（中职）焊接结构与制造第6章教学课件.ppt

YCF正版可修改PPT（中职）焊接结构与制造第6章教学课件第第6 6章章 典型焊接结构的生产典型焊接结构的生产6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产6.2 6.2 压力容器焊接结构的生产压力容器焊接结构的生产6.3 6.3 船舶结构的生产船舶结构的生产6.4 6.4 桁架的生产桁架的生产6.5 6.5 薄板结构的生产薄板结构的生产6.6 6.6 建筑钢结构的生产建筑钢结构的生产复习思考题复习思考题下一页返回6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产 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，对于其他起重机结构的制造都可借鉴。6.1.1 6.1.1 桥式起重机的基本知识桥式起重机的基本知识 1.桥式起重机桥架的组成及常见形式 桥式起重机的桥架结构如图6-1所示，它主要由主梁(或析梁)、栏杆(或辅助析架)、端梁、走台(或水平析架)、轨道及操纵室等组成。桥架的外形尺寸取决于起重量、跨度、起升高度及主梁结构形式。桥式起重机桥架常见的结构形式有中轨箱形梁桥架，如图6-2 (a)所示,偏轨箱形梁桥架，如图6-2(b)所示,偏轨空腹箱形梁桥架，如图6-2 (c)所示，箱形单主梁桥架，如图6-2 (d)所示。上述几种桥架形式中，以中轨箱形梁桥架最为典型，应用最为广泛，本节所涉及的内容均为该结构。下一页返回6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产 2.主要部件 (1)主梁。主梁是桥式起重机桥架中主要受力部件，箱形主梁的一般结构如图6-3所示，由左右两块腹板，上下两块翼板以及若干长、短筋板组成。当腹板较高时，尚需加水平筋板，以提高腹板的稳定性，减小腹板的波浪变形;长、短肋板主要是提高梁的稳定性及上翼板承受载荷的能力。(2)端梁。端梁是桥式起重机桥架组成部分之一，一般采用箱形结构，并在水平面内与主梁刚性连接，端梁按受载情况可分为下述两类。端梁受有主梁的最大支撑压力，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6-4(a)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A一A、支撑截面B一B和安装接头螺孔削弱的截面。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6-4(b)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，在水平面内仍属刚性连接并受弯矩的作用。上一页 下一页返回6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产 依据桥架宽度和运输条件，在端梁上设置一个或两个安装接头，如图6-2(b)中为两个接头，即将端梁分成两段或三段，安装接头目前都采用高强螺栓连接板。(3)小车轨道。起重机轨道有四种:方钢、铁路钢轨、重型钢轨和特殊钢轨。中小型起重机采用方钢和轻型铁路钢轨。重型起重机采用重轨和特殊钢轨。中轨箱形梁桥架的小车轨道安放在主梁上翼板的中部。轨道多采用压板固定在桥架上，如图6-5所示。6.1.26.1.2主梁及端梁的制造工艺主梁及端梁的制造工艺 1.主梁制造工艺要点 (1)拼板对接焊工艺。主梁长度一般为10一14 m，腹板与上下翼板要用多块钢板拼接而成。肋板是一个长方形，长肋板中间一般开有减轻孔。短肋板用整料制成，长肋板也可用整料制成。所有拼缝均要求焊透，并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，当采用双面拼接焊时，一面拼焊好后，必须把焊件翻转。上一页 下一页返回6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产 进行清根等工序。如拼板较长，翻转操作不当，会引起翘曲变形。若采用单面焊双面成型具有焊缝一次成型时，不需翻转清根，对装配间隙和焊接参数要求不十分严格，钢板厚度在512 mm时，单面焊双面成型应用十分广泛。考虑到焊接时的收缩，拼板时应留有一定的余量。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200 mm;同时，翼板及腹板的拼板接头不应安排在梁的中心附近，一般应离中心2 m以上。为防止拼接板时角变形过大，可采用反变形法。双面焊时，第二面的焊接方向要与第一面的焊接方向相反，以控制变形。(2)腹板的上挠度。可根据生产条件和所用的工艺程序等因索来确定，一般跨中上挠度的预制值fm可取(1/350-1/450)L。目前，上挠曲线主要有二次抛物线、正弦曲线以及四次函数曲线等，如图6-6所示。上一页 下一页返回6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产 (3)装焊n形梁。n形梁由上翼板、腹板和筋板组成。该梁的组装定位焊分为机械夹具组装和平台组装两种，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，先在上翼板上以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，装好肋板后应进行筋板与上翼板焊缝的焊接。如翼板末预制旁弯，焊接方向应由内侧向外侧，如图6-7 (a)所示，以满足一定旁弯的要求;如翼板预制有旁弯，则方向应如图6-7 (b)所示，以控制变形。腹板装好后，即应进行筋板与吸板的焊接，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。为使n形梁的弯曲变形均匀，应沿梁的长度由偶数焊工对称施焊。上一页 下一页返回6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产 (2)下翼板的装配。下翼板装配时，先在下翼板上划出腹板的位置线，将n形梁吊装在下翼板上，两端用双头螺杆将其压紧固定，如图6-8所示;然后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1 mm，点焊时应从中间向两端间时进行。主梁两端有头处的下翼板可借助起重机的拉力进行装配定位焊。(5)主梁纵缝的焊接。主梁有四条纵缝，焊接顺序视梁的拱度和旁弯的情况而定，尽量采用自动焊焊接。当拱度不够时，应先焊下翼板左右两条纵缝;挠度过大时，应先焊上翼板左右两条纵缝。采用自动焊焊接四条纵缝时，可采用图6-9所示的焊接方式，焊接时从梁的一端直通焊到另一端，图6-9(a)为“船形”位置单机头焊，主梁不动，靠焊接小车移动完成焊接工作。平焊位置可采用双机头焊，如图6-9 (b),(c)所示，其中图6-9(b)为靠移动工件完成焊接，图6-9 (c)为通过机头移动来完成焊接操作。上一页 下一页返回6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产 当采用焊条电弧焊时，应采用对称的焊接方法，即把箱形梁平放在支架上，由四名焊工同时从两侧的中间分!l向梁的两端对称焊接，焊完后翻身，以同样的方式焊接另外一边的两条纵缝。箱形主梁装焊完毕后应进行检查，每根箱形梁在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。(6)流水线生产主梁实例。这里简单介绍生产桥式起重机主梁流水作业线上几个主要生产环节及其所用的装备。如图6-10所示，图6-10(a)是用埋弧焊机头2焊接上翼板5的拼接焊缝(内侧)，依靠龙门架2通过真空吸盘3把上翼板送至拼焊地点;图6-10(b)是安装长短筋板6;图6-10(c)由龙门架8运送和安装腹板，再由龙门架9上的气动夹紧装置使腹板向筋板和上翼板贴紧，然后点固焊;图6-10 (d)是由两个工作台同时工作，主梁翻转90。处于倒置状态后，焊接腹板里侧的拼接焊缝和筋板焊缝，焊完一侧后，翻转180。再焊另一侧;图6-10(e)是装配下翼板，用液压千斤顶10压住主梁两端，再由翻转机11送进下翼板，在龙门架12的气动夹紧装置的压紧下进行点固焊，全部点固后松开主梁，然后焊接上翼板外面的拼接焊缝;图6-10(f)是焊接箱形主梁外侧的纵向角焊缝和腹板的拼接焊缝;图6-10(g)处是进行质量检验，整个箱形主梁即告完成。上一页 下一页返回6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产 2.端梁的制造工艺要点 箱形双梁桥架的端梁部采用钢板焊成的箱形结构，并在水平面内与主梁刚性连接。将主梁和端梁焊接成整体，这对运输造成一定的困难，因此尚需在端梁中设置12个运输安装接头，即把端梁分成23段，通过螺栓连接。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。考虑到端梁与主梁连接焊缝均在端梁内侧，因此在组装焊接端梁时应注意各焊缝的方向与顺序，使端梁与主梁装焊前有一定的外弯量。端梁制造的大致工艺过程如下。(1)备料。备料包括上、下翼板、腹板、肋板及两端的弯板。弯板采用压制成型，各零件应满足技术规定。上一页 下一页返回6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产 (2)装焊。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水平面内，可预先在平台上用定位胎将其连成体。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，再焊内腹板与肋板、弯板的焊缝，然后装配下翼板并定位。最后焊接端梁四条纵焊缝，并且下翼板与腹板纵缝应先焊。端梁制好后同样应对主要技术要求进行检查，不符合规定的应进行矫正。6.1.36.1.3桥架的装配与焊接工艺桥架的装配与焊接工艺 桥架组装焊接工艺，包括已制好的主梁与端梁组装焊接、组装焊接走台、组装焊接小车轨道与焊接轨道压板等工序。上一页 下一页返回6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产 1.主、端梁组装焊接 将分别经过阶段验收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相应的规定之内。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，而后将端梁吊起划线部位与主梁装配，用夹具将端梁固定于主梁上翼板上，调整端梁应使端梁上翼板两端的A、B,C,D四点水平度差及对角线A D与BC之差在规定的数值内，如图6-12所示同时，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和三角板连接两种，如图6-13所示。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，然后焊下翼板焊缝，再焊直板或三角板焊缝;先焊外侧焊缝，后焊内侧焊缝。上一页 下一页返回6.1 6.1 桥式起重机箱形桥架的生产桥式起重机箱形桥架的生产 2.组装焊接走台 为减小桥架的整体变形，走台的斜撑与连接板(如图6-14所示)要按图样尺寸预先装配焊接成组件，再进行桥架组装焊接，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定位焊于主梁腹板上，然后组装定位斜撑组件，再组装定位焊走台边角钢。走台边角钢应具有与走台相同的上挠度。走台板应在拼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。整个走台的焊缝焊接时，为减小应力变形，应选择好焊接顺序，水平外弯大的一侧走台应先焊，走台下部焊缝应先焊。3.组装焊接小车轨道 小车轨道用电弧焊方法焊接成整体，焊后磨平焊缝。小车轨道应平直，不得扭曲和有显著的局部弯曲。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均匀分布，同时焊接。桥式起重机桥架组装焊接后应全面检测，符号技术要求。上一页返回6.2 6.2 压力容器焊接结构的生产压力容器焊接结构的生产6.2.16.2.1压力容器的基本知识压力容器的基本知识 压力容器是能承受一定压力作用的密闭容器，它主要用于石油化工、能源工业、科研和军事工业等方面;同时在民用工业领域也得到广泛应用，如煤气或液化石油气罐各种蓄能器、换热器、分离器以及大型管道工程等。1.压力容器的分类 按1 999年颁发的“压力容器安全技术监察规程”的规定，其所监督管理的压力容器定义是指最IAI工作压力不小于0.1 MPa，容积大于或等于25L，工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点的液体的容器。压力容器的分类方法很多，主要的分类方法有以下两种。下一页返回6.2 6.2 压力容器焊接结构的生产压力容器焊接结构的生产 (1)按设计压力划分。可分为四个承受等级:低压容器(代号L)0.1 MPap1.6 MPa 中压容器(代号M)1.6 MPap10 MPa 高压容器(代号H)10 MPap 50 mm)，采用埋弧焊则显得工艺复杂，材料消耗大，劳动条件差，这时可采用电渣焊，以简化工艺，降低成本，电渣焊后需进行正火处理。容器环缝多用电渣焊或窄间隙焊来完成。若采用窄间隙埋弧焊新技术，可在宽1822 mm，深达350 mm的坡口内自动完成每层多道的窄间隙接头。与普通埋弧焊相比，效率大大提高，同时可节约焊接材料。容器焊完后，除需进行外观检查外，所有焊缝还要进行超声波探伤及X射线检查。另外，由于壁较厚，焊后应力较大，高压容器焊后均应做消除应力处理。上一页 下一页返回6.2 6.2 压力容器焊接结构的生产压力容器焊接结构的生产6.2.5 6.2.5 球形容器的制造工艺球形容器的制造工艺 球形容器一般称为球罐，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。橘瓣式球罐因安装较方便，焊缝位置较规则，目前应用最广泛。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，常用于较大型球罐。一个完整的球体，往往需要数十或数百块的瓣片。上一页 下一页返回6.2 6.2 压力容器焊接结构的生产压力容器焊接结构的生产 1.球罐的制造工艺 (1)瓣片制造。球瓣的下料及成型方法较多。由于球面是不可展曲面，因此多采用近似展开下料。通过计算(常用球心角弧长计算法)，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，此法称为一次下料。还可以按计算周边适当放大，切成毛料，压延成型后进行二次划线，精确切割，此法称为二次下料，目前应用较广。如果采用数学放样，数控切割，可大大提高精度与加工效率。对于球瓣的压形，一般直径小，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型法。具体操作方法是:钢板由平板状态进人初压时不要压到底，每次冲压坯料一部分，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。上一页 下一页返回6.2 6.2 压力容器焊接结构的生产压力容器焊接结构的生产 (2)支柱制造。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。支柱接口的划线、切割一般是在制成管状后进行。划线前应先进行接口放样制样板，其划线样板应以管子外壁为基准。支柱制好后要按要求进行检查，合格后还要在支柱下部的地方，约离其端部1 500 mm处取假定基准点，以供安装支柱时测量使用。上一页 下一页返回6.2 6.2 压力容器焊接结构的生产压力容器焊接结构的生产 2.球罐的装焊 球罐的装配方法很多，现场安装时，一般采用分瓣装配法。分瓣装配法是将瓣片或多瓣片直接吊装成整体的安装方法。分瓣装配法中以赤道带为基准来安装的方法运用得最为普遍。赤道带为基准的安装顺序是先安装赤道带，以此向两端发展。它的特点是由于赤道带先安装，其重力直接由支柱来支撑，使球体利于定位，稳定性好，辅助工装少。图6-27所示为橘瓣式球罐分瓣装配法中以赤道带为基准的装配流程简图。球罐制造时，一般装焊交替进行，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(赤道带焊接结束即可穿插探伤)水压试验磁粉探伤气密性试验热处理油漆、包保温层交货。上一页 下一页返回6.2 6.2 压力容器焊接结构的生产压力容器焊接结构的生产 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。同时，应按国家标准进行焊接工艺评定，焊工也须取得合格证书。现场焊接时，要参照有关条例严格控制施焊环境。焊缝坡口形式为:一般厚18 mm以下的板采用单面V形坡口;厚20 mm以上的板采用不对称X形坡口，一般赤道和下温带环缝以上焊缝，大坡口在里，即里面先焊。下温带环缝及以下的焊缝，大坡口在外，即外面先焊。焊接材料的干燥、发放和使用均按该材料和压力容器焊接的要求执行。纵缝焊接时，每条焊缝要配一名焊工同时焊接。如焊工不够，可以间隔布置焊工，分两次焊接。环缝则按焊工数均匀分段，但层间焊接接头应错开，打底焊应采用分段退焊法。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、管状钟极电渣焊、气体保护电弧焊等。上一页 下一页返回6.2 6.2 压力容器焊接结构的生产压力容器焊接结构的生产 3.球罐的整体热处理 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，火焰加热处理用加热装置如图6-28所示。加热前将整球连带地脚螺钟从基础上架起，浮架在辊道上，以便处理过程中自由膨胀。热处理时应监测实际位移值，并按计算位移值来调整柱脚的位移。温度每变化100，应调整一次。移动柱脚时，应平稳缓慢，一般在柱脚两面装两只千斤顶来调节伸缩。(1)加热方法。球罐外部设防雨、雪棚。球壳板外加保温层并安装测温热电偶。将整台球罐作为炉体，在上入孔处安装一个带可调挡板的烟囱;在下入孔处安装高速烧嘴，烧嘴要设在球体中心线位置上，以使球壳板受热均匀。高速烧嘴的喷射速度快，燃料喷出后点火燃烧，喷射热流呈旋转状态，能均匀加热。燃料可用液化石油气、天燃气或柴油。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。上一页 下一页返回6.2 6.2 压力容器焊接结构的生产压力容器焊接结构的生产 (2)温度的控制。可通过以下措施控制升、降温速度和球体温度场的均匀化。通过调节上部烟囱挡板的开闭程度来控制升、降温速度:通过调节燃料、进风量的控制来调节升温速度和控制恒温时间，通过调节燃料与空气的比例来调节火焰长度，从而控制球体上下部温差，使球体温度场均匀化:在下极板用加电热补偿器的办法，以防下部低温区升温过缓:通过增加或减少保温层厚度的办法来调节散热量，以使球体温度场均匀化。上一页 下一页返回6.2 6.2 压力容器焊接结构的生产压力容器焊接结构的生产 (3)保温与测温。保温一般通过外贴保温毡实现。先将焊有保温钉的带钢纵向绕在球体外面，然后贴上保温毡。多层保温时，各保温毡接缝处要对严，各层接缝要错开，不得形成通缝。单层保温时，保温毡接缝要搭接100 mm以上。在下极板处贴保温毡前要把电热补偿器挂好。保温毡贴好后再用钢带勒紧，以使保温毡贴紧罐壁。球壳板温度的监测用热电偶测量完成。在球体上设有若干个测温点，热电偶的测温触头要用螺栓固定在球壳板上，外侧测温热电偶工作触点周围要用保温材料包严，接线端应露出一定的长度，并注明编号，用补偿导线将其与记录仪连接起来。球罐热处理也可采用履带式电加热和红外线电加热。电加热法比较简便、干净，热处理过程可以用电脑自动控制，控制精度高，温差小。上一页返回6.3 6.3 船舶结构的生产船舶结构的生产6.3.1 6.3.1 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，如图6-29所示。1.船舶板架结构的类型及使用范围 船体板架结构可分为纵骨架式、横骨架式及混合骨架式三种，其特征和使用范围见表6一1。2.船体结构的特点 船体结构与其他焊接结构相比，具有以下特点。(1)零部件数量多。一艘万吨级货船的船体，其零部件数量在20 000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，尤其是舫艇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。下一页返回6.3 6.3 船舶结构的生产船舶结构的生产 (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%。因此，船舶结构设计时要考虑结构的工艺性，同时也要考虑采用高效焊接工艺的可能性，并尽量减少焊缝的长度。(4)使用的钢材品种少。各类船舶所使用的钢材见表6-2。6.3.2 6.3.2 整体造船的焊接工艺整体造船的焊接工艺 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。这种整体造船法的焊接工艺如下。上一页 下一页返回6.3 6.3 船舶结构的生产船舶结构的生产 (1)先焊纵横构件对接焊缝，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，然后在外面用碳弧气刨扣槽进行封底焊。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。两种方法各有利弊，一般多采用后者，因为质量容易保证，劳动强度较低。或者直接采用单面焊双面成型工艺(有焊条电弧焊和CO2气体保护焊)。(3)按照船体结构焊接顺序基本原则的要求，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，则应先焊纵缝，后焊横缝，如图6-30所示。(4)船舫外板焊缝顺序为:待纵横焊缝焊完后，再焊船舫柱与船壳板的接缝，如图6一31所示。上一页 下一页返回6.3 6.3 船舶结构的生产船舶结构的生产 (5)所有焊缝均采用由船中向左右，由中向船舫，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。6.3.3 6.3.3 分段造船的制造工艺分段造船的制造工艺 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)加工成型拼板焊接成型小合拢门(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。1.备料加工 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，其切日精度高，并可按要求同时切割出焊接坡口。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。上一页 下一页返回6.3 6.3 船舶结构的生产船舶结构的生产 2.拼板焊接 大型造船厂常用的拼板焊接方法有三种:龙门架埋弧焊、三丝埋弧焊和胎架拼焊。(1)龙门架埋弧焊。龙门架埋弧焊可进行厚度为335 mm的平板对接。16 mm厚度以下的钢板采用工形坡口，直接对接;厚度为1735 mm的钢板采用开坡口的对接接头。(2)三丝埋弧焊。单面焊双面成型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6-32所示。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。上一页 下一页返回6.3 6.3 船舶结构的生产船舶结构的生产 3.组件合拢 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I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200 mm的缓焊区，以利于分段组装时方便对准组件，如图6-33所示。上一页 下一页返回6.3 6.3 船舶结构的生产船舶结构的生产 4.部件合拢 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。部件合拢通常包括艇部机舱、舫部、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。(1)底部分段。底部分段包括内、外底板，中、副纵析及其加强肋、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6-34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、副纵析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，则需采取分段退焊法，以防止分段四周上翘。上一页 下一页返回6.3 6.3 船舶结构的生产船舶结构的生产 (2)舷侧分段。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，如图6-35所示。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单面CO2气体保护焊。(3)立体分段。船体的舫、艇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。傍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。上一页 下一页返回6.3 6.3 船舶结构的生产船舶结构的生产 5.大合拢 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，在平行肿体分段中，除嵌补分段外，其余可实现无余量上船台，舫艇分段可部分无余量上船台。图6-36所示为16 500 m3液化气船的平行肿体船台焊接，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气体保护垂直焊。内底纵缝按板厚可采用双钟埋弧焊或单面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。舫艇曲面分段，外板及构架对接焊缝均采用焊条电弧焊。甲板对接缝则采用单面CO2气体保护焊。大合拢焊接顺序为:先焊外板、甲板，再焊内底板、斜板，最后焊接构架及角焊缝。焊接过程中应注意对称施焊。上一页返回6.4 6.4 桁架的生产桁架的生产6.4.1 6.4.1 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，还可靠以做机器骨架及各种支撑塔架，特别在建筑方面尤为广泛，其结构如图6-37所示。一般来说，当构件承载小、跨度大时，采用析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。同时，桁架运输和安装方便，制造时易于控制变形。但析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，一般认为跨度大于30 m、载荷较小时，使用析架是比较经济的。1.桁架的结构特点 (1)呈平面结构或由几个平面析架组成空间构架。(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。下一页返回6.4 6.4 桁架的生产桁架的生产 2.桁于架的技术要求 (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)各片析架要求保证高度、跨度，特别是连接及安装接头处。(3)要求保证挠度，防止扭曲。3.型钢析架节点结构分析 为了保证析架结构的强度和刚度，析架杆件截面所用的型钢种类越少越好，且杆件所用角钢一般不得小于50 mm X 50 mm X 5 mm，钢板厚度不小于5 mm，钢管壁厚不小于生mm。杆件截面官用宽而薄的型钢组成，以增大刚度。上一页 下一页返回6.4 6.4 桁架的生产桁架的生产 从桁架的技术要求及生产工艺看，分析析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6-38所示为屋顶析架八处节点结构设计的四种形式。图6-38(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6-38(b)节点的几何中心线重合，附加力矩小，但型钢1,3和件2的过渡尖角大，易在尖角处形成应力集中。图6-38(c)节点选用连接板生，使件1,2,3与件生的焊缝过长，焊后易使析架产生变形，且增加了装配工作量，浪费材料。图6-38(d)节点结构采用带弧形的连接板，降低了节点的应力集中，提高了节点的承受力。为使焊缝不至于太密集，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。原则上析架节点板越小越好;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。综上所述，要使型钢析架节点结构合理，必须要做到以下几点。上一页 下一页返回6.4 6.4 桁架的生产桁架的生产 (1)杆件截面的重心线应与析架的轴线重合，在节点处各杆应汇交于一点。(2)析架杆件宜直切或斜切，不可尖角切割。如图6-39 (a),(b),(c)所不较好，图6一39(d)不宜采用。(3)在铆接结构中析架的节点必须采用节点板;焊接析架节点板可有可无。当采用节点板时其尺寸不官过大，形状应尽可能简单。(4)角钢析架弦杆为变截面时，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析架轴线重合，如图6-40(a)所示。对于重型析架，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6-40(b)所示。上一页 下一页返回6.4 6.4 桁架的生产桁架的生产6.4.2 6.4.2 桁架的装配工艺桁架的装配工艺 在工厂生产中，析架的装配工时占全部制造工时的比例很大，这将严重影响生产率的提高。析架的装配方法有下列四种。(1)放样装配法。在平台上划出各杆件位置线，之后安放弦杆节点板、竖杆及撑杆等，定位并焊接。这种方法适用于单件或小批生产，生产率低。(2)定位器装配法。在各元件直角边处设置定位器及压夹器。按定位器安放各元件，定位并焊接。这种方法适于成批生产，降低了对工人技术水平的要求，提高了生产率。(3)模架装配法。首先采用放样装配法制出一片桁架，将其翻转180。作为模架，之后将所要装配的各元件按照模架位置安放并定位。在另一工作位置焊接，继续进行装配。这种装配方法，也称为仿形复制装配法，其精度较定位器法差。如将模架法与定位器法结合使用，效果将更好。上一页 下一页返回6.4 6.4 桁架的生产桁架的生产 (4)按孔定位装配法。这种方法适用于装配屋架，如图6一41所示。装配时，先定位各带孔的连接板，这就确定了上下弦杆的位置，并且保证了整个析架的安装连接尺寸。其他节点处如有水平析架而带孔者，仍按孔定位;无孔者，则用垫铁或挡铁定位。采用上述各种方法装配的析架，在焊接前必须检查几何尺寸，都须保证节点处各元件的中心线汇交于一点。6.4.3 6.4.3 桁架的焊接工艺桁架的焊接工艺 桁架焊接时的主要问题是挠度和扭曲。由于析架仅对称于其长度中心线，故焊缝焊完后将产生整体挠度;在上下弦杆节点之间，也可能产生小的局部挠度(对于单片式析架，可能有超出平面的水平弯曲);由于长度大，焊缝不对称等因索也可能产生扭曲，所有这些变形都将影响其承载能力。因此，析架在装配焊接时，要求支撑面要平，尽量在夹固状态下进行焊接。上一页 下一页返回6.4 6.4 桁架的生产桁架的生产 为了保证焊接质量和减小焊接变形，析架制造时可遵从下列原则。(1)从中部焊起，同时向两端支座处施焊。(2)上下弦杆同时施焊为宜。(3)节点处焊缝应先焊端缝，再焊侧缝，如图6-42所示。焊接方向应从外向内，即从竖杆引向弦杆处。(4)焊接节点时，应先竖后斜(按图6-42中、次序)，两端侧缝也可按工杆形式焊接，但在焊接焊缝1时，焊缝2应事先定位，以防变形。焊后变形量超过技术要求时，应选用火焰矫正法进行矫正。上一页返回6.5 6.5 薄板结构的生产薄板结构的生产 有一些结构的外壳在设计时不考虑承受载荷，载荷由构架承担，外壳只是附加在构架上，因此材料得不到充分利用。如果在设计结构时把外壳也作为承受载荷的一部分加以考虑，则可以充分利用材料，达到节约材料和减轻结构自重的目的，这对于运输工具有很大意义。薄板结构在机器制造业应用很广，尤其是在汽车制造业，薄板结构应用最多。如载重汽车的驾驶室，大小客车的车体等。其次是农业机器，各种机器的外罩及控制箱等，这些结构多属于受力不大或不承受载荷的壳体。有些车辆的外壳则是承受载荷的结构，例如铁路运输的客车、棚车和内燃机车的车体等。如果这些车辆的车体不作为承载结构，则底架必须承受全部载荷。由于车底架的高度受限制，要把底架设计成具有足够的刚度和强度，必然浪费大量材料。如果把车体设计成为承载的薄板结构，则可大大减轻底架重量。下一页返回6.5 6.5 薄板结构的生产薄板结构的生产 薄板结构不限于机器外壳和车辆的车体，而且也用于其他的承载结构。焊接的薄板钢梁广泛用来代替析架结构。例如桥式起重机的箱形主梁可以说是薄板结构，其腹板的高度与其厚度之比常达200以上，如果不采取措施增强其腹板的局部刚度，在载荷作用下腹板可能局部失稳，而导致整个结构失去承载能力。承受弯矩的箱形结构需要较大的断面惯性矩和断面系数。只提高作用力方向的单方面的断面惯性矩还不足以提高结构的承载能力，还必须同时提高结构的整体稳定性。箱形结构的整体稳定性最好，薄板结构设计成为箱形的较为合理，也比较普遍。设计薄板结构最重要的问题是要保证其局部稳定性，提高局部稳定性的主要办法是设置加强筋或把薄板压制成为带凸筋和波纹形的。确定合理结构形式必须充分考虑结构制造工艺性和经济性问题。薄板结构焊接变形也是个突出的问题。上一页 下一页返回6.5 6.5 薄板结构的生产薄板结构的生产6.5.16.5.1薄板结构的特点薄板结构的特点 薄板结构最突出的一个弊端就是局部失稳，防止薄板局部失稳的方法是设置加强筋或增加板厚，两者互有利弊。增设太多的加强筋在工艺方面不利，既费工又易引起焊接变形。但是，要减少加强筋就必须增加板厚，因而增加结构重量，这也是不利的。必须从两方面分析权衡利弊，既考虑工艺性又考虑经济性。对于薄板失稳，设有一矩形薄板(见图6-43)在x=0和x=a。的边缘上作用均匀分布的压应力，在弹性范围内临界应力为:上一页 下一页返回6.5 6.5 薄板结构的生产薄板结构的生产 K值随边界条件及a/b之值而变化。当ab时，在y=0及y=b的边缘铰支的条件下，K=4；在y=0固定，y=b自由时，K=1.33;在y=0铰支，y=b自由时，K=0.46。常用于制造薄板结构的材料是低碳钢，它的屈服点，as=210240 N/mm2，而钢的弹性模量E=2.1 X 105 N/mm2，泊松比为0.3。上一页 下一页返回6.5 6.5 薄板结构