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球罐现场组装焊接教程 BPZHTerminal 一 球罐简介 球形压力容器 简称球罐 是储罐的一种 容器等级为三类 多数用于盛装液态烃等介质 球罐从结构上可分为橘瓣式和混合式 可分为3带 4带 5带 7带等几种 以7带球罐为例 从上到下依次为上极 上寒带 上温带 赤道带 下温带 下寒带和下极 其它几种相应的减少上下温带和上下寒带 随着球壳板制造工艺的发展 现在安装的球罐多为3带和4带的混合式球罐 球罐焊缝分环焊缝和纵焊缝两种 与地面平行的焊缝称为环焊缝 其余的焊缝称为纵焊缝 球罐与其它储罐相比 由于其球壳板内的环向应力与径向应力一致 在相同的设计压力下 球罐的设计厚度最小 并且在容器设计压力相同的情况下 球罐的表面积最小 所用的材料最省 球罐由于结构上比较特殊 组装和焊接的难度比其它形式的容器大 二 施工前准备及验收 1 技术准备施工前首先编制施工方案和质量控制方案 并编制焊接工艺和铆装工艺 对于未进行过焊接的钢种 还应在焊接工艺编制完成后 按焊接工艺进行试板焊接 并对试板进行拉伸 弯曲和冲击等力学性能试验 进行焊接工艺的评定 球罐施工前对技术人员和施工人员进行技术交底 对施工人员讲清楚球罐施工的重点和难点以及质量控制的要点 所有技术资料应向业主 监理和锅检所报验 合格后方可进入下道工序 2 施工机具准备球罐施工所使用的机具在施工前按网络计划进现场 准备就绪 球罐焊接宜选择规格型号完全一致的焊机 为便于焊接材料的管理 应在施工现场设置焊材库和烘干室并由专人进行管理 所有机具应经过技术监督部门的安全质量检定并在检定期内 球罐施工所使用的测量和检查器具 仪器也应经过检定并在检定期内 3 基础验收球罐安装前应对基础进行验收 球罐基础分为采用地脚螺栓固定和采用预埋地脚板固定的两种 验收时应测量基础中心圆直径 基础方位 相邻基础中心距 相邻基础标高差 单个基础上表面标高和单个基础上表面水平度等技术数据 检查结果应符合GB50094 98中的有关规定 对于预埋地脚板固定的基础 因属于无垫铁安装 应着重检查单个基础上表面水平度和相邻基础标高差 可采用水准仪或水平管进行精确测量并标注 这两项数据的精确程度对球壳板组装的精度有着非常重要的影响 中心圆直径 4 预制件验收预制件的验收应从定货开始 定货时应对制造厂家资质进行审查 制造厂家必须具有球形压力容器制造资格 球壳板等配件到货以后 首先对制造厂家的质量证明文件进行审核 然后对实物进行验收 检查项目主要有球壳板的曲率 厚度 坡口尺寸 成型尺寸 下料尺寸 对角线差 平面度 表面质量等以及支柱的长度 直径 直线度 底座厚度等 检查结果应符合图纸标注的尺寸公差或图纸规定的标准要求 对于球壳板 还应根据图纸或GB50094 98中的相关规定 进行无损检测 无损检测包括超声波测厚 坡口磁粉检测和周边100mm范围内母材的超声波检测 球壳板 球壳板弧长测量 球壳板曲率测量 5 焊接材料验收焊接材料的验收主要按批进行扩散氢含量复验 如图纸有要求 还应进行化学成份复验和力学性能复验 并检查质量证明书 在得到所有复验项目的合格报告后才允许使用 所有验收完成后应编制相关的技术资料向业主 监理和锅检所报验 合格后可进入下到工序 三 球罐组装 1 支柱组对对于分段到货的支柱 应首先进行支柱下段的现场组装 支柱对接口通常为承插口 组装时将赤道板平放 支柱下段安装就位后从与赤道板焊焊接在一起的支柱上段引一条粉线与支柱上段平行 上下调整支柱下段的位置与粉线平行 见图1 然后测量支柱底座两侧分别到赤道板两下角的距离 左右调整下段支柱 使两侧的距离相等 见图2 最后点焊固定 然后进行焊接 组对过程主要应控制上 下支柱的同心度 直线度和下支柱的焊角高度在规范的允许范围内 平台 支柱组对 支柱组对 2 卡具组焊球壳板的组对完全靠卡具进行连接 组对过程不进行点焊固定 因此在组对前先在球壳板上焊接连接卡具用的方板 方板首先进行排版 排版应保证各块球壳板组装到位时方板一一对应 方板之间的间距以不影响组对操作为宜 对于厚度较薄的球壳板 可适当增加方板的密度 同一球罐环缝上方板的密度应比纵缝上的方板密度大 以防止焊接变形 对于图纸规范要求需要在焊接过程进行消氢处理的球罐 在焊接卡具时首先用氧炔焰对施焊部位进行预热 焊接完成后马上用保温岩棉覆盖进行缓冷处理 所有卡具焊接完成后对球壳板表面进行检查 对局部出现电弧擦伤的部位进行打磨清除 打磨后进行表面磁粉 或渗透 检测 方板焊接后采用岩棉保温 对电弧擦伤处打磨后进行磁粉检测 3 组装以抚顺石化开发公司石油液化气球罐为例介绍球罐的组装过程 该球罐共34块球壳板 赤道带20块 上 下极边板各4块 上 下极侧板各2块 上 下极中板各1块 组装前先在各个基础上找处赤道板支柱底座的圆心 对于尺寸合格的基础 可以认为两个地角螺栓的中心点即为支柱底座的圆心 圆心找处后按1 1的比例将支柱底座样板划在基础上 组对时按线就位 安装前应在基础上涂抹黄甘油以便于在热处理时支柱底座和基础之间的滑动 黄甘油在每个带支柱的赤道板安装前涂抹即可 前期准备工作完成后开始进行球壳板的组装 球壳板全部由卡具进行连接 卡具为专用工装 配合楔铁使用 具有调整错边量 调整间隙和对焊缝位置进行钢性固定 防止焊接变形的三种功能 组装的顺序为先组装赤道带的球壳板 液化石油气球罐共有20块赤道带板 其中10块带有支柱 首先安装带有支柱的第1块和第3块球壳板 立起来后用钢丝绳进行牵引固定以防止翻倒 然后安装第1块和第3块之间的第2块球壳板 安装完毕后再依次安装第4 第5到第20块 使赤道带形成合拢 安装第一块赤道板 安装第三块赤道板 安装第二块赤道板 依次安装其它赤道板 钢丝绳牵引固定 赤道带合拢 1 2 3 4 5 左图为赤道带安装的起始工序 先安装1号和3号带支柱的赤道板 然后安装2号赤道板 完成后即可按顺时针或逆时针方向依次安装其它赤道板 直至赤道带合拢 组装的操作过程是在专用的梯子上完成的 梯子需现场绑制 顶端有两个吊钩挂在赤道板上 随赤道板一同起吊 1 2 3 球罐现场组装 球壳板 左图为使用龙门卡具连接和调整焊缝的示意图 黄色的为方板 事先与球壳板焊接在一起 浅绿色为龙门卡具 黑色的为圆楔子和方楔子 安装时将龙门卡具套在方板上 用圆楔子固定 然后用方楔子1调整错边量 用方楔子2调整焊缝间隙 调整合格后将其余所有楔子砸实 方楔子1除了有调整错边量的作用以外 在焊接时还起到对球壳板刚性固定 防止焊接变形的作用 正在进行组装的赤道带 赤道带的组装时应注意将焊缝间隙 错边量基本调整到位 减少后序调整工作量 并且在组装过程赤道带基本处于自由状态 间隙较易调整 一旦合拢后调整间隙将变得十分困难 赤道带安装应注意赤道板尺寸偏差的问题 原则上 20块赤道带板的尺寸应该是完全相同的 具有互换性 因此理论上每一块赤道带板可以放在任意的位置 但由于球壳板在制造过程中不可避免的存在偏差 而偏差又有正偏差和负偏差之分 如果两块相临的赤道带板分别为正偏差和负偏差 组装后可能出现两块板长短相差较多的情况 这样就会在环焊缝上出现局部间隙过大 达不到设计要求的情况 这种偏差是极难调整的 为了避免这种情况的出现 应根据到货验收的测量数据进行简单的排版 避免具有正负偏差的板相邻 赤道带安装完成后安装下极带 下极安装时先安装四块极边板 安装前应对下环口周长进行测量 对比四张极边板的弧长之和进行比较 确定四张板之间的奸细大小 避免在四张板最后的合拢口出现间隙过大或无间隙无法合拢的情况发生 安装完极边板后 安装两块极侧板和一块极中板 安装时要注意 几乎所有的球罐开口全在这三张板上 要仔细核对各个接管的方位和规格 以免弄混了 下极带安装完成后开始球罐内搭满堂架子 应全部采用钢铁材质的杆子和跳板 以确保安全 然后按与下极带相同的工序安装上极带 最终完成整球罐的组装 组装完成后的球罐 为确保施工安全 球罐内部脚手架全部用钢铁材质的跳板和杆子搭制而成 防止起火燃烧 球罐组装完成后开始对焊缝进行调整 第一次调整完毕后由质检人员进行检查 检查的项目为对口间隙 错边量和棱角度 检查方法是使用样板和焊缝检测尺沿焊缝按不大于500mm一点进行测量 将测量结果用记号笔在测量点附近标注并对不合格的区域进行标记 检查结束后进行第二次调整 调整完毕后由质检人员再次检查 如有不合格再进行调整和检查 直至全部符合要求 调整完成后对球罐内径和水平面 赤道面的最大最小直径差和支柱的垂直度进行测量 并将测量数据标注在测量点附近 检查完成后编制技术资料向相关部分报验 合格后可以进入下道工序 4 定位焊接球罐组装完成并经相关部门进行验收后 可以进行定位焊接 定位焊接宜采用多人对称进行 由于焊接顺序为先纵缝后环缝 因此在环缝位置最终聚集的应力是比较大的 所以在定位焊接时应增加环焊缝的焊接量 避免在焊接过程中环焊缝位置由于强度不足造成开裂 出现这种情况 重新组对是非常困难的 很容易造成局部变形 所有丁字口应再至少100毫米范围内满焊 必要时可焊两层 四 焊接 1 焊接前准备球罐组装完成后经报检合格后开始进行焊接 首先搭设外侧脚手架 为保证焊接质量 应球罐外侧搭建整体的防风棚 并在现场设置湿度计和温度计对施焊环境进行即时监控 2 焊接材料管理焊接材料的管理是确保球罐焊接质量的一个重要因素 焊材库应设专人进行管理 应有严格的焊材烘干规程和焊材发放 回收制度 焊材库内应配备温度计和湿度计对室内环境进行监控 并应配备空气去湿机 焊材库内不准堆放其它杂物 焊工领取焊条一律用保温筒盛装并在整个施焊过程中一直存放在保温筒内 焊条出库后4小时之内未使用完毕应一律退回进行二次烘干 为确保焊接质量 二次烘干的焊条不宜用于对接焊缝的焊接 可以在焊接垫板角焊缝时使用 3 球罐焊接以腈纶化工厂仓储车间丙烯球罐为例介绍球罐的焊接过程 该球罐共有焊缝38条 共270米 丙烯球罐的焊接顺序采用对称焊接 具体顺序为上 下极和赤道带同时施焊 赤道带焊缝由8名焊工焊接 每次同时焊接4条处于对称位置上的焊缝 每条焊缝两名焊工 分上下同时进行 上 下极焊缝各4名焊工 也采用对称焊接 所有焊缝均为先焊接外侧 焊接完成后进行内侧清根 打磨处理 处理完成后对焊缝进行100 渗透检测 合格后按与外侧焊接的相同顺序进行了内侧焊缝的焊接 上述焊缝焊接完成后进行上 下大环缝的焊接 每条环焊缝由8名焊工采用分段跳焊的方法进行焊接 仍然是先焊外侧 然后进行内侧清根 打磨 检测 最后进行内侧焊接 焊接过程严格按焊接工艺执行 着重强调焊接的同步性 即每一带上的各条焊缝施焊的焊工焊接速度大致相同 不允许出现各别焊工焊接速度过快或过慢 造成应力不均衡的情况产生 由于丙烯球罐为低温钢 图纸要求进行焊接消氢处理 因此该球罐焊接过程进行了预制和后热 焊前预热和焊后后热是消除焊接过程产生的氢 防止出现裂纹的重要手段 焊接过程严格控制焊缝的预热和后热 预热和后热用加热带进行 由4名电工进行操作 每小时进行一次测量 测量方法为每条焊缝在中间 两端各选取一对对称的测量点 每条焊缝共测量6点 测量数据添入温度测量记录 这种操作不仅控制了预热和后热温度 还对焊接过程焊缝层间温度进行有效的监控 确保层间温度在焊接工艺的允许范围内 整个焊接过程进行严格的过程质量控制 现场焊接检查员检查的主要检查内容包括焊材的烘干 领退情况 焊材库的湿度控制 现场施焊环境是否符合要求 焊缝预热和后热情况 焊工对焊接工艺 包括焊接电压 电流 焊接速度 层间温度 焊条筒使用 的执行情况等 发现不符合要求的现象及时进行纠正 图1 球罐焊接图2 3 电加热带 1 2 3 球罐焊接 4 焊缝表面缺陷处理焊接完成后应按规范的有关要求对允许进行打磨的表面缺陷进行打磨处理 清除飞溅 咬边等缺陷 对规范规定不允许直接打磨的缺陷 应首先进行补焊 然后进行打磨 5 焊缝检查打磨完成后对球罐内外表面进行全面检查 检查内容包括焊缝的宽度 焊缝余高 错边量 棱角度和表面是否存在缺陷 卡具清除后的打磨质量 电弧擦伤 机械损伤的处理情况 个别位置的补焊情况等 检查方法对焊缝仍然采用按每不大于500mm一点进行测量并将测量数据在测量点附近进行标注 对球壳内 外表面进行全部100 检查 检查过程中对出现的问题用记号笔进行标注 在处理完毕后进行复测 最后对焊接完成后球壳内直径和水平面及铅垂面的最大最小直径差进行测量 所有测量结果全部填写测量记录 6 产品试板焊接产品应与球罐焊接同时完成 产品试板在施工现场与球罐焊接相同的环境中进行焊接 共焊三块 分别为平焊加仰焊位置一块 横焊位置一块 立焊位置一块 产品焊接试板在制备的过程中应向业主 监理和锅检所报验 进行现场确认 平仰位置 横位置 立位置 焊接试板的制备 五 无损检测 球罐的无损检测比较烦琐 需要根据球壳板的不同情况进行大量的无损检测工作 检测时间可分为到货后 焊缝清根后 焊接完成后 热处理后 水压试验后等 检测手段包括射线 超声 磁粉或着色 焊缝各种无损检测的比例应符合图样或GB50094的相关规定 应在焊接完成24小时以后进行 对于标准抗拉强度大于540MPa的钢材制造的球罐应在焊接完成36小时以后进行 对于标准抗拉强度大于540MPa的钢材制造的球罐无损检测特别烦琐 应全面执行检测比例 避免漏检 以腈纶化工厂丙烯球罐为例 该球罐在单侧焊接完成清根后 对清根后的所有坡口进行100 磁粉 或渗透 检测 焊接完成后 首先对所有焊缝进行100 射线检测 然后进行100 超声检测和100 磁粉检测 热处理后对所有焊缝进行20 超声复测 对所有焊缝及接管与球壳板焊缝内外表面 垫板 支柱及其它角焊缝的外表面 工卡具清除后的打磨处 电弧擦伤和机械损伤的打磨处进行100 磁粉 或渗透 检测 水压试验后 再次对上述部位进行100 磁粉 或渗透 检测 六 整体热处理 探伤全部完成后开始对球罐进行整体热处理 产品试板也同炉进行热处理 目前罐热处理多数采用火焰直接加热的方法 在球罐外侧加临时保温 并设置了多处测温点 在球罐下人孔处伸入喷嘴燃烧柴油产生热量 在喷嘴出口设置长明火 用液化石油气引燃 防止喷嘴火焰熄灭 球罐上人孔设碟阀控制进风量调节升温速度 在热处理过程中严格按工艺执行 主要控制升温速度 热处理温度 热处理时间和降温速度等工艺参数 热处理温度由温度传感器传到自动记录仪 得到时间 温度曲线 1 焊后热处理的目的消除组装应力和焊接残余应力 这是焊接后热处理的主要目的 稳定球罐的形状和尺寸 改善母材及焊缝的性能 这其中包括 1 提高焊缝的塑性 2 降低热影响区的硬度 3 改善疲劳性能和蠕变特性 4 提高断裂韧性 5 恢复提高冷成型过程中由于包辛格效应下降的屈服强度 6 进一步释放焊缝中的有害气体 氢 以防止球罐在役过程中延迟裂纹的发生和扩展 2 热处理工艺参数热处理的工艺参数一般按照不同的材质有不同的参数 常见的16MnR的热处理参数为 加温升温阶段1 400 以下自然升温 400 以上升温速度 50 h 2 300 以上 球壳板上相邻两测温点的温差不大于130 恒温阶段1 热处理温度 600 25 2 恒温时间 根据材质的厚度而定 降温阶段1 降温速度30 50 h 2 400 以下自然冷却 3 热处理原理采用 燃油法内热式整体热处理 的方法进行球罐热处理 原理为 以球罐本身为燃烧室 在球罐外表面敷设保温材料进行保温 以0 或 10 轻质柴油为燃料 以压缩空气为雾化剂 以自然风作为二次风 三次风 用液化石油气为点火材料 点燃安装在球罐下极人孔上的高压喷嘴 将压缩空气送入喷嘴将柴油雾化 同时调节油 气 风 使其连续稳定燃烧 烟气由装在上极人孔带蝶阀的烟囱排除 这样喷嘴燃烧形成的热量就会以对流和辐射的方式加热球体到规定温度 从而使球罐发生塑性变形 残余应力得到释放 改善由于压片 组装 焊接产生的变形 同时较长时间的保温 也有利于焊缝金属中有害气体 主要为H2 的扩散 释放 提高了球罐的使用寿命 4 热处理装置热处理装置由加热 供油 供燃料气 供风 测温和柱腿移动等系统组成 加热系统 由液化气燃烧器 点火器 喷嘴 进风套筒和管道调节阀等组成 供油系统 需4吨容量的贮槽一台 2CY 1 1 1 45齿轮油泵两台 一台备用 调节计量有控制阀组 压力表等 油泵出口有回油管 贮油槽口加滤网以免堵塞喷嘴 供油系统的主要作用是连续不断的提供燃烧所需要的原料供风系统 雾化剂用风由一台7kgf cm2 9m3空压机提供 压缩空气经缓冲罐 分气包至操作房控制阀组 最后输入喷嘴 其主要作用是源源不断的为雾化柴油提供助燃剂 助燃用二 三次风 由上 下人孔形成的气压差以及上升热流经进风套筒吸入自然风提供 保温系统 本系统由钢带 保温被等组成 其主要作用是绝热保温 测温系统 本系统由测温点 热电偶 补偿导线 自动记录仪 直流电流差计等组成 其主要作用是监控热处理工艺的实施情况 记录热处理工艺曲线 5 热处理工艺实施热处理条件确认1 所有无损检测工作完毕 报告齐全 经审查合格 2 球罐内外表面质量和焊后球罐几何尺寸须经总包 监理 业主联合检查格 3 需经锅检所检查确认 同意后方可进行 热处理准备工作1 连接系统 设备 管路安装就绪 安装烟囱 柱腿移动装置 2 测温点布置 球罐设测温点数量应符合 GB50094 98 规范的要求 在球罐上下人孔边缘不超过300mm的范围内各布置一个测温点 焊接试板上布置一个测温点 其余测温点在球壳表面均匀布置 各测温点之间的间距不宜超过4 5米 3 测温系统的安装 热电偶的安装采用在球壳上点焊M16的开槽螺母 用螺栓压紧的方法 热处理后固定用螺母用磨光机磨去 测温记录由一台温度自动记录仪完成 记录仪应与热电偶 补偿导线相匹配 记录仪 热电偶在使用前应校核 均应有 校验合格证 保温 保温材料采用无碱超细玻璃棉与高硅硅酸铝混合制成 厚度120mm 以确保保温效果 热处理时 保温层外表温度应不高于60 敷设保温材料时 相邻搭接量应大于60mm 保温材料与罐壁间隙不大于20mm 上下人孔 法兰均需保温 支柱保温长度不小于1m 保温结束后 赤道带以下应用8 铁丝箍紧拉实 以提高保温效果 保温前应将焊接试板可靠的固定在球罐上极高温区域 与球壳板应贴合紧密 考虑到试板只能通过球壳的热传导而被加热 升温相对滞后 可增设一层保温被 实施前确认1 检查系统安装的可靠性 2 各操作系统已安装调试好 喷嘴经试燃 油泵 空压机经试车 风 油 气控制系统经调试 热电偶 记录仪等经校验并合格 3 供电系统必须经全面检查 并同有关单位联系 确保48小时不停电 4 必须掌握可靠的气象资料 确保48小时无雨方可点火进行热处理 5 各操作 维护人员已到位 已技术交底 对本岗位操作熟悉 6 热处理操作点火升温1 开启烟囱蝶阀 使其处于全开位置 2 开启液化气阀门送气 用点火器从点火孔点燃罐内长明灯 3 开启压缩空气阀 向罐内送风 4 开液化气阀门和启动空压机 油泵 先开燃烧器进风阀 用单头烤把点燃燃烧器 紧接着打开喷嘴雾化剂阀门 再开启进油阀门送 10 或0 柴油 点燃喷嘴 开始升温 5 雾化油引燃后 利用变更风油比的办法 以雾化器进行火焰调节 根据升温速度的要求逐步加大或减少给油量 6 调节烧嘴的风 油 观察火焰呈白色为宜 恒温接近恒温时 应密切注意仪表记录 调节风油比 平滑地过渡至恒温 恒温时严密监视各点温度变化 力求缩小温差 使温差保持在30 以内 最多不能超过50 降温降温时将火焰熄灭 关闭烟囱和其它所有进出气口 及时观察降温速度 将其控制在30 50 h以内 若有超差趋势 可点火或打开蝶阀进行调节 柱腿移动热处理时 加热和冷却导致球体膨胀和收缩 为了避免柱腿与球罐连接处产生过大的应力和变形 因而要随时调整柱腿 一般每升 降100 调整一次 使柱腿始终处于垂直状态 支柱调整一般可采用大锤击打支柱底座的方法 对于不易用大锤移动的支柱 可采用如下方法调整 做一个专用工装 固定于支座垫板上 将千斤顶置于其上 升温时向外顶 降温时向内顶 为了便于移动 柱腿板下的平垫铁应涂上黄油 以减少磨擦力 在移动支柱的同时 应松动或拧紧定位拉杆 7 产品焊接试板力学性能试验热处理完成后将保温拆除 将焊接试板取下 进行力学性能试验 每块试板制作9个试件 其中拉伸试件1个 弯曲试件2个 冲击试件3个 试件制作时可避开试板焊缝有焊接缺陷的位置 力学性能试验过程需报锅检所现场监督 七 压力试验 试板力学性能试验合格后开始进行压力试验 球罐压力试验通常采用水压试验进行 在施工前编制详细的水压试验方案并经有关部门审批 在试压过程中严格按试压工艺执行 在各个检查点对球罐进行仔细检查 确定球罐在整个试压过程中无泄漏 无变形和无异常响动 八 气密性试验 水压试验合格后对球罐进行了气密性试验 气密试验前进行球罐封闭联合检查 检查合格后对上下人孔进行封闭 并将所有接管的一次阀安装到位 所有法兰密封面一律使用正式垫片 试验合格后不再进行更换 气密性试验前编制详细的气密性试验方案并经有关部门审批 试验过程严格按工艺执行 达到试验压力后用肥皂液对所有焊缝和密封面进行检查 九 交工资料质量控制点 球罐现场组焊的交工资料按公司目前现行的体系包括两部分 一部分是按中油表格编制竣工资料 另一部分按公司质量体系表卡样册编制辽表部分的产品质量证明文件 该表卡中还有部分资料不编入质量证明文件中 应根据工程施工的实际情况进行填写 并由分公司质检部门存档 球罐现场组焊的质量控制点设置与其它工程相似 不同的是球罐现场组焊的停检点较多 这些停检点必须经监理和锅检所确认后才能进行下道工序的施工 这些停检点包括 1 施工单位资质及施工人员 主要是焊工 资质报验 2 球罐预制件和焊接材料到货检验 3 球罐组对完成后检验 4 产品试板焊接过程检验 5 球罐焊接完成后检验 6 球罐无损检测结果报验 7 球罐热处理过程检验 7 球罐水压试验过程检验 8 球罐气密试验过程检验 9 产品试板机械性能报告报验 谢谢大家