后的图形,该图形采用极坐标,可以直接转换为数控下料图形。
5) 将展开后的图形进行坐标变换,首先由极坐标变换为直角坐标,然后进行坐标平移和旋转,以钢板两条边为直角坐标系,计算各个点的坐标值。
(4)展开具体方法
1)画法几何方法展开
根据画法几何原理,将每一根素线旋转到母线位置,然后求上下截面特征点,将各个特征点闭合连接,形成展开图形(下图示出一半,另一半对称),如图2-4-12所示。
0(360)180
图2-4-12展开图形
2) 解析方法展开
根据设计图纸提供的各个已知参数,见图2-4-13,通过解析计算,推导出计算公式,然后可以采用计算机,很方便的将各个不同类型的岔管进行编程展开。
(1) 岔管主锥管计算公式
已知:
a) 圆锥半角为Q;
b) 上平面为正垂面,斜截圆锥,与圆锥轴线交于S点,与圆锥回转轴线的夹角为SA,其中过 S点,正截圆锥的圆半径为RS;。
c) 左平面为正垂面,斜切圆锥轴线于F点,F点的半径为RF,该平面与圆锥回转轴线的夹角为FA,并与右斜截平面相交于A0点。
d) 右平面为正垂面,斜切圆锥轴线于K点,K点的半径为RK,该平面与圆锥回转轴线的夹角为KA,并与左平面交于A0点。
e) 各个参数的意义如图2-4-14所示。
对于圆周上的0~360°上的任意点i,其中i的角度为?i,通过i点与回转轴垂直的平面截得的圆锥的半径为Ri:
Ri?RS…(2-4-1)
tgQ1+()cosaitgSA任一素线,过上截面为i点,通过下截面为j点。 则通过i点的母线长度为Li:
Li?Ri…(2-4-2) sinQ通过j点的母线长度计算为:
当?i位于0≤?i≤A0 ? (360-A0) ≤?i≤360时,采用下面公式计算半径Rj
Rj?RF…(2-4-3)
tgQ1+()cosaitgFA当A0<?i<(360-A0)时Rj:
Rj?RjRK…(2-4-4) ; Lj?…(2-4-5)
tgQsinQ1-()cosaitgKA根据公式(2-4-1)~(2-4-5)可以计算出圆周角度为?i的任意点的素线长度Lij:
Lij?Lj?Li…(2-4-6)
按照锥体被平面斜切计算建立的坐标系,可以得到A0角度计算公式:
1R-RtgKAKF A0=180-cosR()…(2-4-7)
FtgQtgKA+tgKAtgFA-1
计算平面展开角度 :
?i =?isinQ…(2-4-8),
其中Q为锥半角。?i为圆周上等分点对应的圆周角。
LjLiLiLjySijSAψQFAKA0FKAoLijaixA00(360)0(360)180180
图2-4-13岔管主锥管计算模型图 图2-4-14 岔管展开计算模型
(2) 计算编程原理
根据计算机编程原理,将该展开程序分为以下三个模块:参数输入模块;计算模块;绘制展开图模块。
1) 参数输入模块
根据岔管主锥管计算模型图中各个参数示意图,输入岔管锥体设计的7个几何形体特征参数,由这7个参数可以确定岔管的体型图。这些参数是通过设计图纸获取的,对某一具体岔管,是不变量:
① 半锥角Q; ② S点半径RS; ③ 角度SA;
④ K点半径RK; ⑤ 角度KA; ⑥ F点半径RF; ⑦ 角度FA。 2) 计算模块
① 计算角度A0,计算公式参见(2-4-7)。
② 以RA0为半径画圆,将圆周角分为2个区间,其中区间一为:(360-A0~A0),区间二为:(A0~360-A0)。
③ 将区间1等份为N1(N1为自然数,根据工程技术需要确定)等份,得到各个等份点的圆周角?i,根据公式(2-4-1)得到各个等分点上截面素线Li的长度,同时根据公式(2-4-2)、(2-4-4)得到对应的下截面的素线Lj的长度。
④ 将区间2等分为N2(N2为自然数,根据工程技术需要确定)等份,得到各个等份点的圆周角?i,根据公式(2-4-1)、(2-4-3)、(2-4-4)计算各个圆周特征点对应的素线长度。
⑤ 对每个特征点,根据公式(2-4-8)计算出各个等分点?i的平面展开角度。 ⑥ 对每个特征点的数据(Li、Lj、?i)按照数据结构的组织形式,保存到指定文件中。
3) 绘制展开图模块
将文件中保存的特征点的数据表(Li、Lj、?i),根据Li、Lj、?i循环执行绘制各个特征点展开的素线,则得到该岔管的展开图形。
(4) 切割下料
基本锥可根据岔管瓦块展开及排料图,在计算机上用进行数控编程,将编好的程序输入数控切割机,并在编程时将基本锥三个管口各预留300mm切割余量,该余量在水压试验后再切除,支管与月牙肋板连接处预留50mm配割余量,切割前在数控切割平台上铺好钢板,利用数控喷粉对岔管瓦块切割程序进行对板、切割预演,并对喷粉轨迹尺寸进行检查,检查合格后开始正式切割。切割时数控切割机操作人员随时观测切割轨迹的变化,确保瓦块各切割尺寸在控制范围内。
瓦块垂直边切割完成后,利用半自动切割机开坡口。坡口切割前由下料人员根据岔管瓦块下料图,划出瓦块滚压线,岔管轴线、水流方向、两管口卷板半径、瓦块编号以及坡口角度等,坡口切割完成后用角向磨光机进行打磨处理,清除遗留的氧化渣(皮)及切割锯齿等。
月牙肋下料分两步进行,为提高材料利用率,第一步根据月牙肋尺寸分若干块下料,下料尺寸应留有适当的余料,经组装、焊接、调平并检查合格后再进行第二次下料切割,第二次下料按设计尺寸进行。同时对月牙肋板迎水面留5mm余量切割出圆弧雏形,切割后用角向磨光机和弧度样板配合打磨出迎水面圆弧角。
(5) 瓦块卷制
瓦片在卷板机上冷弯卷制成型,卷板所用样板弧度误差小于0.5mm。在瓦块卷板前清扫瓦块上杂物,防止损坏设备和瓦块表面;首先将管节瓦块两端头在卷板机上进行压头处理,以保证钢管纵缝处弧度满足要求。压头过程中采用弦长为500mm的样板检查,当样板与瓦片间的间隙≤1.0mm时,将压头余量切除后就进入卷板工序。卷板时分别对各区域按照素线滚压线进行卷制,卷板同时不得锤击钢板,以免在钢板上出现任何痕迹。卷板过程注意采用较小的辊压量,反复3~5次卷制成形,每次卷制逐渐减少辊压量,在卷制过程中不断用样板检查比较,以免卷制过量。卷板完成将瓦块吊离卷板机,自由状态直立于拼装平台上,用样板检查弧度不超过2mm,瓦块无急弯,并检查瓦块的弦长和三维对角线长度,以保证瓦块扭曲不超标。
(6) 岔管单节组拼
根据岔管展开排料规划,将卷制好的瓦块吊到预先放好地样的拼装平台,进行对缝、组圆,检测合格后转入焊接工序,纵缝焊接完成检查纵缝处弧度,并对管节圆度、锥度等进行检查,各小节检查合格后,由小节再组成大节。根据地样控制大节的几何尺寸,组拼好后检查各节尺寸,各节管口错边,考虑适当焊接收缩余量后,定位焊加固并焊接。
(7) 岔管基本锥整体组拼
岔管基本锥可采用直立状态拼装和水平状态拼装。首先在拼装平台上放出岔管基本锥直立状态或水平状态(保持月牙肋板垂直地面)地样,然后将岔管主管锥吊上平台,利用锲形板调整好并加固牢靠。再根据岔管基本锥拼装图将支管吊装就位,利用经纬仪(或吊线锤)对地样调整支管角度及相关尺寸,检验合格后加固定位;随后根据月牙肋板地样线,利用经
纬仪(或吊线锤)在支管上画出月牙肋板实际切割线。检查合格后用磁力切割机将余量切除,开具焊接坡口并打磨干净。月牙肋板可最后就位,通过月牙肋板上控制轮廓线及肋板垂直度等调整肋板位置,检验合格后加固定位,再次检查岔管基本锥整体组拼尺寸,检验无误后定位焊加固,转入焊接工序,并在焊接过程中专人监测焊接变形,实时调整焊接顺序,有效控制岔管基本锥几何尺寸。
(8) 岔管焊接
岔管焊接首先根据JB 4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》以及DL 5017-93《压力钢管制作安装及验收规范》6.1条款规定要求,进行相关的焊接工艺评定试验。对焊接试板进行拉力、弯曲、冲击试验,硬度及残余应力测试。
焊缝坡口型式采用60°,不对称X坡口,焊接方法采用手工焊条电弧焊、气体保护焊等,焊缝坡口型式见图2-4-15。
60°312360°2tM1M21~2t/32t/3 图2-4-15 焊缝坡口示意图 注:1、2、3为焊接顺序
焊缝焊接前清理坡口两侧各20mm范围内的油污、铁锈、水迹等污物。对拼装焊缝进行定位焊,定位焊预热温度应比主焊缝的预热温度高25℃,焊缝焊接时预热采用履带式红外线加热垫,预热时必须均匀加热,预热区的宽度为焊缝中心线两侧各150mm,其温度测量采用远红外线测量仪在距焊缝中心线各50mm处对称测量,每条焊缝的测点不少于3对。预热温度、层间温度、后热温度根据焊接试验成果或有关标准规范的要求确定。
岔管纵缝焊接采用多层多道焊。纵缝焊接前,坡口两端加装引弧板和熄弧板,以保证焊缝两端头的内部质量。焊接电流严格按照焊接工艺评定参数进行,并随时用弧度样板检查焊缝的变形情况,及时调整焊接顺序,尽量减少焊接变形。纵缝背缝清根后,仔细打磨干净,并作相应检查,确认缺陷清除干净后方可继续焊接。
岔管基本锥整体拼装完成,各部定位焊加焊牢固后开始焊接。岔管整体焊接时为减少焊接应力,可先进行月牙肋板焊缝焊接,然后再进行环缝焊接。月牙肋板焊缝焊接采取偶数名焊工同步对称、分段、退步焊接,焊接前将焊缝坡口全面打磨光滑,以免影响焊缝内部质量。月牙肋板主缝填充2~3层后对背缝进行清根处理,气刨清根时注意不要损伤到月牙肋板母材,将背缝打磨干净后做相应进行检查,缺陷消除彻底后再进行背缝焊接。岔管环缝的焊接采用偶数焊工同步、对称、分段焊接,焊接过程根据地样随时监测岔管整体变形情况,特别注意焊接过程有无炸(裂)焊现象,根据变形情况及时合理调整焊接顺序,有效控制焊接变形。
(9) 岔管水压实验
岔管基本锥焊接完成并检查合格后,进行水压试验。岔管水压试验主要设备:1台电动试压泵、配套高压管路、球阀、检测仪器仪表及其附件,3个试压闷头及配套的过渡管节,其中闷头采用热压成型。试验加压前30分钟,由现场指挥人员召集所有参加试验的操作人员、监护人员、检查(检测)人员进行试验前现场技术交底。仔细检查胎膜的加固情况,由于水压试验时,胎膜荷载比较大,必须保证胎膜的强度和稳定性;同时按岔管水压试验原理图(见图2-4-16),准备好水压试验所需的试验设备、管路及专用工器具,将充水阀、排气