第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在各種截面形式的型鋼中，空心管截面構(gòu)件具有多方面的優(yōu)良特性，在國(guó)內(nèi)的工業(yè)與民用建筑中愈來(lái)愈廣泛?？招墓馨▓A管、方形管、矩形管以及其它異形管，歐洲稱之為SHS(Structural Hallow Section)，北美則用HSS表示空心管。在我國(guó)的工程界中，常將方形管矩形管俗稱為“方通”。與傳統(tǒng)的角鋼、槽鋼和工字鋼相比，管形構(gòu)件具有如下特點(diǎn)：①管形構(gòu)件外表美觀，容易取得良好的美學(xué)效果，取得建筑師、業(yè)主和社會(huì)的認(rèn)同。②管形構(gòu)件具有較大的平面外剛度。在框架結(jié)構(gòu)中，無(wú)須再組合便可直接取得幾乎相等的平面內(nèi)、平面外剛度，減少了加工廠的工作量，在建筑物中占據(jù)較小的空間。③基于截面的對(duì)稱性，管形構(gòu)件在不同方向都具有較大的回轉(zhuǎn)半徑，保證了構(gòu)件具有良好的穩(wěn)定性。④構(gòu)件截面的封閉形狀，外表面積僅為相類似工字鋼截面的2／3，減少了防火和防腐的外表面積。在當(dāng)今防火防腐要求日益提高的情況，外表面積的減少對(duì)工程造價(jià)的影響不可忽略。在清潔要求較高的場(chǎng)合，如化工和食品加工的設(shè)備，空心管更易于除塵，而且沒(méi)有突緣、連接部件與及其它容易積塵的地方。⑤管形構(gòu)件的連接可以直接焊接而不需要采用連接板，簡(jiǎn)化工作量降低工程量，外露結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔美觀。這一特性對(duì)于民用建筑尤為重要。

目前，在我國(guó)鋼結(jié)構(gòu) 行業(yè) ，使用圓管比較多，技術(shù)比較成熟，也有相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和多本應(yīng)用技術(shù)規(guī)程。在使用圓管時(shí)，一些建筑物的重要部件一般要求采用無(wú)縫管，但一方面由于無(wú)縫管價(jià)格昂貴，另一方面由于焊管的直徑可以做得較大，管壁也可滿足設(shè)計(jì)要求，大部分建筑構(gòu)件仍采用焊管。如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一部分使用焊管，一部分使用無(wú)縫管。目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的方矩管產(chǎn)品較少，特別是作為高層或大跨度建筑的柱子，壁厚仍達(dá)不到使用要求，即便是寶鋼鋼鐵工藝 研究 所生產(chǎn)的方矩管500mmx500mm，壁厚也只能達(dá)到19mm，因而廣州新白云機(jī)場(chǎng)的候機(jī)樓仍采用進(jìn)口的方坯管。我國(guó)在建筑上應(yīng)用較多的仍是箱形梁，其由四塊厚板焊接制成，壁厚要求也較高，如通常要求壁厚要達(dá)到20mm-60mm，甚至80mm、100mm等。2008年奧運(yùn)會(huì)的主場(chǎng)館“鳥(niǎo)巢”的箱形梁、柱，厚度一般都為50mm、60mm或80mm，甚至超過(guò)100mm。如果一部分能用方矩管代替，將帶來(lái)顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。國(guó)外一些生產(chǎn)企業(yè)由于采用特殊的生產(chǎn)工藝，已能夠生產(chǎn)大壁厚的方矩管，這種方矩管與箱形梁相比，可以大大減少焊接工作量，還能減少因焊接帶來(lái)的環(huán)境污染，同時(shí)鋼材如抗銹等性能也更有優(yōu)勢(shì)，表面也更為美觀。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程

1、冷彎方矩形焊管的基本生產(chǎn)工藝

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

熱軋板卷→開(kāi)卷機(jī)→矯直機(jī)→切頭尾機(jī)→頭尾對(duì)焊機(jī)→螺旋活套器→預(yù)成型機(jī)組→成型機(jī)組→高頻焊接機(jī)→去毛刺機(jī)→空冷段→→水冷段→定徑機(jī)→銑切鋸→橫移落垛→打包→入庫(kù)堆放。

2、冷彎方矩形焊管生產(chǎn)主要技術(shù)特點(diǎn)

冷彎方矩形焊管生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)主要包括：成型技術(shù)、高頻焊接技術(shù)、切割技術(shù)和快速換輥技術(shù)，這些技術(shù)直接影響所生產(chǎn)的冷彎方矩形焊管產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1）成型技術(shù)

從冷彎型鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)看，國(guó)外生產(chǎn)的方矩形管基本上都采用圓變方工藝。早先的生產(chǎn)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(yōu)點(diǎn)是成品鋼管殘余應(yīng)力小、角部圓弧半徑小，但能耗高、成本高、表面質(zhì)量欠佳，目前只有英國(guó)還在生產(chǎn)?，F(xiàn)在國(guó)外基本上都是采用冷態(tài)的圓變方工藝，與國(guó)內(nèi)較普遍采用的輥彎直接成方工藝相比，冷態(tài)圓變方的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品尺寸精度高、焊縫質(zhì)量好、角部尖而且形狀規(guī)矩，缺點(diǎn)是建設(shè)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(qū)別是在預(yù)成型階段，后面的生產(chǎn)工藝差別不大。輥彎成型是傳統(tǒng)的成型工藝，它通過(guò)在預(yù)成型階段在軋輥上進(jìn)行一系列的配套輥型設(shè)計(jì)進(jìn)行冷彎成型，然后在定徑。排輥成型是一位華裔美籍工藝設(shè)計(jì)師發(fā)明的一種先進(jìn)的冷彎方矩形焊管成型技術(shù)，簡(jiǎn)稱龍式成型，為美國(guó)yoder公司的專利技術(shù)，現(xiàn)在世界上冷彎方矩形焊管主要工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)機(jī)組制造商，在新建的生產(chǎn)線中都采用這種成型技術(shù)。它在生產(chǎn)線中先通過(guò)2～3個(gè)機(jī)架的初步輥彎預(yù)成型后，采用一定數(shù)量的小軋輥，采用分段式軋輥設(shè)計(jì)進(jìn)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(chǎn)品擦傷減小。排輥成型機(jī)設(shè)備的最大特點(diǎn)是改變規(guī)格不用更換或重組軋輥，通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)整就可以改變產(chǎn)品規(guī)格，節(jié)省了大量的換輥時(shí)間。調(diào)試靈活，有利于成品率提高，調(diào)試時(shí)間也大大縮短；不用更換模具就可以由生產(chǎn)方、矩管等閉口型鋼，轉(zhuǎn)為生產(chǎn)ｃ鋼、槽鋼等開(kāi)口型鋼。在生產(chǎn)厚的重型型鋼時(shí)，更能體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品成本將是最低，生產(chǎn)批量也沒(méi)有限制，利用生產(chǎn)效率的提高。

2）高頻焊接技術(shù)

高頻焊接按與管材的接觸與否，分為感應(yīng)焊和接觸焊。接觸焊與感應(yīng)焊相比效率高可提高50%，但需經(jīng)常更換觸頭，要求管材成型好，否則易打火花，焊縫處易出現(xiàn)劃痕，尤其不利的是，在焊縫處會(huì)有銅殘余，時(shí)間長(zhǎng)了以后焊管容易出現(xiàn)腐蝕。感應(yīng)焊焊縫質(zhì)量好，但同樣規(guī)格的焊管所需的焊機(jī)功率大近一倍。設(shè)備投資高50%～55%。

高頻焊機(jī)按類型分為真空管式和固態(tài)式(晶體管)兩種，固態(tài)式同真空管式相比尺寸小，效率高（高15%），但可靠性、可維護(hù)性不如真空管式，此外與真空管相比價(jià)格也高15%。新建的大規(guī)格冷彎方矩形管生產(chǎn)線基本采用固態(tài)高頻焊機(jī)?，F(xiàn)在的固態(tài)高頻焊機(jī)技術(shù)發(fā)展很快，如著名的efd高頻焊機(jī)，具有如下最新技術(shù)特點(diǎn)：

efd高頻焊機(jī)采用了新型獨(dú)特的weldac g2型電子匹配系統(tǒng)，使其能量的轉(zhuǎn)化率高達(dá)85%～87%，由于采用了二極管整流技術(shù)，其功率因素可恒定為0.95，無(wú)須進(jìn)行功率因素的補(bǔ)償。頻率范圍:50～500kmz。其采用獨(dú)立的變頻模塊設(shè)計(jì)，整流器與變頻器之間用較長(zhǎng)的電纜連接，可對(duì)不同的負(fù)載進(jìn)行連續(xù)匹配，具有高效、節(jié)能，低運(yùn)行成本的顯著特點(diǎn)。寶鋼鋼鐵工藝 研究 所新建的200mm×200mm～450mm×450mm/500mm×200mm方矩形管生產(chǎn)線就選用了efd高頻感應(yīng)（最大感應(yīng)焊功率700kw）和接觸焊雙功能焊機(jī)。

3）焊管切割技術(shù)

冷彎焊管在定徑后需要按照定尺長(zhǎng)度的要求進(jìn)行切割，傳統(tǒng)的切割是用圓盤鋸，圓盤鋸切割生產(chǎn)成本較低，生產(chǎn)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(shí)兩個(gè)焊管之間銜接不好，產(chǎn)品難以滿足歐美以及日本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求。二十世紀(jì)八十年代以后，冷彎焊管設(shè)備制造商在新建的冷彎焊管生產(chǎn)線中采用同步仿型飛鋸(相當(dāng)于仿形銑)，使用兩把鋸片同時(shí)對(duì)鋼管進(jìn)行定尺鋸切，每個(gè)鋸片運(yùn)行的軌跡正好切掉一半管材的切口，改變品種時(shí)鋸片運(yùn)行的軌跡可按管材的截面形狀自動(dòng)調(diào)整。這種仿形銑切鋸口光潔平整無(wú)毛刺，銑削時(shí)噪聲很小，定尺精度也很高，據(jù)介紹：鋸切18m定尺的鋼管，長(zhǎng)度公差可以達(dá)到±2.5mm。但仿形銑鋸?fù)顿Y高，生產(chǎn)時(shí)每3～4小時(shí)就要換一次刀片，刀片修磨三次就要報(bào)廢，生產(chǎn)成本高。

冷彎焊管生產(chǎn)廠家需要根據(jù)不同的產(chǎn)品定位和用戶要求選擇鋸切設(shè)備。

4）快速換輥技術(shù)

傳統(tǒng)的焊管生產(chǎn)線進(jìn)行一次整條線的大換輥，一般需8～12小時(shí)，應(yīng)用戶的要求和競(jìng)爭(zhēng)的需要，著名的冷彎焊管生產(chǎn)商相繼開(kāi)發(fā)了快速換輥技術(shù)，采用快速換輥系統(tǒng)，通過(guò)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(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，從而大幅度地提高了生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)能力。同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使輥位調(diào)節(jié)帶有記憶，改變產(chǎn)品時(shí)可快速自動(dòng)地調(diào)整輥位，減少了人工調(diào)整輥位的時(shí)間和誤差，提高了產(chǎn)品的精度。

除以上典型冷彎焊管生產(chǎn)技術(shù)特點(diǎn)外，在新建的冷彎型鋼生產(chǎn)線中有的成型機(jī)架采用urd—等剛度成型和焊接機(jī)架，機(jī)架在水平、垂直方向上可以同時(shí)承受相近的軋制力，剛度相等，生產(chǎn)的產(chǎn)品精度更高，換輥時(shí)該機(jī)架輥系可快速的水平移出；有的生產(chǎn)線還采用了一種新的內(nèi)毛刺去除裝置，這種內(nèi)毛刺去除裝置的特點(diǎn)是去毛刺的同時(shí)還可將毛刺碎斷，從而保護(hù)定尺銑切鋸的鋸片。通過(guò)去除毛刺后的焊縫處內(nèi)表面高度公差可達(dá)±0.2mm精度。

第三節(jié) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 分析

目前國(guó)外新的方矩管技術(shù)的發(fā)展將趨于高精、高效、柔性及自動(dòng)化方向。

1、開(kāi)展實(shí)用的、低成本、高效率的制造技術(shù) 研究 。當(dāng)前的方矩管制造或多或少的都存在著制造成本高、效率低、裝置復(fù)雜、操作不易掌握等局限性，所以開(kāi)發(fā)低成本、高效率、適應(yīng)性廣、工業(yè)化應(yīng)用程度高的方矩管技術(shù)已成當(dāng)務(wù)之急。

2、開(kāi)發(fā)方矩管的在線檢測(cè)、監(jiān)控、故障自診斷技術(shù)。利用聲信號(hào)來(lái)判斷工況，對(duì)方矩管質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行控制，開(kāi)發(fā)檢測(cè)、處理、質(zhì)量評(píng)估、控制一體化的制造系統(tǒng)。

3、應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)方矩管的智能化制造。模糊數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、以范例和模型為基礎(chǔ)的決策系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等理論與技術(shù)的發(fā)展及其在制造業(yè)中的成功應(yīng)用，為方矩管技術(shù)的智能化提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

4、開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)程操作、管理、臨控與診斷。
 

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