第三節　壓力容器制作過程的劃線與展開放樣

一、結構圖的特點

① 一般鋼板與鋼結構的總體尺寸相差懸殊，按正常的比例關系是難以表達，往往需要通過板厚來表達板材的相互位置關系或焊縫結構，因此在繪制板厚、型鋼斷面等小尺寸圖形時，需按不同的比例畫出來。

② 為了清楚表達焊縫位置和焊接結構，大量采用了局部剖視和局部放大視圖，要注意剖視和放大視圖的位置和剖視的方向。

③ 為了表達板與板之間的相互關系，除采用剖視外，還大量采用虛線的表達方式，因此，圖面縱橫交錯的線條非常多。

④ 連接板與板之間的焊縫一般不用畫出，只標注焊縫代號。但特殊的接頭形式和焊縫尺寸應該用局部放大視圖來表達清楚，焊縫的斷面要涂黑，以區別焊縫和母材。

⑤ 為了便于讀圖，同一零件的序號可以同時標注在不同的視圖上。

二、結構圖的讀識方法

焊接結構施工圖的讀識一般按以下順序進行：首先，閱讀標題欄，了解產品名稱、材料、重量、設計單位等，核對一下各個零部件的圖號、名稱、數量、材料等，確定哪些是外購件（或庫領件），哪些為鍛件、鑄件或機加工件；再閱讀技術要求和工藝文件，正式識圖時，要先看總圖，后看部件圖，最后再看零件圖；有剖視圖的要結合剖視圖，弄清大致結構，然后按投影規律逐個零件閱讀，先看零件明細表，確定是鋼板還是型鋼；然后再看圖，弄清每個零件的材料、尺寸及形狀，還要看清各零件之間的連接方法、焊縫尺寸、坡口形狀，是否有焊后加工的孔洞、平面等。

三、劃線

1. 劃線的基本規則

① 垂線必須用作圖法。

② 用劃針或石筆劃線時，針尖應緊貼鋼尺移動。

③ 圓規在鋼板上劃圓、圓弧或分量尺寸時，應先打上樣沖眼，以防圓規尖滑動。

④ 平面劃線應先畫基準線，后按“由外向內，從上到下，從左到右”的劃線原則劃線。先畫基準線，是為了保證加工余量的合理分布，劃線之前應該在工件上選擇一個或幾個面或線作為劃線的基準，以此來確定工件其他加工表面的相對位置。一般情況下，以底平面、側面、軸線或主要加工面為基準。

2. 劃線的分類

① 平面劃線與幾何作圖相似，在工件的一個平面上劃出圖樣的形狀和尺寸，有時也可以采用樣板一次劃成。

② 立體劃線是在工件的幾個表面上劃線，即在長、寬、高三個方向上劃線。

3. 基本線型的劃法

① 直線的劃法。直線長不超過1m可用直尺劃線。劃針尖或石筆尖緊抵鋼直尺，向鋼直尺的 外側傾斜15°～20°劃線，同時向劃線方向傾斜。

直線長不超過5m用彈粉法劃線。彈粉線時把線兩端對準所劃直線兩端點，拉緊使粉線處于平直狀態，然后垂直拿起粉線，再輕放。若是較長線時，應彈兩次，以兩線重合為準；或是在粉線中間位置垂直按下，左右彈兩次完成。

直線超過5m用拉鋼絲的方法劃線，鋼絲取?0.5～1.5mm。操作時，兩端拉緊并用兩墊塊墊托，其高度盡可能低些，然后可用90°角尺靠緊鋼絲的一側，在90°下端定出數點，再用粉線以三點彈成直線。

② 圓弧的劃法。放樣或裝配有時會碰上劃一段直徑為幾米大圓弧，用一般的地規和盤尺可以劃出，再大一些的圓弧則采用近似幾何作圖或計算法作圖。

四、放樣

1.放樣的工具

（1）放樣臺

放樣臺是進行實尺放樣的工作場地，放樣臺要求光線充足，便于看圖和劃線。常用放樣臺有鋼質和木質兩種。

鋼質放樣臺是用鑄鐵或由厚12mm以上的低碳鋼板所制成，在鋼板連接處的焊縫應鏟平磨光，板面要平，必要時，在板面涂上帶膠白粉，板下需用枕木或型鋼墊高。

木質放樣臺為木地板，要求地板光滑，表面無裂縫，木材紋理要細、疤節少，還要有較好的彈性。為保證地板具有足夠的剛度，防止產生較大的撓度而影響放樣精度，地板厚度要求為70～100mm，各板料之間必須緊密地連接，接縫應該交錯地排列。表面要涂上二三道底漆，待干后再涂抹一層灰色的無光漆，以免地板反光刺眼，同時該面漆可對各種色漆都能鮮明地襯出。

（2）量具

放樣使用的量具有鋼卷尺、90°角尺、鋼直尺、平尺等。

（3）其他工具

常用的工具有劃針、圓規、地規、粉線等工具。

常見劃線工具如圖1-10所示。

2.放樣方法

（1）實尺放樣

根據圖樣的形狀和尺寸，用基本的作圖方法，以產品的實際大小劃到放樣臺的工作稱為實尺放樣。

（2）展開放樣

把各種立體的零件表面攤平的幾何作圖過程稱為展開放樣。

（3）計算機光學放樣

用計算機光學手段（比如掃描），將縮小的圖樣投影在鋼板上，然后依據投影線進行劃線。

3.放樣程序

放樣程序一般包括結構處理、劃基本線型和展開三個部分。

結構處理又稱結構放樣，它是根據圖樣進行工藝處理的過程。一般包括確定各連接部位的接頭形式、圖樣計算或量取坯料實際尺寸、制作樣板與樣桿等。

劃基本線型是在結構處理的基礎上，確定放樣基準和劃出工件的結構輪廓。

展開是對不能直接劃線的立體零件進行展開處理，將零件攤開在平面上。

4.實尺放樣過程舉例

酯類反應器下殼體部件施工圖如圖1-11所示。

（1）劃基本線型

① 確定放樣畫線基準。從該構件施工圖看出，主視圖應以中心線和爐上口輪廓為放樣畫線基準。準確地畫出各個視圖的基準線。

② 畫出構件基本線型。件③在視圖上反映的是實形，可直接在鋼板上劃出。這是一個直徑為d的整圓。為了提高劃線的效率，可以做一個件③的號料樣板，樣板上應注明零件編號、直徑、材質、板厚、件數等參數，如圖1-11所示。件①和件②因是立體形狀，不能直接劃出，需要進行展開放樣。

（2）展開放樣

計算彎曲展開長：件①是圓柱體，展開后是一矩形，最簡單的辦法是計算出矩形的長和寬即可劃出。當彎曲件的板厚較小時，可直接按標注的直徑或半徑計算展開長；但當板厚大于1.5mm時，彎曲內外徑相差較大，就必須考慮板厚對展開長度、高度以及相關構件的接口尺寸的影響。板厚越大，對這些尺寸的影響也越大。考慮鋼板厚度而改變展開作圖的圖形處理稱為板厚處理。

現將一厚板卷彎成圓筒，如圖1-12（a）所示。通過圖可以看出纖維沿厚度方向的變形是不同的，彎曲后內緣的纖維受壓而縮短，而外緣的纖維受拉而伸長。在內緣與外緣之間必然存在彎曲時既不伸長也不縮短的一層纖維，該層稱為中性層，中性層的長度在彎曲過程中保持不變，因此可作為展開尺寸的依據，如圖1-12（b）所示。

一般情況下，可以將板厚中間的中心層作為中性層來計算展開料，但如果彎曲的相對厚度較大，即板厚而彎曲半徑小，中心層會被拉長，計算出來的尺寸就會偏大。原因是中性層已偏離了中心層所致，這時就必須按中性層半徑來計算展開長了。中性層的計算公式如下：

R=r+kδ　　        （1-3）

式中　R——中性層半徑，mm；

        r——彎板內彎半徑，mm；

        δ——鋼板厚度，mm；

        k——中性層偏移系數，其值見表1-2。

五、展開放樣

 可展曲面的展開放樣：如圖1-13所示，件②是圓錐臺體，是一種可展開表面，即立體的表面如能全部平整地攤平在一個平面上，而不發生撕裂或皺褶，這種表面稱為可展開表面。相鄰素線位于同一平面上的立體表面都是可展表面，如柱面、錐面等。如果立體的表面不能自然平整地展開攤平在一個平面上，即稱為不可展表面，如圓球和螺旋面等。可展曲面的展開方法有平行線法、放射線法和三角形法三種。

1.平行線展開法

展開原理是將立體的表面看做由無數條相互平行的素線組成，取兩相鄰素線及其兩端點所圍成的微小面積作為平面，只要將每一小平面的真實大小，依次順序地畫在平面上，就得到了立體表面的展開圖，所以只要立體表面素線或棱線是互相平等的幾何形體，如各種棱柱體、圓柱體等都可用平行線法展開。

圖1-13為等徑90°彎頭的一段，先作其展開圖。

按已知尺寸畫出主視圖和俯視圖，8等分俯視圖圓周，等分點為1、2、3、4、5，由各等分點向主視圖引素線，得到與上口線交點1'、2'、3'、4'、5'，則相鄰兩素線組成一個小梯形，每個小梯形稱為一個平面。

延長主視圖的下口線作為展開的基準線，將圓周展開在展長線上得1、2、3、4、5、4、3、2、1各點。通過各等分點向上作垂線，與由主視圖1'、2'、3'、4'、5'上各點向右所引水平線對應點交點連成光滑曲線，即得展開圖。

2.放射線展開法

放射線法適用于立體表面的素線相交于上點的錐體。展開原理是將錐體表面用放射線分割成共頂的若干三角形小平面，求出其實際大小后，仍用放射線形式依次將它們畫在同一平面上，就得所求錐體表面的展開圖。件②是一個圓錐臺，可采用放射線展開法展開，圖1-14是其展開過程。展開時，首先用已知尺寸畫出主視圖和錐底斷面圖（以中性層的尺寸畫），并將底斷面半圓周若干等分，如6等分；然后，過等分點向圓錐底面引垂線，得交點1～7，由1～7交點向錐頂S連素線，即將圓錐面分成12個三角形小平面，以S為圓心S-7為半徑畫圓弧1-1，得到底斷面圓周長；最后連接1-S即得所求展開圖。

3.三角形展開法

三角形展開是將立體表面分割成一定數量的三角形平面，然后求出各三角形每邊的實長，并把它的實形依次畫在平面上，從而得到整個立體表面的展開圖。圖1-15為一長方正四棱臺，現作其展開圖。

畫出四棱臺的主視圖和俯視圖，用三角形分割臺體表面，即連接側面對角線。求1-5、1-6、2-7的實長，其方法是以主視圖h為對邊，取俯視圖1-5、1-6、2-7為底邊，作直角三角形，則其斜邊即為各邊實長。求得實長后，用畫三角形的畫法即可畫出展開圖。

然而，按上述方法展開下料后，發現高度h小了，與圖紙要求尺寸不符合。說明該展開法精度不高，不適合大尺寸工件的展開下料。分析其原因，是該展開圖說明中少作了一條高度的輔助線，導致主視圖高度成了斜邊高度，自然矮了一截，加一條輔助線A才正確。

圖1-16為南京某高職學院鉚焊班學生在焊接實訓室制作完成的展開下料并且冷作后焊接成形的實物樣件，指導老師為本書作者。

【例1】　蝦米彎頭（又稱蝦殼彎）的展開放樣

蝦米彎頭由若干個帶斜截面的直管段組成，它有兩個端節及若干個中節，端節為中節的一半，根據中節數的多少，蝦米彎分為單節、兩節、三節等；節數越多，彎頭的外觀越圓滑，對介質的阻力越小，但制作越困難。

（1）90°單節蝦殼彎展開方法、步驟

90°單節蝦殼彎展開圖如圖1-17所示。

① 作∠AOB=90°，以O為圓心，以半徑R為彎曲半徑，畫出蝦殼彎的中心線。

② 將∠AOB平分成兩個45°，即圖中∠AOC、∠COB，再將∠AOC、∠COB各平分成兩個22.5°的角，即∠AOK、∠KOC、∠COD與∠DOB。

③ 以彎管中心線與OB的交點4為圓心，以D/2為半徑畫半圓，并將其6等分。

④ 通過半圓上的各等分點作OB的垂線，與OB相交于1、2、3、4、5、6、7，與OD相交于1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'，直角梯形11'77'就是需要展開的彎頭端節。

⑤ 在OB的延長線的方向上，畫線段EF，使EF=πD，并將EF 12等分，得各等分點1、2、3、4、5、6、7、6、5、4、3、2、1，通過各等分點作垂線。

⑥ 以EF上的各等分點為基點，分別截取11'、22'、33'、44'、55'、66'、77'線段長，畫在EF相應的垂直線上，得到各交點1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'、6'、5'、4'、3'、2'、1'，將各交點用圓滑的曲線依次連接起來，所得幾何圖形即為端節展開圖。用同樣方法對稱地截取11'、22'、33'、44'、55'、66'、77'后，用圓滑的曲線連接起來，即得到中節展開圖。

（2）90°兩節蝦殼彎展開圖

從展開圖可以看出，其展開畫法與單節蝦殼彎的展開法相似，只是將∠AOB=90°等分成6等份，即∠COB=15°，其余請大家參考單節蝦殼彎的展開畫法。如圖1-18所示。

【例2】　三通管的展開

（1）等徑直交三通管展開圖作圖步驟

① 按已知尺寸畫出主視圖和斷面圖，由于兩管直徑相等，其結合線為兩管邊線交點與軸線交點的連線，可直接畫出。

② 6等分管Ⅰ斷面半圓周，等分點為1、2、3、4、3、2、1。由等分點引下垂線，得與結合線1'-4'-1'的交點。

③ 畫管Ⅰ展開圖。在CD延長線上取1—1等于管Ⅰ斷面圓周長度，并12等分。由各等分點向下引垂線，與由結合線各點向右所引的水平線相交，將各對應交點連成曲線，即得所求管I展開圖。

④ 畫管Ⅱ展開圖。在主視圖正下方畫一長方形，使其長度等于管斷面周長，寬等于主視圖AB。在B'B″線上取4—4等于斷面1/2圓周。 6等分4—4，等分點為4、3、2、1、2、3、4，由各等分點向左引水平線，與由主視圖結合線各點向下所引的垂線相交，將各對應交點連成曲線，即為管Ⅱ開孔實形。A'B'B″A″即為所求管Ⅱ展開圖，如圖1-19所示。

（2）異徑直交三通管展開圖作圖方法和步驟

① 依據所給尺寸畫出異徑直交三通管的側視圖（主管可畫成半圓），按支管的外徑畫半圓。

② 將支管上半圓弧6等分，標注號為4、3、2、1、2、3、4。然后從各等分點向上、向下引垂直的平行線，與主管圓弧相交，得出相應的交點4'、3'、2'、1'、2'、3'、4'。

③ 將支管圖上直線4-4向右延長得AB直線， 在AB上量取支管外徑的周長（πD），并將之12等分，自左向右等分點的順序標號是1、2、3、4、3、2、1、2、3、4、3、2、1。

④ 由直線AB上的各等分點引垂直線，然后由主管圓弧上各交點向右引水平線與之相交，將對應點連成光滑曲線，即得到支管展開圖（俗稱雄頭樣板）。

⑤ 延長支管圓中心的垂直線，在此直線上以點1°為中心，上下對稱量取主管圓弧上的弧長 ，得交點1°、2°、3°、4°、3°、2°、1°。

⑥ 通過這些交點作垂直于該線的平行線，同時，將支管半圓上的6根等分垂直線延長，并與這些平行直線相交，用光滑曲線連接各交點，此即為主管上開孔的展開圖樣，如圖1-20所示。

（3）同徑斜交三通管展開圖作圖方法和步驟（已知主管與支管交角為α）

① 根據主管直徑及相交角α畫出同徑斜三通的正面投影圖（主視圖）。

② 在支管的頂端畫半圓并6等分，得各等分點1、2、3、4、5、6、7，過各等分點作斜支管軸心線的平行線交支管與主管相交線于1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'。

③ 在支管直徑17線段的延長線的方向上，作直線AB=πD，并將其12等分，得各等分點1、2、3、4、5、6、7、6、5、4、3、2、1。

④ 過AB線段的各等分點1、2、3、4、5、6、7、6、5、4、3、2、1作AB的垂線，再過主管與支管的相交點1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'作線段AB的平行線，依次對應于各點1″、2″、3″、4″、5″、6″、7″，將交點用圓滑曲線連接起來，所得幾何圖形就是支管展開圖（即雄頭樣板）。

⑤ 在主管右斷面圖上畫半圓，由支管與主管的相交點1'、2'、3'、4'向右引主管軸心線的平行線，將主管斷面圖的半圓分成6份，交于a、b、c、d點（此步也可省略）。

⑥ 在三通主管下面作一條線段7°-1°平行于三通主管軸心線，以7°-1°為中心上下依次截取ab、bc、cd的弧長，并作7°-1°的平行線段，再過1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'各點作三通主管軸線的垂直引下線，依次相交于1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°，將交點用圓滑曲線連接起來，所得幾何圖形就是主管開孔的展開圖（即雌頭樣板），如圖1-21所示。