船 舶 管 件 加 工 工 艺

前言

    目前造船行业里管加工工艺越来越倾向于自动化制造,所以,我们非常有必要对管加工工艺进行总结和研究，将现代科技运用到造船中来。

目录

第一章：绪论.........................................................1

1.1 管加工技术研究背景.............................................1

1.2 本课题主要研究内容.............................................1

第二章：管子加工工艺.................................................2

2.1 各种管子的性能特点.............................................2

2.2管件连接形式....................................................7

2.3通舱管件的制作工艺..............................................10

2.4管子截面积计算................................................. 11

2.5 选材...........................................................12

2.6下料............................................................12

2.7弯管工艺........................................................16

2.8校管、试验和清理................................................20

第三章：实例..........................................................25

3.1 沪东船厂管子单件加工流水线......................................25

3.2 蒸汽系统锅炉管子制作实例........................................25

结束语................................................................28

致谢..................................................................29

参考文献..............................................................30

摘要

    随着造船科技的不断进步，管加工工艺越来越倾向于自动化制造,所以,我们有必要对管加工工艺进行总结和研究。目前存在的问题：国内管子生产工艺仍和国外有一定的差距，加工方面，本身材料的强度和管材有关，也有后期的制造加工工艺有关，弯管的制造工艺以及支管仍然是比较难控制的。

本论文主要总结了现在各大船厂的管加工工艺，并且按照船舶管加工工艺的流程：下料——弯制——校管——焊接——泵磨——清洗，针对各种管子的性能特点，分析研究了几种管加工工艺中出现的问题和新技术，比如：弯管，焊接，切割，强度试验，弯管回弹问题的解决等等。用了三种不同的方法确定了支管马鞍线和相贯线的方法：传统计算法，CAD作图分析法，PROE作图分析法。基本确定了船舶管加工整个的工艺流程。

关键词：加工工艺流程  管材特性  新工艺方法  管件连接  计算放样

第一章绪论

1.1 管加工技术研究背景

    国内：武昌造船厂采取先焊后弯等新工艺，逐步建立全船关系计算机三维放样和管子加工流水线及自动化管子加工车间，减少了弯管废品率和各种消耗等。国外：管子加工趋向于自动化流水线技术，自上世界70年代初开始，国内外船厂开始使用管子加工流水线，德国的奥斯得力公司已为世界各有关行业建造了50多条管子加工流水线，应用范围适合所有管子制造行业，其自动化程度可视客户的实际需要而定。美国的JESSE公司为某船厂管子加工车间建立了三条管子加工流水线，分别为小管生产线，中管生产线和大管生产线，所有管子生产活动都是在办公室里用一台PC机控制的，切割和弯曲的数据传动到生产线控制计算机和CNC弯管机控制计算机，这些计算机则将生产线的生产数据反馈到办公室计算。

    可以看见,管加工工艺越来越倾向于自动化制造,所以,更有必要对管加工工艺进行总结和研究.存在的问题：国内管子生产工艺仍和国外有一定的差距，加工方面，本身材料的强度和管材有关，也有后期的制造加工工艺有关，弯管的制造工艺以及支管仍然是比较难控制的。

1.2本课题主要研究内容

    本论文主要总结了现在各大船厂的管加工工艺，并且按照船舶管加工工艺的流程分析研究了几种管加工工艺中出现的问题和新技术，比如：弯管，焊接，切割，强度试验，弯管回弹问题的解决等等。用了三种不同的方法确定了支管马鞍线和相贯线的方法：传统计算法，CAD作图分析法，PROE作图分析法。基本确定了船舶管加工整个的工艺流程。

第二章管子加工工艺

2.1 各种管子的性能特点

    管子是船舶管系中用来输送各种介质的管道。为了使所选用的管子能满足所输送介质的压力，温度和腐蚀性的要求，我们必须对常用的船用管子的材料，性能了解。

2.1.1钢管 

    船用钢管主要有无缝钢管，焊接钢管和水，煤气输送钢管三种。

图2-1 钢管

2.1.1.1 无缝钢管无缝钢管的内外表面不得有裂缝，折叠，分层，结疤，扎折，发纹等缺陷存在。如有上述缺陷则应清除，且被清除部位的壁厚减薄不得超过最小壁厚。无缝钢管具有良好的延伸率和足够的强度，能承受较高的压力，所以应用极为广泛。无缝钢管根据其制造材料的不同，可分为三种。

⑴普通碳素钢管  其常用的牌号有A2，A3，A4等，适用于管壁温度低于250的燃油，滑油，输油，二氧化碳，压缩空气，乏气及给水，消防等管路。

⑵优质碳素钢管 其常有的牌号有10，20等，适用于管壁温度低于435的蒸汽，高压燃气和高压给水等管路。

⑶耐热合金钢管 适用于管壁温度超过435的过热蒸汽管，锅炉管等。耐热合金钢管经弯曲，焊接等加工后，都要重新进行热处理。

无缝钢管按制造方法的不同，分成“热轧”和“冷拔”两大类。热轧无缝钢管的规格：外径为32 630mm，壁厚为2.5   7.5mm，长度3  12.5m；冷拔无缝钢管的规格：外径为5  200mm，壁厚为0.25  14mm，长度为1.5  9m。这两类无缝钢管在使用上没有什么区别，无缝钢管的规格尺寸齐全，同一外径有多种不同的壁厚。

常用的船用无缝钢管的规格见表：

表2-1

公称通径外径×壁厚  公称通径外径×壁厚  公称通径外径×壁厚

DN(mm)   (mm×mm)DN(mm)   (mm×mm)DN(mm)  (mm×mm)

    1014×2      40         48×4      125      133×5

15          22×2.5     50         60×4     150       159×6

20          25×3       65         76×4     200       219×6

25          32×3       80         89×4     250       273×8

32          38×3      100        114×5     300       325×8

2.1.1.2 焊接钢管焊接钢管由钢厂直接提供,它是用热轧或冷拔带钢制成管坯,然后再用电阻焊或高频电流焊焊接而成。焊接钢管的内，外表面不允许存在裂缝，结疤，错位，毛刺，烧伤，压痕和深的滑道等缺陷。但允许存在深度不超过壁厚允许偏差范围内的表面缺陷。如图

图2-2 焊接钢管

焊接钢管一般用A2，A3，A4或08，10，15，20号钢制造。由于焊接钢管焊缝处的强度比其他部分有所减弱，一般约为无缝钢管的80%，因此，焊接钢管一般只用于工作压力和温度都比较低的管路，如燃油，滑油低压吸入管路，油舱注入，空气，测量管路及加班栏杆，楼梯扶手等。

焊接钢管的规格尺寸很多，常用规格见表：

表2-2

外径      壁厚     外径     壁厚    外径      壁厚    外径     壁厚

10     0.5～1.2    18    0.6～2.0    22    1.0～2.0    27     1.0～2.5

14     0.6～1.6    20    0.6～2.0    25    1.0～2.5    32     1.2～25

38     1.2～2.5    48    1.4～3.5    76    1.4～4.5    114    3.0～5.0

42    1.4～2.5     57    1.4～3.5    89    2.0～4.8    133    3.5～5.0

45    1.4～3.0     60    1.4～3.5    108   3.0～5.0    140    3.5～5.5

焊接钢管和无缝钢管在外观上较难区分，但是其内壁有很大的不同，无缝钢管的内壁非常完整，光滑；焊接钢管则有一条明显的凸起焊缝，我们只要一看或用手一摸就立即能加以区别了。

2.1.1.3 低压流体输送用镀锌焊接钢管低压流体输送用镀锌焊接钢管建成为镀锌钢管，即原来的水煤气管，其内，外表面质量要求和焊接钢管相同。

低压流体输送用镀锌焊接钢管其管端有带螺纹（圆柱形和锥形）和不带螺纹两种，根据壁厚又有普通管和加厚管两种，船厂主要使用圆柱形螺纹和普通管。由于低压流体输送用镀锌焊接钢管的内外表面镀了一层锌，提高了钢管的防蚀性能，因此适用于低温，低压和腐蚀性较强的水管路。如各种日用水管，卫生水管，舱底水管，低压消防水管，乏汽管及水舱的空气，注入，测量管等。常用规格见表：

表2-3

公称通径外径壁厚

Mm          英寸（mm）（mm）

    15           0.5″            21.25             2.75     

    20           0.75″           26.75             2.75

    25           1″              33.5             3.25

    32           1.25″           42.25             3.25

    40           1.5″             48               3.5

    50           2                60                3.5

    65           2.5″             75.5              3.75

    80           3″              88.5              4

    100          4″              114               4

    125          5″              140               4.5

    150          6″              165               4.5

这里，特别要强调指出的相同公称通径的无缝钢管与焊缝钢管的外径是一样的，而与镀锌钢管（水煤气管）的外径大部分是不一样的，如DN20无缝钢管的外径为57mm，DN50(2”)镀锌钢管外径为60mm。这点在选用法兰等连接附件时要特别注意。

2.1.2  有色金属管

船用有色金属管主要有铜管，铝管和双合金管。

2.1.2.1 铜管日前船用铜管有紫铜管和铜绿铁合金管三类，他们都是拉制或挤制的无缝钢管。铜管的内外表面应光滑，清洁，不应有分层，针孔，裂缝，气泡和绿锈等缺陷。

⑴紫铜管

紫铜管的质地柔软，便于加工，具有很高的塑性和耐蚀性，适用于工作温度不超过200℃和工作压力0.5～1.0Mpa的管路。一般用于压力仪表的传压管，自动仪表的连接管，小直径油管，热交换器的传热管，弦外黑油管，低压压缩空气管，低温蒸汽管，压气机进出气管，冷冻机管机锅炉给水管，放水管等。

⑵黄铜管

黄铜管的特点是对空气及海水有很高的抗蚀能力和很高的导热率，船舶上用作传话管及热交换器的管束。

⑶铜镍铁合金管

铜镍铁合金管是目前国际上新出现的一种新型管材。铜镍铁合金管管壁薄，重量轻，管子内壁光滑清洁，具有很高的耐蚀性，使用寿命长，是一种较理想的造船管材。目前主要用于海水冷却管系。

    铜镍铁合金管制作，校管均采用对接镶制工艺，其管子附件都是定型产品。管子连接形式采用松套法兰连接。

铜镍铁合金管的切割，校管，焊接，试验及安装主要工艺如下：

①切割 4”以下的直管采用砂轮切割机；4”以上采用等离子切割机。切口必须修整光滑，及时清除割渣及毛刺，长度误差±1mm，管子中心线不垂直度小于0.5mm。

母管先用等离子切割机开孔后，再用砂轮枪或锉刀进行修整光顾并清除割渣和毛刺。

②校管 焊接部位20mm处（包括管子内壁）的管壁要光亮，不应有油类，锈斑，氧化皮，毛口或其他对焊接质量有害的附着物。管壁厚度在2.5mm以内，对接处无间隙；管壁厚度在3～4mm以内，对接处焊口应作60°破口。对接同心度在0.5mm以内。支管节（马鞍）与母管应很好吻合，母管上所开的支管孔与支管节内孔同轴，其不同轴度不得大于1mm。定位焊点采用亚弧缝焊，焊点不宜过长过厚，不应有气孔，裂纹，夹道等缺陷，焊水须熔透，焊脚平整，分布均匀，以保证足够的牢度。

③焊接一般采用与管子同质的材质，直径为2～3mm，焊接部位的边缘要用酒精或丙酮进行清洗，焊缝表面不得有油类，锈斑，氧化皮或其他队焊接质量有害的附着物。为了保证焊接质量，焊接前管内要充氩气，具体充其量可参照表1-6。管子各条焊缝，除第一条焊缝外，其余焊缝均要用塑料胶带封死，颈圈开口处也要用圆形橡皮圈封牢，焊接一条拆一条，直至管子全部焊妥。  焊接时镍棒与管壁间隙为2～3mm。

④试验 所有铜镍铁合金校管，焊接后，都要进行水密试验，试验按常规要求进行，试验压力为0.4MPa，严禁超压试验。试验合格后则由船检人员在法兰上盖船检钢印。

2.1.2.2铝管铝管的重量轻，耐腐蚀，塑性好，易加工，但是机械强度低，只适用于低温，低压管路。常用于轻型舰艇的燃油管，滑油管，冷却水等管路

图2-3

船用铝管的外径为6～50mm，壁厚为0.5～5mm，长度为4～6m。铝管弯曲前需经退火处理。

2.1.2.3 双金属管常用的双金属管有10-TUP和10-T1，即在10号优质碳素无缝钢管的内表面镀有一层厚度为0.6～0.8mm的紫铜。因此它既有紫铜管良好的抗蚀性能，又有碳钢的高强度。常用于舰艇上的燃油管，高压空气管和高压液压管等。 

图2-4

双金属管的外径为6～70mm，壁厚为1.5～6mm，长度为3～7m。管子加工制成后都要进行热处理，保证其必要的机械性能。

连接附件的用途是将管系中的机械，设备，仪表，附件和管子相互连接起来。船舶常用的连接附件有法兰连接，螺纹连接，夹布胶管连接，焊接连接等

2.2管件连接形式

2.2.1法兰连接

法兰连接是目前船舶管路连接的最主要的形式。它的优点是结合强度高，拆装方便，适用范围广，几乎可适用于一切管路的连接。法兰连接的材料和结构形式很多，目前最常见的法兰连接有搭焊钢法兰，对焊钢法兰和扁圆形焊接钢法兰三种形式。

如图：

图2-6图2-7

2.2.1.1法兰选用根据设计图纸选用法兰。

2.2.1.2法兰的焊接与安装工艺

①管子切割面与管子中心线要保持垂直，切口要修正光顺，及时去除割渣，毛刺和氧化物。

②对于搭焊钢法兰和扁圆形焊接钢法兰要保持端距h=4～6mm，管子与法兰点焊时要保持管子中心线与法兰的端面垂直，不垂直度小于30，；用于对焊钢法兰连接的管子，其管口应作60°坡口，管子与法兰焊接时要保持同心度在1mm以内。

③根据管内介质的工况和管子的公称通经，合理选用垫片的材料和规格，特别要注意防止“大法兰小垫片”的情况出现。

④正确的选用连接螺栓的直径和长度，用“十字交叉法”旋紧螺栓，螺栓长度以旋紧后露出1～2牙为宜。

此外，在修造船过程中，还可能碰到其他各种的铜法兰，松套法兰和折边套法兰等，它们的适用范围和工艺要求可参看有关的标准。

2.2.2 螺纹连接

当管子与管子及管子与机械，设备，附件之间是利用螺纹进行连接的，这种连接方式称为螺纹连接。螺纹连接主要有管子螺纹接头，卡套接头和由任接头三种形式。这种连接方式的优点是拆装方便，占用空间位置小，布置紧凑。

图2-8

图2-9

管子螺纹接头工艺：

①凡是平肩接头必须加装合适的内垫圈，锥面接头则不必用内垫圈。

② 管子与接头用气焊焊接时，必须先将接头拆开口单独焊接，否则会发生接头咬死而拆不开 接头。

③旋入接头的旋入螺纹必须与接座螺纹相配合，接头与接座间必须加装外垫圈

卡套接头施工工艺：

①管子表面不得有拉痕，凹陷，裂纹，锈蚀等缺陷存在。

② 连接钢管的外径偏差不超过±0.3mm时，方可得到满意的连接效果。

③管子切割面应保证与轴线垂直，并不能有毛刺，赃物，用于高压连接的钢管事先最好用细砂纸打磨管子插入部分的外表面。

④外套螺母，卡套在管子上的位置方向要正确，管子应顶紧在接头的止推面上。

⑤拧紧螺母时，用力要均匀，拧紧后可松下螺母，观察卡套是否咬进管子表面，正式安装时，仍需用力拧紧。

2.2.3焊接连接

对一些不需要拆卸的管子可以采用焊接的方法连接，主要有三种焊接工艺。

2.2.4.1对接焊当壁厚δ≤3mm时，直接用直管对接的方式，管子间隙为0-2mm，只允许采用气焊或气体保护焊的熔丝焊接法；当壁厚3mm＜δ＜16mm时，管口要作60°的坡口，管子间隙为0-3mm，对各类油管路必须先用氩弧焊封底后，再用电弧焊，气焊或气体保护焊焊接。对接焊的同心度要求≤1mm。

2.2.4.2套接焊 采用套管理才套焊接时，套管材料应与连接管子同质，套管的位置应居中，套入长度≥5δ（连接管子壁厚），套管厚度≥1.25δ，套管内径比连接管子外径大2-3mm，连接管子间隙≤3mm。

2.2.4.3搭接焊 采用搭接焊前，应先对连接管子进行扩口处理。扩口后的内径应比插入管子外径大2-3mm，插入长度15-20mm，扩口边缘不得产生裂缝，搭接焊时要求基本同心。

施焊前应清除焊件焊接部位的氧化皮，铁锈，潮气，油污，油漆，熔渣及其他可能影响焊接质量的污物，并检查焊缝间隙和坡口等是否符合要求。为了保证焊接质量，各种焊缝应尽可能的采用俯焊位置。施焊结束后应立即清除焊渣于飞溅物，检查焊缝的外表质量，即寒风表面应光滑清洁，不得有裂纹，焊瘤，气孔以及未填满的弧坑或凹陷存在。管子内壁产生熔滴于塌陷应予以修补。

钢管的焊接连接一般采用对接汉或套接焊地形式。紫铜管则采用搭接焊或套接焊，而不宜采用对接汉。这是因为对接焊的强度较低；同时，由于对焊在管子内壁形成的焊缝无法清除，而一般紫铜管大量用于仪表管路及冷藏管路，这些管路对管子的清洁要求又特别高，所以紫铜管不宜采用对接焊形式。

2.3通舱管件的制作工艺

2.3.1直通式通舱管件工艺钢管的材料与管系的管子材料相同，法兰一般采用搭焊钢法兰，复板的材料和厚度应与开孔处的船体钢结构构件的材料，厚度相同。复板内圆直径比管子外径大1～2mm，外圆直径比相应法兰外径大80mm，直通式通舱管件的长度已标准化。

制作一个公称压力为1.6MPa，公称通径为65mm，标准长度210mm的直通式法兰连接钢法兰通舱管件，其制作工艺如下：

①先截取一段长200mm，外径Φ76×4的10号无缝钢管，配两只公称通径威65mm，公称压力为1.6MPa的搭焊钢法兰，再取一块厚10mm，外径为 mm，内径为78mm的复板，其材料为普通碳素钢的A3

②用两块V形铁将管子搁好，再用水平尺检验其水平度，然后分别套入复板，法兰。

③先点焊左端法兰。此项工作一定要保证法兰端面和管子轴线垂直并保持法兰端距5mm，采用三点固定焊固定法兰。

④再用三点户丁焊固定右端法兰，同样保持5毫米端距，此时，既要保证法兰端面与管子轴线垂直，又要保证两端法兰螺孔在一条直线上，同时还要保证总长度为210mm。最后固定复板，要是复板的左面至左端法兰密封面的长度为100mm，并保证其水平面与管子轴线垂直。活络复板可不进行此工作。

2.3.2螺纹连接通舱管件当管子的公称通径较小时，一般用螺纹连接通舱管件来代替上述的法兰连接通舱管件，螺纹连接通舱管件一般采用碳素钢或黄铜制做。单只管件安装时都是直接在舱壁上开孔，然后采用孔面焊接。多联管件则先在复板上排列，矫正后，再按复板得外形在舱壁上开孔，焊接，多联管件在复板上排列时，各个管件的中心距要保持适当间距，能自由地拆装多联管中的任何一根管子。

2.4管子截面积计算

在管子截面积计算中，我们着重解决的就是主管上开支管和蒸汽加热盘管的长度计算问题

2.4.1 支管口径和数量的计算

在实际工作中，我们经常碰到总管上开支管的问题。要在海水总管，供水总管上开若干支管，所开的支管口径和数量不能任意，开得少固然没有问题，如果开得太多，那么从支管流出的介质流量和压力就会衰减得太多，而不能达到设定的要求。

计算支管的口径和数量一般说来，不考虑其它因素的影响，所有支管的流通面积之和应小于或等于总管的流通面积：

此外，蒸汽系统中的蒸汽分配管上开支管，n路凝水支管汇合至凝水集合管，求凝水集合管的口径等，都可参照此法计算。但是在实际运用中，有时考虑到所开的支管不一定同时使用。所以有的总管上所开支管的总流通面积可能会略大于总管的流通面积。

2.4.2蒸汽加热盘管的长度计算

燃油系统中的重油在注入，驳运，沉淀，分离和供应时，都要在油舱内利用蒸汽进行加热。油舱所需的蒸汽加热量主要由通入饱和蒸汽的温度和蒸汽加热管的材料及加热面积等因素决定。如果加热蒸汽的压力和加热管的材料确定以后，油舱加热量就只考虑加热管的加热面积。

如何根据油舱加热面积来求和热管的长度呢？这里所说的加热面积一般就用管子的外径周长乘以管子长度，即

   (1-3)

式中  S------油舱加热面积（m2）；

d------加热管外径（m）；

L-----加热管长度（m）。

下面举例说明蒸汽加热盘管长度的计算方法。

例　　某油舱要求加热面积为25㎡，若用Ф60×5无缝钢管制作加热盘管需用钢管多少米？

解 设需要钢管为Lm

答：需用Ф60×5无缝钢管为132.70m。

2.5 选材

这里所讲的管子材料的选用，只要求能根据管路系统的特点，正确的选用管子材料，也就是说什么管路应该用什么管子（材料）而不涉及到管子的具体规格。

为了正确选用管子材料，必须掌握管路中介质的压力，温度和腐蚀性以及常用材料的特点，一般说来，无缝钢管适用于高，中压，高温和腐蚀性较弱的管路，焊接钢管适用于低压，常温和腐蚀性较弱的管路，镀锌钢管适用于低压，常温和腐蚀性较强的管路。实际上，制作船舶管系的管子材料，规格是由设计部门选定的，并在各系统的施工图纸上明确标注，我们必须严格地按图施工，千万不可擅自更改。

2.6下料

在管子的加工工作中，首先碰到的就是正确下料工作。在下料前，我们根据设计图纸得知管子理论计算长度。

2.6.1 计算下料长度

下料长度就是弯制成形的管子的总长。理论上，它是各直管段长度和弯头圆弧长度的综合，在弯制管子时，弯头部分的圆弧长度因材料塑性变形等原因而略有伸长，所以实际下料长度应该比理论长度略短一点。当自动弯管机采用“先焊后弯”的工艺流程时，实际下料长度更是必须给出的一个参数。从图1-10可知，管段的理论下料长度Ｌ０为

 (1-4)

即 

图2-10

由于管子在弯曲时有一定的延伸量 所以实际下料长度应减去 。对于有n个管段的弯曲管子，实际下料长度为

 (1-5)

式中 ------管子实长之和；-------弯头处切线长度与圆弧长度差值之和； ------管子弯曲时的总延伸量。

延伸量 是一个经验数据，它随着管子的材料，直径，壁厚，弯曲半径，弯角大小以及热弯或冷弯等情况而定。通常，对于一定规格及材料的管子，延伸量 与弯角α成正比。目前工厂管子下料长度一般取理论下料即可，延伸量在校管时割除；如采用“先焊后弯”工艺时，必须考虑延伸量，此量通常根据试验获得的经验数据。如下表

表1-8 管子弯曲延伸量

2.6.2切割

一般管件采用锯床锯断或氧割切断，但氧割后必须去掉氧化铁渣和飞溅物；有色金属管及HDR不锈钢管应采用机械或手工锯切断。

⑴气割

金属的气割（实质是氧气切割），是目前船舶管系最普遍英勇的切割方法。气割原理是气割过程开始，先用预热火焰加热割缝处的金属，使割缝处切割开始点处的金属温度上升达到燃点（使金属在纯氧中的燃点），此时放出高压的纯氧射流，使金属燃烧（猛烈氧化），燃烧所生成的熔渣立即被气流吹除，继续这一过程，就会在金属割件中形成一道光洁的割缝把金属割件分离开。

⑵等离子切割

越来越多的铬镍合金，铸铁，有色金属需要切割加工，而这些材料不能用普通的氧气切割。就要用到等离子切割技术。

等离子切割工艺：

①等离子弧电源

等离子弧要求电源具有陡降的外特性。为了易于引燃等离子弧并使起其稳定燃烧，空载电压要求较高，我国的等离子弧切割机的空载电压为（120-300V）.空载电压的高低主要取决于切割材料的厚度，如要切割大厚度材料则需要更高的空载电压。

工作电流和电压决定了等离子弧的功率，功率增大可提高切割厚度和速度，增大电流会使弧柱变粗，切口宽度增大。增高电压是提高等离子弧功率的有效途径，但工作电压若超过空载电压的６５％时，会出现等离子弧不稳定的现象，故在增大等离子弧的工作电压时必须提高电源的空载电压。

②等离子弧的工作气体

等离子弧常用的工作气体是Ｎ２，Ａｒ和Ｈ２或它们的混合气体。Ｎ２来源广，成本低，化学性能较稳定，是应用最多的气体。但是Ｎ２的纯度要求高（≥99.5%），如果Ｎ２中含有Ｏ２或水较多时，会使钨极烧损严重。

Ｈ２具有很大的传热能力，工作气体中混合Ｈ２可明显地提高等离子弧的热功率。但Ｈ２与空气混合易燃烧或爆炸，所以Ｈ2¬要和其他气体混合使用。

Ar既是热的良好载体，对活泼金属又是良好的保护介质。但是Ar价格较贵，一般很少采用。

增加工作气体的流量会增加弧柱的机械压缩和热压缩效应，使工作电压上升，佃户功率增大，有利于提高切割厚度和增大切割速度。但是流量过大时，会有一部分热量被冷气带走，使熔化金属的热量减少。此外，还会使等离子弧燃烧的稳定性降低。这个主要靠经验控制。

③切割速度

合适的切割速度可以获得高质量的切口。在功率不变的条件下，提高切割速度会使惹影响区缩小。切割速度过快，易出现割不透的现象；切割速度太慢，不但生产效率低而且会造成成切口表面不光洁，切口背面毛刺增加。这个主要靠经验的把握。

④喷嘴到工件距离

为充分利用等离子弧的热量，便于操作，喷嘴到工件之间的距离一般控制在10mm以内。

⑤钨极端部到喷嘴的距离

钨极内缩的距离太大时，会降低等离子弧的稳定性和等离子弧对工件的加热效果。如果钨极内缩的距离太小时，由于等离子弧的反射热会造成钨极和喷嘴烧坏。通常钨极内缩喷嘴距离取（６－１１）ｍｍ。

2-8 几种金属材料等离子切割工艺参数表

材料 厚度（mm） 喷嘴孔径（mm） 空载电压（V） 切割电流（A） 工作电压（V） 气体流量N2（1/h） 气割速度（m/h）

不锈钢 8 3.0 160 185 120 2100～2300 45～50

20 3.0 160 220 120～125 1900～2200 32～40

30 3.0 230 280 135～140 2700 35～45

40 3.5 240 340 145 2500 20～25

铝和铝合金 12 2.8 215 250 125 4400 784

21 3.0 230 300 130 4400 75～80

34 3.2 240 350 140 4400 35

80 3.5 245 350 150 4400 10

紫铜 5 310 70 1420 94

18 3.2 180 340 84 1660 30

38 3.2 252 304 106 1570 11.3

低碳钢 50 10 252 300 110 1230 10

85 7 252 300 110 1050 5

铸铁 5 300 70 1450 60

18 360 73 1510 25

35 370 100 1500 8.4

注明: 铜及铜合金管的切割可采用钢锯、砂轮锯，但不得采用氧-乙炔焰切割。铜及铜合金管坡口加工采用锉刀或坡口机，但不得采用氧-乙炔焰来切割加工。夹持铜管的台虎钳钳口两侧应垫以木板衬垫，以防夹伤管子。

2.7弯管工艺

    在民用船舶中，管子材料以钢管为主，较少使用铜管或其他金属管。塑料管等尚在试用阶段，所以弯管工作主要以钢管为主。管子的弯制有机械弯管和手工弯管两大类型。机械弯管则有冷弯和热弯两种不同的方式，但是他们的弯管工艺步骤基本相同。目前，机械弯管又先弯后焊和先焊后弯两种不同的弯管工艺。

2.7.1弯管机

    弯管机按其动力（传动部分）来分：主要有机械传动（电动）和液压传动两种。按弯曲过程分无芯弯管和塞芯弯管两种。

一般来说，电动无芯弯管机是应用最早的一种弯管机，其他的弯管机都是由它发展变化而来的。无芯电动管管机的传动部分是由电动机，皮带减速装置，齿轮减速箱，涡轮蜗杆机构，主轴组成，这样使得电动机的动力传到了主轴。然后电动机的弯曲部分是由弯模，主轴，前夹头，滚轮，后夹头和托架组成，前夹头用塞块等方式固定住管子，然后管子被弯部分在主轴带动弯模下进行弯曲。

其他还有液压塞芯弯管机，火焰弯管机等等，不再多叙述了。这里特别注意提到，塞芯弯管机加工需要注意的几点：①弯管前必须向管内注润滑油，为了减小塞芯和管子内壁的摩擦力，在塞芯头部开有1～2道润滑油槽，弯管前要预先涂抹润滑油。②正确调整前置量K。③适宜弯制管径较大，管壁较薄，弯曲半径较小的无缝钢管，不适合有缝钢管。

2.7.2虾壳管的制作工艺

当管子弯头的口径较大，弯曲半径较小时，一般采用“虾壳管”连接形式，如船舶发电机排气管，锅炉排汽管等管路。

图2-21

图2-22

图2-21为五节直角虾壳管。由图2-21可见，虾壳管弯头一般由首，尾两节单斜截圆管和若干节双斜截圆管组成。中间节越多，弯头曲线越光滑，但是工作量越大，在实际生产中，一般30°弯头取首，尾两节，45°弯头取三节（首尾和一节中间节），60°弯头取四节，90°取五节，即可符合管路的要求。

从图1-22中可知，、首尾节的斜截角与中间节两侧的斜截角相等，其计算公式：

 (1-10)

式中：                    n--------虾壳管中间节节数

下面介绍虾壳管的直管段倒角制作法：首尾节管段由直管段和半截管段组成，中间节是双斜截管段，中间节的外侧节距是A，中心节距B和内侧节距C

R--------虾壳管弯曲半径（mm）；

      D-------管子内径（mm）；

 ------虾壳管直管段斜截角（度）

首尾节单斜管段部分尺寸等于相应中间节的一半。

用直管段倒角法制作一只五节直角虾壳弯的工艺：

①根据上述公式计算斜截角 ，外侧节距A，中心节距B和内侧节距C。

②计算直管下料长度

直管理论下料长度为首尾直管部分长度加4倍中心节距长度之和，即2a+4B（参照图1-22）。考虑到直管的切割损耗，直管下料长度要放些切割余量，③划表面基准线和取切割点。

在下料圆直管两端取十字中线点，然后再管子表面划出十字基准线A-A′，B-B′，e-c′和D-D′。用，，依次在基准线上取首节切割点1，2，3，4，再以A，B，C取第一中间节的切割点5，6，7，8，以后继续取点，直至取出尾节的各切割点。由于切割损耗，各条切割线的两边均要放1.5mm的切割余量。

④划切割线

利用划线盘进行管子表面切割线的划线工作，划线盘象一只平面法兰形圆盘，圆盘内径应大于管子外径，套进管子后能做径向摆动，摆动度数应满足花斜截线的需要，即划线盘的径向摆动度数应大于12度或15度，为使划线时能有适宜的平面基准，故要求划线盘内径之差大于或等于20mm，厚度一般为5～8mm。划线盘上还焊有定位螺钉。划线盘套进圆管后，转动划线盘，使其平面对准基准线上所取的，1，2，3，4各切割点，旋紧定位螺钉，用石笔字划出斜截切割线，如图2-23：

图2-23

⑤管节切割

由于取点划线时，已在两节之间留有3mm的切割余量，因此，采用机械切割或者氧气切割时，必须接线切割，不可发生切口挠曲或偏离切割曲线，切口两边均应平整成形。

⑥开坡口 清理切口

为了保证焊口质量，凡管壁厚度超过5mm的管子对接时，均应开60度的V型坡口，因此，各单只管节的斜截面上均需预先开出30度的斜角。最后最破口，切口的割渣，氧化皮等进行清理工作。

⑦拼装和焊接成形

虾壳管的拼装工作是虾壳成形的关键工作，拼装工作必须在平整的平台上进行。拼装关键的各节的各特殊点必须相应对齐，即1-5，2-6，3-7.4-8对齐后，再用点焊法固定，直至整个虾壳管成形。由于金属的热胀冷缩性质，虾壳管焊接成形后，必定会发生内弧收缩量大于外径收缩量，而造成弯头的弯曲角α大于要求角度，为此，在拼装90度虾壳管时，有意识地适当减小2度左右，即拼装弯曲角为88度，以便焊接时的收缩变形得到补偿，从而使焊接成形后的角度符合要求。

2.8校管，试验和清理

2.8.1 划线和校管工艺

管子的划线和校官工作往往是在一起的，就是根据管子零件加工图将管子弯好之后，按要求对各部分形状和尺寸进行校正，划出弯管时所放的余量，用气割或机械方法切割余量，然后再进行法兰定位和电焊支管等工作

⑴现场校管

将弯制好的管子直接在船体分段，单元或船上现场进行校管工作叫现场校管。

工艺步骤如下：

①将弯好的管子放在安装位置上，先修好管子的误差：弯曲角α和中间长度。主要采用“伸“或”弯“两种修正方法。

②划线，切割余量，此项工作一定要保持法兰端距4～6mm。

③在管子两端装法兰，并将管子套进法兰，用螺栓（至少2个）将法兰旋紧，旋紧后的法兰必须保持同心和平行。此时一定要在两法兰间加装临时垫片，临时垫片厚度必须与正式垫片相同。

④用管子支架将管子搁牢后，转动管子使之保证法兰端距和管子曲形的横平竖直，最后用三点固定焊固定法兰。

⑤总管固定好后，根据实际情况再校支管。校支管和上面步骤一样。

⑥拆下校好的管子在现场或运回车间进行法兰附件等的焊接工作。

⑦焊接好的管子清理之后，进行安装工作。

现场校管的注意点：

①校管时一定要加临时垫片，否则校好的管子长度要增长，造成以后不能安装的局面。

②在校管的整个过程中，严禁将手指伸进螺孔试探；同时不允许用撬棒强行对中。

③管子校好后，必要时要在法兰周边上作好安装标记，以便于管子的安装工作

④校管工作按“先总管，后支管“的顺序进行。

其他几种校管方式：靠摸校管，校管机校管，平台校管的原理和现场校管差不多，不一一详细叙述。

2.8.2 强度试验

管子经过校管和法兰焊接以后，还要进行强度试验。试验的目的是对管壁，支管，法兰登连接附件的焊接质量进行检查。强度试验一般用水（液）压试验，由于水是不可压缩的，升压快，而且试验管子稍有泄漏，压力立即就会下降，因此，检查方便，简捷，安全可靠。

液压试验压力的大小根据管子的技术提阿建而定，即由工作压力和介质温度决定。

表2-12

名称 试验压力

车间内 装船后

1 舱底，压载管系 2p，但不小于0.4MPa 1.25p，但不小于0.4MPa

2 货油管系 2p，但不小于0.6MPa 1.25p，但不小于0.4MPa

3 油舱加热管 2.5p 1.5p

4 燃油管希

锅炉压力燃油管 2p，但不小于3.2MPa 1.25p，但不小于2MPa

一般燃油管 2p 1.25p，但不小于0.4MPa

5 蒸气管路

过热蒸气管路 2.5p 1.5p

饱和蒸汽管路 2p 1.25p

6 锅炉给水管系 2p 1.25p

7 锅炉放泄管系 2p 1.25p

8 冷却管系 2p，但不小于1.4MPa 1.25p，但不小于0.2MPa

9 海底阀 不小于0.2MPa

10 滑油阀 2p，但不小于0.4MPa 1.25MPa，但不小于0.4MPa

11 压缩空气管系 2p 1.25p

12 液压管系 2p 1.25p

13 其他受压管系 2p

14 封闭式液柜 1.5p但不小于0.4MPa

15 开式液柜（试验水柱）

（1）无溢流管的柜 至空气管顶

（2）有溢流管的柜 至少高于柜的顶部1m

液压试验前，先检查管子的外观质量，除去焊渣，毛刺等。用于液压试验的密封垫片的内径必须略大于法兰内径，这是因为如果法兰焊缝等若有其笼或砂眼时，压力水就会从管端与法兰的缝隙处流出。倘若密封垫片内径小于法兰内径，恰好将管端缝隙遮住，再经螺栓拉紧后，缝隙被垫片完全封死，阻断了压力水的渗出，从而不能发现焊缝的缺陷。

液压试验工艺步骤如下：

①将试验的管子的两端法兰用带有密封垫片的盲板夹紧，一端连接水泵，一段连接排气阀，启动水泵并打开排气阀，直至水从排气阀溢出后关闭排气阀。此项工作一定要排尽空气，以为空气是比较容易压缩的，管内剩有空气时，加压时压力升高就很慢，而且当试验压力较低时，管子虽有泄漏现象，压力表的下降也很慢，不能马上看出压力变化。

②用水泵逐渐地升高压力，升至规定的压力时停止泵工作。

③用压缩空气吹除管子表面的水滴，仔细检查支管，法兰以及其他连接附件的焊接处有无渗漏现象。同时，检查压力表的读书是否下降，如果压力保持5分钟不降，管子，焊缝无渗漏时，则可认为试验合格。

如果发现泄漏，必须泄压后修正。

①法兰，支管焊接处的泄漏可直接进行补焊。

②一般用途的低压管子本身有裂缝，应在裂缝处先凿成60度的三角槽后，在进行焊补。

③高压管子一律不允许焊补，应换新。

焊补后的管子必须重做液压试验，直至完全合格为止。

为了提高工作效率，可以将不同管系但是试验压力相同的管子串在一起进行液压试验。

需要注意的地方：

①按规定的试验压力进行液压试验，严禁超压试验，即时是短时间也不允许。

②管内压力超过0.3MPa时，严禁再紧固附件或法兰螺栓。

③压力表应准确无误，其上限压力应是试验压力的1.5至2倍。

④试验管子有缺陷时，应很快地降低压力，标出缺陷位置，排空管内存水后进行焊补，严禁带压补焊。

⑤起泵后再缓慢而均匀地升压，不准忽压忽停，也不准有冲击现象。

⑥试验压力超过2MPa以上时，不准突然泄压，防止产生管子变形。

2.8.3 清理和表面处理

液压试验合格的管子，还要进行清理工作或表面处理，目的是清楚管内杂质或提高管子的抗蚀能力，常用的有压缩空气冲吹，酸洗和镀锌等方法。

2.8.3.1压缩空气吹除杂质

对一些清理质量要求不高的管系，一般可用压缩空气吹除管内的机械杂志，吹除时，在管子的四周特别是弯曲处要用手锤仔细敲打，使管内杂质和污秽脱离，便于压缩空气的吹除，对付在管子内部较牢靠的杂志，一定要冲除干净，否则仍有损坏机件的危险。

2.8.3.2钢管的化学清洗

对清理质量要求比较高的管系，如燃油，滑油，液压，压缩空气，蒸汽，制冷，油舱，柜上的空气，测量，注入及主机淡水管等，除采用空气吹除外，还要进行化学除锈主力，酸洗的工艺步骤：

①有机溶剂除油

在酸洗工作之前，必须先对表面赵又油污的管子用有机溶剂进行除油，一般用柴油将管子表面擦洗干净。

②化学除油

对表面严重油污的管子出用柴油擦洗外，还要进行化学除油，将清洗后管子放入氢氧化钠，碳酸钠和硅酸钠的混合液中，浸泡60到90分钟，温度保持在70到100度之间，然后分别用流动的热水和冷水冲洗，冲掉管子表面所粘的混合液。

③酸洗

酸洗就是利用强酸将管子表面的铁锈，氧化皮等溶解和剥离掉，目前常用硫酸(比重1.84)200克/升，盐酸（比重1.19）或混合液（硫酸和硝酸），再加少量（1克/升）的缓蚀剂若个组成的酸洗液，温度控制在18到40度，酸洗时间视管子锈蚀程度，酸洗液浓度和酸洗液温度而定。酸洗标准以管子表面的铁锈，氧化皮除尽为止，即当管子表面的铁锈，氧化皮变成附着力很小的粉末状，用抹布稍稍擦拭就很容易脱掉下来时，酸洗工作就结束了。此外，金属管子酸洗时，除了氧化物的溶解外，金属本身也会和酸反应，会产生金属的溶解和氧的析出，这样，酸洗时要防止管子的过腐蚀和氢脆病的发生，为此酸洗液浓度不宜过浓，温度不宜过高，酸洗时间不宜过长。

④中和反应

酸洗后的管子经过压力水冲洗掉表面的黑灰，浮渣，碳化物后，再放入流动的清水中除去残存的酸液，然后放入由亚硝酸钠和碳酸钠组成的殓液中去中和，温度控制在60到70度，时间为5到15分钟。

⑤热水浸泡

中和反应后的管子再放入80度以上的热水中浸泡5到15分钟，这样，除去殓液的同时还可以起到干燥作用，最后，用压缩空气吹干或让其自然干燥。

⑥清理和油封

用清洁的抹布拭净管子表面的铁锈，氧化皮等杂物，再对酸洗质量进行检验，检验要求氧化皮等完全清楚，钢管的表面呈灰白色，无残存的酸，殓液，如发现有酸，殓液的存在，则必须重新中和或热水冲洗。

经过酸洗和清理后的管子，还要在内壁涂防护有，外壁涂防污锈底漆，以保证管子的清洁和防止生锈。最后，用塑料封头或者塑料布等密封管子两端，防止再无进入管内。

2.8.3.3管子的镀锌

锌为浅灰色的金属，其化学性质很活泼，在干燥的空气中，锌较稳定不易变色，再潮湿空气中氧化生成一层硷性碳酸锌或致密白色氧化物，这种表面生成物具有保护性，能保护内部的锌不进一步氧化。

钢管镀锌，可以延长钢管的使用寿命，采用镀锌处理的管系有海水，淡水，舱底，压载，卫生水，凝水，校方甲板冲洗等水管及二氧化碳和水舱的空气，测量，注入等管路。

目前有电镀锌和热镀锌两种，前期准备相同，都要经过除油和酸洗处理，否则直接影响镀锌质量。

（1） 电镀锌是将经过除油和酸洗后的管子，放入盛满电解液的电镀槽里，槽内放置高纯度的锌板，管子和直流电源的负极相撞，锌版和正极连接，通电一段时间后，管子的表面就被镀上一层镀锌层，厚度为30到40微米。

（2） 热镀锌就是将经过除油，酸洗和烘干后的管子浸入熔化的镀锌槽内，经过几分钟后，管子表面就被镀上一层锌。厚度约70微米，为了提高镀锌层表面的美观，镀锌槽内还加入适量的铅。由于热镀锌具有费用低，周期短，镀层厚等优点，逐步取代了电镀锌，大量地被用于钢管的镀锌工作。

镀锌后的管子，其内外表面镀锌层应光滑，不应有明显的漏镀，过烧，流挂，剥落，气泡，麻点，伤疤等缺陷，敲击时镀锌层不得连续剥落和脱离。

第三章实例

3.1 沪东船厂管子单件加工流水线

管子加工自动流水线是近年来国内外管子加工工艺不断发展和逐步完善的一项新技术,它应用电子计算机技术和数控技术使管子加工从备料,切割,法兰焊接,弯曲以及管子输送,装卸等全部实现自动化,并按先进的工艺程序实现流水作业生产.它不仅保证了管子的加工精度,而且大大地提高了劳动生产率。

    “先焊后弯”可以实现直管切割和直管定位焊接，直管输送和装卸，因而有利于实现单机自动化和全线自动化，同时，由于采用套料和定长切割，实现无余量加工，可提高管材利用率，因此具有较为显著的优越性，由于是“先焊后弯”，可能在管子加工精度上出现一些偏差。这主要是因为在弯曲中管材的伸长和弯曲的回弹角所造成的，但是这种工艺方法对工效的提高和实现全自动化是大有作为的。

具体实施方法:

管材由仓库用车辆或传送带送入车间，经行车吊入卸管台。管材滚入上料机后，自动送入指定位置，并滚入储料架的夹层中，下管机按输入信号动作，管材从指定夹层滚入下管机，并翻入切割机前送料滚道。管材由送料滚道纵向输送至管子自动切割机，在此工位将管子固定，并分别完成测长和切割后编号打印，并由气动杠杆横向翻入法兰自动装配机，而法兰由法兰供料机按指定信号，推送选定的法兰，用点焊机机械手抓取法兰，送至法兰自动装配机，与切割的管子配合，并进行点焊固定。小于1m的余料自动落入切割机下面的地坑，大于1m的余料翻入切割机侧余料箱。自动分类机将点焊固定法兰的管子分类（根据管子口径进行分类），并由气动杠杆横向翻入输送至法兰自动焊接机进行自动焊接（应该是采用了CO2气体保护焊）。然后由情节焊渣试压机清理焊接部分及其四周后泵水检验焊缝质量。如果加工的管子是直管，则加工至此由输送带送出线外，如果需要弯曲的管子则经过自动输送滚道将它送到弯管机待弯。数控弯管机即按所需的形状进行弯管。弯制后的管子由机械手取下经输送带输出或放置机侧堆场，用行车吊送至线外。

3.2 蒸汽系统锅炉管子制作实例

    现场有切割机，测量仪器，冷弯机，取用此系统常用优质碳素钢管管材进行先弯后焊实例，长1m，管径Φ108×4，弯曲半径为240。

①下料。检查所取管子的外观是否光滑，察看是否有毛刺，撬皮等缺陷，有缺陷的一律不用，核实管子的材料牌号，规格。然后释放放余量，这个余量就是在节省材料的情况下，为二次切割提供方便，下料前也要仔细，合理的进行套料，以便提高材料利用率。因为一般根据经验，DN80以下的钢管采用砂轮锯切割，DN80以上的钢管采用锯床锯断或者氧割切管，所以对于此管，我们采用的是氧气气割，切割完，必须去掉氧化铁渣和飞溅物，去除毛刺等缺陷。

②管子弯曲。由于只有冷弯机，我们就采用冷弯工艺，管子的弯曲半径为240，由于弯曲半径R/Dw不小于2.2，是符合弯曲的条件的。

根据冷弯的工艺要求，要给此管配以同样规格的弯管盘，滑块夹头，塞规等附件。根据管子内径100至200之间要选用的塞规应小于管子内径的1至1.5mm，选用107的塞规；弯管盘的圆槽直径dw应稍大于管子外径，选用109mm的弯管盘。在管子的内壁涂上一层润滑油，按照上文的弯管回弹的理论分析，可以得出弹性角大致为6度，控制弯管角度时应考虑管子回弹角度，使管子回弹后其弯角的度数符合图纸要求。

接着就可以弯曲了。

③弯曲后的质量检查。弯曲完后，检查管壁上是都有裂纹，结疤，分层等缺陷，又上述缺陷一定要消除掉，可以用锉子锉平，被消除部位的壁厚的减薄，必

须在规定的减薄率范围内。可以求得弯曲后的圆度，看看是不是符合要求，不符合要求就要重新弯曲了。

结束语

可以知道，管加工工艺是一个随着科学技术不断发展而跟着改进的，将来更多的是用到数控管加工，但是现有的管加工工艺都是基础。

参照文献得出弯管回弹控制工艺以及先焊后弯法兰预转角的确定等，都对管加工起到很好的指导作用。

另外，很多加工工艺需要的是经验操作，所以，不断地实践，才可以对管加工工艺有更加深刻的领悟。

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