钢管加工工艺

2）定位焊采用手工电弧焊，使用焊条E5015、φ3.2mm。定位焊长度
10~30mm，高度4~6mm，间距100~300mm。
3）拼装允许偏差如下：
2、焊接纵缝：焊缝质量等级为一级。焊接使用的焊剂和焊条必须经严 格烘干，施工现场中焊条放在保温桶内随用随取（下同）。 1）焊前组装引、熄弧板。焊接过程中，每条焊缝应一次焊完；多层焊 的层间接头应错开，收弧时应将弧坑填满。焊后及时清理有碍于无损检 测的药皮及飞溅物等。
2、单管单元的组装：单管单元由6~7个筒节焊接组成。它的拼装应在 平台（并配合支座）上进行。组装时，相邻筒节的纵焊缝错开150mm。每 个单管单元分成三次组焊，即把一个单元先分成两段组焊，一段三个筒 节、一段四个筒节（或三个筒节），然后再将两段焊成一个单元。每段单 元管的组装控制尺寸，主要是控制单元管下缘的长度和各接口的矢高hi， 考虑到焊接收缩及试拼预留量，长度公差控制在+3~+5mm之内，找圆后加 以支撑固定。筒体上胎后每个筒体下设2个支架，支撑架下安放一个经找 水平的平台，各支撑架的高度必须相等（见图），将每个筒节上预先找好 的4条中心线对正，端口对齐，同时还应保证相邻筒节的纵焊缝相互错开 150mm；初步测量L和hi值，不符合要求时要进行修整接口的错台 ≤1.0mm；尺寸符合要求后，在接口外侧安装夹具进行固定。用水平仪测量 端头两个筒节的水平度，应控制在2mm以内，超出要求时应进行调整以消 除因筒节直径误差造成的影响，保证整桥拱管组装后顺直。水平度调整好 后再次测量调整L和hi值达到图纸要求后，进行定位焊。定位焊长 10~20mm，间距100~150mm。
我们通过分析，找到了管与管对接的相贯线数学公式： L={R+r×{sin(α)+1}×cos(β×π/180)-{Rr×cos(a)}1/2/sin(β×π/180)} 其中： L —素线长度
R —被贯管直径 r —管直径 β —两管相贯时倾角 α —等分度数 但如用手工展开放样，皮厚处理方法非常复杂，也很难理解，我们
2）施焊方法：先焊筒体内侧的坡口焊缝——采用手工焊（封底用 φ3.2mm焊条）。背面清根合格后，进行埋弧自动焊或半自动焊，使用 H10Mn2+SJ101、焊丝直径φ4.8mm。 3、焊后检查：1）一级质量焊缝外观检查：一级焊缝不得有咬边、未焊 满、根部收缩、表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷。
（图三 拱肋钢管对接示意图） 加工此管通常采用两种办法：一是采用板卷制成直管，并留足二 次去头量，待管的纵缝焊接完成后，在平台上划出相贯线，再用专门的 转胎切割设备切割相贯线；另一种方法为管卷制完成后用专用相贯线切 割机切割相贯线。 在以往钢管拱肋相贯线制作中，每个管节均需两头切割相贯线。 在制造江湾大桥钢拱肋时，根据管与管对接放样，单号管节采用斜头， 双号管节采用直头，在保证单号管节管径φ700的情况下，双号管节的管 径为φ700 +0.1~+0.3 ，完全满足公差要求。在发现这个规律后，管的相 贯线切割就比以前减少一半，只制作单号管节相贯线，双号管节全做成 直头，即双号管节不进行相贯线处理，用普通的半自动切割机或裁条机 就可进行加工。
单管单元制作允许偏差
检查项目
允许偏差mm
内弧偏离设计源自文库线
1.0
每段拱肋内弧长
0~+3
轴线横向偏位
L/6000
拱肋接缝错台
0.2壁厚
压头前，先在有大坡口的一面弹出2~3条直线，以便于对线.
2、滚圆：采用四辊卷扳机
滚圆前，操作着应按照设备使用说明书调整好间隙，保证钢管直
径；进料时，应尽钢板边与滚子轴线平行，以减少纵向错边量。
（七）、拼、焊筒节纵缝
1、拼装
1）定位焊前清理坡口内外侧焊道及其30~50mm范围内的油、锈、毛刺
等污物，坡口表面不得有裂纹、夹层等缺陷。
内用普通切割设备切割管相贯线的难题。下面将就拱肋管与管 （φ700*14与φ700*14）、拱肋腹杆与主拱肋弦管（φ351*10与 φ700*14）、风撑弦杆与主拱肋管（φ426*14与φ700*14）的相贯线处理 方法作出详细说明。
..1、 管与管（φ700*14与φ700*14）相贯线处理： 江湾大桥主拱圈采用δ14板卷制为Φ700钢管，单节长度为 1000~1800mm。一跨536件，约重208吨。 钢管对接的示意图如下图三所示：
吉林江湾大桥钢管拱施工技术
1、 钢管拱制造工艺方案：
〈一〉原材料复验
本工程采用的所有主材和焊材的抽查及复验结果应符合相应国家标
准，并具有质量合格证明及试验报告单。
〈二〉钢材表面预处理
所有钢板使用前均应进行抛丸表面除锈，以便于下面的划线及焊接
等工序顺利进行。
〈三〉相贯线的计算绘图、划线、下料 1、关于相贯线的计算与大样绘图： 相贯线处理的理论推导及技术处理方案： 我们根据相贯线的数学关系，利用计算机放样，完好地解决了在厂
在制造江湾大桥钢拱肋时，我们充分利用了我厂切割板材的数控切 割机。首先是找出相贯线的数学关系式：
L=R×tgθ×(1-cosα) 其中：L—拱肋单管素线长度
R—管中径 θ—相贯角度 α—圆周等分角度
用计算机等分圆周36等分，即取α=10°，平滑连线。如下图四所示。 由于数控切割机无法切割三角函数曲线，只能切割圆弧或直线。为
（图七 腹杆相贯线展开图） 当α等于10°，即取36等分，当α取5°，即取72等分，轮廓误差 仅0.05mm，因此当α取10°，36等分已能满足要求。由于腹杆均为成品 管，不能采用切割板材的数控切割机下料，对于此部分，采取计算机 1：1出图，然后用0.5mm白铁皮作样板。切割此部分时，割嘴需垂直管 轴线，切割出的相贯线才能满足计算要求。 实践证明，此办法完全可行，并且间隙误差均能控制在0.5～ 1.5mm，完全满足焊接要求。相贯线切割机切割后拼装间隙一般在1.0mm 左右。 1.2.3、风撑弦杆(φ426*14)与主拱肋管(φ700*14)相贯线处理方法： 风撑包括一字撑和K形撑,其中K形撑中包含斜撑,为管桁架，其结构 复杂，弦杆(φ426*14)不仅与拱肋（φ700*14）相贯，部分还与腹杆 (φ351*10)相贯，而且偏心，其轴线不相交，用常规的数学处理方法则 有一定的难度。其结构示意图如下图八所示：
2、划线：钢管展开长度方向与钢板轧制方向一致。 2.1、上弦管、下弦管划线： a、下料长度：钢管φ700*14按中径φ686展开数值作为下料长度尺
寸；
b、划中心线、刨边线及其参考线等并做标识（在筒节外侧），按 图纸分为以下两种：
c、对编号个位数为奇数的筒节在下料后进行划线。 说明：划线时应标明大坡口在筒节内侧。
3、 单管单元的焊接：焊缝质量等级为一级。 环焊缝的焊接采用内（有坡口）侧手工焊；外侧采用碳弧气刨清根 后，埋弧自动焊焊接。进行内侧焊之前先检查各段及单元管的L、hi
值。当hi＜设计值时应先焊单元管的下缘。当hi＞设计值时应先焊单 元管的上缘。焊接时第一层采用跳焊（焊200mm断200mm）的方 法，要求采用φ3.2mm焊条小电流快速焊，沿圆周焊完后再进行其它 各层的焊接，仍先从下缘开始焊。
序号
项目
允许偏差mm
1
对接焊缝余高
0~+1.5
2
对接焊缝错边
≤1.0
2）无损检测：执行GB50205-2001和JB4730-94，符合一级焊缝质量检测 标准。
4、矫正：采用火焰矫正时，加热温度不超过900℃，且应自然冷却。 （八）、单管拱单元（哑铃单管拱）的组装 1、 运输单元构成及编号如下
本工程中共有两个拱肋，为便于制作，按两个拱肋的安装位置分为 上游（S）和下游（X）。而每个拱肋又由内（N）外（W）侧两个哑铃 形的单管拱组成。
格式如下：
序 号
大管 半径 （R）
小管 半径 （r）
小管 壁厚 （t）
相贯 角度 （B）
角度 （a）
弧长 （X）
外皮 (L1)
内皮 （L2）
MIN（L1， L2）
（X， L）
输入所需数据，下拉（X，L）列，然后复制此列。在AUTOCAD2000 中利用PLINE命令，在命令行粘贴此项，则自动绘制出了所需曲线。如 果采用有关资料中介绍的绘制曲线的方法，用QBASIC或C语言计算软 件编制程序，则还需在打印机上打印出计算结果，然后在制图软件CAD 上一个一个的依次手动输入，则需花费大量的时间，大量数据输入时也 容易出错。利用EXCEL 2000软件省去了中间的打印与手动输入过程， 大大提高了效率。相贯结展开轮廓线如下图七所示：
3、下料加工： 3.1、 编号个位数为奇数的弦管采用数控切割机直接切出筒节两端的截交
线。
3.2、切割下料的长度、宽度允许偏差：±2.0mm。
（四）平直： 使用七辊矫平机充分平直——充分释放内部应力。 局部
平面度每米范围内不大于1.0mm。
（五）刨边：按划线示意图进行边缘加工。
边缘加工允许偏差（mm）
2.2、拱肋腹板（含平联板）划线： 下料前要求划出下料线、刨边线、刨边参考线；下料长度方向需预留
50mm。示意如下： 说明：对于M-M剖视图，刨边时小坡口的尺寸必须要保证。在M-M、 H-H剖视图中大坡口均在同一面上。 2.3、直腹杆、斜腹杆、平联管划线参照图纸，端部相惯线以实际放样 为准。放样方法如前所述。
项目 零件宽度、长度 加工边直线度 相邻两边夹角 加工面垂直度 加工表面粗糙度
允许偏差 ±1.0
l/3000，且不应大于2.0 ±6＇
0.025t，且不应大于0.5
（六）卷制钢筒 节 1、压头：采用 100t压力机
压制φ700*14 管：压头范围
（宽度）为120~150mm，取上胎半径R=330mm。
（图八 风撑相贯线示意图） 从上图可以看出，其数学关系复杂，且组成单个桁架的四根弦管还 存在一定的角度，计算非常复杂。通过查阅大量资料，没有这方面的现 成资料可参考。此种相贯线处理是本桥的难点。最后，经过研究，我们
利用CAD三维制图非常完整地解决了这个问题，其步骤如下： 1 利用三维实体绘图，准确绘出其空间几何关系； 2 利用三维绘图中的抽壳命令，绘制出其壁厚； 3 利用SUBSTRACT命令，得到所需杆件的相贯线三维轮廓； 4 垂直轴线方向，在轴线上取一点，画取与欲求杆件外径相同大小的 圆，并将此圆沿径向36等分。 5 利用三维命令SLICE，沿直径两端和轴线上任取一点切割，即得到 素线轮廓； 6 利用DISTANT命令，量取素线长度并比较，取L=MIN（L1、 L2）； 7 只要量取了所有的素线长度，问题也就基本上解决了，后面的处理 方法同主拱肋腹杆与主管相贯线处理方法。 通过工地现场安装证实，相贯线口缝隙均匀，均在1~2mm，符 合《公路桥涵施工技术规范》，此方法完全正确，可行。
采用了如下的办法进行了皮厚处理： r分别取管外径和内径计算出L长度后取L=min(L1、L2)，即谁接触
最短就取谁，如下图六所示。经过实验，这样处理皮厚的办法非常简 单、实用，所形成的自然坡口完全满足焊接要求。
（图六 皮厚处理示意图）
根据以上思路，为方便CAD制图，计算采用EXCEL2000，其制表
江湾大桥100M跨一跨直腹杆、斜腹杆Φ351×10共538件，风撑直腹 杆、斜腹杆Φ351×10的共404件，共约100吨。
管φ351*10与φ700*14（或φ426*14）相贯示意图如下图五所示。 （图五 腹杆φ351*10相贯示意图）
对于此种管的相贯线处理，如果件数较少，仅几件则采用手工放 样，但是接缝误差较大，不能满足规范要求，只能用于次要结构。对于 江湾大桥焊接均需二级以上焊缝，显然手工放样无法保证焊接质量。此 工程批量较大，每个构件的相贯线都不一样，为了保证产品质量和生产 进度，采用专门的相贯线切割机是最好的办法，但我厂无此设备。
便于数控切割机加工，我们采用了圆弧拟合原曲线，经验证，采用三段 圆弧拟合，就能保证误差δ<0.2mm。
采用数控切割机下料，直接在板材上切割出管的相贯线和焊接坡 口，省去了以往的在转胎上二次去头，使工作量至少减少一半，用不着 转胎切割设备 ，更不必使用相贯线切割机，节约了大量费用。
（图四 拱肋管相贯线展开和拟合图） 1.2.2、拱肋弦杆与主拱肋管（φ351*10与φ700*14）、风撑腹杆 与弦管（φ351*10与φ426*14）相贯线的处理：