鄧鵬明　劉宏劍　王福方

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

關(guān)鍵詞：火工煨彎；超大矢高；超大直徑；厚壁；鋼管

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3198（2015）14-0226-03

1 前言

隨著現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的高速發(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，給工廠的加工制作帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。其中今年本公司承接的成都海洋館項(xiàng)目，就樹(shù)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Ф1400×35mm、Ф1400×30mm、Ф1200×30mm、Ф1200×25mm的弧形鋼管弦桿（材質(zhì)為Q345B）。對(duì)于弦桿的分段制作，弦長(zhǎng)為10米，其最大彎曲矢高約168mm。根據(jù)以往經(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)10米時(shí)，其最大彎曲矢高在80mm范圍內(nèi)。因此，該項(xiàng)目的弧形鋼管已大大地超越了工廠的常規(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(guò)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。

2 火工煨彎的加工難點(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(jiàn)，其加工難點(diǎn)體現(xiàn)于以下幾個(gè)方面：

（1）弧形鋼管的管徑大、管壁厚、矢高大，已大大地突破了常規(guī)火工的加工范圍；

（2）弧形鋼管長(zhǎng)度的控制；

（3）弧形鋼管圓度的控制；

（4）弧形鋼管扭度的控制；

（5）弧形鋼管矢高的控制。

3 火工煨彎加工工藝

3.1 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℃之間），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(lái)，使鋼管出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，即形成所需的弧形鋼管。

3.2 工藝流程

3.2.1 鋼管火工煨彎余量的加放

考慮到火工煨彎時(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(wú)法準(zhǔn)確地進(jìn)行定量，因此，根據(jù)以往的經(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。

3.2.2 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(wèn)題，從而減少矯正工作量，提高彎管工效。同時(shí)，在煨彎過(guò)程中，由于鋼管內(nèi)弧的收縮量無(wú)法定量，即內(nèi)隔板也無(wú)法準(zhǔn)確地進(jìn)行定位，因此，為了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。

3.2.3 胎架搭設(shè)及十字基準(zhǔn)線繪制

為了方便對(duì)煨彎后的鋼管矢高進(jìn)行檢測(cè)，要求搭設(shè)水平胎架以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)線以及2條側(cè)邊基準(zhǔn)線）。

（1）胎架搭設(shè)。

在胎架搭設(shè)過(guò)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。否則，對(duì)胎架進(jìn)行調(diào)整。

（2）繪制十字基準(zhǔn)線。

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，使靜止的線墜經(jīng)過(guò)EF的中點(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)，如圖2所示。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以及弦長(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3所示。

3.2.4 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(guò)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）為了確保鋼管弧線過(guò)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(guò)側(cè)邊基準(zhǔn)線10°左右，如圖4、圖5、圖6所示。

3.2.5 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：

（1）人員布置。

根據(jù)對(duì)稱烤火原則，鋼管左右端頭分別布置2人，并且人員分別位于鋼管的兩側(cè)，如圖7所示：

（2）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：①當(dāng)零件采用熱加工成型時(shí)，加熱溫度應(yīng)控制在900～1000℃；②低合金鋼應(yīng)自然冷卻。因此，在火工煨彎過(guò)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(guò)高，使母材金屬組織出現(xiàn)過(guò)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(guò)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。

（3）烤槍噴嘴至母材表面距離的控制。

在火工彎管過(guò)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。

（4）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(guò)大，造成鋼管表面出現(xiàn)內(nèi)凹。具體工裝如圖8所示。

（5）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9所示。

（6）鋼管長(zhǎng)度方向的烤火順序。

在火工煨彎過(guò)程中，為了避免鋼管局部煨彎過(guò)度，給后續(xù)的矯正工作帶來(lái)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10所示。

（7）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，并采用卷尺或者其它量具進(jìn)行矢高檢測(cè)，如圖11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（注意：每次火工煨彎應(yīng)在未曾加熱的區(qū)域進(jìn)行烤火）。

4 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)，并一致通過(guò)質(zhì)量驗(yàn)收。其質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容如表1所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

在企業(yè)設(shè)備加工受限的情況下，打破常規(guī)，通過(guò)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)以及相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，其應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 50205-2001.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2][美]弗蘭克M.馬洛.焊接制作與維修問(wèn)答[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：113.