的边缘，见图。若光点的中心位于线条的中心时，白色线条会使反射光减少，光电感应电也相应减少，通过放大器条的中心时，白色线条会使反射光减少，光电感应电也相应减少，通过放大器后控制和调节司服电动机，使光点中心恢复到线条边缘的正常位置。后控制和调节司服电动机，使光点中心恢复到线条边缘的正常位置。第二节第二节 肋骨框架的装焊肋骨框架的装焊 全宽肋骨型线图 1简要装焊步骤简要装焊步骤 胎架准备胎架准备肋板、普通肋骨、普通横梁定位肋板、普通肋骨、普通横梁定位梁肘板、舭肘板定梁肘板、舭肘板定位位画线画线临时加强临时加强焊接焊接检验。检验。2装焊步骤说明（见图装焊步骤说明（见图8-17）（肋板、肋骨、横梁定位（肋板、肋骨、横梁定位 将同号的肋板、肋骨、横梁与同号型线对准，并将同号的肋板、肋骨、横梁与同号型线对准，并用马半、铁契固定。用马半、铁契固定。安装横梁肘板和舭板安装横梁肘板和舭板 安装时应注意使整个框架平整无扭曲现象，见图安装时应注意使整个框架平整无扭曲现象，见图6-156-15。画线画线 将普通肋框拼好，把肋骨型线上的中心线、纵向构件（甲板纵桁、舷将普通肋框拼好，把肋骨型线上的中心线、纵向构件（甲板纵桁、舷侧纵桁、旁内龙骨）位置线、外板接缝线、水平线等记号，用铳印白漆标画侧纵桁、旁内龙骨）位置线、外板接缝线、水平线等记号，用铳印白漆标画在肋框上，供分段装配时定位和安装构件用，见图在肋框上，供分段装配时定位和安装构件用，见图6-15.6-15.临时加强临时加强 为了保证分段型线的正确，防止肋骨框架变形，在肋骨框架拼装为了保证分段型线的正确，防止肋骨框架变形，在肋骨框架拼装妥后，需焊上临时加强型材（图妥后，需焊上临时加强型材（图6-166-16）。分段接头处的肋骨框架，一般起着）。分段接头处的肋骨框架，一般起着假舱壁的作用，更需特别加强。临时加强应避开前述所画的各种线。假舱壁的作用，更需特别加强。临时加强应避开前述所画的各种线。焊接焊接 将框架上面的所有焊缝对称焊好，吊运翻身后，再将另一面的所有焊将框架上面的所有焊缝对称焊好，吊运翻身后，再将另一面的所有焊缝对称焊好。普通肋骨框架的所有焊缝均为连续焊缝。缝对称焊好。普通肋骨框架的所有焊缝均为连续焊缝。一一、普通肋骨框架的装焊、普通肋骨框架的装焊 1简要装焊步骤简要装焊步骤 胎架准备胎架准备肋板、梁肘板定位肋板、梁肘板定位强横梁、强肋骨定位强横梁、强肋骨定位嵌装肋板、梁肋板嵌装肋板、梁肋板焊接焊接画线画线检验检验 2.装焊步骤说明：（见图装焊步骤说明：（见图8-18）宽板肋骨框架的装焊与普通肋骨框架不同，宽板横梁、宽板肋骨、肋板都是对接宽板肋骨框架的装焊与普通肋骨框架不同，宽板横梁、宽板肋骨、肋板都是对接的，所以都要经过余量画线和切割后，在进行装配。它的装配焊接步骤如下。的，所以都要经过余量画线和切割后，在进行装配。它的装配焊接步骤如下。肋板及梁肘板的定位肋板及梁肘板的定位 将肋板和梁肘板先放到肋骨型线上，用木契垫平，使腹板呈水平将肋板和梁肘板先放到肋骨型线上，用木契垫平，使腹板呈水平状态，用铁角尺检查它们与型线是否吻合，并画线修割。待肋板、梁肘板与型线吻合状态，用铁角尺检查它们与型线是否吻合，并画线修割。待肋板、梁肘板与型线吻合后，用铁角尺将两段断线移画到肋骨型线上，如图后，用铁角尺将两段断线移画到肋骨型线上，如图6-17，喜爱奖肋板和肘板移开。，喜爱奖肋板和肘板移开。宽板横梁与宽板肋骨的定位划线宽板横梁与宽板肋骨的定位划线 方法与上述肋板定位相仿。随后在面板两端与平台方法与上述肋板定位相仿。随后在面板两端与平台进行定位焊，再将肋板、肘板的断线移画到宽板横梁与宽板肋骨上，切割余量并去渣，进行定位焊，再将肋板、肘板的断线移画到宽板横梁与宽板肋骨上，切割余量并去渣，见图见图6-18.嵌装肋板与梁肘板嵌装肋板与梁肘板 用脚尺复验肋骨框架的外形是否与型线相吻合，如有局部凸出，用脚尺复验肋骨框架的外形是否与型线相吻合，如有局部凸出，需再进行修割。安装临时加强材及支柱后，再用铁角尺将纵向构架线、中心线、水平需再进行修割。安装临时加强材及支柱后，再用铁角尺将纵向构架线、中心线、水平线、外板接缝线移画到框架上，见图线、外板接缝线移画到框架上，见图6-19.焊接焊接 对称焊接框架正面的所有对接焊缝，然后吊运翻身开槽（刨槽或铲槽）后，再对对称焊接框架正面的所有对接焊缝，然后吊运翻身开槽（刨槽或铲槽）后，再对称焊接框架另一面的所有对接焊缝。这些焊缝均为连续焊缝。称焊接框架另一面的所有对接焊缝。这些焊缝均为连续焊缝。二二、强肋骨框架的装焊、强肋骨框架的装焊 第三节第三节 船用工字结构的装焊工艺及简船用工字结构的装焊工艺及简单单 工夹具的应用工夹具的应用 一、H型钢、工字钢、焊接工字钢的应用 工字钢过去被称为普通工字钢，由于其翼缘宽度较小，工字钢在腹板和底板连接出有弧度，使其对截面两个主形心轴的惯性矩相差较大(IxIy)，而H型钢即为轧制宽翼缘工字钢，这种型钢与普通工字钢相比，其翼缘内外两侧无斜坡，相互平行，便于与其他构件相连。翼缘宽度b与截面高度h较接近，因而对截面两个主形心轴的惯性矩比较接近。工字型钢不论是普通型还是轻型的，由于截面尺寸均相对较高、较窄，故对截面两个主袖的惯性矩相差较大，因此，一般仅能直接用于在其腹板平面内受弯的构件或将其组成格构式受力构件。因而单独使用时也只能用作一般的受弯构件和偏压构件，如工作平台中的次梁或偏压柱等，当用作组合截面时,则可作主要的受压构件。H型钢属于高效经济截面型材(其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等)，由于截面形状合理，它们能使钢材更高地发挥效能，提高承载能力。不同于普通工字型的是H型钢的翼缘进行了加宽，因为宽翼缘H型钢两个主轴方向惯性半径相差不多，且内、外表面通常是平行的，这样可便于用高强度螺栓和其他构件连接。其尺寸构成合理系列，型号齐全，便于设计选用。窄翼缘H型钢适用于梁或压弯构件，而宽翼缘H型钢和H型钢桩则适用于轴心受压构件或压弯构件。所以H型钢是工字钢的换代产品。但是工字钢也不是一无是处，由于壁厚，翼缘是从外到内有小变大，符合截面的实际受力情况，而且翼缘和腹板间是圆角，所以正常使用时不会发生局部失稳，没有较大的集中力就不用验算也不用加劲肋。H型钢与工字钢的区别型钢与工字钢的区别 1、工字型钢不论是普通型还是轻型的，由于截面尺寸均相对较高、较窄，故对截面两个主袖、工字型钢不论是普通型还是轻型的，由于截面尺寸均相对较高、较窄，故对截面两个主袖的惯性矩相差较大，因此，一般仅能直接用于在其腹板平面内受弯的构件或将其组成格构式受的惯性矩相差较大，因此，一般仅能直接用于在其腹板平面内受弯的构件或将其组成格构式受力构件。对轴心受压构件或在垂直于腹板平面还有弯曲的构件均不宜采用，这就使其在应用范力构件。对轴心受压构件或在垂直于腹板平面还有弯曲的构件均不宜采用，这就使其在应用范围上有着很大的局限。围上有着很大的局限。2、h型钢属于高效经济裁面型材型钢属于高效经济裁面型材(其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等)，由于截面形状合理，由于截面形状合理，它们能使钢材更高地发挥效能，提高承裁能力。不同于普通工字型的是它们能使钢材更高地发挥效能，提高承裁能力。不同于普通工字型的是h型钢的翼缘进行了加型钢的翼缘进行了加宽，且内、外表面通常是平行的，这样可便于用高强度螺桂和其他构件连接。其尺寸构成合理宽，且内、外表面通常是平行的，这样可便于用高强度螺桂和其他构件连接。其尺寸构成合理系列，型号齐全，便于设计选用。系列，型号齐全，便于设计选用。3、h型钢的翼缘都是等厚度的，有轧制截面，也有由型钢的翼缘都是等厚度的，有轧制截面，也有由3块板焊接组成的组合截面。工字钢都是块板焊接组成的组合截面。工字钢都是轧制截面，由于生产工艺差，翼缘内边有轧制截面，由于生产工艺差，翼缘内边有1：10坡度。坡度。H型钢的轧制不同于普通工字钢仅用一套型钢的轧制不同于普通工字钢仅用一套水平轧辊，由于其翼缘较宽且无斜度水平轧辊，由于其翼缘较宽且无斜度(或斜度很小或斜度很小)，故须增设一组立式轧辊同时进行辊轧，因，故须增设一组立式轧辊同时进行辊轧，因此，其轧制工艺和设备都比普通轧机复杂。此，其轧制工艺和设备都比普通轧机复杂。国内可生产的最大轧制国内可生产的最大轧制h型钢高度为型钢高度为800mm，超过，超过了只能是焊接组合截面。了只能是焊接组合截面。我国热轧我国热轧H型钢国标（型钢国标（GB/T11263-1998）将）将h型钢分为窄翼缘、宽翼缘和钢桩三类，其代号分型钢分为窄翼缘、宽翼缘和钢桩三类，其代号分别为别为hz、hk和和hu。窄翼缘。窄翼缘h型钢适用于梁或压弯构件，而宽翼缘型钢适用于梁或压弯构件，而宽翼缘h型钢和型钢和h型钢桩则适用于轴心型钢桩则适用于轴心受压构件或压弯构件受压构件或压弯构件。工字钢与。工字钢与H型钢相比，等重量前提下，型钢相比，等重量前提下，w、ix、iy都不如都不如h型钢型钢。在计算时都是用长度乘以理论重量来计算构件的重量的在计算时都是用长度乘以理论重量来计算构件的重量的 正装法；正装法；侧装法；侧装法；自动流水线装焊法。自动流水线装焊法。二、工字结构的装焊工艺二、工字结构的装焊工艺 第四节第四节 船用工字结构的装焊质量要求船用工字结构的装焊质量要求热轧H型钢和部分T型钢GB11263 热轧工字钢尺寸、外形、重量及允许偏差 GB/T 706-1988 热轧槽钢尺寸、外形、重量及允许偏差 GB/T 707-1988 热轧等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差 GB/T 9787-1988 热轧不等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差 GB/T 9788-1988焊接工字钢则应符合钢结构建造规范的相应要求。