封头的装配

第七章　典型焊接结构制造工艺

第一节　大型地下油罐放样装配工艺

地下油罐的建造过程是：首先从地面往下挖深坑，深度为油罐总高的90%，然后在坑边用水泥、大理石等构筑成坚固的围墙，在地表面上建设一个平房结构，如图7-1所示。

图7-1　地下油罐装配图

一、底板的拼接

钢板经验收合格后，先制作一个钢板滑道，把钢板从上面整张滑入，先铺底面板。在水泥地上用较大尺寸画好中心线后，开始拼接底板。大型贮油罐的直径往往达到20～30m，底面的拼接要由三步完成。

第一步是拼焊中间部分，采用钢板搭接，如图7-2所示。

图7-2　罐底中心部位钢板的装配

在三张钢板相搭接处，用平锤和大锤“压马腿”，使其成为图c所示形状。靠严接头间隙后，进行点固焊、焊接。中部焊接后，钢板中心处会出现上凸100～200mm高的较大的焊接变形。因此，中间部位钢板拼装后焊接时，只焊罐底板的中心部分，焊接时，先焊接短焊缝，焊接方向是由中心向四周焊，严格控制焊接质量。焊后，用扁铲铲开四周部分的点焊缝，减少中心部分的凸状变形。

第二步是装配底板的中间过度区，即底板上不包括最外一圈与罐身相接的部分。采用与中心区域相同的装配方法，焊接并铲开周围点固焊缝，减少焊接变形。

第三步是拼接底板的四周部分。由于底板的四周部分要与筒身形成T字接头，要求底板的面要平。要把底板的搭接头改为对接接头，如图7-3所示，要把搭接接头的端部用气割改为对接接头。底板的直径应比图纸要求大2%，以弥补焊接收缩量。

图7-3　边板改为对接接头

二、装配最上面一层筒身

如图7-4所示，最上面一层筒身是用整张钢板围成的，在底板上临时焊上角钢头，以确定钢板的弧形，接头采用对接形式。固定好第一节筒体后，在上端装配上角钢圈，然后进行焊接。

图7-4　第一层筒身的装配

三、装配焊接拱形顶

拱形罐顶的装配一般采用内部支架，如图7-4所示，依钢板的长度和宽度设定支架型钢间的距离。环形的支架间要有斜支撑。支架的中心应设立较粗的立柱，常用槽钢架或钢管柱。罐盖的中心板直径应大于1000 mm。由中心向四周铺设的钢板采用搭接接头。为了压紧板间间隙，可以用适当重量的重物压在要压紧的部位。罐体的里外都要焊接。焊接罐盖的里面是仰脸焊，里面的空间还很小，空气不流通，要注意输送新鲜空气。罐顶的焊接仍然采用先焊短焊缝后焊长焊缝、由中心向四周依次焊接的方法。装配并焊接上面的人孔管和各种连接管。

四、提升罐体、组装第二层钢板

如图7-5所示，提升罐体前，先要计算罐身、罐顶、附件的总重量。例如，直径25m，高30m，壁厚为8mm的罐，按每立方米7.8t重算，罐身重为πDht×7.8=3.1416×25×30×0.008× 7.8≈147t，设罐盖及附件为6t，按1.25的安全系数,总起重量约为184t，需要选用10t的手拉葫芦20个，在房顶四周固定好吊耳后，由15个人一起拉动手拉葫芦将罐体向上吊起，并测定第一层罐壁与底面的距离，当上升至合适高度后，拆除立柱及环形支架,然后围上第二层罐身板，为了夹紧第一层钢板与第二层钢板间的间隙，装配前要测量好罐身外壁与石壁墙间的距离，事先做好顶杆，可以采用管套管，中间加螺钉孔的方法调节顶杆的长度。罐体外面的工人把顶杆顶在罐外石壁和罐体之间，里面的工人往外顶夹紧钢板与钢板间的间隙。两人以敲击罐壁的方法确定要顶的位置。装配好后进行焊接，焊后进行检验。

图7-5　提升第一层准备装配第二层

五、逐层装配

同样方法装配焊接每一层。每一层焊接后都要用白灰、煤油检查焊缝质量，及时补焊，完全无误后，再提升罐体，进行下一层钢板的装配。一层一层地逐渐向上拉升后，依次围成罐壁。最后安装罐体底部的连接管。

第二节　贮氨容器的放样、备料与装配

下面以贮氨容器为例介绍容器类构件的详细制作工艺。

贮氨容器的产品图如图7-6所示，使用材料是20g锅炉钢板，工作压力是1.6MPa（16kgf/cm2），工作温度是常温。

一、初步识图

本产品图为产品的简图，为了说明工艺而简化了原图纸。从整体上看，主视图表达了构件的大部分结构和尺寸。主要零件是件封头和筒体。用剖视图表达了构件的内部结构、上下接管与罐体的结合形式以及具体尺寸。侧视图主要表达筒身形状和支座尺寸。罐体上方的圆管是人孔管，便于使用中维修人员的出入。下方的圆管是吸出管。件9和件15是加强板，加强支管与筒身间的t字形接头的强度。

图7-6　贮氨容器的产品图

二、产品的工艺分析

由于件2是与外界的连接管，连接法兰必须经机械加工。应该由铆工先下毛坯料，经机械加工、热处理后再返回到装配焊接工序。件8的工序也相同。除法兰外，所有零件都应由铆工和焊工完成。

罐体的尺寸为φ1 200 mm，总长为5 716 mm，厚16 mm，材质为20g，属于中等大小的常见容器。

总体上看，生产时应分为几个部件生产，之后再总装焊接。罐体下面的支座如果单独装配焊接后再装配到主筒体上，不容易控制焊接变形，应该采用直接与筒身装配焊接的方法。罐体下部的小圆管应单独作为一个部件，装配焊接后再往筒身上装配，这样便于小管体的装配与焊接。件6、件7、件8为单独一个整体，当然要单独生产。封头的尺寸比较大，也较厚，对于小的结构生产厂而言，宜采用外委加工，由专业生产厂压制。筒身长4980 mm，δ＝16mm，筒体的长度方向要由三张钢板拼焊而成，在没有大型卷板机的情况下，要分三节分别卷制。人孔管的直径较小，在没有接近尺寸的钢管原料情况下，应采用压制或卷制，需要采用一些相应的工艺措施。

生产封头时，需要设计和制作压制胎具，压制三个封头。

由于该罐属于中压容器，焊后要进行打压试漏。

三、详细读图及零件尺寸形状确定

1.筒身

筒身的展开尺寸按板厚中心直径乘π计算，即：

L＝（1 200+16）×π＝3 820.2mm。

由于筒身直径不是很大，π值取3.1416时计算精度就足够了。筒身长度为：

L=5 716-(368×2)=4 980mm

即筒身的下料尺寸为：

［件4：4 980(宽)×3 820.2（展开长）×16（板厚）。材质为20g。］

2.封头

封头为标准封头，即内直径为1 200mm时，封头的内高度为内直径的1/4，是300mm，直边高h为68mm，去边高δ=10 mm，板厚t＝16mm。将数据代入式1-16，则毛坯料尺寸为：

DP=1.2D内+2h+2δ＋2t＝1.2×1 200+2×68+2×10+2×16=1 628 mm。

考虑到封头压延后会局部变薄，取下料厚度为18mm，因此，件1的下料尺寸为：

［件1：φ1 628×18mm，材质为20g。］

3.其他件的下料尺寸确定

件2是法兰，按工艺卡片要求下毛坯料即可。

件2的下料尺寸为：

［件2：φ32×3.5×121mm。］

短管件3是φ32×3.5mm的钢管。壁厚为3.5mm，在罐内部的伸出量只要大于板厚就行，取内部伸出长度为10mm，而圆管与法兰焊接时，应缩进5mm，所以件3的下料长度为：

［件3：100-5+16+10=121mm。］

件4的下料尺寸单独计算。

件5的下料尺寸为：100-5（缩进）+16（板厚）+1 200（内直径）-100（内部间隙）=1 211mm。

［件5：φ32×3.5×1 211mm。］

件6是手柄，由直径16的Q235圆钢　制而成，在　制后要去掉夹持部分，一般不用求出精确尺寸。设每端留头50mm，下料长度为：200+80×2+50×2=460 mm，即：

［件6：φ16×460×2个，Q235］

件7是封头，内直径为400 mm。设封头为标准封头，即内高为100 mm，设直边为20 mm，压制后的去边量为10 mm，t=10 mm。将数据代入式1-16得：

DP=1.2D内+2h+2δ+2t=1.2×400+2×20+2×10+2×10=560 mm。即：

［件7：φ560×10×1个20g］

由于版面限制，图纸的尺寸标注不全。设件8的法兰加工后尺寸是图7-7的实线尺寸，下料尺寸是双点划线的尺寸。

毛坯料的尺寸确定原则是：法兰直径越大，毛坯料的内外径余量越大，厚度余量也越大。法兰的厚度越大，气割时割缝的倾斜度 也越大，毛坯料的厚度也越大。但是，毛坯料的尺寸过大会加大机械加工的工作量，也会造成钢材的浪费。因此，适当加大毛坯料尺寸是必要的，在不造成废品的前提下，尽量减少加工余量。图中尺寸作为参考。因此，件8的下料尺寸为：

图7-7　法兰毛坯料的尺寸确定

［件8：φ650/φ400×50 mm，2个，Q235］

件9加强板的下料样板需要放样求出。展开图画法如图7-8所示。

图（a）是图7-6中加强板的主视图，图（b）是加强板的直观图。图（c）表示加强板的新的主、俯视图。在这个视图中，加强板的本质是圆筒体的一部分。而圆筒表面的素线是平行线，当素线是正垂线时，在俯视图反映实长。

图7-8　加强板的放样方法

具体画法是：放样时，按图纸尺寸画出图（c）中的两个圆，等分圆周，图中是12等份。圆越大等分点的个数应该越多。过内外圆的等分点向上投影，在主视图上素线积聚为点，得点1、2、3、4、5、6。这几个点间的弧线长就是素线间的距离。俯视图上的素线段是实长。画展开图时，做一系列平行线，平行线间的距离是图（c）中1～6各点间圆弧长度的伸直。素线段的长度取图（c）中的各素线沿y轴方向的长度。如图（d）所示，得出交点后，画出圆滑曲线，得到展开图。下料时，直接用样板号料。在样板上标记中心线，号料时要打圆冲印，以便于装配。即：

［件9：（φ800）×16，1个，Q235。］

件10～13是支座的零件，尺寸可以由放样求出，也可以用计算法求出。下面分别加以介绍。

件10～13的放样图如图7-9所示。

支座由件10、11、12、13、18组成，其中件10和件18要求出尺寸，如果批量生产，件12要做样板。

放样时，如图7-9所示，依图所示尺寸画出件12的下料样板后，自然就求出了件18的长度a。件10的放样方法是：以616 mm为半径画弧，量取弦长1 000 mm，再量出弧长，得到展开长L，即可依尺寸画出图形。件13上有4个孔，如果要求铆焊车间钻出，下料时要画出4个孔的位置，打上样冲印。

图7-9　支座零件的放样图

件10和件18的长度也可以用计算方法求出。如图7-10所示。件10的弧长求法见（a），已知圆的半径是616 mm，弦长是1000 mm。由弧度制公式：弧长=圆心角弧度数×半径=圆心角度数×（π/180）×半径，可以求出弧长。因此，先要求出圆心角的数值。

在三角形OAB中，AB=500mm，OB=R=616mm

∴（AB）／（OB）＝sinα

∴sinα＝500／600＝0．8116883

∴α＝arc sin0．8116883＝54．26°

∴BC＝54．26×π／180×616＝583．4mm

图7-10　计算法求零件长度

件18的计算过程如下：如图7-10（b）所示，要求AB线段的长度，可以用勾股定理求出。在三角形OAB中，因为OB=632 mm，AB= 400mm

所以，下料尺寸为：

［件10：583.4×200×16；］

［件11：72×130×16；］

［件12：样板号料；］

［件13：1 000×160×20（号孔）；］

［件18：281．5×160×16。］

件14～17的尺寸计算比较简单，弯管件14的下料长度也要留有余量，弯曲后去头。件15的放样方法与件9相同。件16圆管交圆管的展开比较简单，不再画出。件16的直径较小，如果能征得设计部门的同意，最好用尺寸相近的钢管代用。如果有小型卷板机，可以卷制。否则，可以采用分两半的方法压制。

四、主要零件的号料

1.筒体的号料

筒身的展开料尺寸是：4 980（筒身长）×3 820（圆周展开长）×16（板厚）×1个，材质：20g。

由于压力容器沿圆周方向的应力较大，圆周展开长方向的尺寸量取要与钢板的轧制方向相同。下料时，必须沿钢板长度方向量取展开长。因此，考虑用几张钢板下料合适时，要考虑4 980 mm，而不考虑3 820mm。16mm厚的20g钢板的常见宽度是2m左右，4 980mm宽可以用两张半钢板拼接而成。如果用三张钢板拼接，为了节约钢材，每张钢板的宽度为4 980/3=1 660，采用宽1 700mm的钢板比较合适。

在安排钢板接缝时，要考虑到接缝要和各管口的位置错开。也不要将接缝安排在加强板与筒体之间，否则会影响对接口焊缝的检修。

为了装配时画筒体素线方便，号料时要把展开长分为四等份，打上样冲印，以便焊接后装配连接管。

2.封头的号料

封头的毛坯料尺寸为：φ1 628×18，20g，可以直接用地规画出。考虑到压延时封头的局部变薄，板厚16增加了2mm，采用18mm厚钢板下料。

3.加强板的号料

加强板的形状是环形，如果先下料成环形，不便于随后的弯曲工序。常见的方法是先用卷板机将平板卷弯，然后再在弯曲的钢板上画线、气割。

五、封头压延胎具设计

1.热压封头胎具设计

封头的压制常在油压机上进行，油压机两立柱之间的宽度限制了加工封头的直径，平的毛坯料必须能放得下，才能压制。

尺寸较大的封头常采用热压，既可以减少压制时起皱，又可以降低所需压力。由于压制结束时，钢板的温度还较高，冷却后会使直径变小。

封头直径在600mm以下，压制上模的直径增加0．5%～0．6%；

封头直径在700～1 000mm时，上模的直径增加0．6%～0．7%；

封头直径在1 100～1 800mm时，上模的直径增加0．7%～0．8%；

封头直径在2 000mm以上时，上模的直径增加0．8%～0．9%。

不锈钢的收缩率较大，按以上数值再增加30%～40%。

（1）凸模尺寸计算。

本例件号1的封头直径1 200mm，上模直径取增加7%，即上模直径为：

D2＝1 200＋1 200×0．007＝1 208．4mm。

上模的尺寸如图7-11所示。

图7-11　封头压制上模尺寸

为了使封头易于脱模，D1＝D2＋（2～3）mm；

取D1＝1 208．4＋2．6＝1 301mm。

h1的高度是封头的直边高度加上去边的高度，直边高度依图纸而定，不能取得太大，否则不易压制，产生的皱边也多。

图7－6中的封头直边高度是68mm，去边高度是10mm，所以：

h1＝68＋10＝78mm，

h2的高度是封头的断面椭圆的短半轴，对于标准封头，其高度是内直径的1／4。图示高度是300mm，加上热压后的收缩量，取系数7%，计算出h2的高度为：

h2＝300＋300×0．007＝302mm。

（2）凹模尺寸计算。

1）凹模的间隙。加热后，钢板的局部厚度会变薄，压制时钢板的边缘又会起皱、变厚。热压时，凸凹模之间除留有2倍板厚的间隙外，还要留有0．1～0．2倍板厚的间隙。

如图7－12所示，封头的内直径是1 200mm，板厚是18mm，取系数为0．15，凹模的内直径为：

Z＝18×0．15＝2．7mm；

所以，D3＝1 200＋2×18＋18×0．15＝1 238．7mm。

2）凹模尺寸。

一般情况下，D4＝D3+（150～200）mm

由于封头板厚不算太厚，尺寸也不算太大，取150mm，即：

D4＝D3＋150＝1 238．7＋150＝1 388．7mm。

热压时，h3=（1.5～4）t=（1.5～4）×18=27～72，选h3=50mm。

凹模圆角半径：热压时，r=（4.5～6）t(不用压边圈)

r= (3.5～4)t(用压边圈)

由后面计算知需要压边圈，r值应取(3～4)×18=63～72，选70mm，即：r =70mm。

图7-12　封头压制下模尺寸

（3）压边圈的确定。当封头的板厚较薄，直径较大时，压制时容易起皱，当椭圆形封头相对厚度比值：

t/D×100≤1.0～1.2

或D-D′≥（18～20）t时，采用压边圈。

式中　t——毛坯料板厚；D——毛坯料直径；D′——封头内径。

本例t=18，D=1628，

t/D×100=18/1 628×100=1.1

D=1628，D′=1200，D－D′=1628-1200=428，而428/18=23.8。可以采用压边圈。

压边圈的外径D5与凹模外径相同。

D5=D4=1 388.7mm；

压边圈内径D6=D2+（50～80）mm。由D2=1208.4，选间隙量为60 mm，则D6=D2+60=1 208.4+60=1 268.4。即压边圈的内径为：

D6=1 268.4mm。

压边圈的厚度确定：

当D6≤1 000时，δ＝50～70mm；

当压边圈的内径D6=1 000～1 800mm时，δ=100～200mm。

本例D6＝1 268，选δ＝120mm。

（4）凸、凹模的尺寸及支座的结构见图7－13，压模的支座可以是铸件，也可以是焊接件，由厚钢板焊接而成。凹模固定在支座上，压边圈的两端固定在支座上。毛坯料从凹模与压边圈之间送入。压制后，可以在间隙中插入扁钢，以使封头与凸模脱离。支座的下方可以安置顶杆，顶出封头。

图7-13　凸、凹模的尺寸及支座结构示意

2.冷压封头压制胎具设计

图7－6贮氨容器中件17封头的尺寸较小，如图7－14所示，宜采用冷压。

冷压封头的毛坯料计算及胎具设计基本上与热压封头的计算相同。

图7-14　贮氨容器件17封头

（1）毛坯料计算。

已知：D内＝350mm，椭圆短半轴：b＝350／4＝87．5mm，直边h＝23．5mm。取去边余量为δ＝10mm。

代入式1－16得：DP＝1．2D内＋2h＋2δ＋2t＝1．2×350＋2×23．5＋2× 10＋2×8＝503mm。

（2）凸模尺寸确定。

冷压后，由于钢板在室温下具有弹性，脱模后会回弹而增大内直径。碳钢的冷压封头回弹率为0．20%～0．40%，不锈钢为0．40%～0．70%。

件17的内直径是350mm，所以，凸模的直径：

D2＝350－350×0．003＝348．95≈349mm。

凸模的上部直径：

D1＝D2＋（2～3）＝349＋（2～3）＝351～352mm。取D1＝352mm。凸模曲面部分高度：

h2＝b－b×0．003＝87．5－87．5×0．003＝87．2mm。

封头的直边高是23．5mm。去边量选10mm。所以，封头的直边高为：

h1＝23．5＋10＝33．5mm。

（3）凹模尺寸确定。

冷压时，凸、凹模间的间隙除了两倍板厚外，还要留（0.2～0.3）倍板厚的间隙。即间隙Z=(0.2～0.3)×8=1.6～1.8 mm。选间隙值为1.7 mm。间隙值是两边间隙的总和。

所以，凹模内直径为：

D3＝D内＋2t＋Z＝349＋2×8＋1．7＝366．7mm。

凹模外直径为：

D4=D3+（150～200）=366.7+(150～200)=516.7～566.7mm，选D4=540mm。

冷压时，凹模直边高度h3=（6～10），t＝（6～10）×8＝60～80 mm。选h3＝70mm。冷压时，r＝（4～5）t＝（4～5）×8＝32～40mm。选r＝36mm。

（4）压边圈的确定。

对于椭圆形封头，D－D′≥（18～20）t，要加压边圈。

式中　D——毛坯直径；D′——封头内径。

D－D＇＝503－350＝153mm。（18～20）t＝（18～20）×8＝144～160mm。

可见，要加压边圈。

压边圈的外径与凹模外径相同，为：D5=540mm。内径D6=D2+（50～80）=360.5+(50～80)=410.5～440.5mm。选D6=430mm。

压边圈的厚度δ：

当D6≤1 000时，δ＝50～70mm；

当D6＝1 000～1 800时，δ＝100～200mm。

由D6＝430mm，选δ＝50mm。

确定后的凸、凹模尺寸及压边圈的尺寸如图7－15所示。

图7-15　冷压封头的凸、凹模尺寸

六、筒体卷制方法

1.钢板垂直于轴辊问题

目前，卷制圆筒体所用的卷板机还是经常采用三辊卷板机。卷板机的三个辊距地面有一定的高度，不便于钢板的放入。因此，大型卷板机安装后，要焊制与下辊在一个水平面上的平台。如图7－16所示。

平台上要安置挡铁，以保证待卷钢板垂直于轴辊，避免卷制后产生错口。但是，前提条件是，上下辊必须调的非常平行。

2.压头问题

本例钢板较厚，也比较宽，压头采用垫铁法。如图7－17所示，采用垫铁和较厚的垫板可以压制和滚制钢板端部的圆弧。方法是：升起上辊后，放入垫板和垫铁，将钢板放在垫铁上，向下压上辊，也可以按图示逆时针方向滚动，多次压滚，直至端部的曲率合适为止。

图7-16　自制卷板机平台

图7-17　用垫铁压头

3.椭圆度问题

卷制后的圆筒可能存在曲率不均的问题，除了采用局部压滚方法外，一个比较好的方法是：加热卷制好的筒体，放入卷板机进行多遍的滚卷。例如，连续不停的滚动1小时，不但形状规则，而且内应力也会减少或分布均匀。

七、筒体间的装配

罐身由三节圆筒组成，装配时，要调节装配间隙和圆筒间的同心度。两个相连接的筒节的直径存在误差，装配前要用卷尺盘量相接两圆筒端部的周长，将周长的差除以π等于直径的差。再除以2得到板与板间的错边量。用直尺或小块钢板的直边靠板边，可以测出错边量。即均匀分布错边量。装配筒节时，为了测量筒节间的同心度，如图7－18所示，可以在筒节的两个最外端找出中心，拉一根钢丝，测量筒节内壁各点到钢丝的距离就测出了同心度。

图7-18　筒节间同心度的测量

筒节存在椭圆时，可以采用螺旋推撑器，螺旋推撑器的结构见图7－19。中间的把手用于固定中间管，转动上面的把手向上撑起。上下顶块可以自由旋转，以适应顶起处钢板的形状变化。

图7-19　螺旋推撑器　

图7-20　螺旋拉紧器

螺旋拉紧器的使用方法是：用两边的卡具卡紧工件后，用圆钢棍穿入中间的缝隙，旋转中间部分以调节工件间的距离。

八、封头的装配

封头的装配经常采用吊车吊起后装配。见图7－21。用起重机吊起封头，向筒身靠近。用盘尺量得两件的周长后，确定错边 尺寸。在间隙合适处先点焊一处，用吊车横向带劲，调整好间隙后，在另一侧再点焊一处。然后，均匀调节错边量，筒体不圆的部位可以用螺旋推撑器调整。尽量不要在接口处焊接临时卡具。尤其是不锈钢容器，不容许在其表面焊接，否则会降低不锈钢的耐蚀性能。

图7-21　封头的装配

九、其他零件的装配

1.加强板的装配

贮氨罐的件15是加强板，如果装配时直接装配在筒体上，然后再装配件16，筒体外表面与支管间的焊缝就会漏焊。正确的装配方法是：先装配件16（小筒体）与件4（大筒体）。焊接内、外焊缝后，为了防止大筒体外侧的角焊缝影响加强板的装配，在件16的内侧里面应该开坡口，将加强板套在件16支管的外面，进行装配点固。

2.支座的装配

支座的装配主要是保证两支座底面的平行。先装配件10。装配件12立板时就应调平两底面。调平底面时的测量最好采用水平仪。首先用水平仪调平大筒身，再调平支座的底面。也可以用简易的软管水平仪测量，见图7－22。软管可以用透明塑料管，也可以用其他水管，端部安放玻璃管。从管的一端向里面灌水，管要放平，灌水时要尽量避免管内存有空气。

首先测量并调整筒体，实现筒体的水平。装配支座时，测量支座表面的各点，保证两各支座底面在一个水平面上。

图7-22　支座底面的水平调整

十、水压试验

常用的压力容器的试验用介质是:水、空气、氨气、氟利昂等。其中，水的成本最低。水可以看成是不可压缩的，压力上升很快。而气体的可塑性却很大，达到同样的压力所耗的时间和功都大得多。而且，一旦试验时容器破裂，空气释放的能量比水大百倍到数万倍。水无毒，无污染，无腐蚀作用，而且水的流动性好，如有泄漏容易发现。

如图7-6所示液氨容器的工作压力为：1.6MPa。耐压试验的试验压力一般为设计压力的1.25～1.5倍。即试验压力为1.6× (1.25～1.5)=2～2.4MPa。

做耐压试验，不但可以检查密闭性，而且可以使容器在整体拉伸应力作用下，减少焊接残余应力。

水压试验的步骤如下。

（1）水压试验前，应先作加强圈气密试验，发现泄漏及时焊补。

（2）清理容器内部的杂物，进行密封。如法兰垫片的类型在图纸中尚未规定，可参照表7-1选用。

表7-1　法兰用软垫片的适用范围

（3）加水时，如果罐体内存有空气，加压时压力升高会变慢。排净空气的一般方法是将进水口安排在最高处，并且将进水口抬高，以便空气从进水口的空间排出。

（4）安装水泵、压力表、截止阀。要注意压力表的量程。

（5）布置好安全防护。

（6）请安全部门、质检部门进行现场监督。

（7）缓慢加压至规定压力的10%，保持5～10分钟进行初步检查。如果无泄漏，升压至规定压力的50%，如果无异常现象，按每级10%的阶段，逐渐升到试验压力。根据容器的大小保持压力10～30分钟。然后，降压至设计压力，保持压力检查。保持压力30分钟以上。

（8）检查期间要保持压力不变，不得在压力下紧固螺栓。

（9）减压时也要缓慢进行。排水时要注意打开足够大的上端进气孔。

第三节　桥式起重机主梁的放样、备料与装配

桥式起重机主梁的生产工艺是比较典型的板焊件生产工艺。产品的结构略图见图7－23。

图7-23　桥式起重机主梁产品图

一、阅读图纸

1.关于起重机

由图可见，图面尽管只有一个主视图和一个断面图，而且主视图还画了一半，但还是完全表达了产品的结构和尺寸。图中的尺寸和数据并非与实际产品相同。

桥式起重机主要用于车间里面的“天车”。有单钩、双钩之分。起重量一般为5～50t。根据车间的跨度不同，起重机的跨度为：10.5、13.5、16.5、19.5、22.5、25.5、28.5、31.5m等。

一台桥式起重机有两根主梁，承载起重小车和起重量。因此，要求空载时主梁要有上拱度。生产过程中需要有不同的上拱度以保证最终的上拱度。

起重机的使用温度不低于-20℃时，用Q235制作。当使用温度在低于-20℃，不低于-40℃时，用16Mn制造。

由于起重机在吊起物品时，吊车梁会向下弯，小车会倾向于向中间滑动，不利于稳定被吊物体。因此，起重机在出厂时，要求具有的上拱度值为：

式中　F——出厂时桥架应具有的上拱度；L——起重机跨度。

2.初步读图

初步阅读图纸得知主梁由上盖板件1、下盖板件3和腹板件2组成。梁的内部有大隔板件5、小隔板件6和；加强角钢件4。两端有尺寸不同的内部隔板。件1、件2、件3要求钢板的质量要好一些，为保证其化学成分，采用Q235B（C3）钢板。件4无法与下盖板焊接，在下端悬空。

3.详细阅读图纸，确定零件尺寸

除件3的两端料长计算外，各零件的尺寸比较好确定，但是，由于零件的尺寸较大，焊接变形也就较大，下料时要加大尺寸。图纸零件表中的数据只能作为参考。下面对主要零件的尺寸进行分析。

（1）件1(上盖板)的尺寸确定。

上盖板的图纸标注尺寸为：22 500±5+400=22 895～22 905。下料时，不能按这个尺寸备料，原因是主梁的上拱度和焊接收缩量需要加大下料尺寸。

上盖板长22.5m，宽0.5m，当然用卷板下料最好。但是，由于不同规格的起重机需要不同宽度的卷板，而轧钢厂不可能随时提供小批量的不同规格钢板。而用较宽规格的卷板下较窄尺寸的料必然造成浪费，因此，实际工作中，上盖板往往要拼接。拼接时，3～4个焊口要加3～4mm的焊接收缩量。此外，由图纸可知主梁的上部焊有40多个大小隔板，均与上盖板焊接，其焊接收缩量更大。因此，要加长上盖板的下料尺寸。一般情况下，经验数据是：焊接收缩量是图纸标注料长的0.25%，即:

式中　ΔLS——上盖板焊接收缩量；L——上盖板图纸标注尺寸。

件1的图纸标注尺寸是22 900mm，代入上式得ΔLS=57.25 mm，取57mm，则件1的下料长度为22 957mm。

主梁要求有旁弯，下料时不考虑，在拼接、焊接时再考虑如何造成旁弯。

（2）件2（腹板）的尺寸确定。

腹板的图纸标注尺寸是22 500±5-400=22 100±5。下料尺寸要大于图纸尺寸。22 500mm是起重机沿车间纵向行走时两端行走轮距的尺寸，这个尺寸关系到主梁与端梁装配后的轮距尺寸。由于腹板的形状直接关系到主梁最终的上拱度，腹板的长度方向焊接变形预留量和上拱度预留量就显得很重要。

腹板的下料尺寸与焊接顺序和方向关系很大，又与腹板高度、是否横向拼接、内部大小隔板的尺寸、起重吨位等有关，各地的经验数据不甚相同。下面简要介绍通用的计算方法。

腹板下料长度加长0.1%桥架跨度，本例的跨度是22 500 mm，0.1%是22.5mm。即腹板的下料长度是：22 522.5mm。

腹板的预制上拱度要比0.1%跨度大，下料拱度大约为L/300～L/500，小吨位大跨度用下限L/300，大吨位小跨度用上限L/500。由于制作工艺有别，也有采用L/500～L/650的。

单个主梁装配焊接后的上拱度值和公差见表7-2。

腹板的预制上拱度也可参考表7-3。

表7-2　单个主梁装配焊接后的交检拱度值（f0）

表中：LK——跨度，m；T——吨位；表中数据为mm。

表7-3　腹板下料拱度值（f0）

表中：LK——跨度，m。　T——起重吨位，t。　f0——腹板下料上拱度，mm。

由图7-23得，本例的起重量是15/3吨，是分别为3t和15t的双钩吊车，跨度是22.5m。查表7-3得，腹板下料的上拱度是64mm。即f0=64mm。

腹板的上拱曲线是抛物线，是较复杂的曲线，实用中用简化公式7-3如下：

式中　fX——任意分点处的高度，见图7-24；f0——腹板下料上拱度；X——任意分点距中心点的距离；LK——起重机跨度；Z——主梁下料拱度系数，见表7-4。

图7-24　主梁下料尺寸确定

表7-4　主梁腹板上拱高计算系数

表中：LK——跨度；X——分点距中心米数。

因为f0=64 mm，由fX=f0×Z，设画腹板时的左右方向分点距离为1m。可计算出：

X1=64×0.992=63.5

X2=64×0.968=62

X3=64×0.928=59.4

X4=64×0.872=55.8

X5=64×0.8=51.2

X6=64×0.712=45.6

X7=64×0.603=38.6

X8=64×0.488=31.2

X9=64×0.36=23

X10=64×0.21=13.4

X11=64×0.044=2.8

X12=64×（-0.14）=-8.96

可依此画出腹板的下料图，见图7-25。

图7-25　 22.5m起重机主梁腹板下料尺寸（拱度示意图）

（3）下盖板尺寸确定。

下盖板不与隔板焊接，下盖板与腹板的连续焊缝会造成下盖板缩短，长度预留量一般为跨度的1/1 000。

下盖板的下料长度可以放样或计算得出。计算方法如下：

在Δ ABC中，

BC=334×sin20°=334×0.342=114.2；

∴EF＝1 902-114.2×2=1 673.6。

∵EF／EB＝cos20°；

∴EB＝EF／cos20°=1 673.6/0.9397=1 781。

求BD弧长可以用角度乘半径：L＝334×20×π／180=116.6

图7-26　下盖板的计算

所以腹板展开长为:2×(1 781+2×116.6+520)+17 656=22 724.4。

再加上跨度的0.1%，即22.5mm，实际下盖板下料的尺寸为：22 724.4+22.5=22 746.9≈22 747mm。

件4、件5、件6的尺寸确定比较简单，大小隔板的尺寸精度要求较高，隔板边与边的垂直精度会影响到整个主梁的形状。

4.对主梁的技术要求

（1）主梁应保证桥架总装后的22.5+6.25mm的上拱值。

（2）旁弯不大于11.25mm。

（3）盖板水平倾斜度不大于2.5mm。

（4）腹板与垂直面的不垂直偏差不大于6.5mm。

（5）腹板的局部波浪每米内离上盖板433mm以内区域不大于3mm，其余不大于6mm。

（6）盖板与腹板焊接接头不允许在同一截面上，其间距不小于200mm。

（7）上盖板宽度中线两侧各60mm处焊缝需磨平。

（8）主梁两头与端梁之插口公差为650+4～650+2mm。

二、腹板、盖板和隔板的下料

1.腹板的下料

腹板常采用划线后气割的下料方法，大型靠模气割法比较麻烦，采用的厂家不多。

图7-27　腹板的靠模气割下料

图7-27是靠模气割下料简图，件1是靠板弧度调节螺栓，件2是弧形靠板，件3是磁性靠轮，具有磁性，可以沿模板移动。磁轮靠直流电动机转动。件4是钢板。件5是气割割嘴。件6是腹板。

腹板的弧度很小，有的工厂也采用直接剪切的方法下料，边剪切边转动钢板。

腹板的拼接可以在下料前进行，也可以先剪切或气割后再拼接。拼接钢板时，为了减少焊接缺陷，应该在接口两端加接引入板和引出板。如图7-28所示。

图7-28　腹板拼接时加焊工艺板

焊接时最好采用埋弧自动焊，焊接时起头和结尾处容易产生焊接缺陷，应该加焊引入板和引出板，引弧和收尾时，焊缝应伸入工艺板30～40 mm。拼接腹板时，可以调节接缝间隙以调节上拱度。

2.上下盖板的拼接

把盖板的分段料按顺序排好，可以用大号火焰烤枪调直单块板的旁弯，画出每块板的中心线，用粉线调直每块板的方向后，点固、焊接。焊接后，再次用火焰调节变形，矫正整个盖板的旁弯。

3.隔板的拼接

对隔板的几何形状要求较高，一方面是要求长度、宽度方向的尺寸要一致，另一方面要求边与边的垂直度要好。为了节约原料，要采用剪切方法下料，然后进行拼接。拼接时要加固定挡铁，控制角度和方向。如果条件允许，最好拼焊后，用铣床铣切隔板的四个边。

三、主梁的装配、焊接顺序

1.上盖板与大小隔板的装配

首先装配大小隔板与上盖板，在上盖板上打出粉线，偏差应小于1mm。装配后的焊接工序要注意焊接方向。焊接方向与变形方向的规律见图7-29。

图7-29　隔板的焊接方向与焊接变形的关系

焊接时，如果向同一方向焊接，会产生图示的变形。原因是：在无约束的条件下，先焊处的变形大。焊缝的横向收缩不同产生了图示的变形。调节同向焊缝的数量可以调节主梁旁弯的程度。主梁的旁弯值f=LK/1500～LK/2500。见图7-30。件1是端梁，件2是主梁。主梁的外弯要求值是f。

图7-30　主梁的旁弯

本例的起重机跨度是22.5m，取f值为L/2 000=11.25 mm。即主梁向走台侧弯曲11mm，当焊完走台后，旁弯会减少。最终，小车轨道向走台侧弯曲3mm。

2.腹板与大小隔板的装配

腹板较长，为了便于吊运和保证上拱度，应采用专用吊具。吊具的结构可以参考图7-31的结构。夹紧螺杆有三个位置，可根据夹紧点的位置挪动。

如图7-32（a）所示，采用双钩吊车或用两台吊车，用多个夹具夹紧腹板，将上盖板的两端垫起后装配腹板与大小隔板。大小隔板与腹板间的夹紧可以制作专门的夹紧器，如图7-32（b）所示。如果梁的尺寸较大，可以采用两面夹紧的方式。夹紧器的主体可以用较大尺寸的槽钢焊接而成。

图7-31　腹板的专用吊具

图7-32　腹板的吊装与夹紧

3.大小隔板与腹板的焊接

大小隔板的焊接方向与顺序对主梁的变形影响很大。如图7-33所示，如果每个筋板的焊缝的焊接方向都是由外向内焊，就会产生图示的变形，增加主梁的上拱度。调节焊接方向就可以调节主梁的上拱度。

图7-33　同向焊接引起拱度变化

4.下盖板的装配

下盖板的装配也很重要，下盖板装配前是门形梁，门形梁刚度小，怎样矫形都很容易，所以，装配下盖板很关键。装配前，要测定上拱度，测量方法如图7-34所示。

图7-34　主梁上拱度的测量

测量主梁的上拱度时，在主梁的两端固定两个钢丝绳支架，采用φ0．49～0．52mm的细钢丝绳，钢丝绳一端固定，另一端挂一个金属重砣，以拉直钢丝绳。重砣为15kg。测量钢丝绳两端距上盖板的高度和钢丝绳中点距上盖板的高度，求其差，再扣除钢丝下沉等数值，得到主梁上拱度的数值。

影响测量数据的因素如下。

（1）由于钢丝绳的自重产生下沉的数值修正量见表7-5。

表7-5　钢绳自重扣除值

注：跨度单位：m；扣除单位：mm。

（2）日照对上拱度数值的影响。

大型结构件的制造往往在室外进行，在阳光很强时，主梁的上下表面温度不同，上盖板在上面时，会加大上拱度。而桥式起重机的工作环境一般在厂房内，有日照时测量上拱度，拱度值要减几mm到十几mm。当起重机的跨度为22.5m时，参考数据如表7-6所示。

表7-6　跨度为22.5m主梁的日照影响上拱扣除值

注：Δ——上下盖板的温差；L——上拱度扣除值。

测量主梁的跨度时，用盘尺代替钢丝绳，也用重砣拉紧。盘尺下沉的数值修正量见表7-7。

表7-7　盘尺测得数据的修正量

注：LK——跨度；S——盘尺截面尺寸。

表7-7中：跨度为10.5～19.5m时,拉直盘尺的重砣重10kg；跨度为22.5～31.5m时,重砣重15kg。

如果测得的上拱度过大，可以根据情况选择4～5处，用大号螺栓加垫板向下压，合适后再装配下盖板。如果上拱度不足，可以在主梁的中段加垫铁，利用主梁的自重提高上拱度。

四、主梁变形的矫正

1.上拱度的矫正

用大号焊枪加热梁的上、下部分矫正上拱度。加热高度不允许超过腹板高度的1/4。采用三角形加热，烤下面增加上拱度，烤上面减少上拱度。加热时，要两面一起加热，以免造成新的变形。矫正时要考虑后面工序将要产生的变形。例如：主梁上部要焊接钢轨垫板、走台与主梁的焊接等的变形都应该在矫正时给予考虑。

如果整个梁的上拱度都不足时，可以在下盖板大隔板处横向进行几处带状加热，随后在其两侧腹板下侧进行三角形加热。见图7-35。

加热宽度e一般取60～100 mm，加热高度一般取150～300 mm。加热高度视情况而定。加热高度不超过梁高H的1/4。

主梁的局部拱度不足时，可以进行局部加热。

2.主梁盖板角变形的矫正

图7-35　火焰矫正上拱度

主梁与腹板焊接时会产生角变形。如图7-36所示，图（a）是焊接前的主梁断面图，图（b）是焊接后产生的角变形及其矫正。用起重机和大“鸭嘴”矫正角变形的效果较好，否则会浪费大量氧气、乙炔等原料。用大锤打板边时，不仅会加大工作量，还会增加钢板上的锤痕。

图7-36　用起重机矫正主梁角变形

3.旁弯的矫正

矫正旁弯时，常采用火焰矫正法，方法同上拱度的矫正方法。

4.扭曲变形的矫正

应尽量避免主梁的扭曲变形，如果不注意焊接方向，不考虑装配、焊接顺序，装配时不注意随时测量、调整形状，产生较大的扭曲变形后，可能因无法矫正扭曲变形而造成主梁的报废。

测量主梁的扭曲时，可以用铅垂吊线，测量腹板上下两点距铅垂线的距离，比较主梁两端的数值可以知道主梁是否扭曲。较小的扭曲变形可以采用局部加热的同时加外力的方法矫正。用外力使主梁产生反向的扭曲变形，可以用卷扬机、起重机、螺旋拉紧器等施加外力。

5.腹板局部波浪变形的矫正

由于主梁的上部筋板较多，波浪变形一般产生在腹板的中下部，无走台面更严重一些。对于外凸的波浪变形采用圆点加热，并且用手锤打击圆点的外围。对于凹陷变形，点焊上有孔的小拉板，一边加热一边往外拉。

本章小结

本章介绍典型焊接结构的制造工艺，是结合实际的典型产品对前面各章知识的总练习。

大型地下油罐的制造有其特殊的制造工艺，直接在地下制造、整张钢板的搭接、手拉葫芦起吊后的逐层装配、焊接变形的大规模调整等工艺都具有独特的代表性。

液态贮氨罐是中压容器。本章详细介绍了从识图到装配的全过程，详细地介绍了胎具的设计方法。是对产品实际生产过程的详细描述。

桥式起重机的主梁生产工艺是各类焊接结构书籍经常描述的主要实例，本章更为详尽地描述了主梁的全部生产工艺，以盼达到举一反三的目的。

主梁的制造工艺介绍得很详细，详细到太阳光的照射对主梁形状的影响、测量主梁长度时卷尺的自重对测量长度数值的影响、各道工序主梁零件形状的数值变化、吊起腹板的专用吊具、详细的焊接顺序方向等，相信对于同类焊接结构的生产有较大的启发。