船舶管系的加工.ppt
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1、船舶管系的加工,学习情境一 管子的弯制 学习情境二 管子的校对 学习情境三 管子的强度试验 学习情境四 管子的清洗与表面处理 学习情境五 船舶管路的安装与试验 学习情境六 管路的绝缘与油漆,1、能力目标 能进行管子的弯曲操作 ; 能编制管子加工的工艺流程; 能编制管子强度试验的试验大纲。,2、知识目标 掌握管子加工的工艺过程; 掌握弯管的方法和设备; 了解管子的校对与焊接的方法和操作过程; 了解强度试验的作用和操作步骤; 掌握管子清洗与表面处理的方法和工艺过程;,基础工艺流程,选料下料划线弯曲切割校正焊接强度试验清洗安装涂漆密性试验,活动设计,在专用学习室,利用多媒体进行教学,再在实训室和船厂
2、的管子车间进行实地参观管子的加工流水线,来掌握弯管的设备和方法、校管的设备和操作过程,会编制管子加工的工艺流程,编制强度试验的试验大纲。,情境一 管子的弯制,一、管子弯曲原理 金属材料当其所受外力超过材料的屈服极限时,将产生塑性变形,这就是管子弯曲的基本原理。 管子在弯曲时,其管壁外侧因受拉伸而变薄,内侧因受压缩而变厚,但其中性层M-M处不受压力,因此其长度和厚度都不改变。由于拉伸和压缩作用的结果,在弯曲过程中,管子截面有改变,由圆形变为椭圆。此时椭圆的短轴位于管子的弯曲平面B-B上,而长轴在A-A上,如图5-1所示。这种变形随着弯曲半径、弯曲角度、管子材料和管径大小而有所不同。,图5-1 弯
3、曲时管子截面的变化 1在弯曲后管子的椭圆截面 2管子原来的的圆形截面,弯曲半径对变形的影响 管子的弯曲半径由管材的拉伸与压缩变形极限来确定。如果管子的弯曲处有一个较大的弯曲半径,如图5-2a所示,那么金属组织C2-C3的长度,比原来长度C- C1略微缩短些,变形程度很小。在弯曲半径比较小的时候,弯曲以后的 金属组织长度相差很大,如图5-2b所示,因此,变形程度也就增加。所以管材弯曲时的间塑性特性是用相对伸长率来评定的。,图5-2 弯曲半径的影响,假如不考虑管子椭圆度和其它的原因,而且认为弯曲开始与终了的变形是近似的(即均匀变形),那么: L=aR=常数 弯管的外侧: (5-1) 弯管的内侧:
4、(5-2) 平均伸长率或压缩率: (5-3) 式中 L 沿弯管轴线展开的弧长; L1L2 沿弯管外侧、内侧展开的弧长; 弯曲角度,rad; R 弯曲半径,; D 管子外径,。,为保证质量,管子的弯曲半径应符合下列规定: 热弯的管子: 钢管,R3; 铜和铜合金管,R2D; 受水击的管子,R5D。 焊接的管子:弯头,Rd,d为管子内径。 弯管机冷弯的管子:直径110和蒸汽管必须符合(1)的规定;直径110mm时,R1.5D。,弯曲角度对变形的影响 管子外层金属组织的伸长和内层组织的缩短,在弯曲角度大的时候很小,而在弯曲角小的时候就很大,如图5-3所示。,图5-3 弯曲角的影响 a) 弯曲角大 b)
5、弯曲角小,管子的直径大小对变形的影响 在管径小的最外层组织,距离中性层近,而在管径大的最外层距离中性层远,如图5-4所示。因此管径愈大变形程度愈大。,图5-4 管径对变形大小的影响 a) 管径小 b)管径大,在管子弯曲时,断面的变形是由弯曲的一瞬间而产生的。管子弯曲处断面的变形会通过横断面上的许多零点,也就是在弯曲过程中没有改变位置的a、b、c、d各点,如5-5所示。显然,这些点的应力最小,通过管子各横断面上相应点的连线就是管子的安全线,因此,在弯制有缝钢管时,应把焊缝放在安全线上,它约在平面图上管径的1/4处,如图5-6所示。,图5-5 弯曲断面处没有改变位置的零点(a、b、c、d),图5-
6、6 弯曲断面变形焊缝应放在管径的1/4,二、管子弯曲的技术要求,确定管子弯曲质量的主要技术特征是:椭圆度、截面收缩率、外侧减薄率、内侧增厚皱折以及弯曲形状和表面质量等。管子弯曲质量与采用的弯制工艺、管子材料和尺寸参数以及弯曲半径等有关。,管子弯曲半径一般采用23倍管子外径,只有在个别情况下才允许小于2倍,但不得小于1.5倍。 外径大于120mm的碳素钢蒸汽管和任何直径的合金钢管,冷弯后应进行不低于600的高温退火,保温不少于40min,退火后先在炉中冷却,温度降至500以下时,可在空气中冷却。 弯曲后的弯曲角和旋转角之公差均为0.50,管段长度L的公差为7mm。,管子弯曲以后的变形要求: 管子
7、弯曲时,受弯曲力的作用,使其截面变为椭圆。这样就增大了流体的压头损失,因此其圆度符合表5-1的规定。 圆度就是管子弯曲后截面处的最大长轴尺寸和最小短轴尺寸之差与管子实际外径的比值,取其百分率: (5-5) 式中 T 圆度,%; A 弯曲处截面最大外径,mm; B 弯曲处截面最小外径,mm; Dw 管子实际外径,mm。 圆度可用钢球通过管子的方法进行测量。钢球的最小直径不得小于管子内径的90%。,表5-1 弯管时允许的圆度百分率,管子弯曲时,由于弯曲部分金属强度的影响而产生了截面的收缩,这样,就减小了管子的有效截面,增加了管内的流动阻力。因此规定: 管子弯曲后截面的收缩率不得小于95%。 截面收
8、缩率即为截面处的平均直径与管子实际外径之比值,取其百分率: (5-6) 式中 Q截面收缩率; A、B、Dw-同式5-5。,管子弯曲时,外侧管壁由于受拉伸力作用而减薄。这样就降低了管子的承压强度,在承受高压的情况下,容易发生胀裂。因此减薄率应符合表5-2的规定。 其值可按下列公式计算: (5-7) 式中 W 管子外侧减薄率 管子弯曲前壁厚,; 0 管子弯曲后的壁厚,; 其中,0可由下式进行计算: (5-8) 式中:R-弯曲半径, Dw-同上式,管子弯曲时,内侧壁受挤压而增厚,由于金属材料的可塑性较差,挤压力不仅使其产生压缩变形,而且在很大程度上使其产生皱折变形。 管壁的皱折减小了管子的流通截面,
9、增大了流动阻力系数,破坏了金属组织的稳定性,容易产生腐蚀现象。因此规定: 外径50的管子,不允许有皱折。 外径50和管子实际外径尺寸大于管壁厚度20倍时的管子,允许有均匀皱折存在,但皱折高度不得超过管子外径的4%,在皱折处不得有目测可见的裂纹。,管壁不应有擦伤沟槽和碰撞形成的明显凹陷。沟槽深度在管壁厚度20%30%范围内时沟槽处允许补焊;凹陷深度不超过管子外径的5%时,允许使用。管子弯曲处的背部不得有裂纹、结疤、烧伤、折叠、分层等缺陷存在,如有上述缺陷应完全清除,被清除的部位壁厚的减薄应在减薄率的范围内。,三、弯管方法 管子的弯管方法主要分为冷弯和热弯两种 冷弯是在常温下用弯管机直接弯管 热弯
10、则是将管子的弯曲部分加热到一定温度后,再用机械(弯管机)或手工进行弯管。两种方法各有其优缺点。,冷弯不会破坏金属原来的性质,不会产生热变形。但是冷弯需要消耗更多的弯管功率,且回弹和残余应力都有较明显的增大,而且冷弯不能弯制曲率半径很小的急转弯头。 热弯则具有冷弯不能比拟的适应性。 例如,在一根管子上两相邻弯头之间直线距离可留得很小,甚至能不留直管段间隔进行连续弯曲; 能将冷延性很差的材料加工成弯头;能加工冷弯时需花费较大机械能的弯头,并能将冷弯时管子易破裂的脆性材料弯曲成形。 热弯可以在管子上弯成小半径弯头。对于碳素钢管和大多数的合金钢管,热弯的弯曲半径要比冷弯小得多,弯曲半径可小到管子外径的
11、0.71.5倍。 热弯存在以下缺点:设备复杂、加工成本高、生产效率低和表面光洁度差,另外镀锌钢管不宜热弯,因其在热弯时,表面镀锌层会脱落。,原则上一般的管子会尽量采用冷弯方式,仅在如下情况下,才允许采用热弯。 管子弯曲半径小于冷弯所规定的弯曲半径,或小于现有模子的弯曲半径。 管子形状复杂或弯头间无直线管段,不能在弯管机上固紧。 管壁过薄,冷弯后容易产生较大瘪陷和折皱。 直径较大或不常用管子,目前尚无该种模子。 管壁太厚无法冷弯时。,“先弯后焊”和“先焊后弯”,“先弯后焊就是根据管子零件加工图或样棒所提供的管子各个参数,先将管子弯曲成形。再在校管机或校管平台上,进行管子法兰等连接附件的定位、焊接
12、工作。根管子零件加工图或样棒确定直管的下料长度时,考虑到弯管时的误差,下料长度一般要放工艺余量。 “先焊后弯”就是根据计算机输出的管子数值零件图上的管子长度划线尺寸、法兰螺孔相对转角K、法兰螺孔角及数控程序等一系列加工数据,采用无余量下料,先在平台或校管机上进行直管法兰的定位、焊接后,再进行弯管工作。,弯管机,冷弯弯管机的分类: 手动、电动、液压驱动三种类型, 有芯弯管机和无芯弯管机。 思考:上面的划分依据分别是什么?,手动弯管机 图5-7所示是弯制直径在32毫米以下的手动弯管机简图。它由弯模1、滚轮2和杠杆3组成,在弯模1的工作部分上制有与管子外径大小相同的槽,滚轮2也具有同样的槽,而在杠杆
13、3上则有滚轮的销轴。 待弯的管子5用卡板4紧压在弯模上,并在施于杠杆3上的力的作用下弯曲。图中虚线所示为弯曲前的原始位置,在弯曲的过程中,滚轮要一直跟管子和弯模接触,以保证管子的截面形状不变。 弯管机的弯模通常都是固紧在工作台或专门的支座上。,图5-7 手动弯管机简图 1弯模;2滚轮;3杠杆; 4卡板;5管子,携带式弯管机 图5-8所示为携带式弯管机中的一种。这种弯管机,在弯管架上装有油压千斤顶,用高压橡皮管与手揿油泵,可向油压千斤顶送油,把千斤顶柱塞顶出。利用装在千斤顶前端的弯管压摸,便可将两端支承在弯管架上的管子弯制成形。管径规格不同和弯曲半径大小,可通过调换相应的弯管压模以及改变弯管架两
14、端上两个滚轮的距离来实现。,图5-8 携带式弯管机,电动弯管机 电动弯管机的传动部分有机械减速、电机调速两种。电动机通过皮带减速装置、齿轮减速装置、蜗轮蜗杆减速装置减速后,使套在蜗轮中心的主轴以1转/分的转速顺时针旋转。 液压弯管机 液压弯管机有链条、齿轮、油马达传动等三种。它的机械结构部分与电动弯管机相同,唯一不同的是它有一套液压系统,用以实现弯模的转动、夹头的夹紧与松开、导槽的靠紧与松开,芯棒的送进与抽出等。,有芯弯管机 图5-9所示为一种类型的有芯弯管机,该机的结构原理如图所示。其主要零件是弯管压模2,模子的圆周上有槽,槽的半径等于被弯管子的外半径。弯管压模2可以由电动机经过减速齿轮蜗轮
15、蜗杆传动系统驱动作回转运动;更多的是采用液压驱动作回转运动。稳定台7和压紧模6是弯管压模的辅助件,压紧模6上也具有与弯管压模2上同一半径的槽,因此在弯模和压紧模之间形成一个圆孔。待弯管子8用夹紧模3将管子紧压在弯摸上,当弯模回转时,带动管子缓慢地旋转,管子由于压紧模6的限制不能从两旁脱出,而只能沿着弯模槽道被弯曲,并保证被弯管子的圆形截面基本不变。夹紧模与压紧模的移动通常用手动或油压实现。,图5-9 有芯弯管机 1机身;2弯管压模;3夹紧棒; 4转台;5芯棒; 6压紧模; 7稳定台;8管子;9连接杆,有芯弯管机弯管时应注意的几点问题,由于管子弯曲时可能引起弯曲部分变形过大,常采用校准芯棒(定径
16、塞芯)5,通过连接杆9使它位于拐弯处的切点上,它的位置是不变的,这样就能在弯管时防止形成折皱。 管子具有一定的尺寸公差,为了避免在弯模和压紧模之间有楔嵌现象,槽的直径应比管径做得大一些(近似于管径的1/100): 为了保证管子能够紧密地贴合于弯模和压紧模的槽面上,压紧模导向圆槽边上应切去1.52毫米。 在弯管时应考虑到外力去除后管子的弹性回跳,因此实际的弯曲角度应比图纸所规定的大一些。例如,对于90的弯头,钢管应弯到9395,铜管应弯到9293。 除了回弹角以外,由于弹性变形的恢复,弯曲半径也将变大,因此弯模的半径应适当减小,一般可取碳素钢为0.97R;合金钢为0.94R。 为了保证管子导向均
17、匀和防止弯曲时芯棒的偏斜,校准芯棒应有一圆柱形部分,其长度取决于被弯管子的内径:,芯棒的形式,芯棒的形式很多,常见的有匙形图5-10()和球形图5-10(b)两种。 匙形的优点是其端部的圆柱弧面和理论的弯曲管子内壁相贴合,因此弯曲质量好;缺点是加工较困难,且只适用于一种弯曲半径,安装、调整复杂。 球形的优点是可适用于同一内径的不同弯曲半径,制造调整方便,适用性强。,一般在弯制薄壁管(4mm)时,以及R2d时,则以球形为宜。,图5-10 芯棒形式 (a)匙形芯棒;(b)球形芯棒,冷弯管子时,弯曲部分的质量在很大程度上取决于芯棒安装位置的正确性(芯棒的安装位置用连接杆9来调整),为了保证弯头的质量
18、应将球形芯棒的位置安装得超前一些。其大小取决于管子的内径、弯曲半径、连接杆的刚性,以及芯棒和管子之间的间隙。超前值K过大,管子凸出部分的壁厚也就会过份分变薄,同时芯棒亦不易拔出;超前值K减小时,管子凹入部分上的折皱高度便会增加。初次安装时可参照表-来选取,确切的数值应根据试验来决定。 匙形芯棒的特点是其端部的圆柱弧面与弯曲管子的内壁相贴合,因此它不必带有任何超前值。,表5-3 冷弯钢管时超前值K的选择,管子在开始弯曲前要在其内外表面上涂上润滑油,这样就能显著地减少在弯管过程中所产生的摩擦力。 弯管机所需模子的数量不仅决定于管子的直径,而且还决定于管子的弯曲半径。不同直径和不同的弯曲半径,就要求
19、有适合于它们的单独的弯模和压紧模。 要大量削减弯管机所需模具的数量并提高弯管机的利用率,最重要的办法就是统一管子的弯曲半径。统一管子弯曲半径的实质就是一定外径的管子,或外径相近的管子,应按同一半径来弯制。 除将管子的弯曲半径规格化外,还应把造船中所用的管子直径加以限制,这样也可以减少模子的数量。,无芯弯管机 为了解决有芯弯管机对配置多套芯棒的困难,以及节省装卸管子芯棒的辅助时间,可考虑采用无芯弯管工艺,即弯管时没有芯棒。为了防止管子在弯曲过程中产生过大的椭圆度,往往采用预变形反变形的方法,如图-11所示。,图5-11 无芯弯模预变形示意图,管子的热弯,灌砂平台热弯 灌砂平台热弯虽然是一种陈旧落
20、后的工艺,如图5-12所示,效率低,劳动强度高,工作条件差,质量难于保证,但是对于船舶管系来说还是难免的,如:大直径紫铜管或弯曲半径不等于弯模半径的管子、小弯曲半径的管子、形状复杂且连续弯曲的管子、管壁过薄的管子等均宜采用灌砂平台热弯工艺。,图5-12 灌砂平台热弯 1管子;2铁桩;3压铁;4缆索;5样棒,灌砂平台热弯的工艺主要有下料、灌砂、划线、加热和弯管几个步骤,2.火焰弯管机 火焰弯管机属于机械热弯,其传动部分可以是机械传动也可以是液压传动。其弯曲部分与一般弯管机相同,所不同的是在管子弯曲处增加了一只火焰加热圈。加热圈沿径向开有二排小孔,前排倾斜地喷冷却水,后排喷氧乙炔气体。弯管前,先调
21、整加热圈使之与管子四周保持相同的间隙,然后点燃氧乙炔气体加热管子,待管子温度升至9001000左右。开动弯管机进行弯管工作,同时打开水圈开关,用冷却水来冷却已弯好的部分,如此加热弯曲冷却连续不断地循环工作,直到达到所需的弯曲角度,弯管工作结束。由于管子在弯曲过程中,始终保持一段狭窄的强热带,而强热带两边的强度比中间部分高得多,这样就起支撑作用。因此管子不用灌砂也不用模具也不易变瘪,且弯头光滑,椭圆度较小。 此种弯管机一般具有自动控制弯曲角度和自动停车装置。为适应弯制不同管径的钢管,加热圈有大小不同的规格。 火焰弯管机一般用于弯制较大直径的钢管,但不适于白铁管和铜管的弯制。用于白铁管在加热冷却过
22、程中要破坏镀锌层,而铜管传热快,不能形成一段狭窄的强热带。,3.中频弯管 中频弯管原理 中频电源引出的交变电流经空套在被弯管子上的感应环(加热线圈)时,就在环周围产生交变磁场,磁场强度随着电流的大小和方向而作周期性的变化,使通过管子的交变磁通在管子表面引起感应电流,而由于涡流的作用使管子表面加热,这一加热区呈环状且非常狭窄。 中频电源随设备的不同:可分为中频发电机组式、电子管式、晶体管式三种。,中频弯管机 中频弯管机按受力方式不同可分为拉弯式、推弯式和推拉组合式三种。图5-14 拉弯式弯管机示意图 图5-14所示为拉弯式弯管机示意图。管子弯曲力Fl和送进拉力F2是弯管机床的转臂和前夹头形成的。
23、管子夹头装在弯管机转臂上,转臂由动力传动作回转运动。弯曲半径在一定范围内可任意调节。 拉弯的特点是管子夹持于前夹头内,夹头转动后带动管子弯曲成形。夹头的转动中心固定不变,弯曲半径的大小,是靠改变夹头同旋转中心的相对距离来调节的。它的特点是结构简单成形比较容易,可弯薄壁管,但壁厚减薄量较大,起弯和弯曲收尾处质量较差。,图5-14 拉弯式弯管机示意图,图5-15所示为推弯式弯管机示意图。它主要由纵向推进力F2和前夹头转臂产生的拉力Fl迫使管子弯曲成形,弯曲半径R可通过调整前夹头转臂长度来实现。 推弯则可以消除拉弯的缺陷。管子夹于前夹头内,通过转臂空套于立柱上,因此,前夹头可绕立柱自由转动,夹头的回
24、转中心一般是可以移动的,借此来调节弯曲半径。这种推弯式弯管机所弯管子壁厚减薄量小,起弯和弯曲收尾处没有拉凹的缺陷,而且操作方便,是目前使用最广的一种型式。 推拉组合式弯管机取推、拉两种弯管机所长,将传动功率分别由前夹头和主送进夹头承担,一般适用于大型弯管机。,图5-15 推弯式弯管机示意图,思考:叙述下图所示弯管机的工作原理,图5-16 中频弯管机结构图 1-电机;2-主拖动装置;3-主送进夹头;4-机床;5-机体;6-滚轮;7-变压器;8-前夹头;9、12-丝杆;10-滑板;11-转臂;13-回转架座,4.塑料弯管机 塑料弯管机是一种专门弯制聚氯乙烯等塑料管子的设备,其传动部分采用液压传动,
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