朱成松，朱少文，阮建剛，盛珍劍，閆彬彬，段軍科

（武漢鋼鐵江北集團冷彎型鋼有限公司，湖北 武漢 430415）

隨著近幾年工程機械行業(yè)的發(fā)展，特別是工程機械廠家裝配工藝的大幅改進，以及自動焊接機械手的出現(xiàn)，使得市場對冷彎矩形鋼管質(zhì)量的要求越來越高。提升冷彎矩形鋼管質(zhì)量到一個新的高度，去適應(yīng)市場要求也成為了一個新的課題［1-5］?，F(xiàn)結(jié)合冷彎矩形鋼管的幾種質(zhì)量問題，闡述生產(chǎn)中如何去提升其質(zhì)量的控制要點。

1 外形尺寸精度提升

冷彎矩形鋼管外形尺寸精度的提升包括對邊長尺寸偏差、對角線差值、角度差值、外圓弧差值、外圓弧直線段長度（C1，C2）差值等的提升，其外形尺寸精度在相關(guān)標準（如GB/T 26080—2010《塔機用冷彎矩形管》、YB/T 4291—2012《塔機用帶尖角冷彎矩形鋼管》、GB/T 6728—2017《結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼》等）中已有明確要求［6-7］。但近幾年，隨著客戶裝配工藝的大幅改進以及采用先進的機械手設(shè)備進行自動拼焊等，直接導(dǎo)致上述質(zhì)量要求已難以滿足這些客戶的實際使用要求。例如，有些客戶要求冷彎矩形鋼管邊長尺寸偏差 ∧0.5%邊長公稱尺寸、對角線差值≤1.5 mm、垂直角度差值≤0.5°、外圓弧偏差±1 mm、外圓弧直線段長度（C1，C2）≤2倍壁厚等，這些都遠超出相關(guān)國家或者行業(yè)標準要求。而造成上述精度不足的主要原因無外乎為成型工藝不合理及軋機工裝設(shè)備精度的不足，這就要求必須對生產(chǎn)成型工藝、軋機工裝設(shè)備等進行優(yōu)化改進。

1.1 工藝的優(yōu)化改進

工藝優(yōu)化的目的就是要一方面保證產(chǎn)品生產(chǎn)時在軋機中有足夠的穩(wěn)定性，另一方面就是要保證生產(chǎn)成型時各項質(zhì)量參數(shù)的精準性?，F(xiàn)從幾個方面舉例說明。

（1）采用斜插輥工藝。采用斜插輥工藝，提高冷彎矩形鋼管最大實彎成型角度，避免空彎產(chǎn)生的外圓弧不規(guī)則、精度差問題，使成型更加穩(wěn)定。斜插輥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）精成型采用箱形輥。精成型采用箱形輥時可有效保證冷彎矩形鋼管外圓弧對稱性及外形尺寸精度。箱形輥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 箱形輥結(jié)構(gòu)示意

（3）根據(jù)每次生產(chǎn)情況，總結(jié)出每架次最佳的成型參數(shù)，使成型更為精準。成型分邊參數(shù)如圖3所示。

圖3 成型分邊參數(shù)示意

1.2 軋機工裝設(shè)備的優(yōu)化改進

軋機工裝設(shè)備的精度是影響冷彎矩形鋼管產(chǎn)品外形尺寸精度的主要因素之一，對于老舊軋機而言就必須對相關(guān)工裝設(shè)備進行優(yōu)化改進?，F(xiàn)列舉幾種優(yōu)化改進方案。

（1）側(cè)立輥裝配機架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進。未改進前，側(cè)立輥裝配機架只是在橫向?qū)?cè)立輥進行了約束，同時在機架上固定只采用了單排螺桿。因此，在側(cè)立輥裝配機架上增加了側(cè)立輥盒，從而對側(cè)立輥在上下方向增加了約束，同時采用雙排螺桿對機架進行固定，大大提高了側(cè)立輥工作的穩(wěn)定性，尤其是上下跳動大為減少，提高了冷彎矩形鋼管產(chǎn)品尺寸精度。改進前后的側(cè)立輥裝配機架結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 改進前后的側(cè)立輥裝配機架結(jié)構(gòu)示意

（2）立輥座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進。未改進前的立輥座結(jié)構(gòu)只是對立輥進行了縱向約束，橫向無任何約束，導(dǎo)致在生產(chǎn)中立輥受力后沿橫向發(fā)生偏移，影響了分邊尺寸，造成產(chǎn)品不能按照要求的尺寸成型，最終影響產(chǎn)品的外形尺寸精度。改進后的立輥座結(jié)構(gòu)增加了立輥軸鎖緊板，對立輥軸進行了橫向約束，使得立輥工作時更加穩(wěn)定，確保了分邊尺寸的精確；同時，增加了立輥上下高低調(diào)節(jié)功能，使得調(diào)整更加簡便、快捷，提高了工作效率。改進前后的立輥座結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 改進前后的立輥座結(jié)構(gòu)示意

（3）軋機機架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進。未改進前，平輥軸端的軸承座壓下螺桿采用的是普通粗牙螺桿，而且機架橫向間距較大，兩橫向機架之間無任何約束緊固。改進后，設(shè)計制作了精密機架，采用細牙壓下螺桿，減小了生產(chǎn)中軋輥的上下跳動量；同時，也降低了生產(chǎn)中上下平輥因受平輥軸撓度影響而產(chǎn)生的跳動；此外，兩橫向機架間采用拉桿進行約束緊固，解決了因機架受力變形而影響軋制中心線的偏移問題，極大地提升了產(chǎn)品成型精度。改進前后的軋機機架結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 改進前后的軋機機架結(jié)構(gòu)示意

2 焊接質(zhì)量的提升

2.1 原材料帶鋼的質(zhì)量提升

（1）原材料帶鋼中的非金屬夾雜物對焊接質(zhì)量影響最大，含量過高會導(dǎo)致分層缺陷。冷彎矩形鋼管的原材料帶鋼很多采用的是Q345系列，如Q345B、Q345C。在熔煉、鑄造過程中如果不采取相應(yīng)措施，很容易導(dǎo)致非金屬夾雜含量過高，特別是硫化物類及環(huán)狀氧化物類等級很容易超出3級，非金屬夾雜物含量過高就會造成分層，從而在成型焊接時無法熔透，形成裂紋。帶鋼分層導(dǎo)致的焊接裂紋如圖7所示。

圖7 帶鋼分層導(dǎo)致的焊接裂紋

（2）針對上述問題，要求原材料帶鋼廠家對熔煉、鑄造工藝進行改進，以解決帶鋼中非金屬夾雜物含量過高導(dǎo)致的分層問題。如采用控制鋼中的溶解氧，使其降低到較低水平；降低鋼水與空氣的相互作用機會和程度；減少耐火材料對鋼水的污染程度，防止渣子卷入鋼水內(nèi)部等措施。

2.2 成型焊接工藝優(yōu)化

2.2.1 高頻焊接參數(shù)優(yōu)化

高頻焊接參數(shù)一般包括焊接功率、焊接頻率、電流比、電壓比、軋制速度、焊接開口角角度等。對這些參數(shù)的優(yōu)化必須經(jīng)過多次生產(chǎn)跟蹤、調(diào)整，摸索出最佳、最合理的焊接參數(shù)值，并固化為作業(yè)文件，才能確保產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。表1列出了兩種不同厚度、材質(zhì)冷彎矩形鋼管最合理的高頻焊接參數(shù)。對于不同壁厚、材質(zhì)的產(chǎn)品，其焊接參數(shù)是完全不一樣的，需要根據(jù)高頻設(shè)備、軋機整體性能來進行多次摸索確定。

2.2.2 高頻焊接擠壓輥結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

優(yōu)化擠壓輥結(jié)構(gòu)時，一方面要確保擠壓時焊縫的穩(wěn)定性，另一方面就是要保證焊接時擠壓輥便于調(diào)整。因此，上擠壓輥的傾斜角度β、尖點處圓弧大小R、兩上擠壓輥橫向間距距離B、兩側(cè)擠壓輥的傾斜角度α等參數(shù)的使用就顯得至關(guān)重要。實際生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)鋼管不同材質(zhì)、厚度及規(guī)格類別使用合適的擠壓輥參數(shù)，才能確保焊接質(zhì)量。對壁厚較大鋼管，其側(cè)擠壓輥可以設(shè)計成包弧形，避免了焊縫在焊接過程中的橫向偏移，確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。擠壓輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的使用如圖8所示。

表1 高頻焊接參數(shù)

圖8 擠壓輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的使用示意

2.3 焊接質(zhì)量的檢測方法

采用焊縫壓扁、拉伸等有損檢測方法來檢測焊縫質(zhì)量，可以對焊縫質(zhì)量有一個準確、完全的判定。

2.3.1 壓扁檢測

（1）通過專用模具使焊縫受到90°或0°方向的壓力壓下，壓下到一定程度后焊縫處完好，證明焊縫質(zhì)量合格。常見的壓扁方式按照焊縫所處位置有豎壓、側(cè)壓、對角壓，壓扁方式如圖9所示。

圖9 壓扁方式示意

（2）GB/T 26080—2010中明確要求普通冷彎矩形鋼管采用圖9（a）所示的豎壓焊縫壓扁試驗檢測焊縫質(zhì)量。帶尖角冷彎矩形鋼管焊縫質(zhì)量的檢測也可以采用圖9（c）所示的對角壓焊縫壓扁有損檢測方式進行，具體的判定方法根據(jù)使用廠家的要求協(xié)商確定。

2.3.2 拉伸檢測

拉伸檢測就是在鋼管焊縫處取樣及制樣，制作成標準拉伸試樣，沿焊縫垂直方向拉伸，根據(jù)拉伸后的抗拉強度、屈服強度、延伸率對焊縫質(zhì)量進行判斷：測量值達到母材規(guī)定的標準值視為合格，否則不合格。供需雙方也可根據(jù)自身實際情況對規(guī)定標準值進行協(xié)商。

（1）普通冷彎矩形鋼管焊縫的拉伸檢測。普通冷彎矩形鋼管由于焊縫在平板部位，只需按照標準試樣制作要求取樣及制樣，然后按照標準要求進行焊縫拉伸試驗。

（2）帶尖角冷彎矩形鋼管焊縫的拉伸檢測。帶尖角冷彎矩形鋼管由于焊縫位置的特殊性，焊縫距離一邊邊緣尺寸較小，無法夾持，即無法像普通方矩形鋼管那樣進行制樣；因此，需制作輔助件進行輔助試驗。帶尖角冷彎矩形鋼管焊縫拉伸試樣如圖10所示。

圖10 帶尖角冷彎矩形鋼管焊縫拉伸試樣示意

3 表面質(zhì)量的提升

冷彎矩形鋼管的生產(chǎn)是一個連續(xù)輥彎成型過程，生產(chǎn)中需要軋輥模具輥壓成型，循環(huán)冷卻水潤滑冷卻，還需通過輥道送至收集鏈道，再通過鏈道傳送至收集槽進行收集打包入庫。上述過程都有可能對冷彎矩形鋼管的表面產(chǎn)生損傷。

3.1 軋輥模具的選擇

軋輥模具的選擇使用至關(guān)重要，模具的質(zhì)量、耐磨程度、使用壽命直接影響到產(chǎn)品的表面質(zhì)量。軋輥模具的選擇控制主要是對材質(zhì)的合理選擇，對軋輥表面硬度、表面淬火層深度、表面粗糙度等的合理選擇使用。目前，有些廠家采用激光鍍層新技術(shù)提高了軋輥模具的耐磨性，可以較大程度地提升冷彎矩形鋼管表面質(zhì)量。

3.2 循環(huán)冷卻水的潔凈使用

循環(huán)冷卻水的潔凈與否，與冷彎矩形鋼管的表面質(zhì)量息息相關(guān)。例如，循環(huán)冷卻水出現(xiàn)鐵渣、砂粒、污泥等雜物，會在軋制過程通過模具擠壓黏附到產(chǎn)品表面，形成產(chǎn)品表面的壓傷。實際生產(chǎn)中，各生產(chǎn)廠家可以根據(jù)自身場地、資金情況制作適用的、帶過濾性質(zhì)的循環(huán)水池，將循環(huán)冷卻水中的雜物通過過濾系統(tǒng)過濾掉。通常情況下，若場地有限、資金不充足，也可以制作簡單實用的三級過濾式循環(huán)水池，如圖11所示。

圖11 三級過濾式循環(huán)水池示意

3.3 輸送輥道、收集鏈道、收集槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)化控制

輸送輥道、收集鏈道、收集槽對冷彎矩形鋼管表面質(zhì)量的影響也很重要。實際生產(chǎn)中，可以采用不擦傷冷彎矩形鋼管的托輥（材質(zhì)如橡皮、膠木等），避免托輥傳送鋼管時對鋼管的擦傷。對于收集鏈道，應(yīng)避免鋼管與鏈道間產(chǎn)生相對滑動而擦傷鋼管底部，可以在鏈道上設(shè)計加裝凸輪機構(gòu)，鏈道上鋼管收集滿后未能及時進入收集槽時讓凸輪機構(gòu)抬起鋼管，與鏈道分離，使用時再放下凸輪機構(gòu)繼續(xù)運送鋼管，可以很好地解決鋼管底部劃傷問題。