全焊接球阀工艺及焊接架设计说明书讲解学习

1、目录一、 全焊接球阀选取与焊接工艺选取 11、 全焊接球阀的特性1.2、 全焊接式结构 1.3、 阀体与焊接材料分析 14、 焊接过程及分析 5.5、 全焊接球阀的焊接参数选择 6二、滚轮架的选取 7.1、滚轮架的定义7.2、方案的选择及确定 83、 滚轮驱动方案 9.4、滚轮的设计115、轴的设计126、轴承的选择127、丝杆的设计13三、 计算与校核151、 驱动圆周力与支反力的分析及中心角的确定 152、滚轮支反力计算 173、电动机的选取204、轴的校核215、键的校核226、轴承的寿命计算227、轴承的强度计算24四、结语24一、全焊接球阀的选取与焊接工艺的选取1、全焊接球阀的特性：

2、1、整体式焊接球阀，不会有外部泄漏等现象。2、由于阀座是由碳化特氟隆密封环及咖弹簧构成的，所以对压力和温度的变化适应能力强， 在标注压力和温度范围内不会产生任何泄滑。3、球体的加工过程有先进的计算机检测仪跟踪检测，所以球体的加工精度高。4、由于阀体材料跟管道材质一样，不会出现应力不均，也不会由于地震及车辆经过地面时而 产生变形，管道耐老化。5、 密封环本体采用含量25%Carbon（碳素）的CPTFE材质，保障完全无泄漏（0%）。6、直埋式焊接球阀可以直接埋于地下，不用建高大型阀门井，只需在地面上设置小型浅井， 大大节省施工费用及工程时间。7、可根据管道的施工及设计要求，调整阀体的长短和阀杆的

3、高度。8、球体的加工精度非常精密，操作轻便，无不良干涉。9、采用高级的原材料，能保 PN25以上的压力。10、与同类行业的同种规格产品相比，阀体小，而且外型美观。11、在保证阀门正常操作、使用情况下，质保 20年。2、全焊接式结构球阀阀体由6部分锻造的壳休装配后焊接而成，结构紧凑、整个球阀挥然一体目前日内生产使用的大口径球阀多为分体三片式构造，各部分之间采用螺栓连接。与三片式球阀相比，在强度相同的情况下全焊接式球阀锻件的壁厚可做得很薄。阀门重量可减轻四分之一，而日对 管道弯曲和挤压的抵抗力增强；由于取消了阀体法兰和螺栓。外形尺寸电减小。同叫还消除了 潜在的外漏通道。另外，闹体焊接结构内部曲线流

4、畅保持了与管道的润滑连接无死角，介质 流动性好。3、阀体与焊接材料分析1阀体材料成分分析全焊接球阀阀体材料通常采用碳素钢或低合金钢，女口 ASTM A105、A694、A350、A516等，其化学成分对焊接时结晶裂纹的形成有着重要影响。焊接时，焊缝中的S、P等杂质在结晶过程中形成低熔点共晶。其中硫对形成结晶裂纹影响最大，但其影响又与钢中其他元素含最 有关，如Mn与S结合成MnS而除硫，从而对 S的有害作用起抑制作用。Mn还能改善 硫化物的性能、形态及其分布等。因此，为了防止产生结晶裂纹，对焊缝金属中的Mn/S值有一定要求。Mn/sS值多大才有利干防止结晶裂纹，还与含碳量有关。含C量愈高，要求M

5、n/S 值也愈高。Si、Ni及杂质的过多存在也会增加 S的有害作用。严格控制阀体材料采购时的化学成分， 制定相关的材料采购标准，是有效避免阀门焊接时产 生结晶裂纹的有效途径之一。2焊丝与焊剂选择(1 )焊丝材料选择：焊丝主要作为填充金属，向焊缝添加合金元素，直接参与焊接过程中 的冶金反应，其化学成分和物理性能不仅影响焊接过程中的稳定性、焊接接头性能和质量，同 时还影响着焊接生产率。焊丝材料的选择主要根据阀体材料来进行。对常用阀体材料，通常所选用的焊丝材料有碳素钢焊丝如H08MnA、低合金钢焊丝如 H10Mn2。同时，焊丝直径的选择对焊缝形状也有着较 大影响，在焊接电流、电弧电压、焊接速度一定时

6、，焊缝熔深与焊丝直径成反比，熔宽与焊丝 直径成正比。对于全焊接球阀常采用的埋弧自动焊，其焊丝直径一般为2.56mm。(2)焊剂材料选：择焊剂在焊接过程中起隔离空气、 保护焊缝金属不受空气浸害和参与熔 池金属冶金反应的作用。当焊丝确定后，配套用的焊剂则成为关键材料，它直接影响焊缝金属 的力学性能(特别是塑性及低温韧性)、抗裂性能、焊接缺陷发生率及焊接生产率等。这就要求焊剂必须具有良好的冶金性能和工艺性能；颗粒度符合要求(普通焊剂颗粒度为0.452.50mm，0.45mm 以下的细粒不得大于 5%，2.50mm 以上的粗粒不得大于 2% ;细颗粒度焊剂粒度为 0.281.425mm，0.28mm

7、以下的细粒不得大于 5%， 1.425mm 以上的粗粒不得大于2% );含水量w (H2O )0.10% ;机械夹杂物的含量不得大于 0.30% (质量分 数)；含硫磷量 w (S)0.060%，w (P)0.080%。根据所选用焊丝材料，及阀体材料化学成分，焊剂多选用高硅型熔炼焊剂或高碱度烧结型焊 剂。3. 影响焊缝形状、性能的因素(1)焊接艺参数的影响1 )焊接电流。当其他条件不变时，熔深与焊接电流变化成正比，电流小，熔深浅，余高和 宽度不足；电流过大，熔深大，余高过大，易产生高温裂纹。2 )电弧电压。电弧电压与电弧长度成正比，在相同的电弧电压和焊接电流时，如果选用的 焊剂不同，电弧空间电

8、场强度不同，贝皿弧长度不同。当其他条件不变时，电弧电压低，熔深 此文档仅供学习和交流此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除大，焊缝宽度窄，易产生热裂纹；电弧电压高时，焊缝宽度增加，余高不够。埋弧焊的电弧电 压是依据焊接电流调整的，即一定焊接电流要保持一定的弧长才可能保证焊接电弧的稳定燃烧， 所以电弧电压的变化范围是有限的。3）焊接速度。焊接速度对熔深和熔宽都有影响，通常情况下熔深和熔宽与焊接速度成反比。 焊接速度对焊缝断面形状也有影响，一般焊接速度过小，熔化金属量多，焊缝成形差；焊接速 度较大时，熔化金属量不足，容易产生咬边。实际焊接时，为了提高生产率，在提高焊接速度 的同时必须加大电弧功率

9、，才能保证焊缝质量。4 ）焊丝直径。焊接电流、电弧电压和焊接速度一定时，熔深与焊丝直径成反比关系，但这 种反比关系随电流密度的增加而减弱。（2）工艺条件对焊缝成形的影响1）焊缝坡口形状、间隙的影响。在其它条件相同时，增加坡口深度和宽度，焊缝熔深增加， 熔宽略有减小，余高显著减小。2 ）焊剂堆高的影响。焊剂堆高应保证在丝极周围埋住电弧，一般在 2540mm。当使用黏 结焊剂或烧结焊剂时，由干密度小，焊剂堆高比熔炼焊剂高出 20%50%。焊剂堆高越大，焊 缝余高越大，熔深越浅。3）焊丝、焊嘴与工件倾角对焊缝成形也有较大的影响。在全焊接球阀焊接过程中，应尽量保证焊嘴、焊丝垂直干工件表面。（4）焊缝截

10、面积的影响焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。 焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越 大，焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的 ，而且是起主要的影响，因此，在板厚 相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。（5）焊接热输入的影响一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。(6) 焊接方法的影响多种焊接方法的热输入差别较大，在建筑钢结构焊接常用的几种焊接方法中 ，除电渣以外, 埋弧焊热输入最大，在其他条件如焊缝断面积等相同情况下 ，收缩变形最大，手工电弧焊居中， CO 2气体保护焊最小。(7) 接头形式的影响在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方面等因素条

11、件相同时，不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。1) 表面堆焊时，焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束，而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚、深度、母材方面的约束，因此，变形相对较小。2) T形角接接头和搭接接头时，其焊缝横向收缩情况与堆焊相似，其横向收缩值与角焊缝 面积成正比，与板厚成反比。3) 对接接头在单道(层)焊的情况下，其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大，在单面焊时坡口角 度大，板厚上、下收缩量差别大，因而角变形较大。双面焊时情况有所不同，随着坡口角度和间隙的减小，横向收缩减小，同时角变形也减小。全焊 接球阀采用埋弧

12、自动焊，配合以空冷或风冷方式进行焊接。(8) 焊接层数的影响1) 横向收缩：在对接接头多层焊接时，第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似，因此，收缩变形相对较小。2) 纵向收缩：多层焊接时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多 ，加热 范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多，而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束 ，因此， 多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多 ，而且焊的层数越多，纵向变形越小4、焊接过程及分析1焊接及分析焊接试验采用圆筒进行，材料A105。其主要目的是试验验证和确定阀体原材料、

13、 焊丝直径、 焊剂牌号，优化焊接坡口结构及焊接参数，预测和控制焊接时温度变化、变形量和焊接残留应 力，为全焊接球阀的生产设计提供参考依据。焊接试验系统由电流电压测量系统、位移变形测 量系统、温度测量系统三部分组成。1 ）焊接时温度侧定。根据温度测定的结果（如图1所示），在球阀焊接时，控制层间温度不超过阀座密封圈的 安全使用温度150 C,不会对阀门密封性能造成影响。0IOO1004ft)at iW 畑口图1距离焊缝中心25mm 处的温度变化曲线图2）焊接变形的测定。圆筒焊接采用内径为 600mm，厚度50mm 左右的圆简进行。焊接时圆筒两端无束缚，焊接完成后，测得的圆筒变形轴向方向约为2.5m

14、m，径向方向约为1.5mm。在全焊接球阀设计过程中，需考虑此焊接变形对球阀密封性能的影响，适当调整阀座 与阀体之间的配合间隙。焊接时可采用不同的辅助方式如风冷、振动，改善焊接时工件的变形。通常情况下，振动焊 接时变形较小，风冷其次。3）焊接残留应力的测定。焊后通过不通孔法测量焊接残留应力。焊接残留应力分布曲线如 图2所示。图2残留应力分布图侧定结果表明，距离焊缝中心位置越远，残留应力越小。对球阀阀体焊缝结构进行合理的设 计，可有效降低阀体焊接后因变形而产生的残留应力。同时，焊接时采用不同的辅助方式如振 动、风冷，可不同程度上降低焊接后残余应力。通常情况下，振动焊接可有效释放焊接后的残 留应力。

15、焊接完成后，X射线探伤和超声波探伤完全合格；力学性能评定，拉伸试验、冲击试验和侧弯试验合格；焊缝热影响区按 JB4708测定合格。5、全焊接球阀的焊接工艺参数选择。全焊接球阀锻钢阀体壁厚通常在 4050mm 以上，宜采用窄间隙坡口埋弧焊，坡口底层间 隙为835mm，坡口角度为1。7 ，每层焊缝道数为13，常采用工艺垫板打底焊。为使焊 丝送达窄坡底层，需设计能插人坡口内的专用窄焊嘴，焊丝向下伸长度常取4575mm，以获得较高熔敷速率。焊接时采用专用焊剂，其颗粒度一般较细，脱渣性应特好，并满足高强韧性 焊缝金属性能。为保证焊丝和电弧在深而窄坡口内的正确位置，必要时须采用自动跟踪控制。二、滚轮架的选

16、取1、滚轮架的定义滚轮架借助焊件与主动滚轮间的摩擦力来带动圆筒形（或圆锥形）焊件旋转的装置自调式滚轮架适用于圆形筒体的焊接，可根据筒体大小自行调节。可调式滚轮架可调式滚轮架 有手动丝杆可调式、手动螺栓移位式和电动滑板移位式三种。通过调整滚轮的中心距，适用不此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除 同直径筒体。滚轮架系列由自调式、可调式、平车式、可倾斜式、防轴向窜动等多种形式。用于圆柱形筒体的焊接、抛光、衬胶及装配等，自调节式滚轮架可根据筒体大小自行调节，可调式滚轮架可采用丝杆调节，螺钉分档调节等，采用交流变频器控制，线速度为数字显示，先进可靠1）自调式滚轮架自调式滚轮架以主付机两组为一套，即主

17、动滚轮架和被动滚轮架自调型系列主被动架各组为四个滚轮，滚轮采用内铁芯，外橡胶的结构制成。经久耐用，使用时无震动。主动滚轮架的 运转由调速电机通过二个蜗轮减速箱同步传动运转，采用调速控制器实现无级变速。机械传动 噪声低，工件回转稳定，工件回转线速度为5-70m/h（为无极变速）各组钳形架在工件直径达一定范围内进行自动调节，在最小直径时，各组钳形架的下轮在同一水平线上（不同吨位的滚轮架, 工作范围各不相同）。各吨位的滚轮架工作范围不得超过最大直径尺寸。自调式滚轮架2）可调式滚轮架可调式滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩擦力，带动焊件旋转的变位机械。可调式滚 轮架只有一个滚轮部件是主动滚轮部件，而另

18、一个是从动滚轮部件。驱动装置均采用变频调速 电机，通过减速机来拖动滚轮部件，并带动焊件做焊接回转。每个滚轮架中的滚轮部件间距调 整，是通过手动，根据焊件情况，利用定位栓来完成。可调式滚轮架2、方案的选择与确定确定焊接滚轮架方案时，其合理性和经济性是主要考虑的因素。当焊件的焊接方法及工艺 确定后，所选夹具结构，首先要能保证焊接工艺的实施。同时，焊件结构尺寸以及组成焊件坯 料的制作工艺和制造精度，则是确定夹具定位方法、定位基准和夹紧机构方案的重要依据。综合分析：1）焊件的整体尺寸和制造精度以及组成焊件的各个坯件的形状、尺寸和精度。其中，形状 和尺寸是确定夹具设计方案、夹紧机构类型和结构形式的主要依

19、据，并且直接影响其几何尺寸 的大小；制造精度是选择定位器结构形式和定位器配置方案以及确定定位器本身制造精度和安 装精度的重要依据。2 ）装焊工艺对夹具的要求。例如以装配工艺有关的定位基面装配次序、夹紧方向对夹具结 构提出的要求。例如，不同的焊接方法对夹具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夹具上设置 焊剂垫；电渣焊要求夹具保证能在垂直位置上焊接；电阻焊要求夹具本身就是电极之一等。3 ）装、焊作业能否在同一夹具上完成，或是需要单独设计装固夹具和焊接夹具，本次设计 采用组合式滚轮架进行设计。组合式滚轮架特点1 ）主从动滚轮架各自独立，可根据焊件的重量，长度任意组合，使用方便灵活滚轮架靠滚 轮对自由摆动

20、或靠丝杠的调节作用在规定范围内调节滚轮中心距，适用不同直径的焊件，圆筒 体焊件放置平稳。2）可无级调速，焊速范围大，速度稳定。3）为了便于调节滚轮架间的距离，以适应不同长度焊件的装焊要求，有的滚轮架上安有机 动或非机动行走机构，沿轨道行走，调节相互之间的距离。焊接滚轮架多采用直流电动机驱动，降压调速。这种方式沿用已久，技术很成熟，电动机 此文档仅供学习和交流此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除的机械特性较硬，启动力矩较大，是目前滚轮架使用最广的拖动调速方式。缺点是电动机机构复杂，调速范围较窄，一般恒转矩调速范围为1:10左右低速时的速度不够稳定，有爬行现象。也有滚轮架是采用交流异步电动机拖

21、动，变频调速。为了焊接滚轮架日益增多。但是每一主动滚轮均由一台电动机驱动时，应解决好各滚轮之间的同步问题。由于制造工艺，材料性能等因素的影响，其额定转速实际上并不一致，因此， 要把实测数据较为接近的一组电动机做为焊接滚轮架的拖动电机。另外，对重型焊接滚轮架， 还应考虑以测速发动机为核心的速度反馈装置来保证各滚轮转速的同步。焊接滚轮架的金属多采用铸铁和合金球磨铸铁制作，其表面热处理硬度约为50HRC，滚轮直径多为200-700mm 之间。3、滚轮驱动方案为使焊接滚轮架的滚轮间距调节方便可靠，组合便利，采用主动轮单独驱动的设计方案，即每个主动轮单独利用一台电动机和减速器结构驱动。不过要注意解决好各

22、主动轮的同步问题，在选用电动机和减速结构上要尽量选用特性一致且经过实测的使用。本次设计采用组合式设计他的主动滚轮架，从动轮架是独立的，使用时可根据焊件的重量和长 度进行任意组合，其组合比例也不仅是 1与1的组合。1）减速器的选择蜗杆减速器按蜗杆外形机构分为圆柱蜗杆减速器，环面蜗杆减速器，锥蜗杆减速器三大类。本次采用圆弧圆柱蜗杆减速器，蜗杆传动时传递交错轴之间的动力常用的交错角 。它具有 单级传动比大工作平稳，震动小，噪音低及可以做到自锁灯光特点。减速器选用标准件，其型号的选定是根据传动比和中心距综合考虑选定的。中心距不能超过滚 轮安装的高度，即滚轮中心轴力地面距离。选定中心距为100mm。再根

23、据工件条件：工作荷载平稳无冲击，每日工作 8小时，每小时启动10次，启动转矩为 输出转矩的2.5倍。根据机械传动装置选用手册与滚轮相连的减速器选择型号：CWU 100-30-1 JB/T7935-95 外形尺寸查看了机械传动装置选用手册，是蜗杆在涡轮之下的圆柱蜗杆减速 器。注：减速器第一次使用时当运转150-300h后需更换润滑油，在以后的使用中应定期检查有的质量，对于混入杂质或变质的油需及时更换。一般情况下，对于长期连续工作的减速器， 没500-1000h必须更换一次。应加入原牌号的油。减速器应定期检修如发现胶合或显著磨损，必须采取有效措施予以制止或排除，备件必须 按标准制造。2）联轴器的选

24、用联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机 械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。 联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机 相联接。本次采用弹性元件，不仅具有吸收震动和缓解冲击的能力，而且能够通过弹性元件变形来 补偿两轴的相对位移。其常用类型有 弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器和轮胎式联轴器等。根据以上特点：1、 与电动机相连的联轴器采用 NZ绕性爪型联轴器，再根据轴径大小查，机械设计与制造 简明手册选用代号为QZB110.2.00型号NZ2。2、 与滚轮相连的联轴器采

25、用凸缘联轴器再根据轴径大小查得YL8型。表一、联轴器的分类名称公称扭轴径最大转特点应用条件矩范围范围速范围凸缘10-10-1400-结构简单，成本低可传动较经常用于荷载平稳联轴2000018013000大 扭矩，但不等消除冲击。有轻度冲击的条件器对所连两轴间的偏移缺乏补下，连接低速和刚偿能力性不大的两轴。NZ绕25-60015-63800-外形尺寸小，飞轮力矩小用于小功率，咼转性爪510000速，没有急剧冲击型联载荷的条件下轴器4、滚轮设计表二、滚轮的分类类型特点使用范围钢承载能力强，制造简单。一般用于重型焊件和需要预热处理轮的焊件以及稳定载荷大于60t的滚轮架。胶钢轮外包橡胶，摩擦力大，传动

26、平一般用于10t以下的焊件和有色金轮稳但橡胶易压坏。属容器。组钢轮与橡胶轮结合，承载能力比橡一般多用于10-60t的焊件合胶轮高，传动平稳。轮由于本次的焊件不超过10t，所以我选用胶轮结构。橡胶轮缘的滚轮常因结构不合理，或橡 胶质量不佳或挂胶工艺不完善，使用不久就会发生挤裂，脱胶而破坏。为此。设计滚轮时，尺 寸在橡胶轮缘两侧开出15度的倒角，以留出承载后橡胶变形的空间，避免开裂。另外，常在橡 此文档仅供学习和交流胶轮缘与金属的结合部，将金属轮面开出多道沟槽，一增加橡胶与金属的接触面，强化结合牢 度，避免脱胶。如下图2-1图2-1滚轮结构尺寸及加工工艺5、轴的设计我选用45号钢来制造轴承，45号

27、钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工 图2-2为本次设计的轴类机构。輙r-w45t7.4广=ini.IK4*00+400却30$oo4二*IfunnWOO*IQQO1210汕机鮒总敦半60m/hn=6叫R式中；n“滦轮的忡醴WWh碱环Hzn 至60* xRH息二WS侦罠佃讓躺%*A1Zl1!7a潑轮架系统息的传璃败车=绅计協 ”1*27 (rAnin)NZ肌提性卿联衲附綽效隼用于电型机喇引咸辿常门將秩紬器楼胡烈仪用F滦轮G减速黠之卧肿十疔紗丸具轴器传疝效洋7制服=0邮犧功绷聊适伞传呦辿餐可报屯归蜗杆减速器传动效蝶.7 =07%丁件与滚轮之伺的桁淌效牢丿加刊”92上效序数抿来自于（MO计i#程设计A表 D 鮭讣畀9总血丄1再抿据參式亍8计轿出汎 NM7KW3、