余葆東
中國十九冶集團(tuán)有限公司材料設(shè)備工程分公司(611731)
鋼結(jié)構(gòu)制造是集團(tuán)公司主要產(chǎn)業(yè)之一,其規(guī)模及利潤占公司總額的20%以上,直接影響企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和利潤空間。作為鋼結(jié)構(gòu)主材的采購管理人員,發(fā)現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)制作中,如果能將開平板適度運(yùn)用于工程實(shí)踐中,利用開平板的價(jià)格優(yōu)勢,降低企業(yè)采購成本,提升工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。文章就如何通過改善工藝技術(shù)、拓展開平板的適用范圍及在工程實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行探討。
開平板與原平板都是用連鑄板坯或初軋板坯作原料,經(jīng)熱軋機(jī)在高溫下軋制而成的鋼板。
開平板(又稱剪切鋼板)是以板坯(主要為連鑄坯)為原料,經(jīng)加熱后由粗軋機(jī)組及精軋機(jī)組制成帶鋼。從精軋最后一架軋機(jī)出來的熱鋼帶通過層流冷卻至設(shè)定溫度,由卷取機(jī)卷成鋼帶卷,冷卻后的鋼帶卷經(jīng)過不同的精整作業(yè)線(平整、矯直、橫切或縱切、檢驗(yàn)、稱重、包裝及標(biāo)志等)加工而成為鋼板、平整卷及縱切鋼帶產(chǎn)品。
原平板(又稱單軋鋼板)是以倍尺板坯入庫,經(jīng)板坯切割、加熱、粗除鱗、軋制精除鱗、冷卻(ADCO)、熱分段剪分段、矯直、冷床空冷、上下表面檢查修磨、切邊、切頭尾、定尺、取樣、標(biāo)印、探傷而成定型鋼板[1]。
1.2.1 外觀(如圖1所示、見表1)
表1 開平板和原平板外觀對比
圖1 原平板與開平板外觀差異
1)鋼板尺寸:開平板除非特殊要求,一般都是兩切邊,厚度在1.5~20mm。原平板一般都是四切邊,尺寸不限。
2)顏色:開平板是卷制而成的,故其氧化皮較少,同樣時(shí)間的開平板和原平板放置一段時(shí)間后其顏色不同,原平板發(fā)紅,開平板發(fā)藍(lán)。
3)平整度:開平板和原平板不平度均執(zhí)行GB 709—2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。但因生產(chǎn)工藝的不同,原平板比開平板平整度要高一些。
4)鐮刀彎:開平板是原卷經(jīng)過整平機(jī)整平后切割,過一段時(shí)間有可能會(huì)出現(xiàn)原卷型狀的鐮刀彎。鐮刀彎不能大于GB709—2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[2]。
5)厚度公差:開平板和原平板的厚度公差控制均符合GB/T709—2006國標(biāo)。原平板厚度偏差種類按對稱偏差(N類)驗(yàn)收,開平板厚度精度按普通精度(PT·A)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收。
6)試驗(yàn)實(shí)測:以某國內(nèi)知名大廠提供的同生產(chǎn)日期、同規(guī)格、同材質(zhì)δ6mm鋼板為試件,通過小量程的激光位移傳感器、鋼絲等工具手段進(jìn)行檢測試驗(yàn)得知,開平板不平度均1m為3.5mm,2m為5 mm。厚度公差(下差)為-2mm、-3mm,即厚度在5.7mm、5.8mm。鐮刀彎平均值為3.5mm。表面局部有細(xì)微劃痕印跡。
同規(guī)格同材質(zhì)原平板不平度均1m為0.3mm,2m為0.5mm。無厚度公差,未發(fā)現(xiàn)鐮刀彎,表面光潔無劃痕印跡。
1.2.2 力學(xué)性能的差異
原平板工藝完善,尺寸穩(wěn)定性和平整度較好,內(nèi)應(yīng)力水平較低且分布均勻。開平板是經(jīng)過整平機(jī)整平后切割,其退火工藝的差異引起不均勻冷卻造成板內(nèi)殘余應(yīng)力較高,尺寸穩(wěn)定性較差(見表2)。
表2 開平板和原平板力學(xué)性能指標(biāo)對比
開平板內(nèi)應(yīng)力分布不均勻,出現(xiàn)垂直長度的不同方向上產(chǎn)生承載能力不同的現(xiàn)象,并且這個(gè)承載能力很難用一般的強(qiáng)度指標(biāo)衡量。所以開平板在焊接的時(shí)候會(huì)有很大的焊接變形,后期調(diào)整非常困難。
開平板和原平板在性能上的差異,使得開平板的應(yīng)用范圍受到極大限制,在外觀質(zhì)量要求較高、或者焊接質(zhì)量要求較高、或者承受力學(xué)壓強(qiáng)型的構(gòu)件基本不選用開平板。但開平板在價(jià)格上有優(yōu)勢,通過工藝提升等技術(shù)手段可改善開平板的性能,拓展開平板的應(yīng)用范圍。
使用方很難直接控制產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝,往往通過選擇滿足要求的生產(chǎn)廠家實(shí)現(xiàn)。如果要用開平板制作外觀質(zhì)量要求較高、焊接質(zhì)量要求較高、承受力學(xué)壓強(qiáng)型的構(gòu)件,選擇生產(chǎn)過程控制嚴(yán)格的企業(yè)生產(chǎn)的開平板作為加工原材料。這些企業(yè)有成熟穩(wěn)定的質(zhì)量控制體系,產(chǎn)品質(zhì)量有保障,尤其是對開平薄板的選用。
開平板在切割下料時(shí)應(yīng)選用等離子切割等熱變形小、熱影響區(qū)較少的加工手段,嚴(yán)禁使用火焰切割等熱切割方式,以此降低切割施工對板內(nèi)應(yīng)力的擾動(dòng),減少切割對板內(nèi)應(yīng)力變化的影響,避免造成加工切割后鋼板變形較大,導(dǎo)致構(gòu)件外觀質(zhì)量不合格。
為了保證焊接質(zhì)量,在焊接前應(yīng)對工件需要焊接處進(jìn)行的加工,可以氣割,也可以切削而成,一般為斜面,有時(shí)也為曲面,這個(gè)就叫開坡口。開平薄板為保證較薄板材能夠焊透但不焊穿、焊接融合好,選擇V型坡口,盡量減少K型、I型、U型、X型等開口形式,通過調(diào)整焊接熱量輸入,提高焊縫接頭強(qiáng)度。
在不破壞鋼板內(nèi)部應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上,將鋼板邊緣的缺陷切削掉并形成焊接坡口,坡口開口應(yīng)采用鋼板刨邊機(jī)刨邊等機(jī)械冷切削加工工藝,盡量避免砂輪機(jī)打磨、火焰切割機(jī)開坡口、等離子切割、直流焊機(jī)碳弧氣刨等開坡口等方式。
應(yīng)選用像酸洗除銹等對鋼板內(nèi)應(yīng)力擾動(dòng)較小的加工工藝。禁止使用拋丸除銹等可能使鋼板內(nèi)應(yīng)力發(fā)生改變,造成開平薄板的鐮刀彎或者波浪彎的除銹工藝。
制作外觀質(zhì)量要求較高、焊接質(zhì)量要求較高、承受力學(xué)壓強(qiáng)型的構(gòu)件時(shí),應(yīng)事先對開平板進(jìn)行校平,以消除板內(nèi)應(yīng)力,改善平整狀態(tài),提高工件的質(zhì)量。
1)通過焊接工藝評定選擇合適的焊接電流、焊接電壓和焊接速度,減少構(gòu)件焊接變形。
以Q235B、板厚6mm的開平板為例,施焊過程中埋弧焊電流控制應(yīng)在380~420A,切忌不能超過450A,否則焊件變形過大。也不能小于350A,這樣構(gòu)件往往焊不透,造成探傷過不了關(guān)。電壓應(yīng)控制在30V左右,焊接速度控制在58m/min左右。
2)為防止構(gòu)件變形,保證構(gòu)件平整,組焊時(shí)盡可能少留焊件根部間隙,δ6mm、8mm鋼板不留根部間隙。
3)為保證構(gòu)件外觀質(zhì)量,組焊采用氣保焊打底和填充,埋弧焊蓋面,這種組焊方式具有熱輸出較小、熱應(yīng)力區(qū)較窄、焊接變形較小的特征,保證構(gòu)件能焊透且不會(huì)燒穿,工作效率高,外觀美觀,成型后無須再經(jīng)過清磨流程。清根打磨工序會(huì)引起構(gòu)件的變形,不能用于開平板焊接中。
4)開平板應(yīng)在焊接工作臺上實(shí)施焊接工藝。工作臺應(yīng)平整、牢靠,以保證焊接焊縫平整,切忌在不平整的地面實(shí)施焊接工藝。
為提高施工工人的參與興趣及主動(dòng)性,建立企業(yè)利潤與工人利益的關(guān)聯(lián)關(guān)系,建議視其工藝加工難度,適當(dāng)調(diào)整工人工資。施工工人主動(dòng)參與度明顯提升。
由我公司承接的某市第二過江通道及連接線工程鋼圍堰項(xiàng)目位于長江上游河道中,工程構(gòu)件最大設(shè)防水位采用5年一遇洪水水位235.5m,深入江水水底215.865m,承壓水位20m深。
構(gòu)件為圓形結(jié)構(gòu),雙層薄壁,外徑直徑38m,全高21.144m,兩壁板之間用隔艙板和水平桁架連接,底部首節(jié)重260.7t,單節(jié)最大重量28.97t。設(shè)計(jì)要求:外壁設(shè)計(jì)為δ8mm鋼板,內(nèi)壁設(shè)計(jì)為δ6 mm鋼板,材質(zhì)設(shè)定Q235B,執(zhí)行國標(biāo)GB/T700—2006,焊接要求嚴(yán)格進(jìn)行焊接工藝評定試驗(yàn)并形成報(bào)告,角焊縫質(zhì)量等級為Ⅱ級,面板與環(huán)板的對接焊縫為全熔透焊縫,面板焊縫質(zhì)量等級為Ⅰ級,面板與箱梁焊縫質(zhì)量等級為Ⅰ級,面板要求用滲透法進(jìn)行檢驗(yàn),豎肋與環(huán)板避免十字交叉焊縫。
為確保工程質(zhì)量,節(jié)約項(xiàng)目成本,在本項(xiàng)目進(jìn)行開平板的拓展應(yīng)用研究。
本項(xiàng)目選用某大廠生產(chǎn)的Q235B熱軋開平板,采用了應(yīng)用6重17輥校平機(jī)除應(yīng)校平3遍,酸洗除銹、用等離子切割機(jī)切割下料,用鋼板刨邊機(jī)開單面V型坡口。碳弧氣刨清根,CO2氣體保護(hù)焊打底填充,埋弧自動(dòng)焊蓋面、封底的焊接工藝實(shí)施本項(xiàng)目焊接工程。埋弧焊控制電流400A,電壓33V,焊接速度35m/min。同時(shí),為防止構(gòu)件變形,組焊時(shí)在焊接工作臺上實(shí)施焊接工藝,盡可能少留焊件根部間隙,δ6mm、8mm鋼板不留根部間隙,不采用清根打磨的工序。
經(jīng)權(quán)威第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661—2011規(guī)定[3],根據(jù)工程情況編制的工藝評定指導(dǎo)書、焊接試件、制取并檢驗(yàn)試樣、測定性能,確認(rèn)試驗(yàn)記錄正確,評定焊接工藝結(jié)果合格。所檢參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求,焊縫處已焊透、無氣泡、無夾雜、無裂紋。熔合線外及熱影響區(qū)無未融合、無裂紋,表面質(zhì)量合格。最終評定焊接工藝結(jié)果為:合格。焊件的外觀質(zhì)量、焊縫尺寸、力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,完全滿足工程工藝需求。
1)采購價(jià)格與同規(guī)格原平板相比節(jié)約610元/t。
本項(xiàng)目入口合同預(yù)算均價(jià)4330元/t(含采保費(fèi)及運(yùn)輸費(fèi)2%),材料損預(yù)算為6%,鋼構(gòu)件成本為4498.00元/t。本項(xiàng)目采用開平板,實(shí)際采購到場均價(jià)為4320元/t,由于開平板長度可以由施工方自由裁定,所以最終損耗控制為1.53%,鋼構(gòu)件成本為4384.8元/t,每噸構(gòu)件創(chuàng)造利潤113.2元/t。與同規(guī)格原平板市場均價(jià)4930元/t相比較,降低采購成本610元/t。
2)減少焊縫降低施工成本60元/t。
本項(xiàng)目由于使用開平板拼裝,不受原材料長度制約,每帶構(gòu)件所需鋼板長方向均按藍(lán)圖整張下料,每帶減少焊縫2條,每條焊縫1.5m。降低施工成本60元/t。
3)本項(xiàng)目采用等離子切割,切割費(fèi)用0.826元/m,與其他傳統(tǒng)工藝持平。
4)本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)分包費(fèi)提高20元/t,提高作業(yè)人員工資。
綜上所述,通過開平板在該項(xiàng)目的拓展應(yīng)用,每噸鋼構(gòu)件比按傳統(tǒng)工藝施工節(jié)約610+60-20=650元/t,按本項(xiàng)目622.598t鋼構(gòu)件計(jì)算,節(jié)約施工成本400萬元左右,經(jīng)濟(jì)效益明顯。
綜合近幾年市場行情判斷,開平板與原平板一般價(jià)格差異在300~800元/t。如果每噸鋼板能節(jié)約400元采購成本,按企業(yè)每年鋼板應(yīng)用量10萬t估算,應(yīng)用一半的開平板替代原平板,可以為企業(yè)節(jié)約2000萬元的采購資金。
以上工程實(shí)踐案例分析,通過控制加工工藝過程,開平板完全可以應(yīng)用于外觀質(zhì)量要求較高、焊接質(zhì)量要求較高、承受力學(xué)壓強(qiáng)型的構(gòu)件中,拓展了開平板在鋼構(gòu)件加工制作中的應(yīng)用空間,對降低項(xiàng)目生產(chǎn)成本、提升企業(yè)效益有顯著成效。