超大矢高超大直徑厚壁鋼管精細化火工煨彎工藝

■浙江精工重鋼結構有限公司 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化火工煨彎工藝

■浙江精工重鋼結構有限公司 鄧鵬明，劉宏劍，章 杰，符方渠

以成都海洋館項目為例，通過采用火工煨彎的傳統加工工藝，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量滿足設計及相關規程規范要求，可作為同類工程中類似鋼管的加工工藝。

隨著現代鋼結構技術高速發展，各種造型獨特的鋼結構建筑物也應運而生，給工廠加工制作帶來了很大挑戰。其中2015年本公司承接的成都海洋館項目，就樹立起了一個典范。

成都海洋館項目的主桁架部分有大量規格為φ1400mm×35mm、φ1400mm× 30mm、φ1200mm×30mm、φ1200mm×25mm的弧形鋼管弦桿（材質為Q345B）。弦桿分段制作，弦長為10m，其最大彎曲矢高約168mm。根據經驗，常規弧形鋼管的直徑在800mm范圍內，壁厚在20mm范圍內，同時弦長10m時，其最大彎曲矢高在80mm范圍內。因此，該項目弧形鋼管已大幅地超越了工廠常規加工范圍，則加工難度相當大。而如果進行外協加工，將可能采用中頻彎管工藝，該工藝加工方式不僅費用昂貴，而且生產周期長，難以滿足業主的工程進度要求。因此，經過綜合考慮后，決定進一步精細化火工煨彎工藝，實現超大直徑厚壁鋼管的批量煨彎加工。

1. 火工煨彎加工難點

針對于火工煨彎的傳統加工方法，應用于超大矢高超大直徑厚壁的弧形鋼管的加工制作實屬罕見，其加工難點體現于以下幾個方面： ①弧形鋼管管徑大、管壁厚、矢高大，已大幅地突破了常規火工的加工范圍。 ②弧形鋼管長度控制。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，采用火焰對直鋼管一半圓以上部分區域進行加熱（加熱溫度控制在900～1000℃），加熱部分金屬膨脹而產生塑性變形。在鋼管自然冷卻后，塑性變形殘留下來，使鋼管出現收縮現象，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。考慮到火工煨彎時，鋼管長度收縮余量受到加熱溫度、加熱范圍、加熱次數等諸多因素的影響，無法準確地進行定量，根據經驗，鋼管長度在套料時以外弧長度為基準再加放30mm的火工煨彎收縮余量。

內隔板、支撐板的裝配。在火工煨彎前，首先進行內隔板、管口“米”字形支撐板的裝配，以解決煨彎后鋼管圓度的超標問題，從而減少矯正工作量，提高彎管工效。同時，在煨彎過程中，由于鋼管內弧的收縮量無法定量，即內隔板也無法準確地進行定位，因此，為保證煨彎后的裝配精度，內隔板暫時按照外弧尺寸進行裝配，而且，只要求點焊，以便后續再進行偏位內隔板的調整。

胎架搭設及十字基準線繪制。為方便對煨彎后的鋼管矢高進行檢測，要求搭設水平胎架及在鋼管外壁上彈出十字基準線（即1條內弧基準線、1條外弧基準線及2條側邊基準線）。在胎架搭設過程中，采用水準儀對胎架的高度進行定位，以確保胎架的水平度。

繪制十字基準線：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O，然后在管口懸掛線墜，使靜止線墜經過EF中點O，線墜與鋼管的外圓交點C、D即為鋼管十字基準線的端點。緊接著采用同樣的方法在另一管口找出C'、D'，彈線CC'（即外弧基準線）、DD'（即內弧基準線）。根據弧長DA=CA=DB=CB及弦長DA=CA=DB=CB的原理，找出十字基準線中的端點A、B、A'、B'，然后彈線AA'、BB', 即側邊基準線，如圖2b所示。

火焰加熱區繪制。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狀烤火加熱區，然后以該加熱區為始點，分別往端頭方向繪制出形狀、尺寸相同的加熱區。由于弧形鋼管矢高較大，要求其相鄰加熱區的間距為0。同時，為了控制煨彎過程中鋼管出現扭曲變形，每個加熱區的形狀對稱于內弧基準線。具體加熱區范圍的要求如下：①對于鋼管端頭250mm范圍區域，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，因此，該區域范圍不要求烤火。②為確保鋼管弧線過渡平緩，每個加熱區最大寬度應控制在200mm左右。同時，加熱區的長度應大于鋼管半圓，且通過側邊基準線約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，采用中性焰進行火工煨彎，具體烤火規定要求如下：

第一，人員布置。根據對稱烤火原則，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，如圖4所示。

第二，加熱溫度的控制。根據《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB 50205—2001規定：當零件采用熱加工成形時，加熱溫度應控制在900～1000℃；低合金鋼應自然冷卻。因此，在火工煨彎過程中，采用紅外測溫儀對烤火溫度進行控制，避免溫度過高，使母材金屬組織出現過熱現象，造成晶粒粗大，使母材塑性、韌性的性能急劇下降。同時，在烤火過程中，鋼管應進行空冷，禁止采用水、鹽水、油等冷卻劑對構件進行快速冷卻。

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，禁止兩者之間距離太近，使高壓氧氣吹走母材熔融金屬，造成母材表面出現凹坑損傷現象。

第四，外力工裝的設置。在火工煨彎時，由于管壁較厚，要求在鋼管外表面的中間位置設置工裝，借助工裝外力，以提高煨彎工效。但設置工裝時，應注意控制工裝與鋼管之間的接觸面積應足夠大，避免局部壓應力過大，造成鋼管表面出現內凹。具體工裝如圖5所示。

第五，單個加熱區的烤火順序。根據對稱烤火原則，兩側人員從單個加熱區的內弧基準線位置往側邊基準線方向同步進行烤火，以控制鋼管扭曲變形，如圖6所示。

第六，鋼管長度方向的烤火順序。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” 方式進行烤火，具體如圖7所示。

第七，矢高檢測以及火工修整。鋼管冷卻至室溫后，對鋼管側邊基準線的端點進行拉線，并采用卷尺或者其他量具進行矢高檢測，如圖8所示。同時，采用專制樣板對鋼管弧形進行檢測。根據檢測情況，對于矢高偏差區域，采用“端頭往中心位置”的方式進行火工修整，直至修整合格（每次火工煨彎應在未曾加熱的區域進行烤火）。

圖5

圖6

圖7

圖8

弧形鋼管質量檢驗

3. 質量檢測

鋼管煨彎后，工廠質檢人員聯合監理單位對其弧形鋼管的質量進行地樣檢測，經檢驗，一致通過質量驗收。其質量檢測內容如附表所示。

4. 結語

在企業設備加工受限的情況下，打破常規，通過技術創新，采用合理的加熱順序、加熱方法、工裝等工藝方法進行精細化火工煨彎，實現了超大矢高超大直徑厚壁弧形鋼管的批量加工，且產品質量滿足設計及相關規程規范要求，為企業節約了生產成本，提高了經濟效益，其應用前景廣闊。

20150716