项目四 船舶管系加工

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1、船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系武汉船舶职业技术学院动力工程系 船舶管系的加工学习习情境一 管子的弯制 学习习情境二 管子的校对对 学习习情境三 管子的强度试验试验 学习习情境四 管子的清洗与表面处处理 学习习情境五 船舶管路的安装与试验试验 学习习情境六 管路的绝缘绝缘 与油漆船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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

2、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;船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 活动设计活动设计 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。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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

3、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。船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 图5-1 弯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船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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

4、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。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 图5-2 弯曲半径的影响船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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: (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; L

5、1L2 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,。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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。船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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

6、 弯曲角的影响 a) 弯曲角大 b)弯曲角小 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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

7、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。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 图5-5 弯曲断面处 没有改变位置的零 点(a、b、c、d)图5-6 弯曲断面变形 焊缝应放在管径的1/4 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 管子弯曲半径一

8、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。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 管子弯曲以后的变形要求: 管子弯曲时,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

9、,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%。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 表5-1 弯管时时允许许的圆圆度百分率弯曲半径RR2Dw2DwR3Dw3DwR4DwR4Dw圆圆 度 %121086船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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

10、不得小于95%。 截面收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。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 管子弯曲时

11、,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,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。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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。

12、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。船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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。船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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

13、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。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 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

14、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。船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 “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。 船舶管路系统船舶管路系统武汉船舶职业技术学院动力工程系 弯管机 冷弯弯管机的分类: 手动、电动、液压驱动三种

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