1、第七单元第七单元 典型焊接结构的生产工典型焊接结构的生产工艺艺【学习目标】【学习目标】了解桥式起重机桥架的组成、主要部件的结构特点、技术标准，掌握桥式起重机桥架的装配与焊接工艺；了解有关压力容器的基本知识、分类及特点，掌握低、中压压力容器的制造工艺过程；了解船体结构的类型、特点和结构焊接的工艺原则；熟悉船体建造的工艺方法。综合知识模块一综合知识模块一 桥式起重机桥架的生产工艺桥式起重机桥架的生产工艺桥式起重机的组成、主要部件的结构特点桥式起重机的组成、主要部件的结构特点及技术标准及技术标准 起重机是用于对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备。起重机结构形式包括桥式起重机、门式起重机、塔
2、式起重机、汽车起重机等多种。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有借鉴作用。1.桥式起重机桥架的组成 桥架是起重机典型结构之一，是桥式起重机的主要承载结构。桥式起重机的桥架结构如图7-1所示，它主要由主梁(或桁梁)、栏杆(或辅助桁架)、端梁、走台(或水平桁架)、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，如图7-2所示。(1)普通箱形桥架(中轨箱形梁桥架)如图7-2a所示，该桥架由两根主梁和两根端梁组成。主梁外侧分别设有单层或双层走台，轨道放在箱形梁的中心线上，轨道
3、上的小车载荷依靠主梁上翼缘板和肋板来传递，因而桥架承载能力受限制，高速运转时，桥架水平刚性较差。但该结构工艺性好，主梁、端梁等部件均可采用自动埋弧焊，生产率高；制造过程中主梁的变形量较大。(2)偏轨箱形梁桥架如图7-2b所示，它由两根偏轨箱形梁和两根端梁组成。小车轨道是安装在上翼缘板边缘主梁腹板顶上，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，同时利用主梁腹腔及上翼缘板作为上下走台，而省去走台等辅助结构，主梁制造变形较小。这种桥架结构多用于大重量的起重机、冶金起重机等。(3)偏轨空腹箱形梁桥架如图7-2c所示，该桥架与偏轨箱形梁桥架基本相似，仅将轨道安置在梁中心
4、线与主腹板之间，轨道距梁的中心线约为(3)偏轨空腹箱形梁桥架如图7-2c所示，该桥架与偏轨箱形梁桥架基本相似，仅将轨道安置在梁中心线与主腹板之间，轨道距梁的中心线约为1/4梁宽。该结构可省去主腹板外侧小肋板，可改善轨道的安装工艺性。但增加了横肋板与上翼缘板连接焊缝的局部应力，若处理不当会造成焊缝开裂。副腹板上开有许多矩形孔洞，可减轻自重，使梁内通风散热，同时便于内部维修。但制造比偏轨箱形梁麻烦，较窄的偏轨梁外侧仍需要上下走台等辅助结构，重载起重机不宜采用。(4)箱形单主梁桥架如图7-2d所示，它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
5、受偏心载荷，最大轮压作用在主腹板顶面轨道上，主梁上要设置一到两根支承小车倾翻滚轮的轨道。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，可降低厂房屋架的高度。上述几种桥架形式中，以普通箱形桥架(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。2.主要部件结构特点及技术标准(1)主梁主梁是桥式起重机桥架中主要承载部件，它同时承受垂直载荷和水平载荷。箱形主梁由左右两块腹板，上下两块翼缘板以及若干长、短肋板组成，小车轨道布置在梁截面中心，如图7-3所示为箱形主梁结构形式。梁上除布置有横向大肋板外，还在梁的全长范围内布置小肋板，以增强上翼缘板和腹板承压区的刚度。同时在腹
6、板承压区腹板的内侧或外侧布置纵向水平肋(如用扁钢、角钢或槽钢等)，进一步提高梁的稳定性及承载能力。为保证起重机的使用性能，主梁在制造中应遵循一些主要技术要求，如图7-4所示。图7-4箱形主梁主要技术要求起重机主梁在载荷作用下会产生弹性的下挠变形，给承载小车的运行增加阻力。为了补偿主梁的这种下挠变形，因此主梁应满足一定的上拱要求，其上拱度fk=L/700L/1000(L为主梁跨度)；为了补尝焊接走台时的变形，主梁向走台一侧应有一定的旁弯fb=L/1500L/2000；主梁高度和跨度之比h/L=1/141/18(大跨度时h/L取大值)；主梁两腹板间的距离与跨度之比在1/501/60；上翼缘板厚度由
7、局部稳定性要求决定。主梁腹板的波浪变形除对刚度、强度和稳定性有影响外，也影响表面质量，所以对波浪变形要加以限制，以测量长度1m计，腹板波浪变形e，在受压区e1.2f；主梁翼缘板和腹板的倾斜会使梁产生扭曲变形，影响小车的运行和梁的承载能力，因此一般要求上翼缘板水平度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。小知识在新标准中已经取消了跨度小于16m的主梁可不预制上拱的规定。上拱是主梁设计和制造中的主要问题。实际生产中可采用多种方法获取规定的上拱值。利用焊缝的收缩应力制造上拱；火焰矫正法制取上拱；腹板预制上拱法。(2)端梁端梁是桥式起重机桥架组成部分之一，一般
8、采用箱形结构，并在水平面内与主梁刚性连接，端梁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7-5a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AA、支承截面BB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7-5b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作用。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(图7-5b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。对端
9、梁的主要技术要求是：盖板水平倾斜bB/250(B为盖板宽度)；腹板垂直偏斜hH/250(H为腹板高度)。高低偏差同时对两端的弯板有特殊要求，端梁两端弯板(图7-6a)是安装角型轴承箱及走的，大车轮、轴和轴承等零部件装在角型轴承箱内，然后用螺栓紧固在端梁的弯板上，弯板压制成90焊接在腹板上。角型轴承箱两直角面及止口板均经过机械加工，而弯板是非加工面。如弯板直角偏大，则安装角型轴承箱止口板与弯板的间隙大，需加垫片调整，这样既费事，又难以保证质量，因而通常要求弯板直角偏差，折合最外端间隙不大于1.5mm，同时为保证桥架受力均匀和行走平稳，应控制同一端梁两端弯板高低差5mm，并且要求同一车轮两弯板高低
10、差g2mm，如图7-6b所示。(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，钢轨一般按车轮轮压来选定。中轨箱形梁桥架的小车轨道安放在主梁上翼缘板的中部，轨道多采用压板固定在桥架上，如图7-7所示。同一截面小车轨道高低为保证小车正常运行和桥架承载的需要，小车轨道安装时应满足以下主要要求：对同截面小车两轨道的高低差c有一定限制，一般当轨距T2.5m时，c3mm；轨距T2.5m时，c5mm，如图7-8所示。同时，两轨道应相互平行，轨距偏差为5mm。小车轨道的局部弯曲也有限制，一般在任意2m范围内不大于1mm。图7
11、-8 对较长轨道需设置接头，为了使接头部位有足够的承载能力，除上翼缘板有足够的厚度外，必须将接头放置在大肋板上，并将钢轨端部加工成45斜接头。导轨虽不是结构件，但导轨接头设置与主梁的受力、寿命密切相关。因此，在设计导轨焊接接头的时候要特别注意。小车轨道用电弧焊制成一个整体。焊后不得扭曲和有显著的局部变形，并打磨焊缝使其平整。与桥架组装时，应预先在上翼缘板划出轨道位置线，然后装配，最后定位焊轨道压板。为了防止主梁焊接变形，可采用多名焊工沿跨度均匀分布，同时施焊轨道纵缝。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1040m，梁长、梁宽或梁高会超出
12、钢板供货规格，它的腹板与上下翼缘板需要用多块钢板拼接而成，翼缘板多采用直缝和斜缝对接，应力较大部位一般采用斜对接。典型的拼接示意图如图7-9a所示；图7-9b所示是A6A8级起重机带有T形钢的主梁主腹板的拼接示意图。所有拼缝均要求焊透，并要求通过超声波或射线检验，其质量应符合射线探伤标准GB 33232005规定的级(GB/T 113451989规定的级)。根据板厚的不同，拼板对接焊工艺包括：1)开坡口双面焊条电弧焊。2)一面焊条电弧焊，另一面自动埋弧焊。3)双面自动埋弧焊。4)气体保护焊。5)单面焊双面成形埋弧焊。因此，箱形梁制造的主要技术问题即是焊接变形的控制。前四种工艺拼接时，一面拼焊好
13、后，必须把焊件翻转并进行清根等工序。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形埋弧焊，具有焊缝一次成形、不需翻转清根、对装配间隙和焊接规范要求不十分严格等优点。因此，钢板厚度在512mm之间时，应用十分广泛。考虑到焊接时的收缩，拼板时应留有一定的收缩余量。为避免应力集中，保证梁的承载能力，对拼接部位有一定的要求：1)翼缘板和腹板的横向对接焊缝不允许布置在梁的同一截面上，对接焊缝应相互错开200mm以上。2)翼缘板和腹板的横向对接焊缝还应与梁的大小加强肋板的角焊缝相互错开，与大加强肋板错开距离要大于150mm，与小加强肋板错开距离应不小于50mm。同时，翼缘板及腹板的拼板接头
14、不应安排在梁的中心附近，一般应离梁中心2m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。在设计中梁的腹板厚度通常取的很薄，长肋板中间一般开有减轻孔，以达到节约金属，减轻结构重量的目的，它可以用整料或零料拼接制成；短肋板用整料制成。但是梁易失稳，设置肋板的目的就是为了提高梁的稳定性，所以说肋板的正确设计对腹板和翼缘板的稳定性及装配质量都有影响，所以对其尺寸、间距提出一定的要求。具体要求为：肋板宽度差不能太大，只能为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
15、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。箱形梁的肋板通常是在内部设定。只有当肋板与腹板之间不便焊接操作时，才可以将肋板设置在外面，或用管子贯穿两腹板，在外部实施焊，如图7-10所示。(3)腹板上拱度的制备为了补偿主梁自重、载荷和焊接残余变形而产生的下挠变形，为满足技术要求规定的主梁上拱度要求，腹板应预制出数值大于技术要求的上拱度(即预制出工艺上拱值)，上拱沿梁跨度对称跨中均匀分布。具体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可以取(1/3501/450)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制作方法
16、，如图7-11所示。腹板上拱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。图7-12所示为靠模气割示意图，气割小车1由电动机驱动，四个滚轮4沿小车导轨3作直线运动，运动速度为气割速度且可调节。小车上装有可作横向自由移动的横向导杆7，导杆的一端装有靠模滚轮6沿着靠模5移动。靠模制成与腹板上拱曲线相同形状的导轨，导杆上装有两个可调节的气割嘴2，割嘴间的距离应等于腹板的高度和割缝宽度之和。当小车沿导轨运动时，就能割出与靠模上拱曲线一致的腹板。由于梁的上弦布置有众多的肋板、纵向加强杆焊缝和轨道压板等。他们的焊缝会使上弦的收缩应力超过下弦，从而导致预顶上拱值的减
17、小。另外，考虑到梁的自重等因素，预制腹板时，工艺上拱值应大于设计上拱值，即一般在(1.5L/1000)(1.7L/1000)之间选取，L为主梁的跨度。(4)装焊形梁形梁由上翼板、腹板和肋板组成，组装定位焊有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应用较广。装配时，先在上翼板用划线定位的方法装配肋板，用90角尺检验垂直度后进行定位焊，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。小知识预制的上拱值在制造过程中会减小，导致上拱减小，原因有：1)梁的自重。2)在梁的上弦布置有众多大、小肋板、轨道压板等，使上弦的焊缝多于下弦，上弦的焊缝收缩
18、应力大于下弦。由于梁的上弦布置有众多的肋板、纵向加强杆焊缝和轨道压板等。他们的焊缝会使上弦的收缩应力超过下弦，从而导致预顶上拱值的减小。另外，考虑到梁的自重等因素，预制腹板时，工艺上拱值应大于设计上拱值，即一般在(1.5L/1000)(1.7L/1000)之间选取，L为主梁的跨度。(4)装焊形梁形梁由上翼板、腹板和肋板组成，组装定位焊有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应用较广。装配时，先在上翼板用划线定位的方法装配肋板，用90角尺检验垂直度后进行定位焊，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。如翼板未预制旁弯，焊接方向
19、应由内侧向外侧进行(图7-13a)，以满足一定旁弯的要求；如翼板预制有旁弯，则方向应如图7-13b所示，以控制变形。这种装配焊接方法使可能造成最严重下挠的大小肋板和上翼缘板的焊缝先行施焊，从而使焊接变形只有上翼缘板的收缩而不会产生过大的挠曲变形。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将腹板临时紧固到长肋板上，可在翼缘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(图7-14)，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
20、腹板靠严肋板。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7-15)，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。对形梁内壁所有焊缝，尽可能采用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。(5)下翼板的装配下翼板的装配关系到主梁最后成形质量。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，两端用双头螺杆将其压紧固定，如图7-16所示。然后用水平仪和线锤检验
21、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，检验调整合格后，从梁的中间向两端两面同时进行定位焊。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。(6)主梁纵缝的焊接主梁用四条纵向角焊缝将翼缘板和腹板连接在一起。焊缝的焊接顺序视梁的拱度和旁弯的情况而定。当拱度不够时，应先焊下翼板左右两条纵缝。拱度过大时，应先焊上翼板左右两条纵缝。采用自动埋弧焊焊接四条纵缝时，可采用如图7-17所示的焊接方式，焊接时从梁的一端直通焊到另一端。图7-17a所示为“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(图
22、7-17b、c)，其中图7-17b所示为靠移动工件完成焊接，图7-17c所示为通过机头移动来完成焊接操作。焊接这四道焊缝时，利用梁的自重还可以做拱度的适当调节。为保证焊缝能自由收缩，减少焊接残余应力，应留一段(约500mm)翼缘板焊缝在安装现场焊接，在焊接时从中心向两端焊。并采用合适的施焊顺序，如图7-18中的数码15。拼接部位端部平齐，防止运输时端部破损。图7-18 焊接图7-18腹板和翼缘板的安装拼接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纵缝的中间分别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侧的两条纵缝。承受大载荷的起重机，特别
23、是冶金起重机主梁的承载角焊缝要求焊透，如图7-19所示，但焊接制造难于保证焊缝在全长上都能均匀焊透，一般必须在背面用电弧气刨作清根处理。清根会使主梁产生较大的变形，并增加工期和成本。因此，近年来在A6A8工作级别的主梁设计中采用T形轧制钢来替代熔透角焊缝。解决了主梁制造的困难，减少了应力集中程度和增加了承轨部位的可靠性。图7-20所示是T形钢宽翼缘偏轨箱形主梁的截面。(7)主梁的矫正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，如果变形超过了规定值，应进行矫正。较原始的矫正方法是锤击或重压，通常在加热状态下进行。但应用较多的则是火焰矫正法，根据变形情况选择好加热部位与加热方
24、式进行矫正，其矫形加热温度一般控制在800左右。如果上拱偏小，则在腹板下弦区大肋板部位用火焰加热三角形，如图7-21所示。加热的三角形的底边要窄或接近直线，以保证主梁上拱均匀的变化。(8)流水线生产主梁实例图7-22所示为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。主梁的装配顺序如下：图7-22a所示是用埋弧焊机头4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把上翼缘板送至拼焊地点；图7-22b所示是安装肋板6；图7-22c所示由龙门架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贴紧肋板和上翼板，然后进行定位焊；图7-22d所示有两个工作台同时工作，主梁
25、翻转90处于倒置状态后，焊接腹板里侧的拼接焊缝和肋板焊缝，焊完一侧后，翻转180再焊另一侧；图7-22e所示位置是装配下翼缘板，用液压千斤顶10压住主梁两端，再由翻转机11送进下翼缘板，在龙门架12的气动夹紧装置的压紧下进行定位焊，全部定位后松开主梁，然后焊接上翼缘板外面的拼接焊缝；图7-22f所示是焊接箱形主梁外侧的纵向角焊缝和腹板的拼接焊缝；图7-22g所示是进行质量检验，整个箱形主梁即告完成。2.端梁的制造工艺要点 箱形主梁桥架的端梁都采用钢板焊成的箱形结构，并在水平面内侧与主梁刚性连接。生产中，一般将端梁焊接成整体后再从安装接头部割开制成装配接头，即把端梁分成23段，通过螺栓连接，以便
26、拆开运输。装配接头可采用连接板连接或角钢连接两种形式，如图7-23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)备料包括上、下翼缘板、腹板、肋板及两端的弯板。弯板是整个端梁制作的关键，装焊中必须严格保证弯板的角度。弯板采用压制成形，各零件应满足技术规定。(2)装焊首先肋板与上翼缘板装配并焊接，再装配两腹板并进行定位焊，然后安装弯板。为了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
27、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，然后装配下翼缘板并定位焊。最后焊接端梁四条纵焊缝，而且下翼缘板与腹板纵缝应先焊。考虑到端梁与主梁的焊缝均在梁的内侧，因此在组焊端梁时应注意各焊缝的方向与顺序，使端梁在与主梁焊接前有一定的外弯量。端梁制好后同样应对主要技术要求进行检验，不符合规定的部位应进行矫正。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。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。1.桥架装焊工艺选择(1)作业场地的选择由于户外环境易造成
28、桥架外形尺寸的变化，所以组装应尽量选择在厂房内进行。必须在露天条件下作业时应随时进行测量，以便对尺寸进行修正。(2)垫架位置的选择由于自重对主梁拱度有影响，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到端梁处。(3)桥架组装基准为使桥架安装车轮后能正常运行，两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分的基准。为此，可穿过端梁上翼板的吊装孔立T形标尺，(图7-24所示为一个端梁上的两组弯板)，四个T形标尺的下部分别固定到四组弯板上，用水平仪依次测量四个T形标尺上的测量点并作调整，如果四个T形标尺的测量点在同一水平面上，则四
29、组弯板即在同一水平面内。(4)桥架装焊顺序为减小桥架整体焊接变形，在桥架组装前应焊完所有部件本身的焊缝，不要等到整体组装后再补焊。这是因为部件焊接变形容易控制，又便于翻转，容易施焊，可提高焊缝质量。2.桥架组装焊接工艺要点(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、
30、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7-25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7-26所示，在主梁的两侧腹板由连接直板用角焊缝焊在端梁腹板上，翼缘板则由三角板用对接焊缝连接。直板连接板传递垂直剪力，三角板形成水平面内的刚性连接并传递水平弯矩。主、端梁组装焊接时的主要焊缝有主梁与端梁上、下翼缘板焊缝、直板焊缝或三角板焊缝。为减小变形与应力，应先焊上翼缘板焊缝，然后焊下翼缘板焊缝，再焊直板或三角板焊缝；
31、先焊外侧焊缝，后焊内侧焊缝。(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(图7-27)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，按图样尺寸划出走台的定位线，走台应与主梁上翼缘板平行，即具有与主梁一致的上拱曲线。装配横向水平角钢时，用水平尺找正，使外端略高于水平线且定位焊在主梁腹板上，然后组装定位焊斜撑组件(连接板和斜撑)，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拱度。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。(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
32、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。图7-27综合知识模块二综合知识模块二 压力容器的生产工艺压力容器的生产工艺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温度和压力作用的密闭容器，广泛用于石油化工、能源工业、科研和军事工业等方面；在民用工业领域也得到应用，如煤气或液化气罐、各种蓄能器、换热器、分离器以及大型管道工程等。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。1.压力容器的分类超高压容器(代号U)p100Ma(2
33、)按综合因素划分在承受等级划分的基础上，综合压力容器工作介质的危害性(易燃，致毒等程度)，同时为了便于安全技术的监督和管理，可将压力容器分为、和类：1)类容器。一般指低压容器(、类规定的除外)。压力容器按其承受压力的高低分为常压容器和压力容器。两种容器无论在设计、制造方面，还是结构、重要性等方面均有较大的差别。其实，压力容器的分类方法很多，主要的分类方法如下：(1)按设计压力划分压力容器可分为四个承受等级。低压容器(代号L)0.1MPap1.6Ma中压容器(代号M)1.6MPap10Ma高压容器(代号H)10MPap100Ma超高压容器(代号U)p100Ma2)类容器。属于下列情况之一者：中压
34、容器(类规定的除外)。易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器。毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器。低压管壳式余热锅炉。低压搪玻璃压力容器。3)类容器。属于下列情况之一者：毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和pV0.2MPam3的低压容器。易燃或介质毒性程度为中度危害介质，且pV0.5MPam3的中压反应容器，易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV10MPam3的中压储存容器。高压、中压管壳式余热锅炉。高压容器。中压的搪玻璃压力容器。移动式压力容器。使用抗拉强度规定值下限570Ma材料制造的压力容器。(3)按壳体的结构形式分压力容器可以分为整体式和组合式两大类。1)整体式
35、容器亦称单层容器，包括钢板卷焊式、整体锻造式、电渣成形堆焊式、铸焊、锻焊式等容器。2)组合式容器，包括多层包扎、多层热套、多层绕板、扁平绕带、槽形绕带和绕丝压力容器等。2.压力容器的结构特点 常见压力容器结构形式有圆筒形、圆锥形和球形三种，如图7-28所示。圆柱形和锥形容器在结构上大同小异，故这里只介绍圆柱形容器的结构特点。根据结构特点和工作要求，圆筒形压力容器主要由筒体、封头及附件(如法兰、补强、接管、支座)等部分组成，如图7-28a所示。(1)筒体筒体是压力容器最主要的组成部分，由它构成储存物料或完成化学反应所需要的大部分压力空间。当筒体直径较小(小于500mm)时，可用无缝钢管制作。当直
36、径较大时，筒体一般用钢板卷制或压制(压成两个半圆)成形后焊接而成。由于该焊缝的方向与筒体的纵向(轴向)一致，故称为纵焊缝。筒体较短时可作成完整的一节，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。由于筒节与筒节或筒体与封头之间的连接焊缝呈环形，故称为环焊缝。所有的纵、环焊缝焊接接头，原则上均采用对接接头。各种接管和加强圈可采用无缝钢管或锻件直接与筒体相焊。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。对于承受高压的厚壁容器筒体，除了采用单层厚钢板制作外，也可采用层板包扎、热套、绕带或绕板等工艺制造多层筒体结构。(2)封头封头即容器的端盖。当容器组装
37、后不需要开启时，封头和筒体应焊接在一起，以保证容器的密封。但对于需要检测和更换内件的容器，封头和筒体应为可拆式的连接方式，这类封头称为顶盖。容器的封头可根据封头不同直径、厚度与材料，将预先割好的圆形钢板坯料，在液压机或旋压机上以冷成形或热成形方法制成所需要的形状。根据几何形状的不同，压力容器的封头可分为凸形封头、锥形封头和平盖封头三种，其中凸形封头应用最多。1)凸形封头包括椭圆形封头、碟形封头、无折边球形封头和半球形封头(图7-29)。目前应用最普遍的封头形式为椭圆形封头，它的纵剖面呈半椭圆形(图7-29a)，一般采用长、短轴比值为2的标准。3)平盖封头的结构最为简单，制造也很方便，但在受压情
38、况下平盖中产生的应力很大，因此，要求它不仅有足够的强度，还要有足够的刚度。平盖封头一般采用锻件，与筒体焊接或螺栓连接，多用于塔器底盖和小直径的高压及超高压厚壁容器。(3)法兰法兰是容器及管道连接的重要部件，按其所连接的部分，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，并用螺栓和垫片连接与密封，保持容器不至泄漏。碟形封头又称为带折边的球形封头。它是由三部分组成：第一部分为内半径为Ri的球面；第二部分为高度为h的圆形直边；第三部分为连接第一、二部分的过渡区(内半径为r)，如图7-29b所示。该封头特点为深度较浅，易于
39、压力加工。无折边球形封头又称球缺封头。虽然它深度浅，容易制造，但球面与圆筒体的连接处存在明显的外形突变，使其受力状况不良。这种封头在直径不大，压力较低，介质腐蚀性很小的场合可考虑采用。2)锥形封头分为无折边锥形封头、大端折边锥形封头和折边锥形封头三种，如图7-30所示。从应力角度上分析，锥形封头大端的应力最大，小端的应力最小。因此，其壁厚是按大端设计的。锥形封头由于其形状上的特点，有利于流体流速的改变和均匀分布，有利于物料的排出，而且对厚度较薄的锥形封头来说，制造比较容易，顶角不大时其强度也较好，较适用于某些受压不高的石油化工容器。(4)开孔与接管压力容器由于工艺流程、制造加工和结构上的原因，
40、需要在壳体上开孔和连接接管，如开设人孔、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。容器直径大于1200mm时应开设人孔。位于筒体上的人孔一般开成椭圆形，净尺寸为300mm400mm；封头部位的人孔一般为圆形，直径为400mm。对于可拆封头(顶盖)的容器及无需内部检查或洗涤的容器，一般可不设人孔。在筒体与封头上开孔后，不仅削弱了开孔部位壳体的强度，而且在孔的边缘和连接处造成很高的局部应力集中，一般应进行补强处理。(5)支座压力容器靠支座支承并固定在基础上。随着圆筒形容
41、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式支座，对于薄壁长容器也可采用圈座，如图7-31所示。对于小型容器，不管是卧式的还是立式的，其支架的设计由于支撑附件造成的二次应力、转矩和切应力，可能会比大型容器复杂很多。3.压力容器制造的技术要求和技术条件 小知识美国锅炉和压力容器规范ASME将焊接接头焊缝分为A、B、C、D、E、F六类。A、B、C、D四类与GB 1501989钢制压力容器中规定的一致。E类：吊耳与主受压元件T形接头的焊缝；F类：在主受压元件上的堆焊焊缝，或支撑座与受压元件的连接焊缝。E、F类接头，要求局部焊透并保证达到图样技术要求。压力容器不仅是工业生
42、产中常用的设备，也是一种较易发生事故的特殊设备。与其他生产装置不同的是压力容器一旦发生事故，不仅使容器本身遭到破坏，而且往往还诱发一连串的恶性事故，如破坏其他设备和建筑设施，危及人员的生命和健康，污染环境，给国民经济造成重大损失，其结果可能是灾难性的。所以，必须严格控制压力容器的设计、制造、安装、选材、检验和使用监督。目前，我国压力容器的生产厂家大多执行综合性的国家标准GB 1501998钢制压力容器，内容包括压力容器用钢标准及在不同温度下的许用应力，板、壳元件的设计计算，容器制造技术要求、检验方法与检验标准。为贯彻执行上列基础标准，各部门还制定了各种相关的专业标准和技术条件。在GB15019
43、98钢制压力容器标准中规定，压力容器受压元件用钢应具有钢材质检证书，制造单位应按该质检证书对钢材进行验收，必要时尚应进行复检。把压力容器受压部分的接头按其所在的位置分为A、B、C、D 四类，如图7-32所示，具体为：图7-32压力容器四类接头的位置(1)A类接头圆筒部分的纵向接头(多层包扎容器层板层纵向接头除外)、球形封头与圆筒连接的环向接头、各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头，均属于此类接头。要求采用双面焊或保证全部焊透的单面焊缝。(2)B类接头壳体部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与接管连接的接头。但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。B类接
44、头工作应力为A类接头的，除可采用双面焊的对接接头之外，也可以采用带衬垫的单面焊缝。(3)C类接头平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属于此类接头。通常采用角焊缝连接，但对高压容器盛有剧毒介质的容器和低温容器应采用全焊透接头。(4)D类接头接管、人孔、凸缘等与壳体连接的接头，均属于此类接头(已规定为A、B类的接头除外)。受力条件较差，且存在较高的应力集中。在厚壁容器中，这种接头拘束度大，焊接残余应力也较大，易产生裂纹之类的缺陷，因此，在容器中也应该采用全焊透的焊接接头。对低压容器可以采用局部焊透的单面焊或双面角焊缝
45、。在标准中，对焊前的冷热加工成形规定了坡口加工的表面要求，要求坡口表面不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷；施焊前，应清除坡口及母材两侧表面20mm范围内(以离坡口边缘的距离计)的氧化物、油污、熔渣及其他有害杂质。规定了对圆筒和壳体的要求：A、B类焊缝的对口错边量，锻焊容器B类焊接接头对口错边量不应大于对口处钢材厚度的1/8，且不大于5mm；筒节长度应不小于300mm。组装时，相邻筒节A类接头焊缝中心线间外圆弧长及封头A类接头焊缝中心线间外圆弧长应大于钢板厚度的3倍，且不小于100mm。焊接在环向、轴向形成的棱角的大小，不等厚度对接时单面或双面削薄厚板边缘的要求，容器壳体圆度的要求，法兰和平盖按相应的
46、标准要求。焊接技术条件中规定了焊前准备、施焊环境、焊接工艺评定的要求及参照标准、焊缝表面的形状尺寸及外观要求、热处理的方式及其使用规则。在试板与试样条例中规定了容器制备焊接试板的条件、热处理试板的条件、制备产品的焊接试板、焊接工艺纪律检查试板的要求及试板检验与评定的标准。在无损探伤技术中规定，主要受压部件的焊接接头应进行外形尺寸及外观检查，合格后再进行无损探伤检查；同时还规定了射线探伤或超声波探伤的检查范围，焊缝表面进行磁粉或渗透探伤检查的条件，探伤质量检验的标准。在压力试验和致密性试验中，规定了液压和气压试验的介质、试验压力、试验温度及试验的具体方法，气密性试验和煤油渗漏试验的具体过程及要求
47、。中、低压压力容器的制造工艺中、低压压力容器的制造工艺 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结构，其主要受力元件是封头和筒体。椭圆形封头压制前的坯料是一个圆形，其坯料直径可按公式进行计算。坯料尽可能采用整块钢板，如直径过大，一般采用拼接。这里有两种方法：一种是用两块或由左右对称的三块钢板拼焊，其焊缝必须布置在直径或弦的方向；另一种是由瓣片和顶圆板拼接制成，焊缝方向只允许是径向和环向的。按规范要求，其相邻两条径向焊缝中心线之间最小距离应不小于名义厚度n的3倍，且要大于等于100mm，如图7-34所示。当采用先拼接后成形的制造工艺时，焊缝不能过高，在成形前应将拼
48、接焊缝打磨至与母材平齐。封头拼接焊缝一般采用双面埋弧焊。封头成形有热冲压和冷冲压或旋压。在封头冲压过程中，为避免加热时变形过大或氧化损失过大，以及冲压时坯料丧失稳定性等，除薄板坯料采用冷冲压外，绝大多数封头是利用金属坯料塑性变形大的特点，采用热冲压成形。热压时，为保证热压质量，对坯料快速加热，并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。另外坯料加热时，为防止脱碳及产生过多的氧化皮等，可在坯料表面涂抹一层加热保护剂。加热的坯料在压制前应清除表面的杂质和氧化皮。封头的压制是在油压机(或水压机)上，用凸凹模一次压制成形，不需要采取特殊措施。在设备条件允许的情况
49、下，还可以采用旋压或爆炸成形的工艺制作封头。由于封头压延变形量很大，坯料尺寸很难确定，因而在压制前，坯料必然放有余量，同时为了与筒体装配，对已成形的封头还要对其边缘进行加工。一般应先在平台上划出保证直边高度的加工位置线，然后用氧气切割或等离子弧切割割去加工余量，具体可采用图7-35所示的封头余量切割机。此机械装备在切割余量的同时，可通过调整割炬角度直接割出封头边缘的坡口(V形)，经修磨后直接使用；如封头的断面坡口精度要求高或其他形式的坡口需要机加工，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。如果封头上开设有人孔密封面也可一并加工。封头加工完后，应对主要尺寸进行检查，合格
50、后才可与筒体装配焊接。成形封头尺寸检查：椭圆形、碟形和球形封头成形后的内表面形状偏差，应用弦长等于封头内径3D/4的内样板进行检查，其最大间隙不得大于封头内径的1.25%。检查时应使样板垂直于待测表面。对于先成形后拼焊的封头，允许样板避开焊缝测量。碟形及折边锥形封头，其过渡段转角半径允许偏差应符合图样的规定。封头直边部分的纵向皱折深度不应大于1.5mm。球形封头分瓣冲压的瓣片尺寸允差应符合GB123371998钢制球形储罐标准的有关规定。2.筒节的制造 筒节的制造的一般过程为：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。当筒体直径在800mm以下时，可以采用单张钢板
