预防加工后尺寸变化的划线方法

六、预防加工后尺寸变化的划线方法

这里所说的加工，主要是指卷制、压制、剪切和焊接等工序的加工，按设计尺寸划线后，经卷制、压制和剪切后尺寸会变大;经热切和焊接后尺寸会变小，因而会影响制件的几何尺寸。

切割分冷切(如剪切)和热切，冷切会使板料伸长，热切会使板料缩短，一边冷切一边热切会使板料弯曲。

探讨加工后尺寸变化的目的，实际就是探讨划线时如何正确的加减余量，以保证制件的几何尺寸在允差范围。

1．窄长板条冷热加工后的变形规律

这里所说的冷热加工，是指剪切和气割加工，应根据在实践中遇到的实例，进行总结分析，掌握规律，以便在下料时灵活运用，做到精确下料。

(1)窄长板条的热切。

所谓窄长板条，是在人们的意识中长比宽大得多的板条。如图2－58和图2－59所示，就属于窄长板条，一侧受热后便向受热侧弯曲了10mm，若两侧皆受热便不会产生弯曲，划线时必须引起足够的重视，否则加工时会没有余量。

图2－58　热切窄长板条时正误划线方法

图2－59　窄长板条错误热切后变形情况

单侧受热变形与板宽、板厚成反比，与板长成正比。如图2－60所示，板宽823mm，板厚20mm，板长9347mm，只按板宽和板厚的估计是不会产生很大变形的，即使有点变形也不会影响刨边，气割后却弯曲了15mm，致使气割侧刨时没有余量。

图2－60　出乎意料的热切弯曲

原因分析:由于板较宽、较厚，刚性较大，单侧受热后单位长度的变形量确实很小，但由于太长，其积累变形量就显得很大了。

预防措施:板料需单侧受热断料时，不但要考虑板宽和板厚，还要考虑板长这一正比因素。

(2)窄长板条的剪切。

图2－61为窄长板条的正误剪切方法，正确的剪切方法是两边应各剪一刀，错误的剪切方法是只剪一个边。剪切的变形与气割的变形正相反，剪切后，被剪边受挤压变薄伸长，向未剪边产生弯曲，如图2－62所示，弯曲了5mm。

图2－61　剪切窄长板时正误划线方法

图2－62　窄长板条错误剪切后变形情况(调扭曲后测量)

预防措施:批量剪切窄长板条时，原始边往里5～10mm为第一剪，然后逐线剪切，原始边缘不剪一刀是错误的。

2．圆筒体加工前后的尺寸变化

这里所说的加工，是指卷制加工和焊接加工，焊接方法分埋弧自动焊和手工电弧焊。为了探讨加工前后的尺寸变化，对两种焊接方法的筒体进行了检测，从下料着手，严格控制尺寸偏差，长和宽的尺寸偏差为±0，对角线的尺寸偏差为±(0～1.5)mm，现将两种焊接方法的筒体检测结果分述如下，以探讨加工前后尺寸的变化规律，从而做到精确下料。

(1)埋弧自动焊。

图2－63为碳四塔裙座埋弧自动焊前后的尺寸变化图。这里所探讨的埋弧自动焊的前提是，自动焊后又回卷床校圆的情况。

①直径的变化。

从图2－63可看出，每带板两道纵缝，焊完一道纵缝后，去卷床卷圆，通过卷制，第一道焊缝的应力被释放且连同未受热的整带板全部被拉伸变长(四轴辊卷板机更明显);合茬纵缝焊接后，又回卷床校圆，通过校圆，整带板全部被拉伸变长(包括前后的两道纵焊缝)，所以，周长伸长了10mm，即成型后的直径大于设计直径。

图2－63　碳四塔裙座埋弧自动焊前后尺寸变化

使用自动焊且回卷床校圆的筒体，成形后的直径会变大，排版时，较精确的容器可考虑减小一点展开长，以便于结合件的连接，如与法兰套接和与封头、锥体的连接等。如换热器筒体，直径大一点反而对穿管芯有好处;至于一般容器，按设计展开长排版就可以了，如裙座、贮罐之类的结构，一个直径大，其他的都应大，这样既不影响各带的组对，也不影响内外件的安装。

②高度的变化。

为了适应自动焊强穿透力的需要，组对环(纵)缝时，一般无间隙或间隙很小，焊接冷却后收缩，而又不可能同纵缝一样回卷床释放应力使之伸长，所以，高度缩短了8mm，平均每道焊缝缩2mm。

筒体高度虽有允差，但此值较大，已超差，在排版且决定使用自动焊时，高度方向应视板厚，每道缝加1.5～2.5mm的收缩余量，便可控制在允差范围内。

卷制或单节校圆时，根据多年的实践经验，高度方向有伸长的倾向，但值很小，所以不予考虑。

(2)手工电弧焊。

图2－64为邻二甲苯贮槽手工电弧焊前后的尺寸变化情况，这里所说的手工电弧焊，是指板较薄、直径大、分片卷制后又不可能回卷床校圆的中大型贮罐。对于手工焊后又回卷床校圆的小直径筒体，尺寸变化情况与上述埋弧自动焊相似。

①直径的变化。

从图2－64可看出，每带三块板，每块板在卷床上卷出设计曲率，通过卷制会有一定程度的伸长，设伸长值为e₁。然后在底板上立放组对纵缝，为了保证焊透的需要，一般需留3～4mm的间隙，焊后缩到两钝边接触，一般认为留几个毫米就缩几个毫米，但其中还会有一个收缩值，因为它终究是受热熔焊。设此收缩量为e₂，卷制伸长的e₁和焊接收缩的e₂基本抵消，所以，成型后的直径与原设计直径基本相等。

图2－64　邻二甲苯贮槽手工焊前后尺寸变化

根据以上分析，采用手工焊的筒体，不回卷床校圆的，实际直径基本等于设计直径，那么回卷床校圆的肯定大于设计直径，所以，应分两种情况来处理排版图的展开长。

第一种是不回卷床校圆的，如本例，曲率较小，分片卷制时的伸长量和焊接后的收缩量基本相等，排版展开长可按设计展开长。

如直径20m以上的大型贮罐，不可能回卷床校圆，分片卷制时伸长值几乎为0，但焊接收缩量仍存在，所以，排版展开长应稍大于设计展开长是合适的。实际上，类似这类大型贮罐，是用合茬板来调节周长的。

第二种是回卷床校圆的。不采用自动焊而采用手工焊，又能回卷床校圆的小筒体，实际直径肯定大于设计直径，会影响到与法兰、封头的连接，排版展开时知道这一关系就可以了，以便于灵活运用。

②高度的变化。

成型后的高度比设计高度要低，但比自动焊收缩得少。

高度变低的道理同以上分析的直径变化的道理，这里就不重复了，为了补偿高度的缩短，可根据板厚情况，每道环缝加1～1.5mm的收缩余量。

采用手工焊的筒体，排版时在高度方向也要适当加一点收缩量，但比自动焊要加得少，板厚10mm以下按1mm，10mm以上按1.5mm即可。

(3)焊缝的收缩量。

钢结构焊接后都会产生收缩，包括纵向收缩和横向收缩，纵向收缩较小，横向收缩较大，至于缩小多少，与各种因素有关，如板厚、材质、焊接速度、焊接方法、电流大小等，要想取得较确切的收缩量，必须通过试验取得。见表2－7和表2－8。

表2－7　焊缝纵向收缩量(mm/m)

注:表中所表示的数据是在宽度大约为15倍板厚的焊缝区域中的纵向收缩量。适用于中等厚度的低碳钢板。

表2－8　焊缝横向收缩近似值