鄧鵬明　劉宏劍　王福方

摘 要：以成都海洋館項目為例，通過采用火工煨彎的傳統(tǒng)加工工藝，順利地完成了超大矢高超大直徑壁厚鋼管的加工制作。該工藝煨彎后鋼管的質(zhì)量滿足設計以及相關規(guī)程規(guī)范的要求，可作為同類工程中類似鋼管的加工工藝。

關鍵詞：火工煨彎；超大矢高；超大直徑；厚壁；鋼管

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198（2015）14-0226-03

1 前言

隨著現(xiàn)代鋼結構技術的高速發(fā)展，各種造型獨特的鋼結構建筑物也應運而生，給工廠的加工制作帶來了很大挑戰(zhàn)。其中今年本公司承接的成都海洋館項目，就樹立起了一個典范。

成都海洋館項目的主桁架部分有大量規(guī)格為Ф1400×35mm、Ф1400×30mm、Ф1200×30mm、Ф1200×25mm的弧形鋼管弦桿（材質(zhì)為Q345B）。對于弦桿的分段制作，弦長為10米，其最大彎曲矢高約168mm。根據(jù)以往經(jīng)驗，常規(guī)弧形鋼管的直徑在800mm范圍內(nèi)，壁厚在20mm范圍內(nèi)，同時弦長10米時，其最大彎曲矢高在80mm范圍內(nèi)。因此，該項目的弧形鋼管已大大地超越了工廠的常規(guī)加工范圍，則加工難度相當大。而如果進行外協(xié)加工，將可能采用中頻彎管工藝，該工藝加工方式不僅費用昂貴，而且生產(chǎn)周期長，難以滿足業(yè)主的工程進度要求。因此，經(jīng)過綜合考慮后，決定進一步精細化火工煨彎工藝，實現(xiàn)超大直徑厚壁鋼管的批量煨彎加工。

2 火工煨彎的加工難點

針對于火工煨彎的傳統(tǒng)加工方法，應用于超大矢高超大直徑厚壁的弧形鋼管的加工制作實屬罕見，其加工難點體現(xiàn)于以下幾個方面：

（1）弧形鋼管的管徑大、管壁厚、矢高大，已大大地突破了常規(guī)火工的加工范圍；

（2）弧形鋼管長度的控制；

（3）弧形鋼管圓度的控制；

（4）弧形鋼管扭度的控制；

（5）弧形鋼管矢高的控制。

3 火工煨彎加工工藝

3.1 工藝原理

利用金屬熱脹冷縮的物理特征，采用火焰對直鋼管一半圓以上部分區(qū)域進行加熱（加熱溫度控制在900℃～1000℃之間），加熱部分金屬膨脹而產(chǎn)生塑性變形。在鋼管自然冷卻后，塑性變形殘留下來，使鋼管出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，即形成所需的弧形鋼管。

3.2 工藝流程

3.2.1 鋼管火工煨彎余量的加放

考慮到火工煨彎時，鋼管長度收縮余量受到加熱溫度、加熱范圍、加熱次數(shù)等諸多因素的影響，無法準確地進行定量，因此，根據(jù)以往的經(jīng)驗，鋼管長度在套料時以外弧長度為基準再加放30mm的火工煨彎收縮余量。

3.2.2 內(nèi)隔板、支撐板的裝配

在火工煨彎前，首先進行內(nèi)隔板、管口“米”字形支撐板的裝配，以解決煨彎后鋼管圓度的超標問題，從而減少矯正工作量，提高彎管工效。同時，在煨彎過程中，由于鋼管內(nèi)弧的收縮量無法定量，即內(nèi)隔板也無法準確地進行定位，因此，為了保證煨彎后的裝配精度，內(nèi)隔板暫時按照外弧尺寸進行裝配，而且，只要求點焊，以便后續(xù)再進行偏位內(nèi)隔板的調(diào)整。

3.2.3 胎架搭設及十字基準線繪制

為了方便對煨彎后的鋼管矢高進行檢測，要求搭設水平胎架以及在鋼管外壁上彈出十字基準線（即1條內(nèi)弧基準線、1條外弧基準線以及2條側邊基準線）。

（1）胎架搭設。

在胎架搭設過程中，采用水準儀對胎架的高度進行定位，以確保胎架的水平度。否則，對胎架進行調(diào)整。

（2）繪制十字基準線。

將鋼管放置于胎架上，任意拉出直徑EF，找出EF的中點O，然后在管口懸掛線墜，使靜止的線墜經(jīng)過EF的中點O，線墜與鋼管的外圓交點C、D即為鋼管十字基準線的端點，如圖2所示。緊接著采用同樣的方法在另一管口找出C′、D′，彈線CC′（即外弧基準線）、DD′（即內(nèi)弧基準線）。

根據(jù)弧長DA=CA=DB=CB以及弦長DA=CA=DB=CB的原理，找出十字基準線中的端點A、B、A′、B′，然后彈線AA′、BB′，即側邊基準線，如圖3所示。

3.2.4 火焰加熱區(qū)繪制

完成上道工序后，采用石筆在鋼管管壁居中位置繪制出瓜瓣狀烤火加熱區(qū)，然后以該加熱區(qū)為始點，分別往端頭方向繪制出形狀、尺寸相同的加熱區(qū)。由于弧形鋼管矢高較大，要求其相鄰加熱區(qū)的間距為0。同時，為了控制煨彎過程中鋼管出現(xiàn)扭曲變形，每個加熱區(qū)的形狀對稱于內(nèi)弧基準線。具體加熱區(qū)范圍的要求如下：

（1）對于鋼管端頭250mm范圍區(qū)域，由于火工煨彎效果不明顯，且鋼管彎曲矢高偏差在允許范圍內(nèi)，因此，該區(qū)域范圍不要求烤火。

（2）為了確保鋼管弧線過渡平緩，每個加熱區(qū)最大寬度應控制在200mm左右，同時，加熱區(qū)的長度應大于鋼管半圓，且通過側邊基準線10°左右，如圖4、圖5、圖6所示。

3.2.5 火工煨彎

完成上道工序后，將鋼管吊至于水平胎架上，采用中性焰進行火工煨彎，具體烤火規(guī)定要求如下：

（1）人員布置。

根據(jù)對稱烤火原則，鋼管左右端頭分別布置2人，并且人員分別位于鋼管的兩側，如圖7所示：

（2）加熱溫度的控制。

根據(jù)《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50205-2001規(guī)定：①當零件采用熱加工成型時，加熱溫度應控制在900～1000℃；②低合金鋼應自然冷卻。因此，在火工煨彎過程中，采用紅外測溫儀對烤火溫度進行控制，避免溫度過高，使母材金屬組織出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，造成晶粒粗大，使母材塑性、韌性的性能急劇下降。同時，在烤火過程中，鋼管應進行空冷，禁止采用水、鹽水、油等冷卻劑對構件進行快速冷卻。

（3）烤槍噴嘴至母材表面距離的控制。

在火工彎管過程中，烤槍噴嘴與母材表面的距離要求控制在22～25mm的范圍內(nèi)，禁止兩者之間距離太近，使高壓氧氣吹走母材熔融金屬，造成母材表面出現(xiàn)凹坑損傷現(xiàn)象。

（4）外力工裝的設置。

在火工煨彎時，由于管壁較厚，要求在鋼管外表面的中間位置設置工裝，借助工裝外力，以提高煨彎工效。但設置工裝時，應注意控制工裝與鋼管之間的接觸面積應足夠大，避免局部壓應力過大，造成鋼管表面出現(xiàn)內(nèi)凹。具體工裝如圖8所示。

（5）單個加熱區(qū)的烤火順序。

根據(jù)對稱烤火原則，兩側人員從單個加熱區(qū)的內(nèi)弧基準線位置往側邊基準線方向同步進行烤火，以控制鋼管扭曲變形。如圖9所示。

（6）鋼管長度方向的烤火順序。

在火工煨彎過程中，為了避免鋼管局部煨彎過度，給后續(xù)的矯正工作帶來困難，因此，采用“從端頭往中心位置跳烤”方式進行烤火，具體如圖10所示。

（7）矢高檢測以及火工修整。

鋼管冷卻至室溫后，對鋼管側邊基準線的端點進行拉線，并采用卷尺或者其它量具進行矢高檢測，如圖11所示。同時，采用專制樣板對鋼管弧形進行檢測。根據(jù)檢測情況，對于矢高偏差區(qū)域，采用“端頭往中心位置”的方式進行火工修整，直至修整合格（注意：每次火工煨彎應在未曾加熱的區(qū)域進行烤火）。

4 質(zhì)量檢測

鋼管煨彎后，工廠質(zhì)檢人員聯(lián)合監(jiān)理單位對其弧形鋼管的質(zhì)量進行地樣檢測，并一致通過質(zhì)量驗收。其質(zhì)量檢測內(nèi)容如表1所示。

5 結束語

在企業(yè)設備加工受限的情況下，打破常規(guī)，通過技術創(chuàng)新，采用合理的加熱順序、加熱方法、工裝等工藝方法進行精細化火工煨彎，實現(xiàn)了超大矢高超大直徑厚壁弧形鋼管的批量加工，且產(chǎn)品質(zhì)量滿足設計以及相關規(guī)程規(guī)范要求，為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益，其應用前景廣闊。

參考文獻

[1]GB 50205-2001.鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[2][美]弗蘭克M.馬洛.焊接制作與維修問答[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005：113.