卷板工艺.docx

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卷板工艺

吉水县赣江二桥钢主塔制造

钢板卷板工艺

编号DQ399-GY-01

编制

复核

审核

中铁九桥工程有限公司

二〇一四年三月

前言

本文主要介绍吉水县赣江二桥钢主塔椭圆弧外包板的压制方法，具体压弧操作工艺及检验要求参照《中铁九桥工程有限公司企业标准2卷管工艺》。

先试压一件待相关部门对试压件检验合格后才允许后面批量生产。

一.工程概况

1.项目简介

吉水赣江二桥工程西起吉水县城赣江西侧规划光彩西大道，桩号K0+050，跨越赣江和滨江路（青湖大道），东接吉阳路，终点止于万里大道，桩号K1+800。

路线全长约1.75km，其中桥梁段1.31km，接线段约0.44km。

主塔外形采用纵向独立双箱的结构，塔柱承台以上高度90m，其中桥面以上高度67.064m，桥面以下高度22.936m。

塔柱高度方向分三个区段，承台以上0～39.5m为混凝土塔柱，承台以上39.5～44.2m为钢混结合段塔柱，承台以上44.2～90m为钢结构塔柱。

上塔柱和钢混结合段横桥向尺寸为3.5m；在顺桥向为三段圆弧向塔顶渐变，塔顶为3m，中间最大处为9.6m。

外轮廓线采用相切的两段圆弧线，横断面两端线形为椭圆。

图1-1桥型布置图

钢塔柱沿高度方向划分为19个节段，0#节段为钢混结合段，长为4.7m。

1#节段~18#节段为钢结构段，最长节段为2.6m，最短节段为1.854m。

图1-3钢塔柱平面与立面图图1-4钢塔柱效果图

工程内容：

包括钢塔柱（含钢塔柱节段、钢混结合段、锚箱、钢塔塔冠及配套设施预留预埋构件等）加工制造、涂装、运输等。

塔柱节段重量表见表1.2.1。

表1.2.1塔柱节段吊装重量表（一个塔柱）

段号

单重（T）

数量

总重（T）

段号

单重（T）

数量

总重（Kg）

0#-1

46.628

2

93.256

11#

30.918

2

61.836

0#-2

39.59

2

79.18

12#

29.519

2

59.038

1#

37.084

2

74.168

13#

28.235

2

56.47

2#

33.043

2

66.086

14#

28.684

2

57.368

3#

32.973

2

65.946

15#

26.958

2

53.916

4#

38.222

2

76.444

16#

24.375

2

48.75

5#

37.84

2

75.68

17#

21.807

2

43.614

6#

36.642

2

73.284

18#

19.329

2

38.658

7#

35.517

2

71.034

主塔塔冠

13.786

2

27.572

8#

32.764

2

65.528

锚箱

1.663

34

56.542

9#

32.271

2

64.542

锚管

8.9

10#

31.599

2

63.198

预埋钢筋

5.76

2

11.52

合计：

1392.53

2、卷制构件介绍：

本桥钢主塔外包板为椭圆形。

垂直标高剖切为长轴2250mm，短轴1750mm的定值椭圆，厚30；沿塔高方向为曲线。

分段长度见图1-3。

节段立体效果图

外包板卷制后的效果图

二、压制方案：

方案介绍：

总体思路——把外包椭圆板分成5份，分别以R1、R2、R3三种半径的圆弧段代替。

下面以1#段外包椭圆板具体说明,其它节段椭圆板压制时椭圆弧分段及R1、R2、R3半径选取应根据工艺调整。

（以下图示尺寸均为中性层数据，单位mm）

1#段外包板实桥位置图

1#段外包板卷板时与辊轴的位置图

1）、按展开图下料并检查外形尺寸；

外包板展开图

2）、零件检查合格后，在零件上分别画出构件的中心线GG’、腰鼓线FF’、弧面压制起止线AA’、FF’并在两端和中间交叉处打上样冲（3*10mm）方便后续工序复查；

3）、以中心线为基准把压弧区域沿腰鼓线划分成5个压制区域①、②、③、④、⑤，同时分别在线BB’、CC’、DD’、EE’两端做上样冲（3*10mm）;

4）、按照卷板工艺先以半径R3从AA’卷压到FF’，得到圆弧1（见下图）。

压弧时应保证辊轴与腰鼓线垂直与中心线平行（偏差≤0.5mm）。

5）、按照卷板工艺以半径R2从BB’卷压到EE’，得到圆弧2（见下图）

6）、按照卷板工艺以半径R1从AA’卷压到FF’，得到圆弧3（见下图）

7）、报检合格后按右图沿高度方向设置3道内支撑防止椭圆板在转运、存放时变形。

8）、注意：

卷弧时在每段弧起止位置300-400弧长过渡区域应采用样板边卷边测以保证过渡区平滑过渡。

三、卷板具体操作工艺

（一）卷板原理及常用卷板机的特点

（1）卷板机的工作原理

卷板是使板材通过旋转轴辊而弯曲成形的方法。

附图1为卷板的工作原理，将板材放置在下轴辊时，其下面与下轴辊的b、c两点接触，板材的上面与上轴辊a点接触。

附图1卷板机的工作原理

卷板时，压下上轴辊，并使两上辊旋转，此时板材即发生连续弯曲而卷弯成形。

（2）剩余直边

板料在卷板机上弯曲时，两端边缘卷不到的部分称为剩余直边，附图2，其数值的大小与卷板机的类型有关。

附图2常用卷板机的不同剩余直边

a对称三轴辊卷板机b不对称三轴辊卷板机c四轴辊卷板机

一般卷弯的理论剩余直边值（mm）

设备名称

卷制方法

卷板机

压力机模具压弯

对称三轴辊

不对称三轴辊

四轴辊

冷卷

a=L①

（1.5~2）t②

（1~2）t

1.0t

热卷

a=L

（1.3~1.5）t

（0.75~1）t

0.5t

注：

1、L为1/2的两侧轴辊的中心距；

2、t为板料厚度。

（3）冷热卷的确定

卷弯时，板材中性层外侧的纤维被拉伸长，内侧纤维被压缩短。

当外侧的纤维伸长越多或内侧纤维被压缩短越多，则说明板材的塑性变形量越大。

一般规定，碳钢冷卷时，其塑性变形应不超过5%（即卷圆板材外圆周长与内圆周长之差同内圆周长之比值）。

即

式中D内——板材卷圆的内径（mm）；

T——板材厚度（mm）。

化简后得：

当D<40t时，板材应采用热卷。

对合金钢材料，由于其缺口敏感性高，冷卷时的塑性变形，一般控制在3%以内，否则应采用热卷。

（4）常用卷板机的特点和使用范围

常用卷板机的特点和使用范围见表

名称

简图

主要特点

对称三轴辊

结构简单、重量轻、维修方便，两下轴辊距离小，

成形较准确，但有较大的剩余直边

不对称三轴辊

结构简单、剩余直边小，不必预弯剩余直边，但板料需要调头卷弯，操作麻烦。

轴辊排列不对称、受力大、卷弯能力较小

四轴辊

板材对中方便，能一次完成卷弯工作。

但结构复杂，两侧轴辊相距较远，操作技术不易掌握

（二）卷板操作

（1）预弯

预弯即是将板料两端边缘的剩余直边，预先弯曲到符合要求的曲率半径的操作。

常见的预弯方法见表

使用设备

简图

预弯方法

使用范围

压力机与成形模

在压力机上使用与工件曲率半径相同的上、下压模进行预弯

适用大批量的制品预弯

压力机与通用模

在压力机上使用通用模具，进行多次压弯成形

适用各种不同曲率半径的预弯

对称三轴辊卷板机与模板

在三轴辊卷板机下轴辊上，放置1块预先弯好的模板

（模板厚为工件厚度的2倍以上，宽度略大于工件），把板料放在模板上面，一起进行卷弯

弯曲功率不超过设备能力的60%

对称三轴辊卷板机与平板

在三轴辊卷板机上利用厚平板（平板厚度大于2倍工件厚度以上）及楔形、垫板预弯

弯曲功率不超过设备能力的60%

对称三轴辊卷板机与楔形垫板

在三轴辊卷板机上利用楔形垫板，直接预弯

适用于较薄的板

（2）对中

为了防止卷板时板料发生歪扭，板料的边缘必须与轴辊中心线严格保持平行。

常用的对中方法见表

使用设备

名称

简图

操作方法

三轴辊

对中槽

在三轴辊卷板机上，利用下轴辊的槽子，转到最高点作为基准来对中

对中挡板

在三轴辊卷板机上，装置1个活络挡板，作为基准来对中

三轴辊

对中下辊

在三轴辊卷板机上，利用板边紧靠下轴辊对中

四轴辊

对中侧辊

在四轴辊卷板机上，利用侧辊对中

（3）卷弯

板料一般需经多次进给滚弯，才能达到所要求的曲率半径，每次上轴辊的压下量一般为5~10mm。

卷弯前，可根据所要弯制板料的曲率半径，计算出上、下轴辊的相对位置，以便控制卷弯终了时上轴辊的位置。

三轴辊卷板机卷弯时（附图3）上、下轴辊的垂直距离的计算

公式为：

式中R——工件的曲率半径（mm）；

h——上、下轴辊的垂直距离（mm）；

t——工件的厚度（mm）；

r1——上轴辊的半径（mm）；

r2——下轴辊的半径（mm）；

L——1/2的两下轴辊的中心距（mm）。

附图3卷弯上下轴辊的垂直距离示意图

由于板材有回弹，因此上述计算值供参考。

在卷板机上，所能卷弯最小圆筒的直径为上辊直径的1.1~1.2倍。

（4）矫圆

圆筒卷弯焊接后会出现棱角等变形，可用下列方法在卷板机上矫圆，见表

矫正棱角的方法

变形名称

使用设备

简图

操作方法

内

棱

角

三

轴

辊

卷

板

机

在三轴辊卷板机上，直接利用上轴辊下降，来回多次卷弯

内

棱

角

三

轴

辊

卷

板

机

圆筒内放置1块板料于内棱角处，来回多次滚轧

外

棱

角

在三轴辊卷板机上，放置1块平板，并在圆筒内也放置1块板料于外棱角处，进行滚轧

在圆筒棱角处的外壁放置1块板料，来进行矫正

外

棱

角

四

轴

辊

卷

板

机

在四轴辊卷板机上，直接调节侧辊，来矫正外棱角变形

（5）卷弯筒体的周长伸长量

板材卷弯时，由于受外力的作用，其长度会增加。

周长伸长量计算公式如下：

式中△L——周长伸长量（mm）；

t——筒体厚度（mm）；

D内——筒体的内径（mm）；

K——卷制条件系数（mm）；

热卷，取K=0.10~0.12

冷卷，低碳钢取K=0.06~0.08

低合金钢取K=0.03。

（6）卷弯筒体的回弹量

冷卷时板材要产生回弹。

为此在卷制时，应卷弯成略小于要求的曲率半径，使卷板机卸载后，刚好回弹到要求的曲率。

回弹前的曲率（在上、下轴辊压力下）计算公式如下：

式中D内’——回弹前的筒体内径（mm）；

K0——相对强化系数（见表4-1-27）；

E——弹性模量（一般碳钢E=2.02×105Mpa）；

K1——截面形状系数（卷制板材的K1=1.5）；

σs——板材屈服点（Mpa）；

D内——筒体内径（mm）；

t——筒体板厚（mm）。

常用钢材的相对强化系数K0

序号

材料牌号

K0

1

1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni12Ti

6

2

10、15、20

10

3

25、20g、22g、Q235、12Cr1MoV、15CrMo

11.6

4

30、35

14

5

15Cr、20Cr、20CrNi

17.6

卷弯

形式

使用

设备

简图

操作工序

卷制圆筒

三轴辊卷板机

1.预弯板料两端边缘先预弯到符合要求的曲率半径；

2.对中把预弯好的板料，送入卷板机，并把板边缘对准下轴辊的槽子；

3.卷弯上轴辊下压，一般采用多次进给法滚弯，并用样板检查各部分曲率半径，直至达到符合要求为止。

卷制圆锥体

三轴辊卷板机

　1.预弯板料两端边缘先预弯到符合要求的曲率半径；

2.对中把预弯好的板料，送入卷板机，并把板边缘对准下轴辊的槽子；

3.卷弯卷弯圆锥面时，只要使上轴辊与下轴辊的中心线，调节成倾斜位置，并使辊筒中心线与扇形坯料的母线重合，为此，在小口一端加装1个减速装置，如左图中以增加毛坯小口端的送进阻力，保持辊筒的中心线与坯料母线基本平行，便能得到所要求的制件。

任意柱面的卷弯

三轴辊卷板机

1.预弯和对中操作方法与圆筒卷制相同；

2.卷弯左图所示意的柱面，是由R1R2R3R44个不同的曲率半径组成，操作时把它分成1-2、2-3、3-4、4-54个区域，然后先从点1滚弯到点5，使4-5区域符合R4的曲率，再从点1滚弯到点4，使3-4区域符合R3的曲率，为使R3和R4曲率圆滑过渡，在卷弯3-4区域的点4时，适当升起上轴辊，以调节板料的弯曲程度，依次逐段滚弯并用样板检查

双曲率板料卷制

三轴辊卷板机

1.先将曲率大的卷弯

2.将板料旋转90o，使板料的另一曲率方向与上辊垂直，并用软钢垫片按左图垫入钢板与轴辊筒间，边滚弯边调整垫片位置，直到达到要求为止（曲率不大者）

球瓣片卷制

腰形三轴辊卷板机

　利用与球瓣曲率相同的三轴辊卷板机卷弯

筒体几何形状尺寸偏差及检验方法

名称

简图

允差

检验方法

圆度

1.受内压

e≤1%Dg且≯25mm

2.受外压或高空

e≤0.5%Dg且≯25mm

将筒体竖直放置，在端口每45o用卷尺测量筒体外径得：

Dmax-Dmin＜e（应在允差范围内）

棱角度

　e≤0.1t+2mm且≯25mm

　将测量样板放置筒体外壁，并对准焊缝中心，用万能角尺从样板外缘量到筒壁的距离与样板宽度之间的相对差:

h-ht=e

端面倾斜度

f≯1/1000Dg且≯2mm

　将筒体卧放于平台上，用90o角尺测量

纵缝对口错边量

单层钢板

b≤10%t,且≯3mm

复合钢板

b≤10%t,且≯2mm

用测量样板放置于筒体外壁，进行测量

外圆周长差

公称直径

Dg/mm

＜800

800

～

1200

1300

～

1600

用钢卷尺，在筒体的外围围出长度L，然后按L1=Dg×π算出L1，两者差为：

L-L1

即L-L1

外圆周长允差/mm

±5

±7

±9

公称直径

Dg/mm

1700

～

2400

2600

～

3000

3200

～

4000

外圆周长允差/mm

±11

±13

±15

　注：

具体数值应保证环缝对口错边量的要求为准

卷板缺陷分析与防止方法

卷板缺陷包括外形缺陷、表面压伤和卷裂等三个方面，见表

缺陷种类

缺陷名称

简图

产生原因

防止方法

外

形

缺

陷

腰

鼓

形

1.下轴辊刚度或顶力不足

2.上轴辊反压力太大

1.下轴辊中间部分增加支承辊

2.正确选择上轴辊反压力

锥

形

上下轴辊的中心线互不平行

　保持上、下轴辊或上辊与侧辊中心线的平行

歪

斜

1.板料不呈矩形

2.板料进料时对中不准

1.检查板料几何尺寸

2.进料时严格对中

束

腰

1.上轴辊压力过大

2.下轴辊顶力或支承力太大

1.正确选择上轴辊压力

2.正确选择下轴辊支承顶力

内

棱

角

　预弯过度

　用表4-1-36的方法进行矫正

外

棱

角

　预弯不足

　用表4-1-36的方法进行矫正

过

弯

　上轴辊压下量过多

　卷弯到接近的曲率时，减少下压量逐步成形

表

面

压

伤

压

痕

与

损

伤

1.切割边缘有残渣

2.焊缝留下的焊瘤

3.上下轴辊表面有毛刺存在

1.卷板时，清除板材表面的氧化皮、残渣等杂物

2.上下轴辊保持干净和表面光滑

3.卷制不绣钢、铝板时，应用厚纸保护工作表面

卷

裂

卷

裂

1.卷板的变形量太大

2.淬硬钢种的板材易裂开

3.板材的纤维方向与卷弯方向平行

1.计算及限制变形率

2.淬硬性敏感的钢种，应去除气割的热影响区或退火处理后再卷制

3.注意下料时板材的纤维方向和卷弯方向垂直，焊缝应修磨后矫圆