方矩管技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

在各种截面形式的型钢中，空心管截面构件具有多方面的优良特性，在国内的工业与民用建筑中愈来愈广泛。空心管包括圆管、方形管、矩形管以及其它异形管，欧洲称之为SHS(Structural Hallow Section)，北美则用HSS表示空心管。在我国的工程界中，常将方形管矩形管俗称为“方通”。与传统的角钢、槽钢和工字钢相比，管形构件具有如下特点：①管形构件外表美观，容易取得良好的美学效果，取得建筑师、业主和社会的认同。②管形构件具有较大的平面外刚度。在框架结构中，无须再组合便可直接取得几乎相等的平面内、平面外刚度，减少了加工厂的工作量，在建筑物中占据较小的空间。③基于截面的对称性，管形构件在不同方向都具有较大的回转半径，保证了构件具有良好的稳定性。④构件截面的封闭形状，外表面积仅为相类似工字钢截面的2／3，减少了防火和防腐的外表面积。在当今防火防腐要求日益提高的情况，外表面积的减少对工程造价的影响不可忽略。在清洁要求较高的场合，如化工和食品加工的设备，空心管更易于除尘，而且没有突缘、连接部件与及其它容易积尘的地方。⑤管形构件的连接可以直接焊接而不需要采用连接板，简化工作量降低工程量，外露结构简洁美观。这一特性对于民用建筑尤为重要。

目前，在我国钢结构行业，使用圆管比较多，技术比较成熟，也有相应的产品标准和多本应用技术规程。在使用圆管时，一些建筑物的重要部件一般要求采用无缝管，但一方面由于无缝管价格昂贵，另一方面由于焊管的直径可以做得较大，管壁也可满足设计要求，大部分建筑构件仍采用焊管。如网架结构一部分使用焊管，一部分使用无缝管。目前，我国国内生产的方矩管产品较少，特别是作为高层或大跨度建筑的柱子，壁厚仍达不到使用要求，即便是宝钢钢铁工艺研究所生产的方矩管500mmx500mm，壁厚也只能达到19mm，因而广州新白云机场的候机楼仍采用进口的方坯管。我国在建筑上应用较多的仍是箱形梁，其由四块厚板焊接制成，壁厚要求也较高，如通常要求壁厚要达到20mm-60mm，甚至80mm、100mm等。2008年奥运会的主场馆“鸟巢”的箱形梁、柱，厚度一般都为50mm、60mm或80mm，甚至超过100mm。如果一部分能用方矩管代替，将带来显著的技术和经济效果。国外一些生产企业由于采用特殊的生产工艺，已能够生产大壁厚的方矩管，这种方矩管与箱形梁相比，可以大大减少焊接工作量，还能减少因焊接带来的环境污染，同时钢材如抗锈等性能也更有优势，表面也更为美观。

第二节 产品工艺特点或流程

1、冷弯方矩形焊管的基本生产工艺

在目前冷弯方矩形焊管生产线中，极具代表性的生产工艺如下：

热轧板卷→开卷机→矫直机→切头尾机→头尾对焊机→螺旋活套器→预成型机组→成型机组→高频焊接机→去毛刺机→空冷段→→水冷段→定径机→铣切锯→横移落垛→打包→入库堆放。

2、冷弯方矩形焊管生产主要技术特点

冷弯方矩形焊管生产关键技术主要包括：成型技术、高频焊接技术、切割技术和快速换辊技术，这些技术直接影响所生产的冷弯方矩形焊管产品质量和生产效率。

1）成型技术

从冷弯型钢生产工艺技术看，国外生产的方矩形管基本上都采用圆变方工艺。早先的生产是先冷弯成圆，再将圆管加热到正火温度后，在定径工序变形成方矩形管，这种工艺的优点是成品钢管残余应力小、角部圆弧半径小，但能耗高、成本高、表面质量欠佳，目前只有英国还在生产。现在国外基本上都是采用冷态的圆变方工艺，与国内较普遍采用的辊弯直接成方工艺相比，冷态圆变方的优点是产品尺寸精度高、焊缝质量好、角部尖而且形状规矩，缺点是建设投资大、角部加工硬化较重。

圆变方工艺和直接成方工艺，在成形方式又分辊弯成型和排辊成型，它们的主要区别是在预成型阶段，后面的生产工艺差别不大。辊弯成型是传统的成型工艺，它通过在预成型阶段在轧辊上进行一系列的配套辊型设计进行冷弯成型，然后在定径。排辊成型是一位华裔美籍工艺设计师发明的一种先进的冷弯方矩形焊管成型技术，简称龙式成型，为美国yoder公司的专利技术，现在世界上冷弯方矩形焊管主要工艺设计和生产机组制造商，在新建的生产线中都采用这种成型技术。它在生产线中先通过2～3个机架的初步辊弯预成型后，采用一定数量的小轧辊，采用分段式轧辊设计进行排辊成型，减少速度差，使得轧辊的磨损减小，功率损失降低，产品擦伤减小。排辊成型机设备的最大特点是改变规格不用更换或重组轧辊，通过简单的调整就可以改变产品规格，节省了大量的换辊时间。调试灵活，有利于成品率提高，调试时间也大大缩短；不用更换模具就可以由生产方、矩管等闭口型钢，转为生产ｃ钢、槽钢等开口型钢。在生产厚的重型型钢时，更能体现出明显的优势。设备生产的产品成本将是最低，生产批量也没有限制，利用生产效率的提高。

2）高频焊接技术

高频焊接按与管材的接触与否，分为感应焊和接触焊。接触焊与感应焊相比效率高可提高50%，但需经常更换触头，要求管材成型好，否则易打火花，焊缝处易出现划痕，尤其不利的是，在焊缝处会有铜残余，时间长了以后焊管容易出现腐蚀。感应焊焊缝质量好，但同样规格的焊管所需的焊机功率大近一倍。设备投资高50%～55%。

高频焊机按类型分为真空管式和固态式(晶体管)两种，固态式同真空管式相比尺寸小，效率高（高15%），但可靠性、可维护性不如真空管式，此外与真空管相比价格也高15%。新建的大规格冷弯方矩形管生产线基本采用固态高频焊机。现在的固态高频焊机技术发展很快，如著名的efd高频焊机，具有如下最新技术特点：

efd高频焊机采用了新型独特的weldac g2型电子匹配系统，使其能量的转化率高达85%～87%，由于采用了二极管整流技术，其功率因素可恒定为0.95，无须进行功率因素的补偿。频率范围:50～500kmz。其采用独立的变频模块设计，整流器与变频器之间用较长的电缆连接，可对不同的负载进行连续匹配，具有高效、节能，低运行成本的显著特点。宝钢钢铁工艺研究所新建的200mm×200mm～450mm×450mm/500mm×200mm方矩形管生产线就选用了efd高频感应（最大感应焊功率700kw）和接触焊双功能焊机。

3）焊管切割技术

冷弯焊管在定径后需要按照定尺长度的要求进行切割，传统的切割是用圆盘锯，圆盘锯切割生产成本较低，生产效率高，但圆盘锯切割后焊管端面毛刺多，剪切变形大，用户施工使用时两个焊管之间衔接不好，产品难以满足欧美以及日本标准对产品质量的要求。二十世纪八十年代以后，冷弯焊管设备制造商在新建的冷弯焊管生产线中采用同步仿型飞锯(相当于仿形铣)，使用两把锯片同时对钢管进行定尺锯切，每个锯片运行的轨迹正好切掉一半管材的切口，改变品种时锯片运行的轨迹可按管材的截面形状自动调整。这种仿形铣切锯口光洁平整无毛刺，铣削时噪声很小，定尺精度也很高，据介绍：锯切18m定尺的钢管，长度公差可以达到±2.5mm。但仿形铣锯投资高，生产时每3～4小时就要换一次刀片，刀片修磨三次就要报废，生产成本高。

冷弯焊管生产厂家需要根据不同的产品定位和用户要求选择锯切设备。

4）快速换辊技术

传统的焊管生产线进行一次整条线的大换辊，一般需8～12小时，应用户的要求和竞争的需要，著名的冷弯焊管生产商相继开发了快速换辊技术，采用快速换辊系统，通过换辊小车90分钟即可完成更换品种所需的轧辊更换，大大降低了生产准备时间，从而大幅度地提高了生产线的设计能力。同时通过计算机的应用，使辊位调节带有记忆，改变产品时可快速自动地调整辊位，减少了人工调整辊位的时间和误差，提高了产品的精度。

除以上典型冷弯焊管生产技术特点外，在新建的冷弯型钢生产线中有的成型机架采用urd—等刚度成型和焊接机架，机架在水平、垂直方向上可以同时承受相近的轧制力，刚度相等，生产的产品精度更高，换辊时该机架辊系可快速的水平移出；有的生产线还采用了一种新的内毛刺去除装置，这种内毛刺去除装置的特点是去毛刺的同时还可将毛刺碎断，从而保护定尺铣切锯的锯片。通过去除毛刺后的焊缝处内表面高度公差可达±0.2mm精度。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

目前国外新的方矩管技术的发展将趋于高精、高效、柔性及自动化方向。

1、开展实用的、低成本、高效率的制造技术研究。当前的方矩管制造或多或少的都存在着制造成本高、效率低、装置复杂、操作不易掌握等局限性，所以开发低成本、高效率、适应性广、工业化应用程度高的方矩管技术已成当务之急。

2、开发方矩管的在线检测、监控、故障自诊断技术。利用声信号来判断工况，对方矩管质量进行评估，应用计算机对制造过程进行控制，开发检测、处理、质量评估、控制一体化的制造系统。

3、应用自适应控制技术和专家系统技术、实现方矩管的智能化制造。模糊数学、数据库、以范例和模型为基础的决策系统、专家系统等理论与技术的发展及其在制造业中的成功应用，为方矩管技术的智能化提供了可靠的技术基础。

4、开发远程控制系统。应用网络技术对制造过程进行远程操作、管理、临控与诊断。
 

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