焊接球的加工制作工艺

焊接球的加工制作工艺
发表时间：2020-11-17T07:27:01.645Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年17期作者：于杰许伟伟张杜杜何清风[导读] 随着建筑行业的发展，各类体育文化场馆、展览馆以及机场航站、客运铁路枢纽站等大型空间建筑，越来越多的采用钢结构网架体系。

对于大型网架体系，传统的螺栓球节点已不能满足受力要求，而具有更高承载能力的焊接空心球越来越多地被选用。

安徽富煌钢构股份有限公司安徽巢湖 238076
摘要：随着建筑行业的发展，各类体育文化场馆、展览馆以及机场航站、客运铁路枢纽站等大型空间建筑，越来越多的采用钢结构网架体系。

对于大型网架体系，传统的螺栓球节点已不能满足受力要求，而具有更高承载能力的焊接空心球越来越多地被选用。

焊接球的制作质量关系到整个网架体系的安全，故在加工过程中必须严格把关，即从原材料、焊材、半球的下料、热工、铸模试压、半球尺寸检测、两半球对接施焊、成品检测等各工序，从而保证焊接球的制造质量。

关键词：焊接球；工艺流程；磨具参数设计；半球装焊技术；检测
一、目的：焊接球的制作质量关系到整个网架体系的安全，加工过程中必须严格把关，本文通过焊接球的制作过程，各工序的控制要点，即从钢板毛坯下料到完整焊接球的制作成型的工序叙述，完整的介绍了焊接空心球的制作方法。

本文既提供了焊接球的一种制作方案，又通过工序施工的工艺流程控制要求，提高了焊接球的成品质量。

本文中的技术方案适用于半球、整球、凤阳鼓等产品的制作。

二、施工准备
1、材料：钢板、辅材、焊接气体
2、机械设备：数控切割机、加热炉、压力机、坡口机、焊机、焊接球专用旋转胎具、超声波探伤仪、焊缝量规、测厚仪、卡尺、钢尺。

3、技术准备：设计图纸及工艺要求、加工制作半圆球的胎模具、焊接工艺评定、技术交底。

三、加工工艺流程
凹模四周圆角半径R1=（2~3）δ，（厚壁取下限）凹模直边高度h1=40~70mm
凹模的总高度h为100~250mm
凹模的外直径A1=A凹+（200~400）
1.2、凸模尺寸
凸模外直径A凸=A凹-2δ-2Z
δ为坯料板厚；
Z为凸凹模间隙，热压Z=（0.05~0.1）δ；凸模的壁厚的选取与压力机设备能力有关
1.3 沿边垫圈尺寸
压边圈内直径A＇= A凹+（50~80），压边圈厚度h＇=70~240
2、润滑剂
拉延过程中，在坯料和磨具间进行润滑，以减小摩擦阻力。

润滑剂使用时切记涂在凸模表面或与凸模接触一侧的坯料面，以防引起坯料的滑动；正确操作应涂抹在凹模周边圆角处、与凹模接触区域的坯料外侧表面、压边圈与坯料的接触面上。

（常采用石墨粉）
3、下料直径按下式确定
D1=1.414D+C
式中为下料直径；为半圆球中线直径（即焊接空心球直径减去壁厚）；为加工坡口余量，一般 =（0.03~0.05）D/2mm
钢板的放样和下料应根据工艺要求预留其焊接收缩余量及切割、刨边和铣平等加工余量。

五、半球的具体压制工艺
对于规格多、批量大某一项目焊接球，批量制作前，应每种规格试做一、两件，校核成品半球尺寸，是否达到设计要求标准，并依据实验结果，分析原因，从而对磨具，试压过程，推进速度和加热温度等相关因素做适当修正。

1、球坯采用数控切割机进行下料，切割尺寸专人进行复检，保证加工质量。

2、空心球压制时采取反射炉加热，压制温度控制在1050 ±50 ，脱模温度不低于650 。

温度不能过低，否则不能压制成型，需二次回炉加温；温度不能过高，钢板的晶粒组织会遭到损坏，易产生折皱现象。

3、在凹模圆角处和坯料在与凹模相应的接触面区域，压边圈与毛坯料的接触的内表面上，正确涂抹润滑剂。

从加热炉中，将加热好的坯料吊装于凹模上，对中圆形坯料与凹模中心，盖上压边圈。

在压边圈的四周卡马处用楔形块加紧压边圈，不可过分加紧，影响毛坯料的经向滑动，压边圈主要作用是防止毛坯料的受力不均匀，造成坯料的起皱现象，即影响坯料通过凹模圆角和凸凹模的间隙处的滑动。

造成半球坯料的檐口卷边波浪起皱现象、划伤现象，起皱也会增大压力机的负荷。

操控上模，压力机的上模油缸向下推进，半球压制到位后，卸载油缸，进行半球脱模。

4、半圆球出胎冷却后，用样板检测弧度、量尺寸，扣除两半球对接的焊缝衬垫间隙，划出半球实际切割位置线。

5、根据半球的切割线，开设坡口。

坡口不留根，以便焊透，坡口宜采用机械加工，但也可用半自动火焰切割坡口。

半球坡口的大小必须以工艺要求为准，若结构为半球焊接于埋件板上，则半球外壁开设45度单面坡口；若结构为焊接整球，则每个半球均开设22~30度的单面坡口，厚板焊接球宜选小坡口，以防止半球对接焊缝表面过宽，影响焊缝外观质量。

6、半球成品检验公差要求：
半圆球压制成型后，按设计及规范要求壁厚减薄量不大于13%，且不超过2.5mm（直径≤50cm），对错边量容许偏差不大于1mm，用卡尺和游标卡尺检查，在拉薄区域沿纬线等分4—8点，进行超声波测试，符合要求方可进行下道工序。

一般热压半球的壁厚不均匀分布情况，如图2。

热压半球的板厚变化影响的主要因素为：
A、材料强度越低，壁厚变薄量越大；
B、变形程度约大，封板头（或半球）底部约尖，壁厚变薄量越大；
C、上下模的间隙及下模圆角越小，壁厚变薄量越大；
D、压边力过大或过小，都将增大壁厚变薄量；
E、磨具的润滑效果越好，变薄量越小；
F、热压时，温度越高，则壁厚变薄量越大，加热不均匀，也会使局部变薄量增加。

六、半球的对接焊及焊缝检测
当焊接空心球的外径等于或大于300mm时，且内力较大，需要提高承载能力，球内可加环肋，环肋应设置在两个半球接口处，并兼做焊接钢衬垫用。

半球外壁中心需机械钻一个中心孔，以作为专用滚轮胎具的轴承对中眼孔使用。

组装两个半球为一个整球，控制其尺寸。

将整球加紧在专用滚轮胎具上，对中球心，通过胎具滚动焊接球，使得埋弧自动焊机始终维持在焊接球的正上面施焊作业。

焊接完成后，进行超声波焊缝检验，并做好验收记录。

参考文献
[1]《钢结构质量验收规范》……………………GB50205-2001
[2]《网架结构设计与施工规程》………………JGJ7-2010
[3]《钢结构质量焊接规范》……………………GB50661-2011
[4]《钢网架焊接球节点》………………………JG11-1999
[5]《冷弯薄板型钢结构设计规范》………………GBJ18-87
[6]朱觉新.实用铂金技术手册.机械工业出版社.2001.5。