第三节　压力容器制作过程的划线与展开放样

一、结构图的特点

① 一般钢板与钢结构的总体尺寸相差悬殊，按正常的比例关系是难以表达，往往需要通过板厚来表达板材的相互位置关系或焊缝结构，因此在绘制板厚、型钢断面等小尺寸图形时，需按不同的比例画出来。

② 为了清楚表达焊缝位置和焊接结构，大量采用了局部剖视和局部放大视图，要注意剖视和放大视图的位置和剖视的方向。

③ 为了表达板与板之间的相互关系，除采用剖视外，还大量采用虚线的表达方式，因此，图面纵横交错的线条非常多。

④ 连接板与板之间的焊缝一般不用画出，只标注焊缝代号。但特殊的接头形式和焊缝尺寸应该用局部放大视图来表达清楚，焊缝的断面要涂黑，以区别焊缝和母材。

⑤ 为了便于读图，同一零件的序号可以同时标注在不同的视图上。

二、结构图的读识方法

焊接结构施工图的读识一般按以下顺序进行：首先，阅读标题栏，了解产品名称、材料、重量、设计单位等，核对一下各个零部件的图号、名称、数量、材料等，确定哪些是外购件（或库领件），哪些为锻件、铸件或机加工件；再阅读技术要求和工艺文件，正式识图时，要先看总图，后看部件图，最后再看零件图；有剖视图的要结合剖视图，弄清大致结构，然后按投影规律逐个零件阅读，先看零件明细表，确定是钢板还是型钢；然后再看图，弄清每个零件的材料、尺寸及形状，还要看清各零件之间的连接方法、焊缝尺寸、坡口形状，是否有焊后加工的孔洞、平面等。

三、划线

1. 划线的基本规则

① 垂线必须用作图法。

② 用划针或石笔划线时，针尖应紧贴钢尺移动。

③ 圆规在钢板上划圆、圆弧或分量尺寸时，应先打上样冲眼，以防圆规尖滑动。

④ 平面划线应先画基准线，后按“由外向内，从上到下，从左到右”的划线原则划线。先画基准线，是为了保证加工余量的合理分布，划线之前应该在工件上选择一个或几个面或线作为划线的基准，以此来确定工件其他加工表面的相对位置。一般情况下，以底平面、侧面、轴线或主要加工面为基准。

2. 划线的分类

① 平面划线与几何作图相似，在工件的一个平面上划出图样的形状和尺寸，有时也可以采用样板一次划成。

② 立体划线是在工件的几个表面上划线，即在长、宽、高三个方向上划线。

3. 基本线型的划法

① 直线的划法。直线长不超过1m可用直尺划线。划针尖或石笔尖紧抵钢直尺，向钢直尺的 外侧倾斜15°～20°划线，同时向划线方向倾斜。

直线长不超过5m用弹粉法划线。弹粉线时把线两端对准所划直线两端点，拉紧使粉线处于平直状态，然后垂直拿起粉线，再轻放。若是较长线时，应弹两次，以两线重合为准；或是在粉线中间位置垂直按下，左右弹两次完成。

直线超过5m用拉钢丝的方法划线，钢丝取ϕ0.5～1.5mm。操作时，两端拉紧并用两垫块垫托，其高度尽可能低些，然后可用90°角尺靠紧钢丝的一侧，在90°下端定出数点，再用粉线以三点弹成直线。

② 圆弧的划法。放样或装配有时会碰上划一段直径为几米大圆弧，用一般的地规和盘尺可以划出，再大一些的圆弧则采用近似几何作图或计算法作图。

四、放样

1.放样的工具

（1）放样台

放样台是进行实尺放样的工作场地，放样台要求光线充足，便于看图和划线。常用放样台有钢质和木质两种。

钢质放样台是用铸铁或由厚12mm以上的低碳钢板所制成，在钢板连接处的焊缝应铲平磨光，板面要平，必要时，在板面涂上带胶白粉，板下需用枕木或型钢垫高。

木质放样台为木地板，要求地板光滑，表面无裂缝，木材纹理要细、疤节少，还要有较好的弹性。为保证地板具有足够的刚度，防止产生较大的挠度而影响放样精度，地板厚度要求为70～100mm，各板料之间必须紧密地连接，接缝应该交错地排列。表面要涂上二三道底漆，待干后再涂抹一层灰色的无光漆，以免地板反光刺眼，同时该面漆可对各种色漆都能鲜明地衬出。

（2）量具

放样使用的量具有钢卷尺、90°角尺、钢直尺、平尺等。

（3）其他工具

常用的工具有划针、圆规、地规、粉线等工具。

常见划线工具如图1-10所示。

2.放样方法

（1）实尺放样

根据图样的形状和尺寸，用基本的作图方法，以产品的实际大小划到放样台的工作称为实尺放样。

（2）展开放样

把各种立体的零件表面摊平的几何作图过程称为展开放样。

（3）计算机光学放样

用计算机光学手段（比如扫描），将缩小的图样投影在钢板上，然后依据投影线进行划线。

3.放样程序

放样程序一般包括结构处理、划基本线型和展开三个部分。

结构处理又称结构放样，它是根据图样进行工艺处理的过程。一般包括确定各连接部位的接头形式、图样计算或量取坯料实际尺寸、制作样板与样杆等。

划基本线型是在结构处理的基础上，确定放样基准和划出工件的结构轮廓。

展开是对不能直接划线的立体零件进行展开处理，将零件摊开在平面上。

4.实尺放样过程举例

酯类反应器下壳体部件施工图如图1-11所示。

（1）划基本线型

① 确定放样画线基准。从该构件施工图看出，主视图应以中心线和炉上口轮廓为放样画线基准。准确地画出各个视图的基准线。

② 画出构件基本线型。件③在视图上反映的是实形，可直接在钢板上划出。这是一个直径为d的整圆。为了提高划线的效率，可以做一个件③的号料样板，样板上应注明零件编号、直径、材质、板厚、件数等参数，如图1-11所示。件①和件②因是立体形状，不能直接划出，需要进行展开放样。

（2）展开放样

计算弯曲展开长：件①是圆柱体，展开后是一矩形，最简单的办法是计算出矩形的长和宽即可划出。当弯曲件的板厚较小时，可直接按标注的直径或半径计算展开长；但当板厚大于1.5mm时，弯曲内外径相差较大，就必须考虑板厚对展开长度、高度以及相关构件的接口尺寸的影响。板厚越大，对这些尺寸的影响也越大。考虑钢板厚度而改变展开作图的图形处理称为板厚处理。

现将一厚板卷弯成圆筒，如图1-12（a）所示。通过图可以看出纤维沿厚度方向的变形是不同的，弯曲后内缘的纤维受压而缩短，而外缘的纤维受拉而伸长。在内缘与外缘之间必然存在弯曲时既不伸长也不缩短的一层纤维，该层称为中性层，中性层的长度在弯曲过程中保持不变，因此可作为展开尺寸的依据，如图1-12（b）所示。

一般情况下，可以将板厚中间的中心层作为中性层来计算展开料，但如果弯曲的相对厚度较大，即板厚而弯曲半径小，中心层会被拉长，计算出来的尺寸就会偏大。原因是中性层已偏离了中心层所致，这时就必须按中性层半径来计算展开长了。中性层的计算公式如下：

R=r+kδ　　        （1-3）

式中　R——中性层半径，mm；

        r——弯板内弯半径，mm；

        δ——钢板厚度，mm；

        k——中性层偏移系数，其值见表1-2。

五、展开放样

 可展曲面的展开放样：如图1-13所示，件②是圆锥台体，是一种可展开表面，即立体的表面如能全部平整地摊平在一个平面上，而不发生撕裂或皱褶，这种表面称为可展开表面。相邻素线位于同一平面上的立体表面都是可展表面，如柱面、锥面等。如果立体的表面不能自然平整地展开摊平在一个平面上，即称为不可展表面，如圆球和螺旋面等。可展曲面的展开方法有平行线法、放射线法和三角形法三种。

1.平行线展开法

展开原理是将立体的表面看做由无数条相互平行的素线组成，取两相邻素线及其两端点所围成的微小面积作为平面，只要将每一小平面的真实大小，依次顺序地画在平面上，就得到了立体表面的展开图，所以只要立体表面素线或棱线是互相平等的几何形体，如各种棱柱体、圆柱体等都可用平行线法展开。

图1-13为等径90°弯头的一段，先作其展开图。

按已知尺寸画出主视图和俯视图，8等分俯视图圆周，等分点为1、2、3、4、5，由各等分点向主视图引素线，得到与上口线交点1'、2'、3'、4'、5'，则相邻两素线组成一个小梯形，每个小梯形称为一个平面。

延长主视图的下口线作为展开的基准线，将圆周展开在展长线上得1、2、3、4、5、4、3、2、1各点。通过各等分点向上作垂线，与由主视图1'、2'、3'、4'、5'上各点向右所引水平线对应点交点连成光滑曲线，即得展开图。

2.放射线展开法

放射线法适用于立体表面的素线相交于上点的锥体。展开原理是将锥体表面用放射线分割成共顶的若干三角形小平面，求出其实际大小后，仍用放射线形式依次将它们画在同一平面上，就得所求锥体表面的展开图。件②是一个圆锥台，可采用放射线展开法展开，图1-14是其展开过程。展开时，首先用已知尺寸画出主视图和锥底断面图（以中性层的尺寸画），并将底断面半圆周若干等分，如6等分；然后，过等分点向圆锥底面引垂线，得交点1～7，由1～7交点向锥顶S连素线，即将圆锥面分成12个三角形小平面，以S为圆心S-7为半径画圆弧1-1，得到底断面圆周长；最后连接1-S即得所求展开图。

3.三角形展开法

三角形展开是将立体表面分割成一定数量的三角形平面，然后求出各三角形每边的实长，并把它的实形依次画在平面上，从而得到整个立体表面的展开图。图1-15为一长方正四棱台，现作其展开图。

画出四棱台的主视图和俯视图，用三角形分割台体表面，即连接侧面对角线。求1-5、1-6、2-7的实长，其方法是以主视图h为对边，取俯视图1-5、1-6、2-7为底边，作直角三角形，则其斜边即为各边实长。求得实长后，用画三角形的画法即可画出展开图。

然而，按上述方法展开下料后，发现高度h小了，与图纸要求尺寸不符合。说明该展开法精度不高，不适合大尺寸工件的展开下料。分析其原因，是该展开图说明中少作了一条高度的辅助线，导致主视图高度成了斜边高度，自然矮了一截，加一条辅助线A才正确。

图1-16为南京某高职学院铆焊班学生在焊接实训室制作完成的展开下料并且冷作后焊接成形的实物样件，指导老师为本书作者。

【例1】　虾米弯头（又称虾壳弯）的展开放样

虾米弯头由若干个带斜截面的直管段组成，它有两个端节及若干个中节，端节为中节的一半，根据中节数的多少，虾米弯分为单节、两节、三节等；节数越多，弯头的外观越圆滑，对介质的阻力越小，但制作越困难。

（1）90°单节虾壳弯展开方法、步骤

90°单节虾壳弯展开图如图1-17所示。

① 作∠AOB=90°，以O为圆心，以半径R为弯曲半径，画出虾壳弯的中心线。

② 将∠AOB平分成两个45°，即图中∠AOC、∠COB，再将∠AOC、∠COB各平分成两个22.5°的角，即∠AOK、∠KOC、∠COD与∠DOB。

③ 以弯管中心线与OB的交点4为圆心，以D/2为半径画半圆，并将其6等分。

④ 通过半圆上的各等分点作OB的垂线，与OB相交于1、2、3、4、5、6、7，与OD相交于1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'，直角梯形11'77'就是需要展开的弯头端节。

⑤ 在OB的延长线的方向上，画线段EF，使EF=πD，并将EF 12等分，得各等分点1、2、3、4、5、6、7、6、5、4、3、2、1，通过各等分点作垂线。

⑥ 以EF上的各等分点为基点，分别截取11'、22'、33'、44'、55'、66'、77'线段长，画在EF相应的垂直线上，得到各交点1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'、6'、5'、4'、3'、2'、1'，将各交点用圆滑的曲线依次连接起来，所得几何图形即为端节展开图。用同样方法对称地截取11'、22'、33'、44'、55'、66'、77'后，用圆滑的曲线连接起来，即得到中节展开图。

（2）90°两节虾壳弯展开图

从展开图可以看出，其展开画法与单节虾壳弯的展开法相似，只是将∠AOB=90°等分成6等份，即∠COB=15°，其余请大家参考单节虾壳弯的展开画法。如图1-18所示。

【例2】　三通管的展开

（1）等径直交三通管展开图作图步骤

① 按已知尺寸画出主视图和断面图，由于两管直径相等，其结合线为两管边线交点与轴线交点的连线，可直接画出。

② 6等分管Ⅰ断面半圆周，等分点为1、2、3、4、3、2、1。由等分点引下垂线，得与结合线1'-4'-1'的交点。

③ 画管Ⅰ展开图。在CD延长线上取1—1等于管Ⅰ断面圆周长度，并12等分。由各等分点向下引垂线，与由结合线各点向右所引的水平线相交，将各对应交点连成曲线，即得所求管I展开图。

④ 画管Ⅱ展开图。在主视图正下方画一长方形，使其长度等于管断面周长，宽等于主视图AB。在B'B″线上取4—4等于断面1/2圆周。 6等分4—4，等分点为4、3、2、1、2、3、4，由各等分点向左引水平线，与由主视图结合线各点向下所引的垂线相交，将各对应交点连成曲线，即为管Ⅱ开孔实形。A'B'B″A″即为所求管Ⅱ展开图，如图1-19所示。

（2）异径直交三通管展开图作图方法和步骤

① 依据所给尺寸画出异径直交三通管的侧视图（主管可画成半圆），按支管的外径画半圆。

② 将支管上半圆弧6等分，标注号为4、3、2、1、2、3、4。然后从各等分点向上、向下引垂直的平行线，与主管圆弧相交，得出相应的交点4'、3'、2'、1'、2'、3'、4'。

③ 将支管图上直线4-4向右延长得AB直线， 在AB上量取支管外径的周长（πD），并将之12等分，自左向右等分点的顺序标号是1、2、3、4、3、2、1、2、3、4、3、2、1。

④ 由直线AB上的各等分点引垂直线，然后由主管圆弧上各交点向右引水平线与之相交，将对应点连成光滑曲线，即得到支管展开图（俗称雄头样板）。

⑤ 延长支管圆中心的垂直线，在此直线上以点1°为中心，上下对称量取主管圆弧上的弧长 ，得交点1°、2°、3°、4°、3°、2°、1°。

⑥ 通过这些交点作垂直于该线的平行线，同时，将支管半圆上的6根等分垂直线延长，并与这些平行直线相交，用光滑曲线连接各交点，此即为主管上开孔的展开图样，如图1-20所示。

（3）同径斜交三通管展开图作图方法和步骤（已知主管与支管交角为α）

① 根据主管直径及相交角α画出同径斜三通的正面投影图（主视图）。

② 在支管的顶端画半圆并6等分，得各等分点1、2、3、4、5、6、7，过各等分点作斜支管轴心线的平行线交支管与主管相交线于1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'。

③ 在支管直径17线段的延长线的方向上，作直线AB=πD，并将其12等分，得各等分点1、2、3、4、5、6、7、6、5、4、3、2、1。

④ 过AB线段的各等分点1、2、3、4、5、6、7、6、5、4、3、2、1作AB的垂线，再过主管与支管的相交点1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'作线段AB的平行线，依次对应于各点1″、2″、3″、4″、5″、6″、7″，将交点用圆滑曲线连接起来，所得几何图形就是支管展开图（即雄头样板）。

⑤ 在主管右断面图上画半圆，由支管与主管的相交点1'、2'、3'、4'向右引主管轴心线的平行线，将主管断面图的半圆分成6份，交于a、b、c、d点（此步也可省略）。

⑥ 在三通主管下面作一条线段7°-1°平行于三通主管轴心线，以7°-1°为中心上下依次截取ab、bc、cd的弧长，并作7°-1°的平行线段，再过1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'各点作三通主管轴线的垂直引下线，依次相交于1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°，将交点用圆滑曲线连接起来，所得几何图形就是主管开孔的展开图（即雌头样板），如图1-21所示。