鋼制焊接管件制作放樣下料新方法淺析

孫艷秋

(遼寧省水利廳，沈陽110003)

摘要：本文介紹了一種綜合利用AutoCAD、Excel軟件及數(shù)控切割技術(shù)對管件進(jìn)行放樣下料的新方法，可有效改進(jìn)鋼制管件傳統(tǒng)的放樣下料工藝之不足，提高管件下料及組對成品的精度，從而提高管件制造的質(zhì)量和效率，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：焊接管件；放樣；下料；AutoCAD；數(shù)控切割

中圖分類號：U173.2

On Lofting and Cutting New Method During Steel Welded Pipe Production

SUN Yan-qiu

(LiaoningProvincialDepartmentofWaterResoruces,Shenyang110003,China)

Abstract：In the paper, a new method for comprehensively utilizing AutoCAD, Excel software and CNC cutting technology of lofting and cutting materials is introduced. Defects in traditional lofting and cutting process of steel pipes can be effectively improved, and pipe cutting and paired finished product accuracy can be improved, thereby improving the quality and efficiency of pipe manufacturing with higher practical value.

Keywords：welding pipe; lofting; cutting; AutoCAD; CNC cutting

管件是將管子連接成管路的零件。根據(jù)連接方法可分為承插式管件、螺紋管件、法蘭管件和焊接管件四類；按管件結(jié)構(gòu)形式及用途分為彎管、變徑錐管、三通管、四通管、岔管等；并且不同管件按等徑、變徑、正交、斜交、偏心等又細(xì)分為多種形式。在水電站及大型引水工程中常用的壓力鋼管及PCCP管的管配件多為鋼結(jié)構(gòu)焊接管件，具有板厚、直徑大、形狀復(fù)雜等特點(diǎn)，市場上采購的標(biāo)準(zhǔn)成品管配件滿足不了工程設(shè)計(jì)的要求，因此，必須根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行現(xiàn)場制作。管件制作主要有放樣、切割下料、卷制、氣割、組對、焊接成整體等幾個工序，而其中的放樣、切割工序尤為重要，直接決定了管件制造的幾何尺寸及質(zhì)量。

1傳統(tǒng)焊接管件制作放樣下料方法簡述

1.1管件制作放樣下料定義

a. 放樣。根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖的要求，按正投影原理，將構(gòu)件的實(shí)際形狀和尺寸按1∶1畫到施工板料或樣板材料上的過程。

b. 下料。從鋼板上割下所需要的板件形狀。

1.2傳統(tǒng)制作放樣下料常用方法

a. 直接在鋼板上放樣下料法。對于數(shù)量單一而外形尺寸較小的管件，通過手工直接在鋼板上用幾何作圖法按1∶1比例畫出展開圖，圖1所示為異徑斜三通管的展開圖。

圖1　異徑斜三通管的展開圖

對于外形尺寸較大的管件，則需先利用數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行手工展開計(jì)算，求出部件外形邊線各點(diǎn)的坐標(biāo)，然后將各點(diǎn)坐標(biāo)按1∶1比例進(jìn)行放樣，最后將各個坐標(biāo)點(diǎn)連接起來形成展開圖的邊線(取點(diǎn)越密，圖形越準(zhǔn)確)；如果是批量生產(chǎn)的管件，則可用薄鐵皮按展開圖做成1∶1的樣板，然后按照樣板在鋼板上畫樣，最后用手工或半自動切割機(jī)氣割下料后進(jìn)行卷制，校正組對。

b. 先卷鋼板再放樣下料法。先進(jìn)行展開計(jì)算，根據(jù)計(jì)算尺寸確定鋼板進(jìn)料寬度，將整個鋼板卷圓校正后，再在圓柱或圓錐管體上放樣畫線，批量大的同樣要做樣板，最后以手工切割后進(jìn)行組對，三通補(bǔ)強(qiáng)板等部件一般多采用該種方法。

上述兩種方法區(qū)別在于：一個是在平板上放樣，一個是在曲面上放樣。

2傳統(tǒng)焊接管件制作放樣下料方法的不足

2.1工序復(fù)雜，易出差錯

傳統(tǒng)焊接管件加工制作的放樣和下料需先求得展開圖。對于主管及支管內(nèi)徑較小的管件，可以直接在鋼板或管體上按1∶1的比例展開。但對于直徑較大的管件由于取點(diǎn)多、周長大等特點(diǎn)，則只能按計(jì)算尺寸照一定比例展開后，再按1∶1的比例，采用鋼尺、角規(guī)等工具在鋼板上或者在卷制好的直管上畫線下料，工序復(fù)雜，容易出現(xiàn)差錯。

2.2難以滿足當(dāng)前工程需求

目前高水頭、大直徑的管件設(shè)計(jì)應(yīng)用越來越多，傳統(tǒng)放樣下料方式已明顯滿足不了需求，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

a. 工作強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，特別是手工計(jì)算及畫線，對人員的素質(zhì)要求高。

? 對于利用數(shù)學(xué)函數(shù)的手工展開計(jì)算，要求有較好的數(shù)學(xué)幾何基礎(chǔ)，在合理取點(diǎn)、計(jì)算準(zhǔn)確把握等方面又要求具備較豐富的經(jīng)驗(yàn)；? 做樣板及在鋼板上直接放出眾多的坐標(biāo)點(diǎn)，再將各點(diǎn)連接成近似的圓滑曲線，對操作人員的操作能力要求高；對于小型及結(jié)構(gòu)相對簡單的管件，利用幾何作圖法直接在鋼板上畫出展開圖，更要求鈑金人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)及理論知識。

b. 放樣、下料精度低，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。

? 鉚工的技術(shù)水平差異及量具等因素造成累積誤差大，導(dǎo)致放樣精度低；? 氣割人員的技術(shù)水平差異會影響下料尺寸的精度，因此在管件整體組對過程中，須經(jīng)過一定的修割才能組對成功，而修割質(zhì)量不易保證，往往會給后續(xù)的焊接工序造成困難，并且管件主、支管端部的平面度難以保證，一般較難生產(chǎn)出高質(zhì)量的成品管件。

c. 對工裝、工具要求高。采取鋼板上放樣切割后卷圓的方式，一般采用半自動切割機(jī)，其軌道的制作精度要求較高。達(dá)不到要求，下料后的直、曲線度會超差，后續(xù)組對難度大，會影響管件的組對質(zhì)量。

d. 卷圓過程易造成扭曲。鋼板上放樣切割后卷圓時(shí)，由于鋼板已形成雙曲線或其他異性結(jié)構(gòu)，卷制過程中，卷板機(jī)上下輥對鋼板的壓力會不均勻，卷圓時(shí)鋼板會變形產(chǎn)生扭曲，焊接時(shí)需強(qiáng)力對正，會形成較大的殘余應(yīng)力。

e.采用先卷圓后畫線氣割的方式，安全風(fēng)險(xiǎn)大。由于采用該種方式的多為大直徑鋼管，在畫線和氣割過程中，操作工需登高作業(yè)或全位置作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

鑒于以上不足，必須對傳統(tǒng)焊接管件的下料制作方法進(jìn)行改進(jìn)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，以適應(yīng)于水利管道施工發(fā)展的需求。

3焊接管件制作放樣下料新方法：Auto CAD軟件結(jié)合Excel電子表格方法介紹

隨著各種先進(jìn)辦公軟件的應(yīng)用以及加工制造業(yè)機(jī)械化程度的提高，管件下料技術(shù)得到了提高，其中Auto CAD軟件結(jié)合Excel電子表格方法在工程中得到了廣泛應(yīng)用。

a. 利用Excel電子表格函數(shù)方程法計(jì)算出各點(diǎn)坐標(biāo)。根據(jù)自行推導(dǎo)出軌跡曲線方程或查閱如鈑金展開速查手冊等資料，將各種函數(shù)方程輸入Excel電子表格中，利用電子表格函數(shù)方程法計(jì)算出各點(diǎn)坐標(biāo)，利用選擇性粘貼功能粘貼為數(shù)值坐標(biāo)，下表為利用Excel電子表格法計(jì)算出的異徑斜三通的數(shù)值坐標(biāo)表。

斜交三通管展開計(jì)算表

注式中：R為主管半徑；r為支管半徑；β為軸線交角；yn為相貫線各點(diǎn)至軸線交點(diǎn)距離(沿支管軸線方向)；αn為圓周等分角；cn為孔長；bn為孔寬

圖4　待氣割斷續(xù)點(diǎn)的彎管零件

b. 用Auto CAD軟件繪制展開圖。利用Auto CAD軟件中多段線功能，將坐標(biāo)值(xn, yn)直接粘貼在命令欄中，直接在Auto CAD繪圖中顯示放樣展開曲線圖，結(jié)合已知的相關(guān)參數(shù)完整繪出管件展開圖。

Excel和AutoCAD兩者結(jié)合的優(yōu)勢如下：

a. Excel電子表格設(shè)置函數(shù)方程之后，輸入不同管件的參數(shù)，包括外徑、厚度、彎曲角度、分節(jié)數(shù)、三通主支管徑等，可快速便捷地計(jì)算出各個管件的放樣展開圖坐標(biāo)值。

b. AutoCAD的繪圖范圍是無限延展的，因此其適用范圍廣，不受管徑大小的限制。

c. 兩者結(jié)合，下料放樣展開圖法繪圖快而準(zhǔn)確，解決了繁重的手工勞動和誤差大的問題，理想狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)零誤差，可有效提高效率和質(zhì)量。

4實(shí)際應(yīng)用案例

以彎管及三通補(bǔ)強(qiáng)板為例加以闡述。

Excel、 AutoCAD軟件、FastCAM軟件相互結(jié)合的套料下料操作過程為： Excel數(shù)據(jù)計(jì)算→AutoCAD繪制展開圖輸出DXF/DWG文件→FastCAM(繪圖模塊)進(jìn)行DXF/DWG文件清除和壓縮繪圖→FastPATH(自動編程)設(shè)置切割路徑和切割工藝→FastNEST(套料模塊)手動套料，共邊切割→FastPLOT(校檢模塊)模擬校檢和代碼轉(zhuǎn)換→輸出NC文件→U盤拷至貝數(shù)控機(jī)床切割(切割過程操作員視情況在數(shù)控切割機(jī)操作按鍵盤手動控制行走軌跡插入連續(xù)斷點(diǎn))→瓦片卷制→沿曲線軌跡手工切割開斷開瓦片的連續(xù)斷點(diǎn)→管件組焊。

圖2～圖4為彎管下料情況，整體組對前，將斷續(xù)點(diǎn)氣割，舍去多余零料。

5結(jié)語

實(shí)踐證明：有機(jī)結(jié)合Excel電子表格和AutoCAD繪圖軟件兩者的優(yōu)點(diǎn)，為現(xiàn)場制作管件畫線下料進(jìn)行計(jì)算展開繪圖新方法，技術(shù)上可行，科學(xué)地保證了下料精度，避免了卷圓過程中帶來的扭曲變形和殘余應(yīng)力，對保證產(chǎn)品質(zhì)量十分有益，同時(shí)又提高了勞動效率，對確保大型水利工程管道施工質(zhì)量及效率具有十分明顯的作用。該方法已成功應(yīng)用于遼寧省某供水工程、千丈巖水電站、杜伯華水電站等多項(xiàng)工程中。

圖2　彎管下料預(yù)留斷續(xù)點(diǎn)

圖3　制作中的三通補(bǔ)強(qiáng)板

“一度電的旅程”首站走進(jìn)向家壩水電站

2015年1月13日，由國家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室、國務(wù)院國資委聯(lián)合舉辦的“網(wǎng)絡(luò)名人走進(jìn)新國企”系列活動之“一度電的旅程”首站走進(jìn)向家壩水電站。

在活動的啟動儀式上，國務(wù)院國資委新聞中心副主任蘇桂鋒表示，通過組織網(wǎng)絡(luò)名人走進(jìn)新國企活動，讓網(wǎng)友能夠了解國企，了解國企人，講好國企故事，是一次活力國企、創(chuàng)新國企、責(zé)任國企的發(fā)現(xiàn)之旅。同時(shí)通過新媒體的采訪形式，讓報(bào)道更接地氣。

參觀過程中，記者了解到，向家壩水電站地處金沙江下游河段開發(fā)的最末階梯，以發(fā)電為主，同時(shí)改善航運(yùn)條件，兼顧防洪、灌溉，并具有攔沙和對溪洛渡水電站進(jìn)行反調(diào)節(jié)等功能，壩址位于四川省宜賓縣和云南省水富縣交界處。

據(jù)悉，向家壩大壩混凝土澆筑量約為1000萬立方米，在國內(nèi)僅次于三峽工程。其纜機(jī)跨度1366米，是目前亞洲最大的30噸纜機(jī)，總長為31千米的皮帶運(yùn)輸纜機(jī)亦為目前國內(nèi)僅有。

向家壩水電站共安裝8臺世界最大單機(jī)容量80萬千瓦的水輪發(fā)電機(jī)組，于左、右岸各安裝4臺。其機(jī)組不僅單機(jī)容量大，尺寸也非常驚人，其中左岸電站機(jī)組的轉(zhuǎn)子外徑尾19.3米，總重量達(dá)1970噸，定子鐵心外徑長達(dá)20.4米，總重量達(dá)822噸，整個水輪發(fā)電機(jī)組總重量達(dá)到7000噸，上下高度近50米。雖然水輪發(fā)電機(jī)組體積大，但人站在電機(jī)蓋板上只感覺到微微振動，穩(wěn)定性好。

向家壩電站最特別的是其右岸電站，由于主變壓器室與開關(guān)站之間高度差比較大，因此設(shè)計(jì)采用500千伏交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜作為主變壓器高壓側(cè)和開關(guān)站的連接，電纜額定持續(xù)電流達(dá)1100A，單相電纜最大長度尾475米。此類型電纜制造應(yīng)用之前，國內(nèi)大型電站500千伏電壓等級高壓電纜多數(shù)采用進(jìn)口電纜或終端。而向家壩電站則是迄今為止國內(nèi)首次大規(guī)模使用500千伏國產(chǎn)交聯(lián)聚乙烯高壓電纜和終端的巨型水電站。

從2012年11月首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，截至2014年12月31日，向家壩電站已連續(xù)安全運(yùn)行1038天，累計(jì)發(fā)電487.65億千瓦時(shí)，相當(dāng)于為社會節(jié)約原煤2420萬噸，減少二氧化碳排放4840萬噸，為我國調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有力支持。

來源：中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng) 中國水力發(fā)電工程學(xué)會網(wǎng)2015年1月14日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=15392

《水資源開發(fā)與管理》(季刊)即將出版發(fā)行

《水資源開發(fā)與管理》是由水利部主管、中國水利工程協(xié)會主辦公開發(fā)行的科技期刊(季刊)，國內(nèi)統(tǒng)一刊號CN10—1326/TV。 本刊辦刊宗旨為：關(guān)注水污染、水質(zhì)評價(jià)和水環(huán)境治理領(lǐng)域，傳播水資源開發(fā)利用、管理、保護(hù)和水生態(tài)治理的新成果、新技術(shù)、新經(jīng)驗(yàn)，服務(wù)水利建設(shè)與管理政策研究和信息交流。為提高本刊的科技水平和影響力，現(xiàn)面向水行政管理部門、企事業(yè)單位領(lǐng)導(dǎo)和從事水利勘測設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、科研、檢測、管理等方面的專業(yè)技術(shù)人員及中國水利工程協(xié)會會員征集優(yōu)質(zhì)稿件。

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