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近年来我国钢结构工程建设迅速发展,其中大跨度和空间钢结构等也得到了广泛应用,此类结构的用材特点是大量应用圆管管材,而且随着跨度、荷载的加大,要求更大的直径与壁厚,有时还需要更小的径厚比。如新首都机场大量采用大直径锥形、梭形厚壁管柱,主要规格为D3083×60、D2850X55与D1850X50(图1);新广州电视塔立柱钢管为D2000X50(40),并以很小斜率沿长度方向变径;北京电视塔圆管柱为D1200X60,其径厚比为18;原五棵松体育文化中心方案曾要求采用D1000X100的厚壁无缝钢管,其径厚比仅为8,世界上只有极少数厂家可生产．
厚壁钢管的类别与特点
(1)关于管材的壁厚分类尚无明确统一的标准,若按《冷弯薄壁型钢结枃技术规范》、《钢结构设计规范》规定,圆管(冷加工成型)的厚度不宜大于25mm。故钢结构用管材的壁厚类别可大致可分为:薄壁管一一壁厚＜6mm;中等壁厚管壁厚=8mm~28m;厚壁管一一厚壁t≥30mm。关于圆管的径厚比要求,按局部稳定条件,壁厚不应过小,规范规定相应径厚比限值应不大于而按冷加工(卷制、压制)条件为防止过大性变形与残余应力,壁厚又不应过大,其相应径厚比不宜小于20(按内径计算)。
(2)厚壁管按加工方法可分为以下四类
①热扩无缝钢管一一将已轧制成的厚壁无缝钢管
加热后再次挤压、扩张并拉伸成型, 规格为D720X40(径厚比D/t=16),因为热扩成型,除有冷却过程中的残余应力外,并无小径厚比的冷加工变形和残余应力。但因热扩中温度、速度的不均匀性其壁厚公差可达土25%。一般不适用于钢结构。
②热卷成型管将钢板
均匀加热到900~1000℃后,在卷管机上卷制成型,一般需经二次加热与二次卷制,其性能优于冷卷成型管,且可不受径厚比的限制,但加工成本高、效率低,主要用于锅炉、压力容器工程
某型号产品中的贮油缸筒体,该零件具有以下特点:
①体是由51mm×3mm钢管经旋压封口而成;②在简体壁多处局部由塑性胀形加工而成的向外凸包或扩径段,凸包或扩径段构成缸筒,局部外径尺寸公差为1T10或IT12。因此,该简体的胀形加工属超长径比厚壁钢管的精密胀形。
工艺分析
(1)该零件长度较大,成形部位分布在简体的不同部位,成形部位的位置尺寸又受到旋压封口的影响,如果在封口后胀形,将会造成局部胀形部位位置尺寸不准,而且模具设计困难。
(2)该零件成形部分的形状尺寸差别较大。既有整体成形,又有局部成形,而且,局部成形部分尺寸差别较大,如果一次成形出所有成形部分,必然会造成模具设计的困难和加工的困难,而且成功的把握性很小。
(3)该零件属超长径比厚壁钢管,所需成形力较大。在金属塑性加工中,该零件的成形适合胀形工艺。胀形工艺一般可分为刚性胀形与软凸模胀形刚性胀形适用胀形力较大,但模具结构复杂,且受模具结构与强度设计的限制,一般适用于零件长径比较小及相对料厚较溥的零件成形,而该零件长径比较大,属细长零件,若采用该方法,模具的强度和刚性都难以保证。软凸模胀形适合长径比较大的零件,其模具结枃较简单,但受软凸模材料性能的限制,一般只适用成形力较小的薄壁件的胀形加工。由于该简体材质为钢材,厚度较大,所需胀形力较大,所以采用软凸模胀形也无法达到该零件成形的需要,因此,该零件的成形具有较大的难度。
胀形工艺及模具结构
根据以上分析,要使该零件成形部分的位置准确,且不受封口部分的影响,那么零件的成形工艺应放在旋压封口之前进行,以成形的位置尺寸确定旋压尺寸,这样同时可避免成形力对旋压部分形状的影响.
根据标准规定,热轧无缝高压锅炉管和低、中压锅炉管均需作压扁性能试验。20A高压锅炉管是我厂无缝车间的部优质产品,但近年来,特别是近两年来,其压扁性能不合格(包括热轧检验和用户投料验收不合格)较多。造成往返运输费用和重新热处理时能源、材料的消耗增加,也影响用户及时投料及我厂产品的信誉。为此我们对压扁性能不合格的原因及防止和办法进行了探讨。
首先将无缝钢管车间1980年以来20A0g压扁性能不合格的钢管规格及定、减径直径压缩率进行了分析。可以看出压扁性能不合格的钢管几乎都是壁厚S≥8mm的厚壁钢管,而20A钢管中主要又是减径管。因此,本文着重对20A减径厚壁管的压扁性能作以下分析。
ニ、20A厚壁管匠扁不合格试样的外观特征和金相分析
20A厚壁钢管压扁不合格试样,绝大部分表现为管壁纵向直线状内裂,而且其部位儿乎都在进行压扁试验时与试验机压板接触
的中间部分,其裂缝深度大于0,5mm。80年3月对9-753炉497批68×13mm的20A钢管压扁开裂试样,进行了常规金相分析,其结果列于表2。
1984年4月对三个炉批号20A钢管的7个试样进行了常规金相分析,其结果列于表3。
三、20A臧径厚壁钢管压扁开裂的原因
压扁性能是钢管的一种工艺性能,而钢管工艺性能是其机械性能与表面状态综合影响的结果。因此对压扁性能必须从钢管机械性能和表面状态两个方面进行分析。
无论是机械性能还是表面状态,都受金属自然性质和变形条件(如变形程度、变形温度、变形速度、应力状态、变形状态等)两个重要因素影响。因此在分析钢管压扁开製原因时,首先要找出主要因素。裂钢管的试祥几乎都是与压板接触的中间部分内壁呈纵向直线状裂缝。一般认为,压扁时例管表面产生直线状裂缝,是由变形加工引起的;
而螺旋状的表面裂缝,则是由金属自然性质引起的。如金属自然性质引起压裂时,其裂缝产生部位不可能固定不变,而实际上几乎全部裂缝产生在与压板接触的钢管内壁中间部位。所以从裂缝外观特征及产生部位在不同试验条件下的固定性,可以认为钢管压扁开裂是变形加工因素引起的。事实上,由于自动轧管机组中主要变形量分配在穿孔和轧管工艺环节,如果管坯带入有金属自然性质方面的缺陷,那么在穿孔斜轧中就自然会显示为螺旋状表面缺陷。但在穿孔后把毛管加工成成品钢管的变形较大的工艺环节中,只有轧管和减径,而轧管和减径都是纵钆。
国产12Cr1MoV大口径厚壁钢管性能
125、200、300和600MW机组锅炉的集箱、蒸汽导管都使用进口12Cr1MoV大口径厚壁钢管,要求钢管在540°C的工作温度和较大工作应力下可靠地运行。钢管的 规格为9800×45mm和559×133mm。
日本钢管公司(NKK)京浜制铁所将钢锭加热后在立式水压机上顶孔成杯形坯,由卧式水压机多次顶压(每次减薄约10mm),成型后经内外表面加工。产品规格为350~9106mm,壁厚为30~200mm日本住友金属公司尼崎制铁所用3000吨立式水压机穿孔,再用600吨或1500吨卧式水压机热挤压成型。每次热挤压同时通过三道不同规格的模具,每道减薄约5mm,生产效率比NKK高。成品管内、外表面经镗削和车削。
目前,国内已有140和400自动轧管机组,216和318周期轧管机组以及热扩制管机,具备了生产外径大于133~9700m钢管的设备条件,但迄今9159mm以上的高压锅炉管仍主要依靠进口。
芜湖南陵星腾伟业金属材料有限公司位于开发区汇通物流园B115。公司自成立以来，遵照可持续发展战略，依靠自身雄厚的技术力量和“诚信为本”的商业理念，运用先进的科技成果，秉承“予天空于蓝天，还 于清新”的经营宗旨，日臻完善产品的研发制造、销售服务网络。服务于环保事业。公司主要产品有： 无缝钢管，公司成立至今，积累了丰富管理经验，建立了良好的社会信誉。芜湖南陵星腾伟业金属材料有限公司始终以卓越的技术，优越的性价比，完善的售后服务，给客户带来解决方案。
27SiMn(化学成份(国标):C:0.24-0.32;Mn:1.1-1.4;Si:1.1-1.4;S:≤0.035:P:≤0.035)厚壁钢管(壁厚范围28mm~60m)被广泛用于煤矿液压支架大立柱缸体,有的缸筒长达2000m,其中一段长200m缸筒的外圆直径要从Φ380m增至Φ398m,常规工艺选择用中408m钢管加工,这种方法切削量太大,不仅造成材料的浪费,并且生产周期长。如果采用平常的堆焊方法,当堆焊层金属出现气孔、裂纹、夹渣等缺陷时,就会造成渗漏、密封件挂伤,严重时将出现堆焊层剥落现象,还会出现缸柱间互相窜液、立柱油缸液压力升不上去影响使用的情况。
本发明的目的在于提供一种加工质量和效率高的27SiMn厚壁钢管的堆焊方法
为实现上述目的,本发明可采取下述技术方案:
本发明所述的27SiMn厚壁钢管的堆焊方法,它包括下述加工步骤:
将需堆焊部位粗加工至见金属光泽后,预热140-160℃,控制层间温度在150-200C,用80%Ar+20X00保护气体、采用SLD60焊丝分层堆焊至要求的厚度后,冷却至100℃,再整体加热至900-940℃,保温2小时后出炉淬水至室温:在整体装炉升温至540℃,保温4小时,冷却至室温即可。
所述SLD60焊丝的组分为C:0.05;Mn:1.29:Si:0.76:Mo:0.34:Ti 0.11;S:0.01;P:0.02:所述焊丝的直径为Φ1.6。
本发明的优点在于堆焊前预热,采用80%Ar+20%C0,保护气体,焊接材料用SLD-601.6,按照上述加工方法进行堆焊,焊后热处理,这样不仅工艺方法经济合理,堆焊层与母材之间的熔透质量高、堆焊层金属无气孔、裂纹、夹渣等缺陷,达到满足液压支架缸筒的设计强度及尺寸要求;由于液压支架的生产批量大,且每根缸筒的堆焊层厚达9m,采用本堆焊方法,不仅可以节约材料,又可以提高生产效率。
具体实施方式
本发明所述的27SiMn厚壁钢管的堆焊方法,它包括下述加工步骤:
将需堆焊部位粗加工至见金属光泽,除去表面的油、垢等污物,预热150℃控制层间温度在150-200℃,用远红外测温仪监测温度;用80%Ar+20XC02保护气体、采用SLD-60中1.6焊丝,焊丝的重量组份分为:0.05:Mn:1.29:Si:0.76Mo:0.34:Ti:0.11;S:0.01;P:0.02:选用单枪环缝气体保护自动焊机(电流420A,电压40V,焊速600m/min),分层堆焊至要求的厚度后,冷却至100℃,再整体加热至900-940℃,保温2小时后出炉淬水至室温;在整体装炉升温至540
C,保温4小时随炉缓冷至300℃出炉,冷却至室温即可
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