摘 要:圆钢管由于众多的优异性能,在国内外各类钢结构工程中得到了广泛的应用。但由于转运过程保护不当或者堆放时不注意,容易出现局部变形的情况。针对圆钢管局部变形,作者在本文中提出课题:目前在还未有系统的方法解决圆钢管局部变形的情况下,运用更换变形局部变形表面的方法对圆钢管进行修复,使圆钢管的外观回复圆整,各项性能不受影响。
关键词:圆钢管;变形;修复方案
圆钢管由于抗压强度、抗剪强度、抗推强度等的优异性能,已在国内外各类钢结构工程中得到了广泛的应用。在建筑中用于桁架结构的拉杆,满足了结构的受力性能,同时也美化了环境,较为典型的有澳大利亚大型露天体育馆,法国卡巴里奥收费站,德国慕尼黑机场等。在港口机械中也是常见的,如桥吊中的梯形架,后撑杆,轨道吊中门框斜撑 等数不胜数。但此类壁厚较薄,直径较大的圆钢管,因存放不当,或者转运过程中保护不到位,圆钢管表面容易出现变形。目前钢结构行业中针对圆钢管变形未有系统的修复方案,也使得技术人员在类似问题出现时无从下手。
1圆钢管的简介
圆钢管是指两端开口并具有中空同心圆断面,其长度与周边之比较大的钢材。其规格外形尺寸(如外径或者边长)和内径及壁厚表示,其尺寸范围很广,从直径很小的毛细管到直径达数米的大圆钢管。它们可以运用于管道、热工设备、机械工业、石油地质钻探、容器、化学工业以及特殊用途等。根据不同的用途,也可分成无缝圆钢管和焊接圆钢管。
无缝钢管制造工艺为:管坯—检验—剥皮—检验—加热—穿孔—酸洗—修磨—润滑风干—焊头—冷拔—固溶处理—酸洗—酸洗钝化—检验。焊接钢管制造工艺为:带钢—检验—剪切—定尺—定性—焊接—磨平(无缝化)—定尺—检验。
圆管最具有代表材质如下,无缝钢管材质有:10#、20#、35#、45#、16Mn、27simn、20G、40Cr、等。焊接钢管材质Q195A、Q215A、Q235A、Q345等。
2 圆钢管的变形的形式
圆钢管在受外力作用而产生体积或者形状的改变,如弯管接头、S型加热管等适用于工程中的各个领域,满足工程上的需求。但此处所分析的变形形式是焊接管在受到外力作用下,或挤压或拉伸或冲击而产生的不必要的塑性变形。图1为圆钢管在表面处理结束后,在转运过程中受外力冲击而产生的局部变形。图2为项目总装时,吊装冲击引起圆管表面较大的变形。
3 简单修复法
根据圆钢管直径的大小可有不同的修复方案,圆钢管直径较大,人可进入操作的,则在撑杆内部利用千斤顶进行机械校正,缓慢将内凹处顶起,将圆管顶圆整,禁止火工校正。作业时需注意在撑杆内部做好安全防坠措施及照明。
4圆钢管特殊变形后的修复
圆钢管直径较小,人无法进入操作,则需在圆钢管外部修复。案例如下:
4.1圆钢管特殊变形分析
在项目吊装过程中,一侧后撑杆管壁内凹,内凹区域面积在φ300mm范围内。分析:岸桥后撑杆是连接梯形架和后大梁的重要构件,受力极其重要。此项目中后撑杆的直径为φ914mm,壁厚为14mm,长达25537mm,后撑杆两端节点板已安装到位,工人无法进入管内修复。因内凹区域范围较小,从圆钢管的仅受拉力、仅受剪力、仅受压力、钢管受弯、钢管受扭的方面分析,运用ANSYS进行有限元计算后,更换局部内凹管壁φ300mm的范围不影响管件的使用。后撑杆材质为ST52-3,根据ST52-3的 化学成分(表1)及机械性能(表2)可以确定修复时所采用的焊接方法为钨极氩弧焊打底,再用药皮焊条手工电弧焊。
表1结构钢焊接管的化学成份
4.2修复时具体步骤
具体修补方案如下:用石笔在拉杆管壁上划出需要更换的区域φ300mm的相贯线,利用焊枪仔细切割、去除更换区域,并开好坡口。采用同等材质,型号的钢管φ914mmx14mm,ST52-3的圆钢管下料,要求下料外形尺寸与需更换的外形尺寸一致,也可利用原材料剩余的钢管划线修割下料,并在其一周按图四中修割打磨对接处坡口,待调整好需要更换区域的装配间隙后,利用临时卡码点焊固定装焊位置。采用钨极氩弧焊打底,因修复烧焊的路径为封闭的相贯线,烧焊后的应力则无法释放。为方便应力释放,将需烧焊的相贯线分成四分,按顺时针方向先烧焊0-90度相贯线,再烧焊对角的180-270度,随后烧焊90-180度,最后烧焊剩余的四分之一。氩弧焊打底后做100%MT,待达到要求后再进行表面手工焊,手工烧焊顺序亦按氩弧焊打底时顺序一致。烧焊结束后,后撑杆表面需打磨平整,再做100%UT以及100%MT,将卡码去除,去除时不得伤及管子母材,施焊位置及切割位置打磨平整,且保证与周边母材平齐,不得有明显痕迹,最后补图产品油漆。
根据以上修复方案,制定WPS焊接工艺规程。
表2结构钢焊接管的机械性能
4.3修复现场
按照焊接工艺规程以及工艺修补方案,进行以下步骤:用石笔划出内凹处—切割去除更换区域,并开好坡口——下料、修割打磨对接处坡口—点焊好卡码—调整好更换区域装配间隙—靠尺检验—钨极氩弧焊打底—做100%MT—手工焊—焊后打磨平面—做100%UT及100%MT—去除卡码—打磨修补表面—补图产品油漆。更换后的后撑杆满足使用要求,表面无明显变形。
5表面较大变形修复
另有项目总装后,造成后撑杆大面积变形,前两种方案都不满足要求。只可采用在圆管外侧包上外衣。具体案例如下:
5.1圆钢管大面积变形分析
在项目总装过程中,后撑杆管壁受到挤压变形,面积较大,长度达到2m,内凹区域为不规则变形(图2)。分析:后撑杆直径为φ1000mm,壁厚为14mm,长达35473mm,项目已总装完毕。材质为Q345B,根据Q345B的 化学成分及机械性能可以确定修复时使用气体保护焊,可参考表1及表2分析其化学成分及机械性能。
5.2大面积变形修复步骤
先将撑杆需要修复处做表面打磨,清除油漆(图2)。用相同直径,板厚为10mm长2米的两片半圆环包板,并在包板需对接的两条直缝处开60°坡口,留根0-1mm,两包板对接之间留6mm间隙,环包于圆管需修复表面,两包板对接缝避开圆管变形处。利用卡码、螺栓、手拉葫芦以及抱箍将包板紧密贴合于圆管。在包板两端,圆管环型装焊带有螺母的卡码,拧上螺栓固定包板两端。将包板固定符合要求后,将两片包板对接焊缝采用衬垫焊,利用气体保护焊由包板下端部往上对接成整圆,包板两端与撑杆烧焊时,采用环形角焊缝利用气体保护焊将包板与圆管烧焊成一体。再割除卡码、吊耳等辅助件,切割处需打磨光滑,不得有明显痕迹,最后补涂产品油漆。
6结语
以上三种修补方案解决了多个桥吊项目中撑杆的内凹变形,目前已推广到各个符合条件的圆钢管的修复上,避免了因局部变形而报废圆钢管的事例,为企业节约大量的材料。但此类修复方案只是变形后期的挽救措施,为了避免圆钢管的变形,必须在各道工序对其做好保护,堆放在场地上需要用枕木垫实,长度较长的圆钢管还需垫多档枕木。在转运过程中,避免圆钢管受到不必要的冲击,发生变形情况。
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