热卷厚壁钢管代替铸钢件在工程中的应用 热卷厚壁钢管代替铸钢件在工程中的应用
李 标 黄忠俊 侯恩权 王洪福 马 亮
(南京中建化工设备制造有限公司, 南京 210043)
摘 要：近年来铸钢件在工程领域使用范围较广，许多车站、场馆、机场等项目都使用到铸钢件产品，对工程技术发展做出了一定的贡献。但铸钢件在其生产过程中，对大气、水体等污染，以及煤炭、电力等能源的高消耗，也越来越引起关注。除此之外，铸钢件在生产过程中会出现砂眼、气孔、裂纹、缩松、缩孔和夹杂物等缺陷，由于晶粒粗大等因素造成焊接难度较大，对焊接工艺条件要求较高。通过热卷厚壁钢管技术，最后进行节点焊接，从而实现代替铸钢件的目的。结合南京青奥城(会议中心)项目对斜柱、首节柱等钢管的加工工序要点进行阐述。
关键词：热卷； 厚壁； 小径厚比； 钢管； 铸钢件
1 工程概况
第二届夏季青年奥林匹克运动会在南京市承办。青奥会是国际奥委会组织的一项具有高度竞技水平的赛事，第二届世界青年奥林匹克运动会会议中心是世界了解中国的一张名片，也是南京地标性建筑。南京青奥会议中心建筑造型奇特新颖，位于建邺区江山大街北侧，金沙江东路南侧，扬子江大道东南侧，燕山路南延段西侧，南京青奥中心总建筑面积约为48万m2。
斜柱、首节柱采用多分支、小径厚比重型相贯节点拼接而成，相贯复杂，见图1，本文主要介绍钢柱主材加工的工序要求。
图1 复杂相贯线节点
2 工程难点
青奥会会议中心斜柱、首节柱等钢管柱采用φ1 050×70、φ1 050×50等规格，材质为Q390GJC，其主材首先需要卷制、加工。材料的最大屈服强度达490 MPa，抗拉强度最大达650 MPa，其机械性能较高。钢管的厚径比最小达1∶15，需要对零件的贯口进行放样，零件钢板的预弯、卷圆、焊接等工艺及对工厂的加工能力均要求较高，制作复杂。
3 制作工艺
3.1 工艺流程
工艺流程见图2。
图2 工艺流程
3.2 图形建模
根据加工图纸的实际尺寸、角度、方向等进行实体建模，模型效果如图3所示，并进行修剪贯口。在三维视图里进行贯口区域的接触、碰撞检查。检查合格后，拆分贯口零件。
图3 模型效果
3.3 钣金展开、编程切割
用钣金展开软件进行展开，见图4，并在宽度方向两边各加75 mm宽的压头，然后进行编程切割。考虑到焊接收缩，尺寸放大4 mm，切割完毕后在原零件尺寸的位置两端外侧2 mm位置打刻样冲眼，以备压头完毕后把余量切除掉。
图4 展开示意
由于管壁较厚，且与其他支管具有一定倾斜角度，全部采用管内壁线或者全部采用外壁线都无法满足装焊要求，所以在展开时必须考虑壁厚的影响，进行适当取舍，方能满足装焊要求，否则后面将无法组装，见图5所示放样步骤。以图5a为例，可以看出管内、外壁长度相差多达260 mm，若此支管倾斜角度增大，差值会进一步扩大，所以必须对管内壁和外壁线进行合适选择。由图5可知，根据实际情况，在趾部区域应选择管壁内侧线，在根部区域应选择外侧线，内壁线与外壁线会有一个交点，以此交点向两侧进行内外壁线的取舍，删除多余线条后，得到图5b；为了让贯口最低点在等分线上，以便确定起点位置，方便操作，可将图最低点平移到展开图的两边，如图5c所示；之后将图5c进行32等分，得到图5d。根据展开图5d所提供的信息，转化到实体支管上进行切割贯口。要注意贯口最低点位置的选择，避免3根支管纵焊缝重叠，3根支管的纵焊缝以相互错开90°为宜，以免产生应力集中等不利因素。
1-此段保留内侧线； 2-交点； 3-此段保留外侧线； 4-最低点。
图5 放样步骤
3.4 预弯、压头
预压弯在压机上进行，压头过程中随时用样板检查R形状(检查样板用长度为300 mm长的铝合金材料等比例绘制，等离子切割完毕，符合检查要求时方能使用)，控制间隙不大于1.0 mm(用塞尺测量)，检查压痕，要求压痕深度不大于1 mm，为保证质量，可在上下模上垫较软的材料，以减小压痕深度。
3.5 余量切割、坡口制作
根据图纸尺寸在样冲眼位置划线，割掉预弯余量，并按照工艺要求开设坡口；检查气割表面：粗糙度不大于50 μm，且无毛刺、撕开、裂纹等影响焊缝质量和强度的缺陷。坡口如图6所示。
图6 坡口示意
3.6 加热、卷圆、成型
钢板加热温度控制在650 ℃以内，同时要避开兰脆温度。钢板加热温度保持时间按照钢板实际厚度乘以1.0 min/mm计算；在卷板机上进行，用内样板检查钢管R形状，卷制成型，控制间隙不大于1.0 mm；卷制成型后，把卷管放在空地上，风冷至100 ℃以下； 在收口机上， 检查圆度，直缝收口，点焊。卷制成型后效果如图7所示。
图7 卷制成型效果
3.7 直缝焊接
直缝焊接严格按焊接工艺评定参数制定的焊接工艺规程(WPS)进行焊接，见表1，采用埋弧焊焊接纵焊缝，焊接过程见图8，焊材按规定的要求烘烤至350 ℃并保温；严禁在非焊接区引弧；为保证美观，外表面焊缝余高不大于1 mm，原则上不留余高。
表1 焊接工艺参数
道次焊接方法填充金属牌号规格焊剂电流/A电压/V焊接速度/(cm·min-1)接头详图1SAWH10Mn24.0SJ101550～66026～3044～532～nSAWH10Mn24.0SJ101500～60028～3240～55
注：电流极性为DCEP。
图8 纵焊缝焊接
3.8 焊后整形、回圆
焊接完成后，割下引(熄)弧板；并UT探伤，待合格后在卷板机上校圆。整形后检查形状、直线度、表面质量钢管制作要求。
3.9 钢管取样复验
对热卷后的钢管按国标要求进行取样复验。
3.10 支管与主管焊接
按照图纸要求进行支管、主管之间相贯线口焊接。
4 结束语
热卷厚壁钢管在生产过程中具有不会降低原材料机械性能的特点，钢板经加热后卷制，不影响其材质，也不降低其强度、伸缩率、抗拉等性能。热卷厚壁钢管克服了无缝钢管规格型号固定的弊端，使规格型号丰富化。对于小径厚比、厚壁圆管，可通过热卷工艺制作，此方法可在一定程度上取代传统铸钢件制作工艺，从而在保证质量要求的情况下，满足工程的进度要求，节约工期，创造一定的经济效益。
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APPLICATIONS OF HOT-ROLLING THICK-WALL STEEL PIPE INSTEAD OF STEEL CASTINGS IN ENGINEERING
Li Biao Huang Zhongjun Hou Enquan Wang Hongfu Ma Liang
(Nanjing China Construction Chemical Equipment Manufacturing Co. Ltd, Nanjing 210043， China)
ABSTRACT：In recent years, steel castings have been widely used in the field of engineering and successful applied to many projects such as railway stations, stadiums, airports.Steel castings have contributed a lot to the development of engineering technology. However, consciousness of environmental protection has been constantly improved,the pollution to atmosphere and water in the process of steel casting production as well as its high consumption in terms of coal and electricity have gained much attention. In addition, some defects will occur in the process of steel casting production， such as sand holes, air holes, cracks, shrinkage porosity, shrinkage cavity and so on. The coarse grains may lead to the difficulties in welding. The welding of joints was conducted through the technology of hot-roll thick-wall steel pipe, so as to transform steel castings into the welded joints. Combining with Nanjing Youth Olympic Games city (conference center) project, the key points of manufacturing process of steel inclined column and first steel column were elaborated in this paper.
KEY WORDS：hot-rolling; thick-wall; small radius-thickness ratio; steel tube; steel castings
第一作者：李标，男，1980年出生，助理工程师。
Email：whongfu@
收稿日期：-10-28
DOI：10.13206/j.gjg08019
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