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1、船舶与海洋结构物 制造技术,江苏科技大学 先进制造技术中心,第四章 船体加工与装配 第一节 钢材预处理 第二节 船体零件加工 第三节 部件装配焊接技术 第四节 分段装配焊接技术 第五节 船台（坞）装配焊接技术 第六节 船体密性试验,本节课讲授内容,号料前的钢材 、 与 便称为钢材的预处理。,1、什么叫钢材的预处理？,矫平,表面清理,防护,2、钢材的预处理过程,第一节 钢材预处理,矫平,预热,除锈,喷漆,烘干,吸尘装置,2、钢材的预处理过程,第一节 钢材预处理,2、钢材的预处理过程,矫平,预热,除锈,喷漆,烘干,吸尘装置,电磁吊,第一节 钢材预处理,2.1、矫平,2.1.1、钢材变形的原因,2）
2、运输、存放引起的变形,1）钢板轧制引起的变形,第一节 钢材预处理,2.1.2、钢材矫平原理,1）非薄板的冷态矫正,当钢板经过多次交变弯曲成小曲率时，可以使钢板在初始曲率的变形中所造成的力学性能不均匀性逐渐消除。,第一节 钢材预处理,1）非薄板的冷态矫正,当钢板经过多次交变弯曲成小曲率时，可以使钢板在初始曲率的变形中所造成的力学性能不均匀性逐渐消除。,2）薄板的冷态矫正,主要是矫正波浪形，把轧制时延伸较小的纤维拉伸到与延伸率最大的纤维一样长 。,3）型钢的冷态矫正,对型钢施加横向外力，一方面使型钢棱边矫直，另一方面使腹板矫平 。,2.1.2、钢材矫平原理,第一节 钢材预处理,多轴辊矫正机（5-1
3、3辊）,2.1.3、矫平设备,第一节 钢材预处理,7辊矫平机（非薄板）,主动辊,被动辊,前导向辊,后导向辊,第一节 钢材预处理,11辊矫平机（薄板）,上下两排轴辊中心线成一个夹角，辊列间隙向出口端逐渐增大。,第一节 钢材预处理,撑床（型钢）,第一节 钢材预处理,撑床（型钢）,推撑,型钢,第一节 钢材预处理,2.2、预热,温度：40-60度,目的：,去除钢材表面水分,使锈斑疏松,使漆膜容易附着,第一节 钢材预处理,2.3、除锈,2.3.1、氧化皮和铁锈的形成,2.3.2、除锈的方法,A、机械清除法（抛丸）,B、化学清除法（酸洗）,C、电热法（火焰除锈）,第一节 钢材预处理,A、机械清除法（抛丸）
4、,第一节 钢材预处理,第一节 钢材预处理,B、化学清除法（酸洗）,盐酸,硫酸,磷酸,除锈效果好，表面致密，但因浓度低，消耗多。,去除氧化皮效果好，但易过蚀。,磷酸工序简单，效果好，但成本高。,第一节 钢材预处理,C、电热法（火焰除锈）,第一节 钢材预处理,脱脂,酸洗除锈,冷水冲洗,中和处理,冷水冲洗,磷化处理,热水处理,自然干燥,补充处理,自然干燥,酸洗磷化一步法,2.4、喷漆、烘干(10-20min),1）用去除水分和油脂的压缩空气吹净钢板。,2）然后施涂富锌底漆或环氧铁红底漆。,3）用70度空气进行干燥。,第一节 钢材预处理,矫平,预热,除锈,喷漆,烘干,吸尘装置,第一节 钢材预处理,1、
5、零件加工的分类,冷加工,热加工,按钢材温度情况,切割,冲裁,刨边,钻孔,弯曲,切割,弯曲,机械,物理,板材,型材,化学,物理,板材,型材,第二节 零件加工技术,船体加工是将号料后的钢材，用机械、工具加工成设计所要求的规格和形状。,边缘加工,成形加工,按构件特点分,直线边缘,曲线边缘,内部边缘,板材,型材,机械裁剪,物理切割,冲孔,气割,单曲度弯制,复杂曲度弯制,弯曲,气割,机械裁剪,气割,钻孔,第二节 零件加工技术,第二节 零件加工技术,边缘加工,第二节 零件加工技术,成形加工,第二节 零件加工技术,2、加工方法对零件性能的影响 在冷塑性变形后钢材会产生加工硬化（含碳量） 在冷塑性变形后增加应
6、力腐蚀倾向 在热塑性变形后晶粒细化、疏松消除机械性能提高 在热塑性变形后表面增碳、下方脱碳，反复加热会使内部强度降低。 在热塑性变形后顺纤维方向强度增加，垂直方向降低。 过热（950）、过烧 局部热塑性变形后易产生电化腐蚀。,第二节 零件加工技术,3、船体结构零件分类 平直板材 平面不直零件,（门式切割机、刨边机）,（数控切割机、光电跟踪）,第二节 零件加工技术,3、船体结构零件分类 单向曲度零件 双向曲度零件,艏柱下部包板,艏柱中间包板,（门式切割机、弯板机）,（气割机、弯板机、火工工具）,第二节 零件加工技术,3、船体结构零件分类 复杂曲度零件 折边零件,艉包板,轴毂包板,（气割机、油压机
7、、加热炉、火工工具）,（门式切割机、折边机、油压机）,第二节 零件加工技术,3、船体结构零件分类 平直型材 单项弯曲型材 双向弯曲型材,（手工气割）,（手工气割、撑床）,（手工气割、撑床、火工工具）,4、边缘加工,4.1、边缘切割的机械加工,主要设备：龙门剪床、圆盘剪床,第二节 零件加工技术,龙门剪床,第二节 零件加工技术,圆盘剪切机,第二节 零件加工技术,第二节 零件加工技术,剪切顺序,4.2、焊接坡口的机械加工,刨边机：可实现I、V、U、X型坡口 铣边机：可实现I型坡口,第二节 零件加工技术,边缘不平度,4.3、气割加工,实质：金属在氧气中燃烧,预热,燃烧,去渣,特点： 切割厚度大 切割形
8、状适应性强 自动化程度高 噪音小 劳动强度低,第二节 零件加工技术,要求： 被割金属燃点低于熔点 氧化物熔点低于燃点 金属的燃烧应是放热反应 金属导热性不应太高,直线边缘半自动气割机,第二节 零件加工技术,可垂直或V、K型坡口,直线边缘多头门式切割机,第二节 零件加工技术,可垂直或V、K、X、Y型坡口,V型坡口,a,b,第二节 零件加工技术,两方案切割体积相同，b的速度较高，因为间距小，预热效果好，熔渣少，易清除，板厚a大于b。随板厚增大前后间距减小。,X、K型坡口,第二节 零件加工技术,曲线边缘光电跟踪切割机,第二节 零件加工技术,可按比例、1对多、不用号料、仿形图要求高、需要二次号料,第二
9、节 零件加工技术,仿形图中零件应有过桥,曲线边缘光电跟线切割机 对应电印号料,曲线边缘数控火焰切割机（门式、悬臂式）,第二节 零件加工技术,误差0.5mm、数据保存好、效率比光高15%、不用号料和仿形图,气割的工艺要求,1）割前根据工件厚度选择合适割嘴。 2）切割薄板时割嘴后倾30-45度，厚板时前倾10-20度。 3）大型零件切割先短边，多零件时先小后大，先复杂后简单。 4）切割板条时应用双割炬。,第二节 零件加工技术,曲线边缘数控水下等离子切割机,4.4 其他切割方法,第二节 零件加工技术,300-1500m/s 15000-33000C,切割精度高、效率高、污染小； 可切割各种高温度难熔
10、金属； 切割厚度受到一定有限；,激光切割：,第二节 零件加工技术,能量密度高、热量输入低、 热影响区小、易于控制，板厚受限,水射流切割,第二节 零件加工技术,3000bar 0.3mm的水喷嘴 3倍音速 可加磨料,切割不产生热量，因此不会影响金属特性； 可得到高质量的割缝，不会产生任何毛刺、挂渣，割缝边缘平直，表面光滑； 水射流切割所形成的割缝较窄，可大幅度提高零件尺寸精度和材料利用率； 水射流切割不会产生环境和冶金污染； 水射流切割生产效率高，可切割特殊规格大厚度钢板而不需要多道工序加工。,第二节 零件加工技术,水射流切割特点,5、板材构件成形加工,船体非平直钢板（型材）构件多，弯曲加工工作
11、量较大（18%）。主要成形方法有：机械冷弯法和水火弯板法。 一般单向曲度板采用机械冷弯法，复杂曲度板先用冷弯机械加工出较大方向曲度，再用水火弯板法加工其他方向曲度，若批量较大可以在液压机上安装压摸压制成形。,第二节 零件加工技术,5.1、单曲度板加工,第二节 零件加工技术,被动辊,主动辊,第二节 零件加工技术,辊弯机有开式和闭式,第二节 零件加工技术,5.2、大型单向曲度板加工-油压机,压头上要设置压模，一般为800-1500mm的通用压模。,第二节 零件加工技术,第二节 零件加工技术,关于回跳角：,批量较大时用专用压模。,第二节 零件加工技术,5.3、复杂曲度板加工-油压机,5.4、复杂曲度
12、板加工-水火弯板,热加工的两种方法：,小火：局部加热,大火：整体加热（目前极少使用）,水火弯板的原理,什么是水火弯板？,用氧气乙炔焰对板材进行局部线状加热，并用水进行跟踪冷却使板材产生局部塑性变形从而将工件弯曲的热加工方法。,小火：局部加热,第二节 零件加工技术,各因素对成形效果的影响：,1）加热线：,位置、疏密、长短,位置：位置正确与否直接影响板材能否成形。 位置不同形状也不同。,第二节 零件加工技术,疏密、长短：越密越长-变形越大，成形效果越好。,第二节 零件加工技术,2）冷却方式：,空冷法：成形速度慢，在角度变形时会产生不必要的纵向挠度,正面跟踪水冷：减少热量向背面的传递。但由于强制冷却
13、，甚至出现负温差，导致抵消部分收缩变形。所以角变形效果不如空冷法好，但横向收缩变形比空冷大，加热线纵向收缩变形比空冷法小。,反面跟踪水冷：增大了正反面温差，比上面两法角变形效果大，成形效率高,角变形：背冷 空冷 正冷 横向收缩：背冷 正冷 空冷,第二节 零件加工技术,第二节 零件加工技术,3）其他因素,第二节 零件加工技术,水火弯板的主要工艺要求：,(1)板前应根据构件的成形要求，在钢板上画出加热线。各加热线的起点应相互错开，不可在同一条直线上。 (2)左、右形状对称的零件，其加热线位置、数量和长短应对称一致，操作也应对称进行。 (3)应尽量避免在同一部位重复加热，尤其是低合金钢。一般情况下，
14、重复加热次数不得超过3次，否则，不仅影响成形效果，还会降低钢材的机械性能。,第二节 零件加工技术,数控水火弯板,6、型材构件成形加工,1）由于材料不均匀，使得弯曲回弹复杂，预计回弹量复杂。,2）型材截面不对称，会产生“旁弯”现象，矫正工作量大。,3）型材腹板高度大、板厚小，反弯时边缘受压应力失稳，产生皱折。 4）对于面板较薄的角钢等，在弯曲加工时由于面板中的切向应力作用，不论角钢在正弯和反弯情况下，均会形成“倒边”的合力，使面板与腹板间的夹角变小。,常见问题：,第二节 零件加工技术,6.1、冷弯成形,1）矫直机（撑床）,2）三轮辊弯机（原理同三辊弯板机）,3）多模头一次成形数控肋骨拉弯机,4）三支点肋骨冷弯机,5）纯弯曲原理肋骨冷弯机,6.2、热弯成形,劳动强度大，操作环境差，生产效率低，50年代开始被淘汰 中频热弯：中频-淬火-回火,第二节 零件加工技术,第二节 零件加工技术,第二节 零件加工技术,第二节 零件加工技术,第二节 零件加工技术,6.3、逆直线法,第二节 零件加工技术,