1、第第3 3章章 零件的加工工藝零件的加工工藝本章以本章以壓力容器類焊接結構零件壓力容器類焊接結構零件的加工制作為主的加工制作為主線，按照其加工工序的先后，詳細介紹其加工工藝線，按照其加工工序的先后，詳細介紹其加工工藝內容、加工設備和注意事項；在講授過程中，輔以內容、加工設備和注意事項；在講授過程中，輔以其他類型焊接結構零件的制作工藝和要求。其他類型焊接結構零件的制作工藝和要求。3.1 鋼材準備3.1.1 3.1.1 鋼材加工概述鋼材加工概述3.1.2 3.1.2 鋼材的表面預處理鋼材的表面預處理3.1.3 3.1.3 鋼材的矯正鋼材的矯正 3.1 鋼材準備本講內容提要：本講內容提要：1.1.零

2、件加工的零件加工的目的、要求、特征、類型和方法；目的、要求、特征、類型和方法；2.2.冷、熱加工的冷、熱加工的優(yōu)缺點優(yōu)缺點，加工硬化，加工硬化的概念及預防的概念及預防和消除加工硬化的措施；和消除加工硬化的措施；3.3.常用金屬材料熱加工溫度范圍；常用金屬材料熱加工溫度范圍；4.4.鋼材矯正鋼材矯正的概念、原理、方法與設備；的概念、原理、方法與設備；5.5.鋼材的表面預處理一節(jié)安排自學。鋼材的表面預處理一節(jié)安排自學。3.1.1 鋼材加工概述 鋼材的復檢焊接結構使用的金屬材料主要是板材和型材。為焊接結構使用的金屬材料主要是板材和型材。為了確保構件質量應有質保書，對于重要結構在使用了確保構件質量應有

3、質保書，對于重要結構在使用前應對每一批鋼材進行必要的前應對每一批鋼材進行必要的化學成分化學成分和和力學性能力學性能復檢，還應檢驗金屬材料的復檢，還應檢驗金屬材料的表面表面和和內部質量內部質量（如夾（如夾層、砂眼等）。部分構件的金屬材料還要進行層、砂眼等）。部分構件的金屬材料還要進行金相金相組織組織的復檢，以保證其牌號所規(guī)定的、質保書上所的復檢，以保證其牌號所規(guī)定的、質保書上所保證的要求。保證的要求。3.1.1 鋼材加工概述 零件加工的目的、要求及特征零件加工的目的、要求及特征 零件加工是對各種軋制鋼材進行的一系列加工。零件加工是對各種軋制鋼材進行的一系列加工。 零件加工的目的（作用）零件加工的

4、目的（作用） 零件的加工，可檢查圖紙設計、結構形式和零件的加工，可檢查圖紙設計、結構形式和尺寸的正確性與合理性；尺寸的正確性與合理性； 按圖樣技術條件和工藝規(guī)程要求加工零件，按圖樣技術條件和工藝規(guī)程要求加工零件，為后期裝配為后期裝配焊接提供方便。焊接提供方便。3.1.1 鋼材加工概述 零件加工應滿足的要求 要保證零件加工尺寸、形狀的準確性和相應要保證零件加工尺寸、形狀的準確性和相應的加工精度；的加工精度；必須符合技術條件上的公差要求，并不產生產品必須符合技術條件上的公差要求，并不產生產品質量要求中所不允許的各種缺陷。質量要求中所不允許的各種缺陷。 加工過程中，要注意保持材料的原有性能加工過程中

5、，要注意保持材料的原有性能( (力力學性能、焊接性、使用性能、學性能、焊接性、使用性能、. ). )。3.1.1 鋼材加工概述 零件加工的特征（零件加工工藝特點）根據加工目的和要求及鋼材自身的特點和結構特根據加工目的和要求及鋼材自身的特點和結構特點，焊接結構的零件加工具有一些不同于機械加工點，焊接結構的零件加工具有一些不同于機械加工及其它產品零件加工的特征，主要有以下幾點：及其它產品零件加工的特征，主要有以下幾點： 鋼材的加工都屬只改變工件尺寸和形狀而不改變其基鋼材的加工都屬只改變工件尺寸和形狀而不改變其基本性質的物理加工；因而簡化了加工內容、縮小了加工本性質的物理加工；因而簡化了加工內容、縮

6、小了加工范圍，為焊接結構生產提供了有利條件。范圍，為焊接結構生產提供了有利條件。 鋼材的加工是以現成截面的型材為坯料，并且是在不鋼材的加工是以現成截面的型材為坯料，并且是在不改變截面特征情況下的加工；改變截面特征情況下的加工；3.1.1 鋼材加工概述 需用大功率、大規(guī)格的通用或專用加工設備需用大功率、大規(guī)格的通用或專用加工設備和起重運輸設備；和起重運輸設備； 此種加工屬多種工藝內容、多種加工方法、此種加工屬多種工藝內容、多種加工方法、多工種的綜合性加工。多工種的綜合性加工。 3.1.1 鋼材加工概述 零件加工基本類型零件加工基本類型 根據鋼材加工對工件所產生的作用和加工的結果根據鋼材加工對工件

7、所產生的作用和加工的結果的不同，可將鋼材的加工劃分為兩種類型：的不同，可將鋼材的加工劃分為兩種類型： 變形加工變形加工 分離加工分離加工 變形加工變形加工無論通過何種方式，使作用在工件單位面積上無論通過何種方式，使作用在工件單位面積上的外力超過材料的屈服強度，而又不破壞材料的外力超過材料的屈服強度，而又不破壞材料的連續(xù)性，使之產生永久變形的連續(xù)性，使之產生永久變形( (即塑性變形即塑性變形) )的的加工方法。加工方法。如：鋼材加工中的如：鋼材加工中的矯形、彎曲、卷圓、壓制成矯形、彎曲、卷圓、壓制成形形等。等。3.1.1 鋼材加工概述 分離加工作用在工件單位面積上的外力超過了材料的抗拉作用在工件

8、單位面積上的外力超過了材料的抗拉強度，使之發(fā)生斷裂而造成材料的一部分與另一部強度，使之發(fā)生斷裂而造成材料的一部分與另一部分分離的加工。分分離的加工。如如剪切、沖孔、邊緣加工、鉆孔剪切、沖孔、邊緣加工、鉆孔等屬此類加工。等屬此類加工。當當b b時時( (外力使材料達到極限應變外力使材料達到極限應變maxmax) )，材料產生斷裂稱之為分離加工。材料產生斷裂稱之為分離加工。3.1.1 鋼材加工概述焊接結構制造過程中，金屬材料應具備焊接結構制造過程中，金屬材料應具備：較高的伸長率和韌性，較低的屈強比和時效敏感性。一般說來：一般說來：低碳鋼：伸長率低碳鋼：伸長率1616，屈強比，屈強比s s/b b7

9、070； 低合金鋼：伸長率低合金鋼：伸長率1414，屈強比，屈強比s s/b b 80 80。 否則，材料的加工性能較差，不易保證加工質量，否則，材料的加工性能較差，不易保證加工質量，需要采取相應的工藝措施，以提高加工性能。需要采取相應的工藝措施，以提高加工性能。3.1.1 鋼材加工概述 零件的加工方法零件的加工方法 冷加工冷加工 在常溫下進行的各種加工。在常溫下進行的各種加工。 熱加工熱加工將工件加熱在高溫狀態(tài)下的各種將工件加熱在高溫狀態(tài)下的各種加工，多用于變形加工的構件。加工，多用于變形加工的構件。 溫加工溫加工介于冷、熱加工之間的一種工藝介于冷、熱加工之間的一種工藝方法。方法。3.1.1

10、 鋼材加工概述 冷加工冷加工 在常溫下進行的各種加工在常溫下進行的各種加工。冷加工的優(yōu)點：冷加工的優(yōu)點： 不加熱，無氧化皮產生，金屬無燒損，節(jié)不加熱，無氧化皮產生，金屬無燒損，節(jié)省能源，費用低；省能源，費用低； 工藝過程簡單，操作方便，生產條件好；工藝過程簡單，操作方便，生產條件好； 工件成形準確，加工質量好，不易造成壓工件成形準確，加工質量好，不易造成壓傷和劃傷缺陷。傷和劃傷缺陷。3.1.1 鋼材加工概述冷加工的缺點： 材料變形抗力大材料變形抗力大, ,需要較大功率的加工設備來完成需要較大功率的加工設備來完成; ; 加工硬化現象嚴重。加工硬化現象嚴重。加工硬化的概念加工硬化的概念金屬經塑性變

11、形后，其強度指標增加，而塑性指標降低，金屬經塑性變形后，其強度指標增加，而塑性指標降低，變形抗力增加的現象稱之為變形抗力增加的現象稱之為加工硬化加工硬化。3.1.1 鋼材加工概述避免和消除加工硬化的方法 合理選擇加工工藝合理選擇加工工藝( (預防措施預防措施) )使被加工件受力均勻使被加工件受力均勻, ,變形一致變形一致, ,控制變形速度，避免在塑控制變形速度，避免在塑性變形低的溫度區(qū)間加工，防止脆斷。一般在脆性轉變溫性變形低的溫度區(qū)間加工，防止脆斷。一般在脆性轉變溫度以上進行。度以上進行。 碳素鋼在碳素鋼在2020以上，冬季應預熱到以上，冬季應預熱到6060150150。3.1.1 鋼材加工

12、概述對產生加工硬化的構件和材料，應用熱處理的對產生加工硬化的構件和材料，應用熱處理的辦法來消除，以恢復和改善鋼材的力學性能。辦法來消除，以恢復和改善鋼材的力學性能。 局部邊緣加工硬化可采用再加工的辦法加以消局部邊緣加工硬化可采用再加工的辦法加以消除。除。如剪切產生的加工硬化可用如剪切產生的加工硬化可用刨、銑刨、銑等方法消除；沖等方法消除；沖孔產生的加工硬化可用孔產生的加工硬化可用擴孔擴孔的方法消除。的方法消除。應注意下料時應留取相應的加工余量。應注意下料時應留取相應的加工余量。3.1.1 鋼材加工概述適當控制鋼材的變形程度適當控制鋼材的變形程度變形程度越大，加工硬化越明顯。對平板來說，變形程度

13、越大，加工硬化越明顯。對平板來說，同樣直徑，厚度大者；同樣厚度，直徑小者則制成同樣直徑，厚度大者；同樣厚度，直徑小者則制成圓筒的變形程度越大。圓筒的變形程度越大。變形程度一般用變形程度一般用變形率變形率來表示。通常按來表示。通常按受拉部分受拉部分最外層纖維的伸長率最外層纖維的伸長率來計算，如：來計算，如：圓柱體圓柱體： )%1 (500RRR3.1.1 鋼材加工概述球形、碟形表面球形、碟形表面： 式中式中 鋼板厚度鋼板厚度(mm);R截面重心層彎曲后曲率半徑截面重心層彎曲后曲率半徑( mm); R。截面重心層原始曲率半徑截面重心層原始曲率半徑(mm)。)%1 (650RRR3.1.1 鋼材加工

14、概述不同材料加工時允許的變形率不同。鍋爐和壓力不同材料加工時允許的變形率不同。鍋爐和壓力容器的受壓殼體符合下列情況可以進行冷加工容器的受壓殼體符合下列情況可以進行冷加工: :碳素鋼碳素鋼：20mm, 或或 20mm, 而而5%；合金鋼合金鋼：3。但為了安全起見，但為了安全起見，一般多控制在一般多控制在2.5%2.5%3%3%范圍范圍內。內。3.1.1 鋼材加工概述 熱加工熱加工 將工件加熱在高溫狀態(tài)下的各將工件加熱在高溫狀態(tài)下的各種加工，多用于變形加工的構件。種加工，多用于變形加工的構件。熱加工的優(yōu)點熱加工的優(yōu)點 高溫下強度降低，高溫下強度降低，塑性增大塑性增大，變形抗力減，變形抗力減小，設備

15、動力和人力消耗降低；小，設備動力和人力消耗降低； 使冷態(tài)下不可能加工或難以加工的構件變得使冷態(tài)下不可能加工或難以加工的構件變得可能或容易加工可能或容易加工, , 且且不易斷裂不易斷裂; ; 熱加工可以通過熱加工可以通過再結晶消除內應力再結晶消除內應力, , 避免產避免產生加工硬化。生加工硬化。3.1.1 鋼材加工概述熱加工的缺點熱加工的缺點 鋼材或工件的加熱需增添設備，會大量消耗人力、物鋼材或工件的加熱需增添設備，會大量消耗人力、物力和財力；力和財力； 工藝過程復雜，要求較高的操作技術，生產周期延長；工藝過程復雜，要求較高的操作技術，生產周期延長； 產生大量氧化皮，易造成表面的壓痕或燒損，影響

16、表產生大量氧化皮，易造成表面的壓痕或燒損，影響表面光潔度；面光潔度； 高溫作業(yè)生產條件差，勞動強度高。高溫作業(yè)生產條件差，勞動強度高?；谏鲜鏊臈l缺點，一般情況下，基于上述四條缺點，一般情況下，只對冷加工條只對冷加工條件不足或不允許冷加工的工件進行熱加工件不足或不允許冷加工的工件進行熱加工。3.1.1 鋼材加工概述熱加工方法熱加工方法 局部加熱法局部加熱法時間短，節(jié)省能源，不需大時間短，節(jié)省能源，不需大型加熱設備。型加熱設備。多用于多用于管件型鋼件管件型鋼件彎曲時的局部加熱。彎曲時的局部加熱。.氣體火焰加熱氣體火焰加熱：設備簡單，加熱面積小；不設備簡單，加熱面積??；不均勻，溫度難以控制。均勻，

17、溫度難以控制。.開式爐加熱開式爐加熱：加熱質量好，溫度便于控制。加熱質量好，溫度便于控制。3.1.1 鋼材加工概述 整體加熱法整體加熱法將整個工件放在爐中加熱，將整個工件放在爐中加熱，熱量均勻，溫度控制準確；但設備較大、時間很熱量均勻，溫度控制準確；但設備較大、時間很長。長。多用于多用于封頭曲面厚板封頭曲面厚板的壓制。的壓制。在熱加工時要注意防止產生在熱加工時要注意防止產生“熱脆熱脆”和和“過熱過熱”現象?，F象。常用材料的熱加工溫度范圍見表常用材料的熱加工溫度范圍見表3-23-2。3.1.1 鋼材加工概述熱脆熱脆當當加熱溫度接近金屬熔點加熱溫度接近金屬熔點時，由于時，由于晶晶界被氧化界被氧化，

18、晶粒間的結合力被削弱，使材料塑性降，晶粒間的結合力被削弱，使材料塑性降低或完全喪失，在外力作用下，很容易產生破裂的低或完全喪失，在外力作用下，很容易產生破裂的現象。現象。過熱過熱因加熱溫度過高或高溫停留時間過長因加熱溫度過高或高溫停留時間過長致使材料晶粒長大引起機械性能下降的現象。致使材料晶粒長大引起機械性能下降的現象。3.1.1 鋼材加工概述 溫加工溫加工介于冷、熱加工之間的一種工藝介于冷、熱加工之間的一種工藝方法。方法。低碳鋼一般在低碳鋼一般在500500600600之間。溫加工適用于冷之間。溫加工適用于冷加工困難而又不宜采用熱加工的材料。由于溫加工加工困難而又不宜采用熱加工的材料。由于溫

19、加工只解決了冷、熱加工的部分困難，并不能解決加工只解決了冷、熱加工的部分困難，并不能解決加工中出現的主要難題，仍需一些補充措施來解決，所中出現的主要難題，仍需一些補充措施來解決，所以溫加工在生產中應用并不廣泛。以溫加工在生產中應用并不廣泛。3.1.2 鋼材的表面預處理 因學時所限，本小節(jié)內容安排自學。因學時所限，本小節(jié)內容安排自學。P41-43P41-43鋼材的表面預處理鋼材的表面預處理-表面除銹表面除銹機械除銹法機械除銹法噴丸噴丸化學除銹法化學除銹法酸洗酸洗3.1.3鋼材的矯正 矯正的概念矯正又稱為矯形，就是使鋼板或工件在外力的作矯正又稱為矯形，就是使鋼板或工件在外力的作用下產生與原來變形相

20、反的塑性變形，以消除彎用下產生與原來變形相反的塑性變形，以消除彎曲、扭曲、皺折、表面不平等變形，從而獲得正確曲、扭曲、皺折、表面不平等變形，從而獲得正確形狀的過程。形狀的過程。對鋼材進行的矯平或矯直統(tǒng)稱為矯正。對鋼材進行的矯平或矯直統(tǒng)稱為矯正。對每一個工件或產品來說，是否需要進行矯形，是一次矯形還是多對每一個工件或產品來說，是否需要進行矯形，是一次矯形還是多次矯形，將依鋼材及工件的變形情況和工藝要求而定。次矯形，將依鋼材及工件的變形情況和工藝要求而定。 3.1.3鋼材的矯正 矯正原理矯正原理 鋼材的任何變形都是由于鋼材在外力的作用下其鋼材的任何變形都是由于鋼材在外力的作用下其局部發(fā)生塑性變形使

21、某一部分纖維被拉長，而另一局部發(fā)生塑性變形使某一部分纖維被拉長，而另一部分纖維被壓縮而造成的。部分纖維被壓縮而造成的。 因此，因此，矯正的實質就是將被拉長的纖維縮短或將矯正的實質就是將被拉長的纖維縮短或將縮短的纖維拉長，以恢復原狀，縮短的纖維拉長，以恢復原狀，或是使其它部分或是使其它部分的纖維也拉長或縮短，產生與局部纖維相同的變的纖維也拉長或縮短，產生與局部纖維相同的變形，從而達到矯正的目的。形，從而達到矯正的目的。3.1.3鋼材的矯正凡是變形超過技術要求的鋼材，在劃線、號料凡是變形超過技術要求的鋼材，在劃線、號料以前必須進行矯正。以前必須進行矯正。一般鋼材下料前的允許偏差值見一般鋼材下料前的

22、允許偏差值見表表3-43-4。3.1.3鋼材的矯正 矯正方法與設備矯正方法與設備 矯正方法分類矯正方法分類 按工件加工過程分按工件加工過程分 鋼板的矯正鋼板的矯正劃線下料加工之前對鋼板進行的矯平劃線下料加工之前對鋼板進行的矯平工序；工序； 半成品矯正半成品矯正鋼材加工過程中，因受力不均勻或其鋼材加工過程中，因受力不均勻或其它原因造成工件變形，為不影響工件的進一步加工所進行它原因造成工件變形，為不影響工件的進一步加工所進行的的工序間的矯正工序間的矯正； 成品的矯正成品的矯正在裝配焊接之后，對裝焊過程中產生在裝配焊接之后，對裝焊過程中產生的各種變形進行的矯正，如吊車梁的焊后矯形。的各種變形進行的矯

23、正，如吊車梁的焊后矯形。3.1.3鋼材的矯正 按矯正時溫度的不同分按矯正時溫度的不同分 冷矯正冷矯正是應用最廣泛的一種矯正方式是應用最廣泛的一種矯正方式; ; 熱矯正熱矯正當材料塑性較差或變形較嚴重或當材料塑性較差或變形較嚴重或因采取冷矯設備能力不足時使用。因采取冷矯設備能力不足時使用。 按操作方法的不同分按操作方法的不同分 手工矯正；手工矯正； 機械矯正；機械矯正； 火焰矯正?；鹧娉C正。3.1.3鋼材的矯正 各種矯正方法及設備各種矯正方法及設備 手工矯正手工矯正手工矯正是一種原始的較笨重的矯形方法。一手工矯正是一種原始的較笨重的矯形方法。一般多用在厚度小般多用在厚度小(3mm以下以下)、數量

24、少的小塊板材、數量少的小塊板材矯正。矯正。3.1.3鋼材的矯正手工矯正原理：手工矯正原理：如如圖圖3-33-3和圖和圖3-43-4所示所示。圖圖3 33 3鋼材突起部位矯正順序示意圖鋼材突起部位矯正順序示意圖3.1.3鋼材的矯正圖圖3 34 4手工矯正馬刀形變形手工矯正馬刀形變形3.1.3鋼材的矯正手工矯正的特點：手工矯正的特點：A.A.操作靈活，適應性較強；操作靈活，適應性較強；B.B.生產效率低，矯平質量差生產效率低，矯平質量差( (工件表面易留下工件表面易留下錘痕錘痕, , 被錘擊處力學性能發(fā)生變化被錘擊處力學性能發(fā)生變化););C.C.勞動強度大，噪音大，不安全。勞動強度大，噪音大，不

25、安全。3.1.3鋼材的矯正 機械矯正機械矯正按加力方式和對工件的作用，機械矯正分為：按加力方式和對工件的作用，機械矯正分為： 張力矯正法張力矯正法( (在拉伸機上進行在拉伸機上進行);); 彎曲矯正法彎曲矯正法( (在壓力機上進行在壓力機上進行);); 輥軋矯正法輥軋矯正法( (在多輥矯平機上進行在多輥矯平機上進行) )。應用最普遍的是輥軋式矯正法。應用最普遍的是輥軋式矯正法。 3.1.3鋼材的矯正 輥矯原理輥矯原理多輥式矯平機多輥式矯平機主要用于矯平鋼板。矯平時，鋼主要用于矯平鋼板。矯平時，鋼板在矯平機上下輥壓力的作用下，經多次反復彎板在矯平機上下輥壓力的作用下，經多次反復彎曲，使鋼板得到均

26、勻的拉伸，多種原始曲率逐漸曲，使鋼板得到均勻的拉伸，多種原始曲率逐漸趨向單一，并不斷減小，最終得以矯平。趨向單一，并不斷減小，最終得以矯平。3.1.3鋼材的矯正 影響矯平效果的主要因素影響矯平效果的主要因素a矯平機矯平機輥間距輥間距t: t，所需，所需矯平力矯平力f ，但矯平，但矯平效果較差；效果較差；t，f，矯平效果，矯平效果，輥子磨損，輥子磨損。b. 矯平機矯平機輥直徑輥直徑D: D(0.90.95)t, 并按被矯板并按被矯板的強度、最大厚度和寬度進行校核。的強度、最大厚度和寬度進行校核。c. 輥數輥數n: n, 矯平精度矯平精度, 但矯平機結構越復雜。但矯平機結構越復雜。3.1.3鋼材的矯正d.d.矯平次數矯平次數N: : 矯平次數的多少取決于被矯材矯平次數的多少取決于被矯材料的應力度系數。料的應力度系數。 式中式中 E E材料的彈性模量材料的彈性模量; ; 材料厚度材料厚度; ; s s材料的屈服極限材料的屈服極限; ; 矯正曲率半徑。矯正曲率半徑。a, , 越容易矯平。一般當越容易矯平。一般當a1 1時時, ,