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

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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)，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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)度在套料時(shí)以外弧長(zhǎng)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(duì)煨彎后的鋼管矢高進(jìn)行檢測(cè)，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(duì)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(zhǎng)DA=CA=DB=CB及弦長(zhǎng)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(duì)稱于內(nèi)弧基準(zhǔn)線。具體加熱區(qū)范圍的要求如下：①對(duì)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(zhǎng)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(duì)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(cè)溫儀對(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(cè)以及火工修整。鋼管冷卻至室溫后，對(duì)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(cè)，如圖8所示。同時(shí)，采用專制樣板對(duì)鋼管弧形進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)情況，對(duì)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(cè)

鋼管煨彎后，工廠質(zhì)檢人員聯(lián)合監(jiān)理單位對(duì)其弧形鋼管的質(zhì)量進(jìn)行地樣檢測(cè)，經(jīng)檢驗(yàn)，一致通過質(zhì)量驗(yàn)收。其質(zhì)量檢測(cè)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