塔架加強桿壓扁成型實驗及力學性能研究

吳志鋒　楊玉科　孫見龍　陳巖　吳慶博

【摘 要】論文從塔架焊接工藝攻關時遇到的實際問題出發，以塔架加強桿連接部位設計與成型為研究對象，通過對塔架加強桿焊接難點進行分析，提出了兩種對接形式，并對兩種形式進行對比分析，得出了最優且符合設計要求的對接方案。

【Abstract】This paper started from the practical problems encountered in the welding process of the tower， taking the design and molding of the connecting part of the tower reinforced bar as research object， and through the analysis of the difficulties in the welding of the reinforced bar of the tower， two kinds of butt forms are put forward， and the comparison and analysis of the two forms are made， and the best and consistent design plan is obtained.

【關鍵詞】加強桿；對接形式；壓扁模具

【Keywords】reinforcing rod； butt joint form； flattening mould

【中圖分類號】TH126 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）03-0178-02

1 引言

升降機構的主體由四層塔架伸縮連接組成，四根長立柱直徑為Φ50mm，短加強桿直徑Φ25mm，壁厚3mm，每層塔架有28根加強桿，需要焊接部位有56處，整個升降機構的焊接部位總數共有224處，焊接工作量非常大。因此，加強桿接頭形式設計的好壞對整個塔架的生產周期和強度都有著重要影響[1]。在設計之初，立柱與加強桿之間的連接為相貫連接，這種連接形式存在以下弊端，首先，這種接頭的相貫外形比較難加工；其次，三個加強桿交叉于一點，相互之間會發生干涉，鋼管角度銑削是一個難點。再次，鋼管的相貫線屬于空間曲線，造成焊縫不在同一平面內，不僅焊接操作困難，而且焊縫之間需要大量的金屬來充填。

2 加強桿對接設計

2.1 接頭部位對接形式設計

為了滿足力學性能要求，又要兼顧美觀需要，我們對直徑為Φ25mm短加強桿的接頭部位進行更改設計，如圖2所示的兩種結構形式，經過幾次試驗反復論證，最終確定采用方案二的設計形式。這種形式的焊縫在一個水平面內，焊接操作的難度大大降低，同時管接頭經壓實后，焊接性能得到提高，因此焊接強度也大大提高。

2.2 管接頭壓扁形式設計

按照第二種方案設計，需要將無縫鋼管進行壓扁，然而，鋼管的壓扁有多種形式如圖3所示：

從圖中可以看出，兩種壓扁形式呈現出不同的效果，在壓扁形式1中，管材的壓扁線呈現的是直線，且壓扁面偏向一側。在壓扁形式2中，壓扁線呈現的是圓弧線，且壓扁面居中。兩種形式的過渡部位沒有強制成形，而是鋼管在受壓后的自然過渡，兩者都能滿足接頭部位設計要求。但從外形美觀和強度角度考慮，壓扁形式2要優于壓扁形式1，如何保證鋼管在壓扁過程中外形控制以及在壓扁過程中開裂位置的預測，需要對鋼管在壓扁過程進行力學性能分析。

3 鋼管在壓扁過程中的力學性能分析

無縫鋼管在模具的壓力作用之下，發生變形，壓扁后，長度上沒有發生變化，橫截面的平均周長和平均厚度也沒有發生改變，只是形狀有圓管狀變成了扁平狀。在壓扁的過程中，各部分的金屬所受的應力狀態是不同的，因此我們可以分析，無縫鋼管在壓扁過程中的受力變化[2]。

從表1分析中可以看出，各點的應力呈現一定的規律性。但是，統過多次實驗，我們發現，厚壁管和薄壁管也有所差異，具體表現在：

厚壁管：|σ（A-a）|>|σ（B-b）|>|σ（C-c）|

薄壁管：|σ（B-b）|>|σ（A-a）|>|σ（C-c）|

通過材料力學基礎知識可知，當材料受到的拉應力大于金屬材料的抗拉強度時，金屬就會先出現屈服而后是裂紋或斷裂，對于鋼管試件裂紋會出現在管壁的母線處。通過大量的鋼管壓扁實驗發現，鋼管在上下受力點向內側凹，管的兩側嚴重變形。厚壁管裂紋出現在a處出的母線上，薄壁管的裂紋出現在B處。C和c點不會出現裂紋。

4 加強桿專用壓扁模具設計

為了壓出加強桿管接頭更改后的外形，我們設計了專用壓扁模具，如圖5所示。模具分為上模、下模和兩個定位靠板，上下模材料為Cr12MoV，靠板材料為Q345鋼板。然后將上模和下模分別固定到壓力機上下模專用接頭上。鋼管壓扁部分的垂直度和長度靠擋板的位置來保證。鋼管在壓力機的作用下被壓成圖6的外形，從而圓滿解決問題。

5 結論

經過對加強桿對接形式和管接頭壓扁形式設計，得到了合理的結構形式，經過對鋼管在壓扁過程中的受力分析，最終設計出了加強桿專用壓扁模具，解決了塔架焊接部位的難題，節約了焊絲用量，增強焊工的可操作性，大大減少了焊接工作量。同時從外形美觀上和焊接強度上得到改善，有力地推進標桿車項目的進展。

【參考文獻】

【1】羅家華，蘇宏國. 模具類型對冷拔管壓扁性能的影響[J]. 鋼管，2003（05）：30-34.

【2】王偉旬，關桂芬. 焊接鋼管壓扁試驗開裂原因分析[J]. 南方金屬，2015（06）：24-26.