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        冷彎結構焊管的應用及生產技術特點
        發布時間:2017-05-22 16:31:21    點擊次數:99

        冷彎型鋼在國外建筑業中用途非常廣泛,被用作屋架、檁條、桁架、剛架、墻架、龍骨、屋面板、墻板、樓板、門窗乃至容器、管道、圍堰、鋼板樁、防波堤等。近年來,冷彎型鋼組合而成的網殼、貨架、單層和多層房屋也得到了很快的發展,從機場到大型購物中心,從寫字樓到體育場,從會議中心到居民住宅,冷彎型鋼產品都是廣泛應用的建筑設計材料。在發達國家,建筑業是冷彎型鋼的第一大用戶,冷彎型鋼占鋼材總量的5%,建筑業用冷彎型鋼占冷彎型鋼總量70%左右,冷彎型鋼產品應用于建筑業的主要是結構用冷彎方矩形管和建筑用結構冷彎型鋼,其中冷彎方矩形管用量占50%以上。從結構力學和經濟角度,冷彎型鋼和H型鋼結合應用于建筑業是最佳組合,可以實現工業廠房和民用住宅建設工廠化。

          在日本,80年以前日本僅生產200mm×200mm以下的方矩形管及少量的開口冷彎型鋼,日本鋼結構住宅中立柱均采用H型鋼。84年日本仙臺地震后,通過對仙臺地震中遭到破壞的鋼結構住宅的研究發現,立柱和橫梁之間的焊縫易裂開,原因是受H型鋼外形結構特點的限制,用H型鋼和H型鋼對焊,焊縫太少。因此,日本84年以后通過修改建筑法,規定日本的鋼結構住宅立柱必須采用方矩形管,以增大焊縫的長度,從而提高住宅的抗震性。隨著冷彎型鋼在建筑鋼結構應用上的普及,冷彎型鋼生產的規格也隨之增大,目前方矩形管最大規格已達到550mm×550mm,最大壁厚為22mm。2002年日本鋼結構用冷彎方圓管總產量已達到200t。目前市場需求量最大的鋼管規格為200mm×200mm400mm×400mm,這些規格冷彎方矩管覆蓋了日本鋼結構用方、矩形管總量的80%以上,其它規格產品占市場份額的不到10%。

          在美國,椐有關調查資料顯示,冷彎方矩形管和熱軋H型鋼在建筑業中的用量約為11的關系,在二十世紀九十年代,建筑鋼結構所用冷彎型鋼的比例甚至超過熱軋H型鋼的用量。其中,冷彎結構焊管(含方矩形管和原管)約占建筑鋼結構用鋼量的25%,各種開口冷彎型鋼在建筑鋼結構用鋼量中的比例也在20%以上。

          冷彎型鋼在我國建筑業中應用情況

          在我國的工民建筑中,多年以來一直采用鋼筋混凝土,工程施工周期長、污染大。近幾年,隨著馬鋼、萊鋼熱軋H型鋼產品成功的市場推介,鋼結構在建筑業中的應用不斷擴大,各種鋼結構實驗樓、樣板房、標志建筑相繼推出,設計、施工的標準與規范也開始進入逐步完善階段,中國的鋼結構行業近幾年大大邁進了一步。但是,目前我國建筑鋼結構應用的主要是熱軋H型鋼和焊接的各種鋼結構,我國熱軋H型鋼的產能已經達到300萬噸,焊接輕型H型鋼和各種鋼結構的產量也有幾十萬噸,我國焊管產量一年有700多萬噸,其中建筑鋼結構用冷彎方矩形管和各種冷彎型鋼的產量不到冷彎型鋼產量總量的5%。冷彎型鋼在我國工民建筑鋼結構中應用處于起步階段,冷彎方矩形結構焊管取代熱軋H型鋼作鋼結構的立柱剛剛開始,其它冷彎型鋼在建筑業中應用更少。

          我國建設部目前已經在工民建筑中建設一些鋼結構試驗樓,如2002年在天津建成的兩棟建設部鋼結構示范住宅,該工程采用鋼管混凝土柱鋼梁框架-鋼骨混凝土核心筒(SRC)結構體系,工程總面積8000m2,主體十一層,一棟柱采用圓管,另一棟柱采用方鋼管350×350mm,厚度隨樓層變化而變化,其中13層為16mm,46層為14mm,79層為12mm,1011層為10mm,鋼管內灌注C40砼。梁采用焊接工字鋼,規格為350×200×10×18mm,樓板為高強螺旋肋鋼筋預應力疊合板。由于當時國內沒有廠家生產如此大口徑的方管,工程中采用方鋼管是四塊板焊接的BOX柱。

          天津兩棟建設部鋼結構示范住宅工程對冷彎型鋼(主要是結構管)在鋼結構住宅中應用得出兩個啟示:一是大規格冷彎型鋼市場空間較大,鋼結構住宅的合理層數為1018層,這樣的中高層結構也對冷彎方矩管的規格有一定要求。二是方鋼管較圓鋼管有明顯優勢,原因其一,同樣邊長和直徑的方、圓管,方管的承載力和抗震性能更佳,根據天津某大學對三層二跨方管和圓管砼柱框架進行的試驗,方管柱邊長150mm,圓管直徑150mm,試驗結果前者抗側力屈服承載力和極限承載力較后者高出80%,抗震性能指標約為后者的兩倍;其二,方管施工更方便。鋼結構住宅的圓管砼柱一般還需進一步施工,將圓型截面改為方型。其三,采用圓管砼柱,與梁的連接較難處理。我國未來的鋼結構市場中,冷彎方矩形管將占重要的份額。

          目前我國冷彎型鋼在建筑鋼結構中應用的制約因素

          鋼結構住宅造價較高

          以天津兩棟建設部鋼結構示范住宅為例,根據對該工程的統計數據,鋼結構框架主體結構為400/m2,占總成本的1/3,鋼結構住宅內外墻板和樓板構件成本較高,該工程外墻板成本為280300/m2,普通外墻砌塊成本僅為85/m2,內墻板成本也比普通結構高60%左右,且目前國內的外墻板還存在一些技術問題。如何降低鋼結構住宅的造價是促進鋼結構住宅發展的關鍵問題。

          設計標準和規范不完善制約中國鋼結構行業發展

          由于國內建筑鋼結構的發展和冷彎型鋼在鋼結構建筑業中的應用處于起步階段,原有的一些標準和技術規范針對性不強,已不完全適應現在鋼結構行業發展的需要。雖然中國鋼結構協會正組織制訂完善一些標準,上海市等也已經出臺了一些地方性技術規程和法規。但是,鋼結構(包括冷彎型鋼)的設計標準和規范很不完善,影響了中國鋼結構行業發展,從而制約了冷彎型鋼尤其是冷彎方矩形管在建筑鋼結構的推廣和應用。

          品種規格不配套、產銷脫節制約了冷彎型鋼產品在鋼結構中應用和推廣

          目前我國建筑結構用冷彎方矩形管產量在冷彎型鋼總產量中所占比例很低。我國目前生產的冷彎焊管主要是用在油氣運輸和低壓流體運輸領域,冷彎型材產品也基本不應用在建筑鋼結構行業,據調查冷彎型鋼產品在建筑鋼結構中應用不到冷彎型鋼總量的20%,品種規格也很少。目前,我國主要生產結構用冷彎方矩形管的廠家不多,江蘇無錫玉龍鋼管公司有一條年產10萬噸的400×400×610mm的冷彎方矩形管生產線,2002年又新建了一條設計年產量4萬噸的250×250×610mm的冷彎方矩形管生產線,玉龍鋼管公司冷彎方矩形管產品規格從100×100mm400×400mm;上海寶鋼鋼鐵工藝研究所建設的一條年產25萬噸的200×200450×450mm方管、矩形管最大邊長500mm最小邊長200mm的排輥成型高頻焊接結構冷彎方矩形管生產線已于2004年投產;山東泰安山口建設的一條年產20萬噸的200×200400×400mm方管、矩形管最大邊長450mm最小邊長200mm的輥彎成型高頻焊接結構冷彎方矩形管生產線也于2004年投產;上海中油天寶和浙江湖州建設的∮630mm API管生產線也可生產一定比例的結構冷彎方矩形管產品。另外上海藝佳方圓和漢口軋鋼廠也生產少量的冷彎結構焊管。建筑鋼結構用開口冷彎型鋼在我國幾乎沒有一定規模的生產廠家。我國目前建筑結構用冷彎型鋼的生產沒有形成一定的產量和規模,市場需求量很大的400×400mm以上的大規格冷彎方矩形管產量很低,鋼結構工程中需要的冷彎方矩形管規格不能配套,只有用熱軋H型鋼和焊接鋼板來取代。另外,我國現有的冷彎方矩形管生產線工藝和設備總體比較落后,產品質量處于較低檔次,存在如端口平直度不合標準要求、焊縫質量不好等問題。要促進冷彎型鋼(特別是冷彎方矩形管)在建筑鋼結構中的應用,擴大我國建筑結構用冷彎型鋼生產規模,提升產品質量檔次,也是迫在眉睫的事情。

          鋼結構民用住宅市場開發有一定的時間性,開發時間的長短決定于我國的經濟發展的速度;冷彎型鋼民用住宅所需的產品標準、設計規范的制定和頒布;鋼結構住宅建設的成本與售價;民眾對鋼結構住宅的認識和認可;以及我國建筑鋼結構用冷彎型鋼產品生產規模、品種規格和技術水平等等,這些都影響冷彎型鋼產品在鋼結構中的應用。

          冷彎型鋼在我國建筑鋼結構中應用前景展望

          冷彎型鋼作為一種經濟的截面輕型薄壁鋼材,具有重輕、強度高等優點,是國家大力推廣應用的高效經濟的新型材料。國外研究表明,冷彎方矩形管(簡稱HSS)在建筑以及其它用途上的主要優點如下:

         ?。?/span>1)強度——HSS具有很高的強度重量比、優越的抗壓特點以及扭轉阻力。

         ?。?/span>2)外觀——露天應用時,圓形、方形和矩形的HSS已經成為房屋以及其它建筑設計的可視部分。

         ?。?/span>3)統一性——HSS有統一的規格、外形、強度以及公差,其用途非常廣泛。

         ?。?/span>4)構造簡單——HSS易彎曲、成型、穿孔、扭曲或鉆孔。由于改良的新技術的應用,HSS使用起來方便快捷。

         ?。?/span>5)成本效率——由于HSS有著優異的強度重量比,可以大幅度的減少重量、降低成本。重量的減少也就意味著可以節約在構造、建筑材料以及運費上的成本。

         ?。?/span>6)耐久、堅固——HSS可以防火、抗腐、防霉、抗白蟻、蚍蜉。

          近年來,隨著我國經濟建設的高速發展,冷彎型鋼產品會逐漸被市場所接受。冷彎方矩形管作立柱、H型鋼作房梁其良好的抗震性能和經濟優勢會逐漸被認識和重視,其在工民建筑中市場的發展潛力很大。國內很多廠家也看好結構冷彎方矩形管和其它建筑結構用開口冷彎型鋼產品的市場前景,新的生產線正在建設。發達國家的今天就是我們的明天,和熱軋H型鋼產品一樣,冷彎型鋼產品在建筑鋼結構中的應用前景非常廣闊。

          冷彎結構焊管生產技術特點簡介

          冷彎方矩形焊管的基本生產工藝

          在目前冷彎方矩形焊管生產線中,極具代表性的生產工藝如下:

          熱軋板卷→開卷機→矯直機→切頭尾機→頭尾對焊機→螺旋活套器→預成型機組→成型機組→高頻焊接機→去毛刺機→空冷段→→水冷段→定徑機→銑切鋸→橫移落垛→打包→入庫堆放。

          冷彎方矩形焊管生產主要技術特點

          冷彎方矩形焊管生產關鍵技術主要包括:成型技術、高頻焊接技術、切割技術和快速換輥技術,這些技術直接影響所生產的冷彎方矩形焊管產品質量和生產效率。

          1成型技術

          從冷彎型鋼生產工藝技術看,國外生產的方矩形管基本上都采用圓變方工藝。早先的生產是先冷彎成圓,再將圓管加熱到正火溫度后,在定徑工序變形成方矩形管,這種工藝的優點是成品鋼管殘余應力小、角部圓弧半徑小,但能耗高、成本高、表面質量欠佳,目前只有英國還在生產?,F在國外基本上都是采用冷態的圓變方工藝,與國內較普遍采用的輥彎直接成方工藝相比,冷態圓變方的優點是產品尺寸精度高、焊縫質量好、角部尖而且形狀規矩,缺點是建設投資大、角部加工硬化較重。

          圓變方工藝和直接成方工藝,在成形方式又分輥彎成型和排輥成型,它們的主要區別是在預成型階段,后面的生產工藝差別不大。輥彎成型是傳統的成型工藝,它通過在預成型階段在軋輥上進行一系列的配套輥型設計進行冷彎成型,然后在定徑。排輥成型是一位華裔美籍工藝設計師發明的一種先進的冷彎方矩形焊管成型技術,簡稱龍式成型,為美國Yoder公司的專利技術,現在世界上冷彎方矩形焊管主要工藝設計和生產機組制造商,在新建的生產線中都采用這種成型技術。它在生產線中先通過23個機架的初步輥彎預成型后,采用一定數量的小軋輥,采用分段式軋輥設計進行排輥成型,減少速度差,使得軋輥的磨損減小,功率損失降低,產品擦傷減小。排輥成型機設備的最大特點是改變規格不用更換或重組軋輥,通過簡單的調整就可以改變產品規格,節省了大量的換輥時間。調試靈活,有利于成品率提高,調試時間也大大縮短;不用更換模具就可以由生產方、矩管等閉口型鋼,轉為生產C鋼、槽鋼等開口型鋼。在生產厚的重型型鋼時,更能體現出明顯的優勢。設備生產的產品成本將是最低,生產批量也沒有限制,利用生產效率的提高。

          2高頻焊接技術

          高頻焊接按與管材的接觸與否,分為感應焊和接觸焊。接觸焊與感應焊相比效率高可提高50%,但需經常更換觸頭,要求管材成型好,否則易打火花,焊縫處易出現劃痕,尤其不利的是,在焊縫處會有銅殘余,時間長了以后焊管容易出現腐蝕。感應焊焊縫質量好,但同樣規格的焊管所需的焊機功率大近一倍。設備投資高50%55%。

          高頻焊機按類型分為真空管式和固態式(晶體管)兩種,固態式同真空管式相比尺寸小,效率高(高15%),但可靠性、可維護性不如真空管式,此外與真空管相比價格也高15%。新建的大規格冷彎方矩形管生產線基本采用固態高頻焊機?,F在的固態高頻焊機技術發展很快,如著名的EFD高頻焊機,具有如下最新技術特點:

          EFD高頻焊機采用了新型獨特的WELDAC G2型電子匹配系統,使其能量的轉化率高達85%87%,由于采用了二極管整流技術,其功率因素可恒定為095,無須進行功率因素的補償。頻率范圍:50500kMz。其采用獨立的變頻模塊設計,整流器與變頻器之間用較長的電纜連接,可對不同的負載進行連續匹配,具有高效、節能,低運行成本的顯著特點。寶鋼鋼鐵工藝研究所新建的200mm×200mm450mm×450mm/500mm×200mm方矩形管生產線就選用了EFD高頻感應(最大感應焊功率700kW)和接觸焊雙功能焊機。

          3焊管切割技術

          冷彎焊管在定徑后需要按照定尺長度的要求進行切割,傳統的切割是用圓盤鋸,圓盤鋸切割生產成本較低,生產效率高,但圓盤鋸切割后焊管端面毛刺多,剪切變形大,用戶施工使用時兩個焊管之間銜接不好,產品難以滿足歐美以及日本標準對產品質量的要求。二十世紀八十年代以后,冷彎焊管設備制造商在新建的冷彎焊管生產線中采用同步仿型飛鋸(相當于仿形銑),使用兩把鋸片同時對鋼管進行定尺鋸切,每個鋸片運行的軌跡正好切掉一半管材的切口,改變品種時鋸片運行的軌跡可按管材的截面形狀自動調整。這種仿形銑切鋸口光潔平整無毛刺,銑削時噪聲很小,定尺精度也很高,據介紹:鋸切18m定尺的鋼管,長度公差可以達到±25mm。但仿形銑鋸投資高,生產時每34小時就要換一次刀片,刀片修磨三次就要報廢,生產成本高。

          冷彎焊管生產廠家需要根據不同的產品定位和用戶要求選擇鋸切設備。

          4快速換輥技術

          傳統的焊管生產線進行一次整條線的大換輥,一般需812小時,應用戶的要求和競爭的需要,著名的冷彎焊管生產商SMS公司和美國的Abbey公司相繼開發了快速換輥技術,采用快速換輥系統,通過換輥小車90分鐘即可完成更換品種所需的軋輥更換,大大降低了生產準備時間,從而大幅度地提高了生產線的設計能力。同時通過計算機的應用,使輥位調節帶有記憶,改變產品時可快速自動地調整輥位,減少了人工調整輥位的時間和誤差,提高了產品的精度。

          除以上典型冷彎焊管生產技術特點外,在新建的冷彎型鋼生產線中有的成型機架采用URD—等剛度成型和焊接機架,機架在水平、垂直方向上可以同時承受相近的軋制力,剛度相等,生產的產品精度更高,換輥時該機架輥系可快速的水平移出;有的生產線還采用了一種新的內毛刺去除裝置,這種內毛刺去除裝置的特點是去毛刺的同時還可將毛刺碎斷,從而保護定尺銑切鋸的鋸片。通過去除毛刺后的焊縫處內表面高度公差可達±02mm精度。

          5我國冷彎方矩形管生產線應用的生產技術

          我國目前生產冷彎方矩形管的廠家,應用的主要是我國自行開發的生產技術。無錫玉龍鋼管廠有兩條方矩形管生產線,一條為400mm×400mm方矩形管生產線,為老式的直接成方輥式壓延連續機組,焊管鋸切采用圓盤踞,生產的產品存在剪切斷面不齊、焊縫質量差等質量問題,產品不能滿足美標、日標等先進冷彎方矩形管產品標準的要求;另外一條為250mm×250mm×8mmmax)方矩管排輥生產線,這條生產線成型采用CFSR排輥成型生產技術,改變產品規格時,不用更換軋輥,生產效率較高,但焊管鋸切也采用圓盤踞,焊管端口質量仍然不好。上海方園藝佳型鋼有限公司是250mm×250mm×8mmmax)方矩管排輥生產線。寶鋼鋼鐵工藝研究所200mm×200mm450mm×450mm/500mm×200mm方矩形管生產線,采用的是大連富地公司CFSR方、矩、圓管排輥成型技術,生產線速度1030m/min,壁厚410mm1530m/min,壁厚1019mm1015m/min,產品規格為200×200450×450方管,矩形管最大邊長500mm,最小邊長200mm,矩形管最大寬高比為21,厚度419mm,最大厚邊比為:115150(壁厚與方矩型管小邊邊長之比),定尺長度616m。

        信息來源: 冷彎生產線

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