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        超大矢高超大直徑厚壁鋼管精細(xì)化火工煨彎工藝

        2015-11-30 03:27:13浙江精工重鋼結(jié)構(gòu)有限公司鄧鵬明劉宏劍符方渠
        金屬加工(熱加工) 2015年21期
        關(guān)鍵詞:烤火火工胎架

        ■浙江精工重鋼結(jié)構(gòu)有限公司 鄧鵬明,劉宏劍,章 杰,符方渠

        超大矢高超大直徑厚壁鋼管精細(xì)化火工煨彎工藝

        ■浙江精工重鋼結(jié)構(gòu)有限公司 鄧鵬明,劉宏劍,章 杰,符方渠

        以成都海洋館項(xiàng)目為例,通過采用火工煨彎的傳統(tǒng)加工工藝,順利完成了超大矢高超大直徑壁厚鋼管的加工制作。該工藝煨彎后鋼管質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求,可作為同類工程中類似鋼管的加工工藝。

        隨著現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)高速發(fā)展,各種造型獨(dú)特的鋼結(jié)構(gòu)建筑物也應(yīng)運(yùn)而生,給工廠加工制作帶來了很大挑戰(zhàn)。其中2015年本公司承接的成都海洋館項(xiàng)目,就樹立起了一個(gè)典范。

        成都海洋館項(xiàng)目的主桁架部分有大量規(guī)格為φ1400mm×35mm、φ1400mm× 30mm、φ1200mm×30mm、φ1200mm×25mm的弧形鋼管弦桿(材質(zhì)為Q345B)。弦桿分段制作,弦長為10m,其最大彎曲矢高約168mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),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(shí)弦長10m時(shí),其最大彎曲矢高在80mm范圍內(nèi)。因此,該項(xiàng)目弧形鋼管已大幅地超越了工廠常規(guī)加工范圍,則加工難度相當(dāng)大。而如果進(jìn)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(fèi)用昂貴,而且生產(chǎn)周期長,難以滿足業(yè)主的工程進(jìn)度要求。因此,經(jīng)過綜合考慮后,決定進(jìn)一步精細(xì)化火工煨彎工藝,實(shí)現(xiàn)超大直徑厚壁鋼管的批量煨彎加工。

        1. 火工煨彎加工難點(diǎn)

        針對于火工煨彎的傳統(tǒng)加工方法,應(yīng)用于超大矢高超大直徑厚壁的弧形鋼管的加工制作實(shí)屬罕見,其加工難點(diǎn)體現(xiàn)于以下幾個(gè)方面: ①弧形鋼管管徑大、管壁厚、矢高大,已大幅地突破了常規(guī)火工的加工范圍。 ②弧形鋼管長度控制。③弧形鋼管圓度控制。④弧形鋼管扭度控制。⑤弧形鋼管矢高控制。

        圖1

        2. 火工煨彎加工工藝

        (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(jìn)行加熱(加熱溫度控制在900~1000℃),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。

        (2)工藝流程 如圖1所示。

        鋼管火工煨彎余量的加放??紤]到火工煨彎時(shí),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(zhǔn)確地進(jìn)行定量,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),鋼管長度在套料時(shí)以外弧長度為基準(zhǔn)再加放30mm的火工煨彎收縮余量。

        內(nèi)隔板、支撐板的裝配。在火工煨彎前,首先進(jìn)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(biāo)問題,從而減少矯正工作量,提高彎管工效。同時(shí),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(zhǔn)確地進(jìn)行定位,因此,為保證煨彎后的裝配精度,內(nèi)隔板暫時(shí)按照外弧尺寸進(jìn)行裝配,而且,只要求點(diǎn)焊,以便后續(xù)再進(jìn)行偏位內(nèi)隔板的調(diào)整。

        胎架搭設(shè)及十字基準(zhǔn)線繪制。為方便對煨彎后的鋼管矢高進(jìn)行檢測,要求搭設(shè)水平胎架及在鋼管外壁上彈出十字基準(zhǔn)線(即1條內(nèi)弧基準(zhǔn)線、1條外弧基準(zhǔn)線及2條側(cè)邊基準(zhǔn)線)。在胎架搭設(shè)過程中,采用水準(zhǔn)儀對胎架的高度進(jìn)行定位,以確保胎架的水平度。

        繪制十字基準(zhǔn)線:如圖2a所示,將鋼管放置于胎架上,任意拉出直徑EF,找出EF的中點(diǎn)O,然后在管口懸掛線墜,使靜止線墜經(jīng)過EF中點(diǎn)O,線墜與鋼管的外圓交點(diǎn)C、D即為鋼管十字基準(zhǔn)線的端點(diǎn)。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(zhǔn)線)、DD'(即內(nèi)弧基準(zhǔn)線)。根據(jù)弧長DA=CA=DB=CB及弦長DA=CA=DB=CB的原理,找出十字基準(zhǔn)線中的端點(diǎn)A、B、A'、B',然后彈線AA'、BB', 即側(cè)邊基準(zhǔn)線,如圖2b所示。

        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?duì)羁净鸺訜釁^(qū),然后以該加熱區(qū)為始點(diǎn),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(shí),為了控制煨彎過程中鋼管出現(xiàn)扭曲變形,每個(gè)加熱區(qū)的形狀對稱于內(nèi)弧基準(zhǔn)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為確保鋼管弧線過渡平緩,每個(gè)加熱區(qū)最大寬度應(yīng)控制在200mm左右。同時(shí),加熱區(qū)的長度應(yīng)大于鋼管半圓,且通過側(cè)邊基準(zhǔn)線約10°,如圖3所示。

        圖2

        圖3

        圖4

        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(jìn)行火工煨彎,具體烤火規(guī)定要求如下:

        第一,人員布置。根據(jù)對稱烤火原則,鋼管左右端頭分別布置兩人,并且人員分別位于鋼管的兩側(cè),如圖4所示。

        第二,加熱溫度的控制。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50205—2001規(guī)定:當(dāng)零件采用熱加工成形時(shí),加熱溫度應(yīng)控制在900~1000℃;低合金鋼應(yīng)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(jìn)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(shí),在烤火過程中,鋼管應(yīng)進(jìn)行空冷,禁止采用水、鹽水、油等冷卻劑對構(gòu)件進(jìn)行快速冷卻。

        第三,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。

        第四,外力工裝的設(shè)置。在火工煨彎時(shí),由于管壁較厚,要求在鋼管外表面的中間位置設(shè)置工裝,借助工裝外力,以提高煨彎工效。但設(shè)置工裝時(shí),應(yīng)注意控制工裝與鋼管之間的接觸面積應(yīng)足夠大,避免局部壓應(yīng)力過大,造成鋼管表面出現(xiàn)內(nèi)凹。具體工裝如圖5所示。

        第五,單個(gè)加熱區(qū)的烤火順序。根據(jù)對稱烤火原則,兩側(cè)人員從單個(gè)加熱區(qū)的內(nèi)弧基準(zhǔn)線位置往側(cè)邊基準(zhǔn)線方向同步進(jìn)行烤火,以控制鋼管扭曲變形,如圖6所示。

        第六,鋼管長度方向的烤火順序。在火工煨彎過程中,為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(jìn)行烤火,具體如圖7所示。

        第七,矢高檢測以及火工修整。鋼管冷卻至室溫后,對鋼管側(cè)邊基準(zhǔn)線的端點(diǎn)進(jìn)行拉線,并采用卷尺或者其他量具進(jìn)行矢高檢測,如圖8所示。同時(shí),采用專制樣板對鋼管弧形進(jìn)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(jìn)行火工修整,直至修整合格(每次火工煨彎應(yīng)在未曾加熱的區(qū)域進(jìn)行烤火)。

        圖5

        圖6

        圖7

        圖8

        弧形鋼管質(zhì)量檢驗(yàn)

        3. 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(jìn)行地樣檢測,經(jīng)檢驗(yàn),一致通過質(zhì)量驗(yàn)收。其質(zhì)量檢測內(nèi)容如附表所示。

        4. 結(jié)語

        在企業(yè)設(shè)備加工受限的情況下,打破常規(guī),通過技術(shù)創(chuàng)新,采用合理的加熱順序、加熱方法、工裝等工藝方法進(jìn)行精細(xì)化火工煨彎,實(shí)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(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求,為企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益,其應(yīng)用前景廣闊。

        20150716

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