鋼管冷彎制作工藝探究

張發(fā)榮 何志濤 陳 越

（湖北精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司，湖北武漢 430312）

隨著鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的廣泛應(yīng)用，管桁架結(jié)構(gòu)在一些鋼結(jié)構(gòu)建筑力學(xué)體系中具有受力合理，節(jié)點(diǎn)處理相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因而大規(guī)模的運(yùn)用于體育場(chǎng)館、游泳館及游樂(lè)園等大跨度桁架結(jié)構(gòu)體系中。針對(duì)一些工程桁架材料材質(zhì)多為Q345B的大直徑厚壁鋼管來(lái)說(shuō)，在制作過(guò)程中用人工進(jìn)行火焰煨彎，不僅費(fèi)工時(shí)而且制作精度不容易控制，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

1 工廠鋼管彎制

1.1 制作原理

如圖1所示鋼管的彎制是在精確裝配好的靠模（如圖1所示）上，借助液壓泵工作所產(chǎn)生的推力，然后利用力的平衡原理進(jìn)行鋼管彎制。

圖1 工作原理

1.2 相關(guān)影響因素的確定

1）彎制半徑由靠模實(shí)地放樣來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位；

2）對(duì)于不同管徑大小和彎制半徑推動(dòng)力（推動(dòng)力由液壓泵工作產(chǎn)生）相同；

3）為避免鋼管彎制后發(fā)生回彈，在第一次貼合后需對(duì)以彎制鋼管進(jìn)行復(fù)樣（一般情況下是第二次貼合后延長(zhǎng)貼合的停留時(shí)間）；

4）液壓泵采用雙缸進(jìn)行操作，一缸額定推力為60T，另一缸額定推力為80T。制作流程如圖2所示。

圖2 制作流程

1.3 樣模的制作

為確保鋼管彎制過(guò)程中能夠準(zhǔn)確地把握鋼管彎曲精度，制作高精度的鋼管彎制樣模（如圖3）是非常重要的。在樣模制作前，首先根據(jù)待彎鋼管的管徑，制備一批半圓管徑的套模（如圖3），然后根據(jù)制作中待彎鋼管的曲率半徑制定出樣模的圓弧半徑，之后在操作平臺(tái)上對(duì)樣模進(jìn)行放樣后組裝，點(diǎn)焊在機(jī)器的操作平臺(tái)上，最后對(duì)照平臺(tái)上曲線進(jìn)行放樣，用焊接墊片的方法對(duì)鋼管樣模進(jìn)行精度調(diào)試，然后用工裝夾具和焊接等方法在操作平臺(tái)上對(duì)其固定，保證樣模的圓弧度和曲率半徑，達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 樣模

1.4 彎管計(jì)算機(jī)實(shí)體放樣

在實(shí)際工程中經(jīng)常會(huì)因工程結(jié)構(gòu)體系的特殊性，管構(gòu)件連接外形相對(duì)過(guò)于復(fù)雜以及各鋼構(gòu)件中一些較為復(fù)雜的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)和各式各樣的結(jié)構(gòu)外形，會(huì)導(dǎo)致在加工制作中很難把握構(gòu)件實(shí)際的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝精度。因此，把握好構(gòu)件的實(shí)際結(jié)構(gòu)外形和尺寸精度對(duì)工廠的加工制作至關(guān)重要。

結(jié)合工廠加工制作的主桁架弦桿管構(gòu)件，為保證后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)安裝的質(zhì)量。因此，在借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行放樣時(shí)，要求將相貫點(diǎn)、對(duì)接節(jié)點(diǎn)以及耳板連接開(kāi)槽區(qū)域都準(zhǔn)確無(wú)誤地表達(dá)出來(lái)，以便生產(chǎn)加工的完整。制作中，受冷彎?rùn)C(jī)器①性能方面的局限，當(dāng)主桁架跨度達(dá)到幾十米的鋼管構(gòu)件，要求對(duì)其一段一段的彎制成弧長(zhǎng)不大于12.5m的零構(gòu)件出廠，對(duì)于鋼管彎制成弧長(zhǎng)小于5m的構(gòu)件，要求將相同規(guī)格型號(hào)的管構(gòu)件進(jìn)行合并，待彎管完成后再進(jìn)行拆分切割。

2 工藝方案的確定

針對(duì)主桁架弦桿以及環(huán)形管件規(guī)格均為φ219mm×6mm 、φ245mm×8mm、φ273mm×7 mm、φ273mm×12mm的鋼管，采用單純的人工進(jìn)行彎曲，不僅在操作上存在很大的難度，在技術(shù)上也達(dá)不到設(shè)計(jì)所要求的誤差范圍值。為此，必須在現(xiàn)有的冷彎設(shè)備上制定出簡(jiǎn)便可行的制作工藝，確保在機(jī)器上加工后的彎管構(gòu)件在尺寸精度（允許誤差為0－5mm）上達(dá)到設(shè)計(jì)值，從而保證現(xiàn)場(chǎng)的順利安裝。

1）對(duì)于相同尺寸半徑而不相鄰對(duì)接以及小于5m的圓管，要求對(duì)其進(jìn)行合并，然后在合并構(gòu)件兩端各焊接一段200mm長(zhǎng)的輔助鋼管（如圖4）作為夾持端余量，但受到場(chǎng)地及操作等影響，圓弧的總長(zhǎng)度一般不大于12.5m；

圖4 鋼管主體及夾持端

2）對(duì)于必須單個(gè)進(jìn)行彎曲且圓弧長(zhǎng)度大于5m的鋼管，在鋼管兩端各焊接一段200mm長(zhǎng)的輔助鋼管作為夾持端余量后方可進(jìn)行鋼管拉彎操作。

為了防止在鋼管彎制的過(guò)程中，鋼管兩端部由于液壓推動(dòng)軸推力過(guò)大而將端部壓癟而難以校核。因此，在鋼管彎制的過(guò)程中要求將兩端部?jī)?nèi)徑中放入內(nèi)徑相當(dāng)?shù)墓に嚫舭澹ㄈ鐖D5），來(lái)減小鋼管端部變癟，從而保證弦桿在現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)對(duì)接部位能夠圓滑過(guò)渡對(duì)接。

3 余量的截取與鋼管對(duì)接

在工廠加工制作中，考慮到現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)各主桁架之間的預(yù)留裝配間隙和焊接收縮余量，對(duì)加工的主桁架弦桿和環(huán)向構(gòu)件余量的截取顯得非常重要。從多方面來(lái)綜合考慮，在鋼管的彎制時(shí)，兩端頭200mm長(zhǎng)的夾持端用焊接的方法進(jìn)行對(duì)接，這樣一方面避免從彎制好的主體材料中切割掉兩端頭200mm長(zhǎng)的夾持端，另一方面對(duì)接的加持端可以重復(fù)再利用，大大節(jié)省了鋼管的余量成本，因桁架在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中承擔(dān)著相當(dāng)大的載荷。因此，保證弦桿的加工質(zhì)量和工藝質(zhì)量是非常關(guān)鍵的，通常情況下是根據(jù)工藝和深化設(shè)計(jì)要求在桁架柱頂端的一榀桁架弦桿預(yù)留對(duì)接裝配余量。此外，桁架主弦桿在套料時(shí)長(zhǎng)度方向也需考慮到割縫補(bǔ)償量及切割余量等。

根據(jù)常規(guī)工藝要求，鋼管在對(duì)接時(shí)，對(duì)接最短長(zhǎng)度一般大于800mm，接頭位置與相貫點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)600mm（弦桿有插槽吊耳的情況除外），主弦桿在跨中1／3處禁止有接頭。鋼管之間的對(duì)接焊縫等級(jí)要求為全熔透一級(jí)焊縫，鋼管兩端夾持端輔助鋼管的對(duì)接焊縫要求滿焊，不允許點(diǎn)焊對(duì)接，避免鋼管在彎制過(guò)程中斷裂。

4 鋼管彎制成型過(guò)程的操控

如圖5所示，鋼管在操作平臺(tái)上進(jìn)行彎制工作前，必須先根據(jù)實(shí)際情況采用合理的制作工藝方案。首先將鋼管的兩端焊接一段200mm長(zhǎng)的輔助鋼管作為夾持端余量，然后通過(guò)吊裝機(jī)械（如：行車等）放到彎管操作平臺(tái)上，啟動(dòng)液壓泵，兩液壓推動(dòng)軸對(duì)操作平臺(tái)上的鋼管有一定的預(yù)頂力，然后通過(guò)調(diào)節(jié)鋼管在操作平臺(tái)上的位置以及兩端的套模夾具，再次啟動(dòng)液壓泵推動(dòng)液壓推動(dòng)軸對(duì)鋼管進(jìn)行大弧度的推動(dòng)，最后完成鋼管的彎制。

圖5 鋼管彎制成型控制

5 成型鋼管的初檢與抽檢合樣

因冷彎?rùn)C(jī)器拉彎操作過(guò)程中的回彈等現(xiàn)象，故在彎制時(shí)已對(duì)其采取相應(yīng)的措施加以克服是必不可少的。加之，鋼管通過(guò)冷彎工序進(jìn)行拉彎，在加工精度方面一般能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，因此，首次拉彎的鋼管必須進(jìn)行合樣檢查（如圖6所示），避免因?yàn)闄C(jī)器調(diào)試、半徑樣模制作等存在誤差，此外，在批量及大噸位鋼管拉彎制作中，對(duì)成品構(gòu)件進(jìn)行合樣抽檢也是必不可少的。

圖6 鋼管合樣

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)桁架弦桿彎制方案的不斷完善，在加工制作中應(yīng)嚴(yán)格按擬定的工藝及彎曲度進(jìn)行檢驗(yàn)。此項(xiàng)鋼管冷彎技術(shù)適用于各種管徑的鋼管，對(duì)于曲率較小、管徑適中的鋼管彎制有較好的效果。彎制后不僅在彎制精度上能夠得到很好的保證，在管件變形方面也能夠得到很好的控制。

1 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.GB50205—2001.

2 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程［S］.JGJ81—2002.