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1、船舶工程系船舶工程系蔡志偉蔡志偉 船舶結(jié)構(gòu)焊接工藝編制船舶結(jié)構(gòu)焊接工藝編制項(xiàng)目四、船舶舾裝件裝焊工藝編制一、知識目標(biāo)一、知識目標(biāo)1掌握常見舾裝件的焊接工藝要求;2學(xué)會常見舾裝件的焊接工藝分析;3掌握常見舾裝件的焊接工藝編寫方法。二、能力目標(biāo)二、能力目標(biāo)1能夠讀識船舶舾裝件焊接施工圖并能進(jìn)行船舶舾裝件的焊接工藝分析;2能夠設(shè)計(jì)或選擇簡單工夾具;3能編制典型舾裝件焊接工藝并提出相關(guān)技術(shù)措施。4.2 任務(wù)二任務(wù)二 艉柱的裝焊工藝編制艉柱的裝焊工藝編制一、知識目標(biāo)一、知識目標(biāo)1了解艉柱的制造要求和安裝要求;了解艉柱的制造要求和安裝要求;2了解主艉柱焊接變形的預(yù)防及控制方法。了解主艉柱焊接變形的預(yù)防及控
2、制方法。二、能力目標(biāo)二、能力目標(biāo)1能讀識艉柱的結(jié)構(gòu)與安裝圖;能讀識艉柱的結(jié)構(gòu)與安裝圖;2能進(jìn)行艉柱的定位和裝配;能進(jìn)行艉柱的定位和裝配; 3. 能編寫艉柱的焊接工藝并組織實(shí)施。能編寫艉柱的焊接工藝并組織實(shí)施。4.2.1 艉柱的裝焊艉柱的裝焊 4.2.1.1 艉柱的裝焊概述 艉柱由鑄鋼、鍛鋼制成,或與鋼板組合而成。大型船舶一般采用鑄鋼結(jié)構(gòu)。尾柱的形式復(fù)雜且受鑄造設(shè)備的限制,所以要分成幾段澆鑄,再經(jīng)過裝配焊接而成為一個整體。 艉柱焊接采用電渣焊,焊時熱量很大,容易產(chǎn)生變形。而艉柱又是舵和螺旋槳的支承,既需要有足夠的強(qiáng)度,又要求外形正確,因此對艉柱的質(zhì)量要求很高。為了保證裝配質(zhì)量和便于施工,一般艉柱
3、裝配都是在胎架上采用臥式裝配法進(jìn)行的,胎架設(shè)在平臺上。下面介紹鑄鋼艉柱的裝配方法。 (1)簡要裝焊步驟 平臺上劃出艉柱輪廓線、軸線、舵桿中心線、水線、肋骨線豎立艉柱安裝模板吊裝艉柱零件開準(zhǔn)對接坡口吊對艉柱型線、尾軸與舵軸中心裝配定位加強(qiáng)焊接拆除模板定位焊矯正變形(焊縫熱處理)修順與外板的搭接邊緣測量。 (2)裝焊步驟說明 1)接頭端面的準(zhǔn)備 以(圖8-27)為例,該艉柱共分6段,有5個接頭,采用電渣焊焊接。 艉柱分段示意圖艉柱分段示意圖2)平臺上畫線和制造胎架3)裝焊艉柱繪制艉柱輪廓線繪制艉柱輪廓線 4.2.1.2 艉柱的安裝 (案例說明)(案例說明)某廠為德國船東建造的502275TEU集裝
4、箱多用途船是單甲板、雙底雙殼、球鼻首、方尾、尾機(jī)型機(jī)動船。此船配單機(jī)單漿、帶軸帶發(fā)電機(jī)、首側(cè)推、貝克舵、液壓艙口蓋、克令吊、采用無人機(jī)艙。該船入級為GL級,并且許多地方要滿足德國SBG的嚴(yán)格要求。為了確保該船的建造質(zhì)量,在建造過程中采用了許多新的工藝并設(shè)立多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目,尾柱的安裝及焊接工藝就是其中的一項(xiàng)。 該船尾柱高約44 m,長為1816 m,最寬處約為12 m,自重約108 kN。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺度大、重量大。對整體澆鑄的尾柱安裝,傳統(tǒng)的工藝方法是在總裝線船臺上待分段合攏后再拉主機(jī)軸線采用正造的方法定位安裝尾柱,此工藝方法容易控制主機(jī)軸線及舵中心線偏差,但是仰焊的工作量大,船臺周期較長。為
5、了縮短造船周期,同時保證建造質(zhì)量及精度,決定502275 TEU集裝箱船尾柱的安裝分兩步進(jìn)行:先將7 100平臺一上甲板及基線(8L)7 100平臺上、下兩個反造的小分段合攏成如總段,然后在AO2總段上采用反造的方法安裝整體澆鑄的尾柱,見圖1。圖圖 艉柱在艉柱在A02分段上的相對位置圖分段上的相對位置圖 據(jù)此法建造,主機(jī)軸線及舵中心線在分段建造時要準(zhǔn)確定位,尾部分段在建造及運(yùn)輸翻身時應(yīng)嚴(yán)格控制變形,并確保尾柱軸線,舵中心線在分段合攏后不超差。其安裝及焊接工藝如下: (1) 艉柱安裝的精度要求 1)艉柱采用整體澆鑄而成,艉柱的軸轂孔在內(nèi)場加工,尾柱上船安裝后,外場不鏜孔,軸轂與尾軸管采用澆鑄環(huán)氧
6、樹脂膠合,并且要求軸轂孔與尾軸管間隙為18 mm(單邊)。 2)艉柱安裝時除了要保證與船殼光順對接外,必須保證軸轂孔中心線與軸線相對偏差在士2mm范圍內(nèi)。 (2) 艉柱的定位及安裝 1)定位基準(zhǔn)面的選取 見圖1,A02分段上甲板#2+150 #9+100,橫向左右舷距舯5 100的范圍內(nèi)為一水平面,因此選擇此水平面作為A02上下兩個小分段合攏及尾柱軸中心線定位的基準(zhǔn)面。 用激光經(jīng)緯儀選取上甲板#2+150肋位上中點(diǎn),左、右兩邊距舯5 100兩點(diǎn),上甲板#5、#7、#9+150 肋位上中點(diǎn),左、右兩邊距舯5 100兩點(diǎn)檢測,取所測的上述12點(diǎn)的平均值作為基準(zhǔn)面值。 用經(jīng)緯儀將基準(zhǔn)面值過到#12艙
7、壁的中點(diǎn)及舷邊兩點(diǎn)上,并在#3肋位舷邊兩點(diǎn)也過上基準(zhǔn)面值。 為了保證總裝順利,用經(jīng)緯儀檢測環(huán)縫處(#2+150 及#12+150 )在上甲板上的中點(diǎn)及兩舷邊型值與樣臺實(shí)際型值偏差,與基準(zhǔn)面值的偏差及12壁與基準(zhǔn)面的垂直度。 用經(jīng)緯儀將#2+150卯及#12壁的甲板中點(diǎn)垂直過到#12壁與外板相接處,并將上、下兩中點(diǎn)連成一根垂直于基準(zhǔn)面的直線,軸線在#12壁及#2+150 上的點(diǎn)應(yīng)在此直線上。 在平臺上固定好經(jīng)緯儀,按基準(zhǔn)面高度值測定軸線在#12壁上的點(diǎn),然后用激光經(jīng)緯儀將此點(diǎn)射向#11、#10、#9肋板上,并在上述肋板上以射線為中心劃直徑約為350 mm的圓線,并割孔(便于軸線鋼絲通過)和在#1
8、2壁上安裝“A”靶架及#3外板上裝“B”臨時靶架,并找出前靶點(diǎn)“a”及尾靶點(diǎn)“b”,在以上靶點(diǎn)鋸出鋼絲線口,并拉好軸系中心鋼絲線。見圖2、3。 3)艉柱的安裝步驟 艉柱安裝前,A02分段的7 100平臺上、下兩個小分段應(yīng)在反造胎架上合攏完畢。另外,船殼外板僅留下圖1所示的A板不裝,待尾柱裝好后再裝。 將已加工好并交驗(yàn)合格的尾柱放置于車間預(yù)制平臺上,在上面安裝起吊吊環(huán),吊環(huán)裝在尾柱底部#6、#8肋位中縱處,確保尾柱處于較直的位置;將艉柱吊上已經(jīng)合攏好的A02總段上,按軸中心線的高度尺寸初步定位,然后分別通過靶點(diǎn)“a”及“b”拉好軸心鋼絲線(鋼絲線直徑為08 mm),吊墜重60+0.5kg,并用經(jīng)
9、緯儀復(fù)核一次軸線鋼絲首尾靶架的高度,最后通過調(diào)整軸孔前后端面距鋼絲線的距離將艉柱準(zhǔn)確定位,并施定位焊。定位后重復(fù)一次檢測軸線和尾柱的定位情況,經(jīng)確認(rèn)后進(jìn)行正式焊接。焊接時,鉗工應(yīng)隨時測量尾軸管內(nèi)孔與軸心鋼絲線的變化情況,其值控制在圖3所示的范圍內(nèi)。尾柱前端內(nèi)孔水平方向L3= L4;垂直方向Ll一L2=一2.32一132 mm;尾柱后端內(nèi)孔水平方向L3= L4;垂直方向Ll一L2=一4.08一508 mm。由于艉柱柱體在軸線上的焊接量要大于軸線下的焊接量(軸線上有4 700、3 800兩個平臺,一道縱向筋板及鑄體對接縫),焊接后,軸轂孔前后將產(chǎn)生向上的位移,對此采取反變形措施,將軸轂孔前后中心與
10、軸線有意向下形成23mm 偏差。 (3) 艉柱的焊接 由于尾柱的板較厚,與A02總段的焊接量較大,焊接的順序及方法對控制尾柱的安裝精度非常關(guān)鍵。 1)焊接方法采用手工電弧焊打底,然后用CO2氣體保護(hù)半自動焊的方法分多層封蓋。CO2氣體保護(hù)焊焊絲為H08 Mn2SiA,焊絲直徑為1.2,焊接電流應(yīng)控制在100120 A。由于鑄鋼件的厚度較大、形狀復(fù)雜、含碳量高,手工焊條應(yīng)采用抗裂性較好且較小直徑(一般選32)的低氫焊條,焊接電流控制在140160 A。焊前鑄鋼件焊縫邊應(yīng)采用預(yù)熱措施,預(yù)熱溫度一般為120200。2)焊縫坡口設(shè)計(jì)圖4節(jié)點(diǎn)A表示艉柱外板開單邊過渡坡口與尾柱外板相接的尾分段外板開K型雙
11、邊坡口。圖4節(jié)點(diǎn)B表示艉柱殼板與#8肋板單面T型角接的坡口型式,#8肋板與艉柱殼板角接縫只能單邊施焊,因此在一邊先焊一540的墊板,然后將#8肋板裝上再施焊。圖5表示與尾柱1 250、3 9OO、4 700平臺板及縱隔板相接的尾分段平臺板開K型雙邊坡口,艉柱1 250、3 9OO、4 700平臺板及縱隔板開單邊或雙邊過渡坡口。 3)焊接程序 為了控制變形,焊接過程中應(yīng)由兩人對稱等速施焊,上一道焊冷卻后才能施下一道焊,而且采用跳焊的方法。將從底部至4 700平臺合攏口共分成左右對稱的八段焊接,將4 700平臺處的水平環(huán)形合攏縫 共分成左右對稱的三段,按圖4及圖6所示的方向及順序焊接,并隨時測量尾
12、軸管中心線是否在要求的精度范圍內(nèi),若有偏離,應(yīng)及時處理。處理的方法主要是通過分析偏離的方向,用調(diào)整焊接部位及焊接量的方法來修正偏差。 實(shí)踐證明,采用此種方法來定位安裝尾柱,使得原來需要在總裝船臺安裝尾柱提前到分段上安裝,即可以改善施工條件、減輕勞動強(qiáng)度,又可以保證安裝精度、提高安裝效率、縮短安裝的時間,大型鑄鋼尾柱的安裝應(yīng)推廣此種方法。4.2.3 艉軸支架焊接工藝艉軸支架焊接工藝 (案例說明)某型船后艉軸架采用雙臂支架,由于兩支撐臂間距及軸轂下端到支臂頂端的幾何尺寸較大(如圖1所示) 整體澆注困難,澆注時的扭曲變形難以控制,綜合考慮工件尺寸、澆注質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性等因素,筆者將支撐臂在近轂端斷開,分
13、段澆注,焊接組合成形。 艉軸架及局部剖面圖艉軸架及局部剖面圖艉軸架的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表11. 焊接特性分析(1)ZG230450C船用鑄鋼,含碳量較高,淬硬傾向大,在熱影響區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的馬氏體組織,在焊接應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生裂紋 。因此,必須制定嚴(yán)格的焊前預(yù)熱、焊接時道間溫度控制和焊后緩冷的工藝措施。(2)艉軸架支撐臂剖面呈機(jī)翼型(圖1),最大厚度60 mm隨著板厚的增加,焊接接頭的冷卻速度加快,促使焊縫金屬硬化,接頭內(nèi)殘余應(yīng)力增大,需要選用抗裂性能好的低氫型焊條I2,焊接坡口要避免設(shè)計(jì)成窄而深的形狀,防止產(chǎn)生焊接熱裂紋。(3)由于含碳量較高,焊接時需注意減少氫的來源。焊前徹底清除待焊部
14、位及其附近各種雜質(zhì),焊條必須烘焙,對已溶人焊縫和熱影響區(qū)的氫,需要采取后熱措施使之向外擴(kuò)散。(4)為減少母材金屬溶人焊縫中的比例,影響焊縫的力學(xué)性能,焊接接頭需做成U形或V形坡口,打底焊及與母材接觸面焊應(yīng)選用小直徑焊條、小焊接電流,以減少熔深。2. 實(shí)際工程應(yīng)用 (1)組合艉軸支架 組合前,應(yīng)仔細(xì)檢查艉軸架的表面及內(nèi)部質(zhì)量,鑄件應(yīng)無澆、冒El殘根,無粘沙、氧化皮、氣孔、縮孔、裂縫和結(jié)疤等缺陷,內(nèi)部經(jīng)超聲波探傷符合GBF72331987鑄鋼件超聲探傷及質(zhì)量評級方法級要求。 馬板固定支撐臂圖馬板固定支撐臂圖 (2)焊前準(zhǔn)備 徹底清除坡口及坡口邊緣100 mm范圍內(nèi)油污、鐵銹、水分等雜質(zhì),焊條選用J
15、507低氫型焊條,并經(jīng)350400,烘焙2 h,打底及與母材接觸面焊選用西25 mm焊條,直流反接小參數(shù)施焊,其余各道選用32 mm焊條,焊接方式均采用分段退焊法。 (3)焊前預(yù)熱 用繩式加熱器對焊縫兩側(cè)各300 mm范圍進(jìn)行預(yù)熱,加熱至90100時,停止加熱,待熱量向母材內(nèi)部充分傳導(dǎo),用測溫計(jì)測量各點(diǎn)溫度基本一致后,繼續(xù)加熱至120150 ,達(dá)到預(yù)熱溫度后,可立即進(jìn)行焊接。 (4)焊接過程控制 為減小焊接變形,平焊至單面坡口113處將艉軸架翻轉(zhuǎn)放平,碳弧氣刨清根后,用扁砂輪打磨清除滲碳層與熔渣,直至露出金屬光澤后焊接該面坡口,焊滿為止,再將艉軸架翻轉(zhuǎn),將未焊滿部分焊完。焊接結(jié)束,立即用石棉布包裹緩冷,并加熱至200 ,保溫2 h,使已溶入焊縫和熱影響區(qū)的氫向外擴(kuò)散。3. 焊接中應(yīng)注意的幾個問題 (1)為保證焊接質(zhì)量,各層各道焊的引弧、熄弧點(diǎn)要錯開。 (2)施焊時,應(yīng)派專人清理道與道、層與層間的氧化物,對局部出現(xiàn)的咬邊、夾渣及引、熄弧段均用扁砂輪機(jī)徹底打磨出白,然后施焊。 (3)碳弧氣
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