坡口制作

坡口制作（精选7篇）

坡口制作 篇1

0 引言

在现代的电动工具中, 由于需求的不同因而出现了各种规格的坡口机。例大管坡口机、磁力切割机等。其中磁力切割机由于具有明显的优势因此在各电厂所得到广泛使用。在磁力切割机的制作过程中, 影响坡口时间长短的关键因素就是磁力切割机的操作。因此, 在制作坡口时需要确保其的对口、焊接等方面的问题。

1 磁力切割机的使用

使用磁力切割机时需要注意以下几点:第一做好相关的检查工作, 包括检查开关完好程度、磁力的牢固性、拆开并清理割嘴、快风喷嘴的通畅性等。第二, 在完成一系列的检查后, 再进行点火并控制火焰, 通过开快风来检查火焰的情况。第三, 捅针收好应对突变情况。

1.1 坡口的制作

第一, 在切割管道时, 先在切割处附近选好固定点, 然后用槽钢固定切割处的两边。但要确保所选择的固定点不会对焊接和热处理工作带来影响。第二, 用斜铁来固定好弹簧支吊架。第三, 坡口位置一旦确定好就要计算余量, 而且要用样尺来完成划线。第四, 为了使圆周的划线垂直于管道的轴心线, 需要确保样尺的尺寸。

1.2 坡口的切割

第一, 先确保磁力切割机的放置位置, 使割嘴要正对划线的位置, 并做好记号, 然后再进行试转。第二, 为了确保与起始位可以重合, 每试转一段, 都要做记号。否则要进行重新重合。第三, 确保可以重合, 就可以进行切割工作了。第四, 在切割的过程中, 要确保切割机的行走轨迹以及记号的正确性。

1.3 管道的切割

第一, 完成管道的切割后, 要保持切割机的位置, 然后再根据管道的壁厚来确定割嘴的角度。第二, 根据管道壁厚来计算割嘴的移动距离, 然后点火进行切割。第三, 在切割时还有保证行走轨迹的正确性。第四, 在切割管道的下半部分时, 不仅要将内壁铁水清理干净, 而且还要保证快风切割的顺畅性;第五, 管道内部要进行及时的清理。

2 管道坡口的制作

2.1 找平

第一, 需要利用角磨来磨出明显的顿边。第二, 使用合符规格的玻璃来贴住已经磨好的顿边。第三, 采用比较大的角尺并且要使角尺紧靠管道的外壁, 然后再标出顿边的顶点, 再对顶点进行打磨。第四, 不断打磨顶点, 直到所有的顿边的和管道轴线在同一个平面相互垂直。值得注意的是:使用常用的角磨并且是用角磨片的平面侧边来完成顿边的打磨工作。

2.2 打磨

出现在管道坡口斜边的氧化层需要用大角磨进行打磨, 直至磨掉为止。然后在管道坡口内外壁的100mm处进行金属本色的打磨。完成后, 再检查管道坡口的外观情况, 检查的内容包括:裂纹程度、凹坑凸槽情况、气割割伤情况等。在检查的过程中, 一旦发现存在以上的情况, 就要及时进行挖补。例如, 如果是出现裂纹的话, 在补挖完后还要对着色进行检查, 并保证要挖完了缺陷后再可以进行补焊工作。但如果是壁厚很厚的高合金材料的话, 则要在开焊焊口前、预热后这段时间里进行挖补, 也可以根据《焊规》的要求来进行。检查完外观的情况后对管道的直径和壁厚进行测量, 测量的工具是钢板尺。这项工作的目的是为了确保管道壁厚的均匀一致和椭圆度的情况。

2.3 复核

这工序的主要内容是检查管道内外径的尺寸要与管件内外径的尺寸一致。一旦复核发现两种的外径尺寸不一致的话, 为了保持一致性, 需要采取打磨过渡区的处理办法。

2.4 磨去管道坡口的斜边

第一, 对管道坡口的斜边需要采用大角磨的外延进行打磨。这是由于角磨片的外延有最大的线速度而且有最大的啃磨量。第二, 在打磨的时候, 要使用正确的力度来按压角磨机。力度不正确 (过重/ 过轻) 都会对角磨机的转速带来影响。

2.5 打磨角磨

为了避免管道磁化, 进而影响焊接效果, 在打磨角磨时, 需要均匀地进行, 而不可以对一个地方或位置进行长时间的打磨。正确的打磨方式有两种:一是水平和垂直打磨法交替进行, 二是按45 度角进行打磨。另外, 为了减少管道坡口起磁的现象, 需要采取间隔打磨的方式。一旦在管道的坡口处出现起磁的情况, 最佳的消磁方式是通过采用绕线、短接方法。

2.6 成型时的打磨

在坡口接近成型时, 打磨的工作还要继续, 只是采取小角磨的方法进行。这是因为小角磨小而灵活, 便于控制, 不容易啃坏顿边。坡口被打磨成U型口时就意味着打磨制作的完成。在完成打磨后, 要检查并确保着色的合格情况方可进行对口的工序。值得注意的是:在打磨时一旦发生中断、隔夜情况时, 不仅封闭管口, 而且还要贴上封条。

3 组对和焊接

组对也称之为对口, 在进行这步工序之前, 首先要对管道、管件内部进行检查并清理, 并对坡口进行打磨。使之呈现出金属光泽。第二, 对管道以及管件坡口的尺寸进行复核, 使其保持一致性。第三, 完成组对后, 用电线缠绕坡口并实行通电, 这样就可以消除轻微的磁化。但如果坡口存在严重的磁化就会增加氩弧打底的难度, 这时为了消磁, 可以先采取分段磁路短接的方法将磁化尽量减少, 然后再结合钨极氩弧焊打底的方法来彻底消除磁化。第四, 采用旋转锉来对焊肉接头进行尽量的打磨, 使其变薄, 这样可以增加焊缝接头的熔合效果。第五, 根据《焊规》中的条款来执行后边的焊条电弧焊。第六, 完成以上的工序后再进行无损检测。第七, 完成无损检测后, 对管道固定点的槽钢进行拆除, 另外也要拆除弹簧支吊架上的斜铁, 使弹簧支吊架回复到原位。

4 结束语

综上所述, 大口径的管道在焊接时, 可以有多种焊接技术进行选择。但是由于工程存在不一样的情况, 因此, 为了确保焊接的效果和焊接的质量, 需要结合实际情况来选择正确的焊接技术和控制好焊接工艺的参数。

摘要：社会经济的发展促进了火力发电厂的建设步伐。但在火力发电厂的建设中遇到了坡口制作与对口、焊接等方面的问题。因此, 本文通过结合大管壁比较厚的特点来帮助处理坡口制作存在的各种问题, 并致力于探索有效减少焊接量的最佳方法, 提高焊缝成型的效果和降低焊缝的应力。

关键词：大管坡口机,磁力切割机,坡口制作,焊接量

参考文献

[1]叶学礼.输气管道工程设计规范[M].北京:中国计划出版社, 2003.

[2]张世彬, 涂立成, 牛吉录.浅谈江南水网大口径管道施工之水塘穿越[J].化工建设工程, 2002.

中厚板不开坡口的焊接工艺 篇2

关键词：中厚板；焊接；工艺性能

中图分类号：TG441.4文献标识码：A文章编号：1000-8136(2009)26-0017-02

在目前的一些容器和钢结构工程中，中厚板的焊接采用埋弧自动焊的方法。坡口型式可采用Ⅰ型和X型两种。对于中厚板，坡口直接影响焊缝的截面积及焊接应力的分布，在板厚相同的情况下，坡口尺寸越大(包括间隙和角度)，收缩变形越大，必然会增加焊接成本和拖延施工进度。因此，坡口型式及尺寸的选择是相当重要的，除符合有关国标及设计要求外，还需满足坡口加工及施焊要求。

结合某炼钢工程钢结构制作的实际情况，对中厚板的对接焊缝进行了焊接工艺性能分析与选择，通过工艺试验评定，满足了焊缝的质量要求。

1焊接工艺参数

(1)试板一，钢板厚度为δ=32mm，Q345C，开X型坡口。(背面碳弧气刨清根)。钢板的尺寸及接头形式简图见图1，焊接工艺参数见表1。

焊接层数为5层，焊接时间为657 s，加上层间清理焊剂、药皮的时间，焊接试板所需时间大致为40 mⅠn(经过多次焊接的平均时间)。

(2)试板二，钢板厚度为δ=32mm，Q345C，开Ⅰ型坡口。钢板的尺寸及接头形式简图见图2，焊接工艺参数见表2。

焊层为2层，焊接时间为355 s，加上清理焊剂、药皮的时间，焊接试板所需时间大致为15 mⅠn(经过多次焊接的平均时间)。

采用Ⅰ型坡口的焊接方法，背面无需碳弧气刨清根。因此大大缩短了施焊时间，加快了施工进度。此外，由于焊接层数少，焊剂的用量也会相对减少。

2无损检测

试板一Ⅰ级合格(检测标准为GB11345)，试板二Ⅰ级合格(检测标准为GB11345)试板一熔合比小，熔深和余高也较小。焊接残余变形小，焊丝用量较小。

3焊接接头的力学性能分析

对焊接接头力学性能试验数据的分析，可直接反映焊接工艺参数的选择对厚板焊接的影响。对于上述两个试板，分别取拉伸试验件2件，侧弯试验件4件，冲击6件(焊缝、热影响区各3件)。

试板一的力学性能见表3，试板二的力学性能见表4。中表3、表4可知，二者的力学性能均符合要求。

以本炼钢工程中钢结构制作为例，我们统计了其中的5根吊车梁(共278t)的H型钢的组焊所需焊接填充金属的用量，焊丝用量1.2 t，焊剂用量1.7 t。其中腹板、翼缘板的拼接焊缝均采用Ⅰ型坡口的埋弧自动焊焊接工艺。如采用开坡口的焊接工艺，根据我单位多年的焊接经验，组焊5根这样的吊车梁需用焊丝1.5t，焊剂2t。24m长的吊车梁Ⅰ型坡口焊接横向收缩6mm，而升坡口时则收缩11 mm，降低了生产成本。

5总结

中厚板焊接坡口优化及推广 篇3

本文主要通过试验方法和结合铆焊件生产制作的实际情况, 改进焊接V型坡口为二次火焰切割坡口, 减少焊材熔敷金属填充, 达到降本增效, 改善操作者劳动强度和缩短工作时间的目的。

1 模型法

1.1 模型基本概况

材料选择采用低碳合金钢焊接试板进行, 材质为Q345D, 以厚度为30mm为例, 切割各四块, 规格为:350×200;焊材采用CO2气保焊丝ER50-6 (直径Φ1.6mm) , 试板分2组进行, 均为对接焊缝, 1组切割单面V型坡口 (编号为A-1和A-2, 如图1所示) [1], 另外1组进行二次火焰切割单面坡口 (编号为B-1和B-2, 如图2所示) [2]。

1.2 坡口切割

坡口是指焊件的待焊部位加工并装配成的一定几何形状的沟槽。根据需要, 有X型坡口, V型坡口, U型坡口等, 但大多要求保留一定的钝边。焊接坡口的选择需要遵循的原则:1) 尽量减少焊缝金属的熔敷量, 提高生产率;2) 应保证熔透 (焊透) 和避免产生根部裂纹;3) 坡口加工方便, 有利于焊接操作;4) 尽量减少工件的焊后变形。

根据坡口切割的原则, 我们设想在当前实际焊接坡口切割的基础上进行优化, 在保证以上原则和焊缝熔合比[3] (所谓焊缝熔合比:焊接领域中, 是指熔焊时, 被熔化的母材在焊道金属中所占的体积百分比。熔合比也可以以焊道金属中母材金属熔化的横截面积SB与整个焊道横截面积SA+SB之比值来计算, 即:熔合比=SB/ (SA+SB) ) 适当的情况下, 对焊接坡口面进行调整角度, 现将V型坡口与二次火焰切割坡口进行对照。

我们设想对两组试板进行坡口切割, 一组试板 (编号A-1和A-2, 如图1所示) 切割单面坡口, 坡口角度规定为22°, 钝边2mm。另一组试板 (编号B-1和B-2, 如图2所示) 采用二次火焰切割单面坡口, 一次火焰切割坡口角度规定为21°, 二次火焰切割坡口角度设想规定为17° (实际根据CO2气保焊枪保护套直径确定) , 钝边2mm。清除干净坡口面及坡口两侧30mm范围内氧化皮, 并打磨至露出金属光泽。

1.3 组装

试板坡口尺寸切割符合要求后, 组装时应钝边对称, 间隙不超过1.5mm.严格控制对装出现错边超标或夹渣, 未焊透等缺陷。详见如图3, 图4所示。

1.4 焊接

焊接过程中, 记录焊材及CO2气体消耗及工作时间。试焊编号A-1与A-2焊接顺序为:正面采用气保焊Φ1.2焊丝打底, Φ1.6正面填充坡口一半, 翻转试板背面采用碳弧气保进行清根, 清根过程不计清根时间和碳棒数量, 清根完毕后, 打磨至金属光泽, 再采用气保焊焊满。最后再次对试板翻转, 采用气保焊焊完剩余焊缝, 如图5所示。

试板编号B-1和B-2焊接顺序与A试板皆相同。如图6所示。

整个焊接试验过程, 焊接电流和电压及焊接速度是相同的, 需要详细记录每块焊接试板焊接材料的用量。试验电流, 电压及焊接速度分别规定为:22V, 180A, 26cm/min[4].焊缝质量, CO2气体消耗及焊接工作时间在本次试验数据不作研究对象 (实际二次火焰切割的坡口焊接比V型坡口所消耗的CO2气体用量及工作时间要少) , 本次试验按照熔透性焊缝进行处理。

2 试验结果

2.1 理想化试验图形法

焊材的用量可以采用示意图7和示意图8直观的进行观察出来。明显二次火焰切割坡口 (图8) 的焊材用量要比切割的V型坡口 (图7) 焊材用量要少的多, 并且可以根据作图方式将焊缝截面测算出来 (图9阴影部分) 。

备注:阴影部分面积表示焊材用量。

2.2 面积测算法

通过采用面积测算30mm全熔透对接缝, 二次火焰切割坡口比切割V型坡口焊接消耗的焊材要减少10%~20%, 本次模型试验法采用的试件长度为350mm, 所以如果正式构件制作焊接时, 很多构件对接缝长度远大于350mm, 焊缝越长, 节约的焊材就越多, 经济效益越明显。

3 中厚板焊接坡口的推广

中厚板焊接通常运用在大型钢结构, 钢架, 机架及机座钢板的对接缝[5], 基本上都是由人工操作, 一般都采用焊接方法CO2气体保护焊。结合当前生产设备实际状况, 焊接工作量大, 劳动强度增加。因此, 为了提高生产效率, 节约生产成本, 降低劳动强度, 我们可以通过对中厚板的坡口进行优化, 改为二次火焰切割坡口, 减少坡口角度, 减少焊接填充量10%~20%, 节省焊接人工和焊接材料, 也可以推广运用在埋弧焊一次成型, 焊接外观美观。

4 结论

以厚度30mm的焊接试板为例, 坡口形式按照以上参数制定, 焊材填充量通过截面积对比统计如图10所示:

中厚板 (t≥30mm) 全熔透对接缝, 二次火焰切割的坡口焊接比V型坡口焊接用的焊材量少, 一方面可以实现降本增效。另一方面可以减轻工人劳动强度, 缩短焊接工作周期。并且在焊接焊缝质量保证的情况下, 我们可以通过调整二次火焰切割坡口的深度 (增加坡口深度) , 以达到节约焊材用量的目的。

参考文献

[1]中华人民共和国国家行业标准《埋弧焊的推荐坡口》GB/T 985.2-2008[S].

[2]中华人民共和国国家行业标准《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》GB/T985.1-2008[S].

[3]2011年12月5日颁布的中华人民共和国国家行业标准《钢结构焊接规范》GB50661-2011[S].

[4]2011年7月1日颁布的中华人民共和国行业标准《承压设备焊接工艺评定》NB/T47014-2011[S].

坡口制作 篇4

重载万向联轴器是我公司的主要产品, 主要用于大型型钢轧机、穿孔机、中厚板轧机、炉卷轧机及其它重型机械主传动。该联轴器的中间接轴组件是由焊接法兰、接管、中间轴三部分对接焊接而成, 材质为中碳钢, 坡口形式为U型。管件壁厚较大, 一般δ=50~150不等, 每根大轴上有两道或者四道焊缝。这类万向联轴器通常属于超重载低转速传动, 且工作环境非常恶劣, 因此焊接质量在很大程度上决定着联轴器整体质量。

1 原坡口结构及焊接工艺

公司采用的焊接坡口结构如图1所示, 改进之前的坡口尺寸为:坡口面角度β=10°, 根部半径R=5, 钝边p=4, 根部间隙b=4。鉴于结构的限制, 无法进行清根和反面焊接, 所以只能一次单面焊双面成型。由于壁厚较大, 通常采用埋弧焊填充的方式进行焊接。

为了避免埋弧焊较大热输入造成的不良影响, 保证焊缝底部质量, 埋弧焊之前都会先在焊缝底部进行一层气保焊打底。焊接工艺流程:组装→预热→定位焊→预热→气保焊打底→清理→预热→埋弧焊→焊后退火。

2 存在的问题及原因分析

通过超声波无损探伤多次发现焊缝底部存在不同程度的未焊透、未熔合、塌陷等缺陷。这些缺陷通常是由于坡口形状及尺寸不符合产品和工艺要求造成的。

坡口形状及尺寸不符合产品和工艺要求, 不仅会影响焊缝成形的美观, 还会影响焊缝与母材的结合强度。更重要的是引起的各种缺陷会产生严重的应力集中。产生焊缝形状和尺寸欠缺的原因主要有:焊接接口不合适、装配间隙不均匀、焊条角度不当、操作手法或运条速度不当以及焊接电流过大或过小[1]。

为确定与现行工艺相匹配的坡口尺寸, 进行了一系列相关试验, 试验结果如表1所示。通过这些试验可以总结出:1) 根部间隙过大, 不易控制熔池, 易导致塌陷现象。2) 钝边厚度过大导致根部易存在未焊透、未熔合现象。3) 坡口的根部间隙和钝边厚度相匹配的时候才能得到良好的焊接质量。

3 改进措施

根据我公司现有设备及工艺参数, 由于埋弧焊之前在焊缝底部先进行一层气保焊打底, 所以坡口根部尺寸的设计依据应该是《GB/T 985.1气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》, 而非《GB/T 985.2埋弧焊的推荐坡口》。

在标准《GB/T 985.1气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》中查到, 对应结构的坡口尺寸推荐值为:根部半径R≈6, 钝边p≤3, 根部间隙b≤4。结合表1的试验结果分析, 选用p=2、b=2、R=6这样的坡口尺寸比较合适。

4 结语

通过这次结构改进, 完全消除了坡口结构与工艺不匹配造成的这些焊缝缺陷, 保证了焊接质量稳定性, 得到公司的认可。另外, 对于其它类似的大厚度U型坡口设计具有很好的参考意义。

参考文献

坡口制作 篇5

关键词：焊缝,特征提取,数据修正,图像数据分析

0引言

在自动焊接技术中,视觉传感技术已被广泛应用到焊缝跟踪过程中,而图像处理算法与数据的处理成为整个视觉跟踪系统的基础与核心。在图像处理方面常采用数学形态学处理方法,数学形态学是从集合的角度来刻画和分析图像,并作为一种非线性图像处理和分析理论［１］。为了在自动焊接时焊枪的轨迹能够更加地准确,在得到焊缝宽度和深度信息后必须要对焊点的噪声造成的伪数据进行处理。本文采用特定的算法对数据异常的突变点进行删除,并对所有的焊缝宽度和深度数据运用三次样条插值进行修正,从而得到与实际数据基本吻合的曲线方程。

1坡口对接焊缝的图像预处理

本文选用点焊好的管材工件作为模型进行试验, 管子的直径为 Φ426mm,管子壁厚为17mm,椭圆度为1%。选用工业CCD拍摄的灰度图像为研究对象, 首先对焊缝图像进行预处理来消除噪声,实现焊缝图像边缘的精确检测。

1.1图像预处理

图1为焊缝图像及预处理。图像预处理的主要目的是初步消除图像中无关的信息。为了提高图像处理算法的执行效率,本文对图1(a)进行裁剪,在图像中存在着工件表面反光、划痕、小的突出物等噪声,而这些噪声势必会给后续的处理带来困难,本文采用灰度图像形态学的闭运算来解决这一难题。灰度图像形态学的闭运算后,小的暗细节被滤除,明亮部分受影响较小,焊缝边缘基本没有受到影响［２－３］。

1.2图像后处理

尽管人眼很容易地就能从预处理后的焊缝图像中识别出物体的边缘,但对于计算机来说还需要对图像进一步做阈值分割、边缘检测等处理,才能有效地识别焊缝信息。因此还需要对图像进行后处理,包括二值化和边缘检测。

当对图像进行分析与识别时,首先要将有效部分从图像中分割出来。本文采用全局阈值,利用MAT- LAB中的最佳阈值函数选取阈值,处理结果如图1(b) 所示。图像二值化后使得特征更加突出,但在焊缝边缘有很多小齿。

经过二值化后,对焊缝图像进行边缘检测。采用越合适的边缘提取算子,所得到的焊缝中心与实际焊缝中心位置越接近,精度越高。经过多次实验本文最终选取Canny边缘检测算子对焊缝图像进行边缘检测,得到的图像如图1(c)所示。

2图像的特征提取

通过预处理、阈值分割、边缘检测处理后,已经可以得到较清晰的焊缝边缘图像轮廓,但为了提取两侧边缘点的拐点坐标,求出焊缝的像素宽度,还要对焊缝图像进行特征提取。本文采用搜索法来实现边缘坐标的记录。

由搜索法得到以边缘点的图像坐标为元素的二维数组,但数字图像是一个矩阵,而每个像素的位置信息是按先行后列的顺序给出的,所以必须要对二维数组列进行交换,又因图像的纵轴是向下为正的,要想图形不发生变化,所以要把第二列变为负的［４］。这样就完成了对图像上边缘点的坐标提取,如图2所示。

为了比较精确地提取焊缝的拐点坐标,本文把边缘分为左上、左下、右上、右下四部分,并分别进行最小二乘法拟合［５］,拟合结果如图3所示。

最小二乘法拟合的原理是:用φ(x)拟合n对数据(xk,yk)(k=1,2,…,n),使得误差平方和最小,求φ(x)的方法。

采用直线拟合,若y=φ(x)=a０+a１x,a０和a１满足如下法方程组:

即a０和a１是法方程组的解。

利用MATLAB平台可得到左上、左下、右上、右下边缘的4个拟合方程:

因此,得到的两拐点的坐标分别为:(232, -306.156 4)、(258,-303.674 5)

焊缝两拐点之间的像素点距离ΔX=26、ΔY=2.5。

3坡口焊缝实验数据的分析及修正

通过模拟实验验证基于CCD的管材坡口焊接焊缝识别系统的实效性,选用点焊好的管材工件作为模型,实验步骤如下:

(1)把摄像机的物距设定为750mm,利用焊缝识别界面设定采样时间为0.1s,工件转速为8r/min(周向),在焊接过程中管子旋转。利用CCD对转动中的工件进行垂直取像,采集72张图片。

(2)通过识别算法提取出管材焊缝的宽度数据(图3中的两条线之间的距离)。

3.1测量数据分析

实验得到的数据如图4所示。由图4可知焊缝识别系统在测量中出现了伪数据,造成这一现象的主要原因是焊点的噪声使得图像处理中的焊缝边缘定位出现了异常,表现为测量数据中出现了突变数据,这样的现象是不可避免的,但为了满足实际的焊接要求就必须把这些异常数据进行剔除。

图4中,包含伪数据的采样点一定是异常突变点, 伪数据剔除的过程就是数据异常突变点的删除过程, 算法实现步骤如下:

(1)设向量A=[a１,a２,…,a７１,a７２],其中aｉ(i= 1,…,72)为第i个采样点所对应的宽度数据,构造向量B==a７２,a１,a２,…,a７１,a７２,a１]= [b１,b２,…,b７２, b７３,b７４]。

(2)构造向量C=[c1,c2,c3,…,c70,c71,c72,c73],ci=abs(bi-bi+1)(i=1,…,73)。

(3)再把C中的元素进行从小到大排列,取前64个元素中的最大值m(由图4可知,图中大部分相邻数据值没有异常突变,即可认为测试数据中至少有90% 是可信的,那么对于72个数据而言,就是至少有64个数据是可信值),那么C中至少有两个大于2 m的突变元素cｊ－１和cｊ(j=2,…,73),cｊ－１和cｊ所对应的采样点必定是伪数据,其中对应B中元素bｊ就是伪数据, 因此将其剔除。

(4)重复步骤2和步骤3,直到C中没有大于2m的元素为止。剔除伪数据的结果如图5所示。

3.2测量数据修正

为了修正测量中的伪数据,对数据进行一维插值, 用插值后的数据来修正伪数据采样点。一维插值可以分为基于快速傅里叶的插值和基于多项式的插值。

(1)快速傅里叶插值的基本思想是先对输入的函数值进行傅里叶变换到频域,再用傅里叶逆变换把更多的点转为时域,从而达到增加采样点的目的。经傅里叶插值后的结果如图6所示,数据出现了很大的偏移而且曲线的平滑度差。

(2)多项式插值法就是用给定的若干点上的函数值来构造f(x)的近似多项式函数φ(x),要求φ(x)与f(x)在给定点的函数值相等。n次代数多项式插值满足在n+1个节点上插值多项式φ(x)和被插值函数f(x)相等,而且插值多项式φ(x)的次数不超过n次。 比较常用的一维插值是分段插值和三次样条插值。

由于分段线性插值采用直线连接了相邻点,曲线的平滑度较差,不具有一阶连续导数,故此处采用三次样条插值法。对数据进行三次样条插值后的,结果如图7所示。数据经过三次样条插值得到的插值曲线比较平滑,具有一阶连续导数。

比较图6和图7可以看出,三次样条插值对数据的插值效果最好,对图像进行三次样条插值可以产生比较平滑的曲线,能够较好地实现对于伪数据点的修正。

4结论

坡口制作 篇6

弯管广泛应用于水利、石油、化工等领域, 制作方法常用热煨、冷弯和焊接。焊接弯管通常由多节组成。小直径焊接弯管各节接口可以直接用数控切割机加工。大直径弯管各节仍需先将板材在切割机上加工出相贯线、坡口, 再进行卷制、焊接。弯管上下节间相贯线按钢管中径展开, 受钢板厚度影响, 会出现偏差。为了保证弯管的组装精度及焊接质量, 需要严格控制弯管节间相贯线及坡口尺寸偏差。

1 偏差分析

现以DN1500弯管为例, 分析弯管节间相贯线及坡口尺寸出现偏差的原因 (如图1) 。

参数:弯管中径1500mm, 钢管壁厚20mm, V形内坡口50°。

各节弯管如以钢板中径展开下料、卷制后, 将出现图2左图存在的问题:a点钢管外径重叠, b点钢管外径有间隙。如将第Ⅱ节钢管按接口尺寸放置在第Ⅰ节钢管上, 即出现图2右图现象:弯管中心线出现位移, 偏离理论设计位置。

2 节间相贯线修正

现提出如下修正办法:见图3

(1) 画出弯管中心线。 (2) 以弯管中心线为基准, 画出钢板厚度 (开坡口) 的轮廓线。 (3) 延长弯管中心线相交钢管外径于a点、b点。 (4) 将弯管第Ⅰ节、第Ⅱ节沿a-b直线分开。 (5) 将弯管第Ⅰ节、第Ⅱ节以钢管外径为基准把坡口补全。 (6) 延长弯管第Ⅰ节、第Ⅱ节中线相交钢管轮廓线于点c、c1, d、d1。 (7) 连接点c、c1、c2、c3, d、d1、d2、d3。 (8) 以新图形为基准对钢管进行展开下料。即可得到弯管实际相贯线。

弯管各节间环缝的焊接, 需要做焊接工艺评定, 以保证焊接质量。焊缝坡口的角度是焊接工艺的一项重要参数。弯管节间V形内坡口角度为50°, 即钢管单边坡口25°。若在钢板下料时利用数控切割机的旋转割炬以25°角度加工坡口, 待卷制成钢管后, 即会出现图4出现的问题:a点角度变大, b点角度变小。

计算a点角度变大, b点角度变小的具体数值。如图5, 在O1点、O2点钢板坡口角度为25°, 在a点钢板坡口角度为β, 在b点钢板坡口角度为α。角度α、β可在图上直接量出。

圆弧O1-a-O2上任一点m所对应的开料坡口角度γ计算:m点在水平中性轴上的对应点为m (x)

圆圆弧弧OO11--bb--OO22上上任任一一点点nn所所对对应应的的开开料料坡坡口口角角度度γγ计计算算::n点在水水平平中中性性轴轴上上的的对对应应点点为为nn ( (xx) )

3 坡口修正

钢板坡口加工修正:如图 (6) 所示

(1) 将弯管第一节沿修正后的尺寸以进行展开。 (2) 用以上坡口角度计算办法对各点进行计算。 (3) 钢板下料时, 先按展开线切割钢板, 不同时加工坡口。 (4) 在开好料的钢板上人工标记坡口角度, 为降低工作量, 以区段坡口角度与理论计算坡口角度误差在1°以内为宜。 (5) 按标记坡口角度对钢板进行坡口加工。 (6) 将加工好坡口的钢板进行卷制, 即可得到坡口均匀, 位置精确的弯管相贯线接口。

4 结束语

在大直径焊接弯管制作工程中, 通过以上修正办法, 可以得到精确可靠的位置尺寸和坡口尺寸, 有助于保证制造质量。本文所提出的弯管节间相贯线及坡口修正方法, 是作者工作中的经验, 希望能对从事弯管制造、安装、检验的技术工作者提供参考。

参考文献

[1]成大先.机械设计手册, 第1卷.-5版.化学工业出版社, 2007.11.

坡口制作 篇7

本文所研究的管道坡口机床是用于加工钢管焊接端部V型、U型坡口的专用机床[1], 主要用于石油企业管道铺设现场焊接作业。主轴系统作为重要运动部件直接关系到机床性能好坏, 本文主要针对坡口机床加工过程中出现的振动现象进行研究, 采用Pro/Mechanica对影响机床性能的主轴系统进行模态分析, 获得机床主轴系统振动特性。

2 Pro/Mechanica简介

Pro/Mechanica是美国PTC公司开发的一款有限元分析软件[2], 与Pro/E是一整套CAD/CAM/CAE集成解决方案。与其他有限元软件相比, Pro/Mechanic是一个有CAD模块为内援的结构分析软件, 通过Pro/E所建构的几何模型, 可以完全转到Pro/Mechanica里做结构分析, 无兼容性的问题。其他同类分析软件在建模方面功能较弱, 使用普及率不高, 所以工作图形文件通常必须通过IGES或STEP等格式进行图形数据格式交换, 在这种情况下, 因为不完全兼容, 而经常需要花费很多时间和精力对模型进行修补工作, 这必然导致模型的不一致。鉴于这种情况, 本文采用PTC公司的Pro/Mechanica有限元分析软件, 利用它与Pro/E的无缝集成功能对坡口机床主轴系统进行模态分析。

3 主轴系统几何模型

图1所示为坡口机床主轴系统, 由后支承1、齿轮2、空心轴3、前支承4及刀盘5组成, 齿轮采用平键联接方式传递主要切削动力, 主轴最高转速为200r/min。

1.后支承2.齿轮3.空心轴4.前支承5.刀盘

根据主轴系统结构特点, 采用Pro/E建立主轴部件三维实体模型如图2所示。在后续模态分析中需要将所建模型导入到Pro/Mechanica中, 但模型建立准确程度将直接影响分析精度, 因此必须对主轴系统模型进行适当简化和修改, 基本原则是: (1) 忽略模型中所有小特征, 如倒角、倒圆、小孔和凸台; (2) 不考虑对整体静、动态特性影响小的零部件结构; (3) 对小锥度和小曲面进行直线化和平面化处理。

4 主轴系统模态分析

模态分析用于分析结构的振动特性[3], 即确定结构的固有频率和振型, 也是谐响应分析、瞬态动力学分析以及谱分析等其他动力学分析的基础。

将Pro/E中建立的坡口机床主轴系统实体模型导入到Pro/Mechanica进行材料、约束设置后, 进行网格划分, 得到有限元模型如图3所示。

对主轴系统进行有限元求解, 由于低阶模态对振动系统的影响较大, 一般不需要求出振动系统的全部固有频率和振型, 因此本文仅计算前四阶模态。在Pro/Mechanica中, 根据主轴系统有限元模型建立分析任务, 进行模态分析, 振型结果如图4~图7所示。

从图中可以看出, 刀盘部分刚度较差, 振动变形较大, 应该是主轴系统中的薄弱环节。主轴系统各阶固有频率及振型描述如表1所示。

5 主轴系统改进分析

由上述模态分析可知, 主轴系统中刀盘部分刚度较弱, 是主轴系统的薄弱环节, 针对这种情况, 欲采用增加辅助支承的方式来提高刀盘结构刚度。对主轴系统再次做约束设置, 进行模态分析, 振型结果如图8~图11。由分析结果可知, 主轴系统固有频率显著提高, 刀盘部分结构刚度得到有效改善, 刀盘支承结构更改前后主轴系统固有频率对照如表2所示。

6 结语

利用Pro/E的强大三维建模功能[4], 采用Pro/Mechanica模块进行有限元分析, 实现建模与分析无缝集成。完全满足结构分析的要求, 使用方便, 避免了先建模后导入第三方有限元分析软件的环节。