薄壁不锈钢管

2024-08-21

薄壁不锈钢管（精选7篇）

薄壁不锈钢管篇1

我国是一个世界人口大国, 但水资源却十分紧张, 仅为世界人均占有量的1/4。我国又是一个水资源浪费严重的国家, 许多城市管网漏水率大于20%。同时, 由于一些管材耐腐蚀, 存在二次污染问题, 危害了居民的身体健康。所以, 在城市供水领域, 水资源紧张、浪费严重、水质污染成为影响我国经济可持续发展三大障碍。目前, 国外发达国家给水管材大部分采用不锈钢管。近年来, 国内高中档次住宅小区和重要的公共建筑, 已开始使用不锈钢管。笔者认为卡压式薄壁不锈钢管是种绿色环保给水管材, 符合中国建筑给排水技术的发展趋势, 具有广阔的推广前景。

1 适用范围

薄壁不锈钢管是用壁厚为0.6~2.0mm的不锈钢或不锈钢板, 通过制管设备用自动氩弧焊接制成的管材。卡压式连接是以带有特种密封圈的承口管件连接管道, 用专用工具压紧管口而起密封和紧固作用。薄壁不锈钢管和配件适用范围见表1。

2 管材规格

公称直径DN小于100mm的薄壁不锈钢管, 采用卡压式:公称直径大于100mm, 采用法兰连接。薄壁不锈钢管管材规格见表2。

3 薄壁不锈钢管主要优点

⑴安全性:不锈钢表面薄而坚固的纯化膜使不锈钢具有优异的耐腐蚀性。无腐蚀和不良渗出物, 无异味和浑浊现象, 可保持水质纯净卫生, 可以达到国家直接饮用水质标准的要求, 杜绝管路二次污染。能经受高达30m/s的高速水流, 冲蚀、涡流、水锤不会造成任何影响。

⑵耐久性:不锈钢优异的耐腐蚀性和机械性能使薄壁不锈钢水管使用寿命很长, 实地腐蚀试验数据表明, 不锈钢给水管使用寿命可达100年。

⑶经济性:不锈钢管表面光滑, 摩阻小, 低流速时水阻仅为碳钢管的40%, 水泵能耗低, 大面积使用不锈钢管网供水, 可节约50%泵站的电力消耗。虽然初期投资稍大, 但, 寿命周期内免维护, 免更新, 运行费用低, 寿命周期成本低, 经济性能优越, 经济性十分显著, 性价比很高。

⑷可靠性:随着技术进步, 卡压等连接技术的成熟, 将连接部位一次性成型, 避免了接头松动的可能性, 连接可靠, 绝无渗漏。卡压式接头连接强度高, 抗振动, 使用薄壁不锈钢能大大地降低了水管受外力影响漏水的可能性, 大量地节约了水资源。

⑸环保性:不锈钢水管可以100%再生利用, 不会造成环境污染, 避免了留子孙后代不可降解的垃圾, 绿色环保, 有利于可持续发展。

⑹清洁性:在各种给水管材中, 不锈钢是唯一可植入人体的材料。其本身安全无毒, 其内壁不易被细菌玷污、不结垢, 清洁卫生, 对水质没有任何影响, 对人体健康无害, 可以达到国家直接饮用水质标准的要求。

⑺施工便利快捷:管件的现场焊接或套丝作业施工吃力、漏水率高、污染环境、容易造成风险。卡压式管件现场安装极为方便, 安装时间仅为焊接管件和套丝管件的1/3, 缩短了工期, 降低了费用, 避免了漏水, 减少了风险。

4 薄壁不锈钢管固熔处理

薄壁不锈管主要是奥氏体不锈钢, 制管焊接时存在三个主要问题:热裂纹;焊接变形大;焊接头腐蚀。将奥氏体不锈钢加热到100℃左右, 保持一段时间, 使其中的碳化物分解, 溶解于晶粒中, 同时让铬在高温下有足够时间扩散使, 使晶格的铬均匀化, 不产生铬的碳化物, 避免产生贫铬区, 然后急冷下来, 大大减轻晶间富碳现象, 防止生成碳化铬, 这种处理称为固熔处理, 是薄壁不锈钢特有的处理工艺。通过固熔处理, 一方面可以消防焊接过程中的内应力, 降低应力腐蚀的可能;另一方面可以恢复焊接过程中的晶界变化, 防止晶间腐蚀。

5 专用施工工具

薄壁不锈钢专用施工工具主要有:手动直联式卡压工具、电动直联式卡压工具、液压分离式卡压工具、电动分离式卡压工具、钳口一、钳口二、画线器、量规、手动切管器、除毛刺器等。

6 主要施工工艺

⑴绘制实测施工图:按设计图纸规定的坐标、标高、管件尺寸绘制实测施工图。

⑵切断管子:使用切管设备切断管子, 为避免毛刺刺伤密封圈, 应使用专用除毛刺器将毛刺完全除净。

⑶画线:使用画线器在管端画线作记号, 以保证管子插入足够长度, 避免造成脱落。

⑷插入管子:将管子垂直地插入管件内, 注意不要碰伤橡胶密封圈, 并确认管件端部与画线位置相距3mm以内。

7 施工注意事项

⑴管材、管件在装卸、搬运时应小心轻放, 且避免油污, 不得抛、摔、滚、拖。

⑵薄壁不锈钢管与阀门、水表、水龙头等的连接处, 应采用转接头, 严禁在薄壁不锈钢管上套丝。

⑶薄壁不锈钢管固定支架间距不宜大于15m, 热水管固定支架的确定应根据管线热胀量、膨胀节允许补偿量等确定。固定支架宜设置在变径、分支、接口及穿越承重墙、楼板的两侧等处。

⑷薄壁不锈钢管活动支架的间距按表3确定。

⑸薄壁不锈钢管穿越楼板时应设置套管, 套管应高出地面、屋面50mm, 采取严格的防水措施。

⑹明装管道, 其外壁距装饰面的距离:DN15-25时应为40mm;DN32-65时应为50mm。

⑺薄壁不锈钢管在试压合格后宜采用0.03%高锰酸钾消毒液灌满管道进行消毒。消毒液在管道中应静置24h, 排空后, 再用饮用水冲洗。饮用水的水质应达到现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749。

8 结束语

随着社会的进步, 人们对薄壁不锈钢越来越青睐。不锈钢管以其几乎为零的漏水率和优异的健康性能被城市供水和建筑给水领域优先选用。一旦不锈钢管材被大面积推广应用, 城市供水管网的漏水率将大幅度降低, 供水水质将得到充分保障。薄壁不锈钢以其安全性、耐久性、经济性、可靠性、环保性、清洁性和施工便利快捷等方面优势突出, 为保护水资源、保护人们的健康和提高生活质量, 保护环境和促进社会经济可持续发展能挥关键的作用。薄壁不锈钢管在直饮水、给水、热水、消防、排水、采暖、医药、食品、化工、船舶等领域具有广阔的推广前景。

薄壁不锈钢管篇2

关键词：薄壁不锈钢管,环压式,高层

目前, 设计中18层以内的小区均要求采用表出户形式, 18层以上的采用有线远传抄表。因此, 燃气环压式薄壁不锈钢管在室内燃气管道均使用得已大量应用。燃气薄壁不锈钢管的设计中, 考虑高层表出户施工、运行管理、维修、工程造价等相关问题。中华人民共和国住房和城乡建设部很重视薄壁不锈钢管的推广使用, 2006年修订的《城镇燃气设计规范》 (GB 50028) 已向薄壁不锈钢管在室内燃气管道中的应用敞开了大门, 2009年最新修订的《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》 (CJJ 94) 也正式推荐使用薄壁不锈钢管。本文对燃气薄壁不锈钢管在高层表出户中的应用探讨。

薄壁不锈钢管道及管件价格要比一般的热镀锌管贵, 一次性投入相对较高, 但安装简便、施工周期短, 且安全可靠, 性价比较高。现以18层表出户为例, 对常用的热镀锌管和薄壁不锈钢管进行价格比较, 详见表1和表2。

从以上表格价格对比可见, 薄壁不锈钢管的综合费用是热镀锌钢管的2倍以上。但考虑到热镀锌钢管管道实际使用需要更新, 重复安装、重新投资且影响用户正常生活, 综合成本高, 长远效果是不经济的;按使用寿命20年计, 要与建筑物寿命, 则要更换3次左右, 其总投入将高于不锈钢管材, 且与建筑整体美观性不匹配。薄壁不锈钢管, 管道施工安装费用高于热镀锌钢管, 一次性投资较高, 但使用过程中几乎不需要维护, 从长远效果是可行和较经济的。

室内燃气管道要承受一定的压力, 对管材的基本要求是:有足够的机械强度 (抗拉强度、延伸率) , 连接性好, 具有不透气性。要满足管材的基本要求, 应从以下几方面进行选材:材料的强度性能、材料的断裂韧性、材料的可靠连接性能、材料的抗腐蚀性能和材料的温差适应性。薄壁不锈钢管是利用不锈钢热轧钢板 (带) 经辗压、卷制、焊接而成, 是能够瞒足上述要求的室内管材之一。薄壁不锈钢管具有耐腐蚀、外表美观、重量轻等优点, 适用于低压燃气的输送、特别适用对外观要求较高的中、高档小区使用。

薄壁不锈钢管应采用承插氩弧焊式管件连接或卡套式、卡压式、环压式等管件机械连接方式, 机械连接指较灵活的、现场可组装的, 即安装较简便的连接方式。

承插氩弧焊式管件属无泄漏接头连接, 连接效果最好, 具有一定的比较优势, GB 50028推荐使用。但其施工较复杂、价格较高, 特别是小口径的焊接方式现场氩气保护问题未能有较经济的解决方法。而在其它几种机械连接方式中, 卡套式连接具有可拆卸、可重复使用的优点, 但其价格相对较高, 连接强度较低, 故燃气工程较少采用。挤压式连接方式的优势:连接可靠安全、施工便利快捷、外形美观大方、材料的强度性能好、材料的抗腐蚀性能好、免维护免更新经济性能好。卡压式和环压式均属于挤压式连接, 其成本基本相似, 但环压式在效果上 (连接强度及密封原理) 相对好一些, 因而得到了广泛应用。

薄壁不锈钢钢管在应用中虽有诸多优势, 但还存在以下问题有待改进。

(1) 薄壁不锈钢钢管是有缝管, 它的焊口工艺很难处理, 管道焊缝易生锈, 有的甚至沿着焊缝裂开。

(2) 薄壁不锈钢管 (环压式) 连接不牢固, 密封性能有待考证。

(3) 另外, 在避雷保护范围以外的屋面上的燃气管道和高层建筑沿外墙架设的燃气管道, 采用焊接钢管或无缝钢管时其管道壁厚均不得小于4mm。

薄壁不锈钢管篇3

我国是一个地震多发国, 近几年更是地震频发, 建筑抗震已经成为结构设计师越来越重视的问题, 更抗震的建筑材料也逐渐被人们青睐。单一的木质结构虽然承载力高抗震性能好, 但耐火性极差, 易腐朽虫蛀, 我国木结构材料主要依赖国外进口, 造价高。另一方面, 国内住宅主要以多层、高层为主, 木结构住宅难有大规模发展[1]。单一的钢结构虽然, 具有设计制造周期短、设计生产一体化、抗震性能优越、建筑空间布置灵活、有效使用面积大、综合经济效益好等优点[2,3], 但管壁空钢管承载力低, 用壁厚的钢管又不经济。

将不同材料按最佳几何尺寸制作成型, 使每种材料在所处的特定位置发挥其各自的长处, 这种结构称为组合结构, 组成的单根构件称为组合构件, 组成的结构物, 称为组合结构 (Composite structures) [4]。因此, 本文考虑将钢材与其他材料两者结合起来, 使用废弃木头和塑料压缩后填充到薄壁空钢管中, 让两者协同工作。使用废弃木头压缩和废塑料压缩不仅节能环保, 更加经济实用, 还能使该组合结构比薄壁空钢管承载力有所提高, 组合结构的耐火性也能得到改善。如果能得到广泛应用, 会比单一的建筑材料更经济环保。

1 试件设计及试验装置

本试验所需钢管按照表1 中数据加工, 为了得到各种钢管材料的力学性能, 在试验前进行了金属材料的拉伸试验, 试验按照《金属拉伸试验试样》 (GB6397-86) 取样。方钢管取矩形试样, 钢管的端部在车床上刨平, 并严格控制方钢管长度。因为管壁较薄, 在焊接时避免满焊而采用点焊的焊接方式, 但焊点不能过少, 以保证一定的稳定性。试件如表1 所示。

试验在西南科技大学结构与力学实验室MTS机上进行。在试件中部施加集中力, 通过位移计及应变片分别测试试件水平位移及应变。整个试验装置如图1 所示。

2 试验结果及分析

2.1 试验破坏现象

通过9 个试件的测试发现, 试件的破坏形态基本上一致, 均为压弯破坏。空钢管中部屈曲现象明显, 且失效过程迅速, 承载力较低, 如图2 所示。填充废压缩木料和压缩塑料的构件中部仅有微小变形, 承载力较空钢管高, 如图3 所示。空钢管中部及两端竖直位移距离明显大于填充组合方钢管。

2.2 试件承载力理论计算[5,6,7]

因目前没有对于填充木材及压缩塑料方钢管的理论计算方法, 因此计算参照方钢管混凝土理论计算方法。

(1) LRFD、AIJ规范

LRFD和AIJ规范在计算方钢管混凝土纯弯构件承载力式忽略了混凝土对构件抗弯能力的贡献, 仅考虑钢管的作用, 采用如下计算公式:

式中Z为钢管截面塑性抵抗矩。

(2) EC4规范

EC4 规范按下式计算纯弯构件承载力:

式中dc为截面中和轴距受压区边缘距离,

其中, ρ=0.6fck/fy。

(3) GJB规程

我国GJB规程采用如下方法计算方钢管混凝土纯弯构件承载力:

式中 γm为抗弯承载力计算系数, , Wscm为构件截面抗弯模量, Wscm=B3/6。

3 结论

(1) 填充压缩木方及填充压缩塑料后的方钢管比空钢管抗弯性能有所增强, 集中荷载下承载力上升。

(2) 从塑性角度来看, 填充压缩塑料及压缩木材的组合钢管较空钢管更适合应用于工程实际。

参考文献

[1]董凌.工业化住宅简述从结构材料和结构类的发展探讨中国工业化住宅发展之路[J].建筑前沿, 2010.

[2]张爱林, 刘学春.工业化装配式高层钢结构建筑探究 (一) [N].中国建设报, 2012-11-27 (008) .

[3]张爱林, 刘学春.工业化装配式高层钢结构建筑探究 (二) [N].中国建设报, 2012-12-27 (008) .

[4]安栋.方钢管混凝土共同工作性能研究[D].天津大学, 2006.2001.2.20-21.

[5]Weizi Zhang, Bahram M.Shahrooz.Comparison between ACI and AISC for Concrete-Filled Tubular Columns, Journal of Structural Engineering, 1999, 125 (11) :1213-1223[Z].

[6]Composite Structures/European Convention for Constructional Steelwork.London, New York, Construction Press, 1981[Z].

薄壁不锈钢板的氩弧焊焊接篇4

薄壁不锈钢板作为制作电池外壳和贮液器的原材料, 已经广泛应用于电池制造行业。薄壁不锈钢板的焊接是产品生产的一个重要工序, 焊接质量的好坏直接决定产品的质量。本文主要在焊接工艺和影响焊接质量的因素和对策及焊接质量检验方法等方面阐述了薄壁不锈钢板的氩弧焊焊接方法。

2 薄壁不锈钢板氩弧焊焊接工艺

现在氩弧焊主要指钨极氩弧焊, 是一种非熔化极惰性气体保护焊, 其工艺过程:在惰性气体保护下, 通过钨极与薄壁不锈钢板之间产生电弧产生的热, 熔化钢板的对接逢, 而形成熔池来产生焊缝, 属于自熔化焊接。薄壁不锈钢板采用钨极氩弧焊比其它焊接方法有非常好的优越性能, 其具有焊缝质量高、电弧热量集中、功率密度大、热影响区小等优势。

2.1 焊接电流。焊接电流是钨极氩弧焊最主要的工艺参数。焊接时, 增加焊接电流可以增加熔深和熔宽, 即可焊的板厚增加。在焊接条件和其它工艺参数不变的情况下, 一定厚度的薄壁不锈钢板的焊接电流只能在一定范围内调节, 超出此范围, 就会产生焊接缺陷。

2.2 焊接速度。焊接速度与线能量有关, 线能量反比于焊接速度, 焊接速度决定着对每单位长度焊缝所提供的能量, 同时影响熔深和熔宽, 焊接速度的快慢直接影响焊缝的质量。如果提高焊接速度, 线能量将会降低, 可避免金属过热, 减少热影响区, 熔深和熔宽也相应减小。因此在保证焊接质量的前提下, 尽量提高焊接速度。

2.3 电弧电压和电弧长度。电弧的热量正比于电弧电压, 根据钨极氩弧焊的电弧静特性, 焊接过程中电弧电压只与电弧的高度有关, 而对焊接电流影响很小。因此, 在焊接电流一定的情况下, 改变电弧电压可以改变电弧的功率。薄壁不锈钢板焊接时, 钨极伸出喷嘴的长度一般在8~10mm左右, 电弧的长度控制在2mm左右为最佳。

2.4焊接电极。钨极氩弧焊采用的电极材料一般为铈钨, 不同直径的电极有不同电流使用范围 (见表1) 。

2.5Á保护气体。钨极氩弧焊所采用的保护气体一般为氩气。氩气是一种无色无味的单原子惰性气体, 它即不与金属反应, 也不熔于金属中, 本身的导热系数小, 高温时不分解。焊接薄壁不锈钢板时对氩气的纯度要求为氩≥99.70%, 氮≤0.08%, 氧≤0.015%, 水分≤0.07%。

3焊接操作

焊接薄壁不锈钢板时要注意以下几点:

3.1工件在焊接之前, 必须进行除油和除锈处理, 保证工件被焊面无弯曲和毛刺。

3.2工件在焊接过程中, 会自动收缩变形, 所以在工件装夹的时候, 起焊位置不锈钢板要对紧, 而在结束焊接的位置两不锈钢板对接面之间要留一定的间隙, 来留给工件自动收缩。如果不留间隙, 则在焊接过程中, 会产生焊缝搭接现象, 会造成未焊透的焊接缺陷。表2是不锈钢薄板焊接时焊接结束位置留有间隙大小。

3.3在焊接过程中, 要保持电弧长度不变和电极始终在焊缝的中心位置。电弧长度的改变会影响电弧的热功率, 使焊缝背面成型不均匀, 严重的会造成焊穿或未焊透等缺陷;电极偏离焊缝中心会造成两板材受热不均, 出现未焊透和焊穿缺陷。

4常见焊接缺陷及预防对策

4.1几何形状不符合要求。造成缺陷的原因是:焊接规范选择不当, 操作技术欠佳, 熔池形状和大小控制不准等。预防的对策:工艺参数选择合适, 操作技术熟练, 熔池温度准确控制。

4.2未焊透和未熔合。造成缺陷的原因是:电流太小, 焊速过快, 间隙小, 钝边厚, 坡口角度小, 电弧过长或电弧偏离坡口一侧, 焊前清理不彻底。预防的对策:正确选择焊接规范, 选择适当的坡口形式和装配尺寸, 熟练操作技术, 走焊时要平稳均匀, 正确掌握熔池温度。

4.3气孔。焊接时, 熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的孔穴, 称为气孔。焊件表面的油污、氧化皮、潮气、保护气不纯都是产生气孔的原因。预防对策:焊件应清洁并干燥, 保护气应符合标准要求。

4.4夹渣和夹钨。焊后残留在焊缝金属中的非金属杂质如氧化物、硫化物等称为夹渣。钨极因电流过大与工件碰撞使端头熔化落入熔池中即产生了夹钨。预防对策, 保证焊前清理质量, 保护效果要好, 选择合适的钨极直径和焊接规范, 正确修磨钨极端部尖角, 当发生打钨时, 必须重新修磨钨极。

4.5焊道过烧和氧化。焊道内外表面有严重的氧化物, 其产生的原因主要是气体的保护效果差, 如气体不纯、流量小等;熔池温度过高, 如电流大、焊速慢、焊前清理不干净、钨极与外伸过长、电弧外伸过长、电弧长度过大、钨极与喷嘴不同心等。焊道过烧和氧化能严重降低接头的使用性能, 必须找出产生的原因而制定预防的措施。

5焊接质量检查

5.1焊前检查。5.1.1对原材料的检验。主要检查不锈钢板的化学成分及力学性能、焊接用氩气的纯度检查。5.1.2对焊件结构设计及技术文件的审查、对工件装配质量的检验。主要审查焊件结构设计是否合理, 工艺文件是否完整, 工件装配是否良好。

5.2焊中检查。主要包括焊接设备运行情况的检查, 焊接工艺实施情况的检查, 层间焊道的检查。

5.3焊后检查。5.3.1非破坏性检查。 (1) 外观检查。外观检查是以肉眼观察为主, 借助标准样板、焊缝量规、放大镜等对焊缝进行测量和观察。 (2) 气密性检查。在密闭容器中, 通入不大于设计压力的压缩空气, 将容器浸入工业酒精中, 如果焊缝有穿透性缺陷, 将会有气泡冒出。5.3.2破坏性检查。 (1) 拉伸试验。拉伸试验是为了测定焊接接头或焊缝金属的抗拉强度、屈服强度、伸展率和断口收缩率等力学性能指标。 (2) 水压试验。水压试验试验用作对容器进行整体致密性和强度检验, 试验用水温不低于15℃, 试验压力为工作压力的1.25~1.5倍。试验时, 将容器灌满水, 彻底排尽空气, 用水压机向容器内逐渐升压, 中间应做短暂停压, 当压力达到最高值后, 应持续停压一段时间, 随后再将压力缓缓降至工作压力, 对焊缝进行检查, 当发现有水珠、细水流或有潮湿现象, 表明焊缝强度不够。由于水压试验后, 容器大多变形, 所以此项试验为破坏性试验, 可从一批产品中随机抽取一定数量的产品进行试验。

6 结论

本文主要对薄壁不锈钢板氩弧焊焊接工艺、影响焊接质量的因素及焊接检验方法进行了简要的介绍, 目的在于提高薄壁不锈钢板氩弧焊的焊接质量, 使薄壁不锈钢板这种材料能够更广泛的应用于电池设计和生产当中。

参考文献

[1]于增瑞.钨极氩弧焊实用技术[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[2]吴宗泽, 罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京:高等教育出版社, 1992.

薄壁不锈钢管篇5

南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司承接了一批电力机车受电弓产品的焊接工作,该受电弓的上、下臂主梁长1 200 mm、管壁厚度2. 5 mm,由一端50 mm × 50 mm渐变成25 mm × 50 mm的锥形薄壁304不锈钢方管。因为该方管具有锥度,很难使用精拔工艺进行生产,因此需要采用焊接。

由于不锈钢热导率小而热膨胀系数大,接头冷却过程中易产生较大的变形和焊接应力,尤其贯穿整根方管的长纵缝焊接,会使不锈钢管的外形及尺寸产生极大的变化; 同时方管壁很薄,只有2. 5 mm,焊接时很容易出现焊穿、反面被氧化等缺陷,焊接难度极大。通过多次焊接工艺对比试验,最终确定了比较稳定的焊接工艺。

2 操作规范

2. 1 焊接方法确认

2. 1. 1 304不锈钢的化学成分

304不锈钢相当于国标材料GB—0Cr18Ni9,其中C的质量分数不大于0. 08% ,Si的质量分数不大于1% ,Mn的质量分数不大于2% ,P的质量分数不大于0. 045% ,S的质量分数不大于0. 03% ,Ni的质量分数在8% ~ 10. 5% ,Cr的质量分数在18% ~20% 。

2. 1. 2 304不锈钢的焊接特点

304不锈钢属于奥氏体不锈钢,通过化学成分分析,可知304不锈钢碳当量较低,焊接性良好,但是其凝固温度区特别宽,低熔点杂质容易在晶界富集[1]; 304不锈钢具有较大的线膨胀系数,因而冷却收缩力比较大。这些因素导致304不锈钢在焊接过程中极易产生热裂纹。

此外,304不锈钢在450 ℃ ~ 850 ℃温度范围长时间停留时,会在晶界上析出碳化铬,导致晶间腐蚀。而在500 ℃ ~ 800 ℃下长时间停留时,又容易生产 σ脆性相,降低金属的塑性和韧性,因此焊接过程中应尽量避免工件在危险温度区间长时间停留。

2. 1. 3焊接方法

根据对304不锈钢焊接性能分析,为了防止合金元素不必要的损失而导致晶间腐蚀,宜采用短弧焊且焊枪尽量不做摆动,兼顾到焊接效率和焊接的一致性,最终确定采用纵缝自动焊接。

2. 2 母材处理及组对

由于自动焊接对母材组对要求较高,必须保证焊缝位置在焊接过程中不发生变化,即应保证焊接间隙均匀,坡口角度准确,焊口有较高的平面度等,因此需要对工件母材进行处理。

为了保证焊缝全焊透,同时减少焊缝金属的填充量,降低焊接收缩应力,防止热裂纹产生,宜采用V形坡口[2]; 同时考虑到长纵缝焊接过程中坡口大小不能发生改变,通过对比实验,最终确定了坡口形式为带0 ~ 1 mm钝边的60°Y形坡口。在方管组对前,打磨坡口及两侧,露出金属光泽,并用丙酮清洗坡口表面,去除焊接范围内的油污铁锈; 工件组对时,2根半管工件贴紧,不留间隙,以防止焊接过程中因焊接变形导致的焊接间隙改变。

在方管焊接前,为保证焊缝区域成型良好,应在组对方管两端各加一块与母材相同材质且等厚的板,作为引弧板和熄弧板; 防止在起弧和收弧过程中,电流、电压等参数不稳定造成的焊接缺陷。

2. 3 焊丝及保护气体

根据304不锈钢的焊接性能分析,在焊接过程中,应选用铬锰含量比母材高的焊丝[3],以补偿焊接过程中合金元素的烧损,因此在试验过程中选用ER308L焊丝,以保证焊缝的强度和化学性能。

不锈钢焊接主要的保护气体为氩气,但考虑到自动焊接时需要比较稳定的电弧,为此,采用了Ar+ CO2混合气体保护的方式。通过加入少量的CO2改善电弧稳定性,提高金属熔滴过渡频率,并降低喷射过渡临界电流和减少飞溅,最终确定的保护气体为Ar( 97. 5% ) + CO2( 2. 5% ) 的混合气体。

2. 4 焊接工装

为了保证工件组对焊接时焊缝的反面成型良好、不被氧化,首先试验了背面通氩气保护焊接的方法,但是通氩气保护的工作效率较为低下,且浪费严重。通过对比,确定了使用衬垫工装进行保护焊接的方式。

由于304不锈钢不会产生淬硬现象,所以采用加大冷却速度的方式缩短焊接接头在危险温度区间停留的时间,有效保证了焊接质量,同时又能减少焊接变形,采用带圆弧成型槽的水冷铜衬垫进行辅助成型。

在装夹衬垫时,由于方管上表面很窄,短的地方只有25 mm,如果使用传统的上下夹装的方式固定衬垫,很容易阻碍焊枪的运行位置。为解决该问题,采用在衬垫底部插入斜楔的方式,将衬垫撑到零件表面,此时斜楔将下面的方管壁压平,减小了焊接变形,保证了焊接质量。工装示意如图1所示。

2. 5 焊接参数

通过工艺试验,最终确定了比较稳定的焊接工艺参数,即采用直径为1. 0 mm的焊丝,焊接电流为150 ~ 160 A,焊接电压为19 ~ 22 V,焊枪移动速度为560 mm/min。

2. 6 焊接过程

首先调整方管位置,使水冷铜衬垫的成型槽与工件坡口位置对齐,用压板将方管压紧,通过调节压板使方管焊接表面平整,防止出现对接错边导致的焊接缺陷。再向水冷铜衬垫中通入循环冷水,使得焊接过程的焊接热量被迅速带走,降低工件温度,进而保证焊接质量并降低不锈钢变形量。

按照上述工艺参数进行焊接,在引弧板上引弧,至熄弧板上熄弧停止焊接。待焊完方管冷却后去除刚性约束,再按相同工艺进行方管反面的长纵焊缝焊接。

3 结论

( 1) 通过刚性工装和无间隙Y形坡口组对,保证了焊接位置不改变; 适中的电流能熔掉Y形坡口的钝边,保证了焊缝全焊透; 配合水冷铜衬垫辅助成型,使得焊缝反面成型良好,不会产生焊穿或被氧化的缺陷,保证了焊接质量。经X射线探伤,焊缝等级达到B级,满足零件使用要求。

( 2) 通过刚性固定保证焊接位置不变,同时将部分焊接应力作用到刚性工装上,减小了零件的焊接变形; 正、反两面的对称焊缝焊接使焊接应力得以部分抵消,再次降低焊接变形; 同时流动的循环冷水能迅速带走焊接热量,有效降低了工件温度,减少了焊后变形量。三者配合,使得焊后方管变形量极小,尺寸在公差范围内,省去了整形的步骤。

薄壁不锈钢管篇6

关键词：薄壁钢管混凝土柱,耐火试验,温度场,耐火性能,耐火极限

钢管混凝土结构由于具有承载力高、抗震性能好和耐火性能好等优点, 已较为广泛地应用在高层建筑等结构中。对于钢管混凝土柱的耐火性能国内外已有不少研究报道。我国GB 50016-2006《建筑设计防火规范》也给出了钢管混凝土柱的耐火极限表, 为其耐火设计提供了依据。

近年来, 随着高强度高性能钢材的发展, 薄壁钢管结构在土木工程中得到了越来越多的应用, 但其显著的局部屈曲特性也成为工程界关注的问题。若在薄壁钢管中填充混凝土形成薄壁钢管混凝土结构则能有效改善薄壁钢管的局部屈曲, 提高构件的承载力和耐火性能。因此, 近年来不少研究者对薄壁钢管混凝土在常温下的力学性能进行了研究。研究结果表明, 薄壁圆钢管混凝土总体上具有较好的承载能力和后期变形能力, 但薄壁方钢管混凝土由于局部屈曲, 影响了钢管和核心混凝土之间的“组合作用”, 因此变形能力和延性相对普通钢管混凝土会变差。而若在薄壁钢管混凝土中设置纵向加劲肋则能有效抑制钢管局部屈曲, 使薄壁方钢管混凝土的承载力和延性有较大程度提高, 但目前关于薄壁钢管混凝土耐火性能的研究尚未见有报道。事实上, 由于钢管壁厚减小, 核心混凝土面积的相应增大使其吸热能力进一步增强, 因此薄壁钢管混凝土柱可望具有不差于普通钢管混凝土柱的耐火性能。此外, 对于带加劲肋的薄壁钢管混凝土柱, 其加劲肋埋于混凝土之中, 因此在高温下加劲肋的温度上升较慢, 从而使柱子的火灾下剩余承载力和耐火极限得到提高。

有鉴于此, 笔者通过试验研究标准火灾作用下方形薄壁钢管混凝土柱的耐火性能。共进行了4个方形薄壁钢管混凝土柱的耐火试验, 试验参数为荷载偏心率、是否设置加劲肋以及是否设置防火保护。基于试验结果, 研究了薄壁钢管混凝土柱在高温下的破坏模态、温度场分布、耐火极限和轴向变形等, 并将其耐火性能和普通钢管混凝土进行比较, 期望为有关薄壁钢管混凝土工程防火设计提供参考。

1试验方法

试件设计考察的主要参数为:荷载偏心率 (e/r, e为荷载偏心距;r=B/2, B为试件的截面边长) 、是否设置加劲肋和是否设置防火保护。表1给出所有试件的详细信息。其中, t为钢管壁厚;Bs和ts分别为加劲肋的宽度和厚度;L为试件长度; α为防火保护层厚度, N为作用在试件上的荷载;n为火灾荷载比, n=N/Nu, Nu为常温下构件的极限承载力, 参照韩林海等研究报道的方法计算。试件S1和S2为不带加劲肋也无防火保护层的试件, 其荷载偏心率 (e/r) 分别为0和0.5;ST1为带加劲肋且设防火保护层的试件;ST2为带加劲肋而不设防火保护层的试件。所有试件的受火高度均为3 000 mm。

所有试件的耐火试验均在国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验测试中心的“柱炉”中进行。试件两端的边界条件均为铰接, 受火高度均为3 000 mm。试验过程中对试件的控制和数据采集均采用计算机进行, 控制燃烧炉的升温按国家标准GB/T 9978.1-2008《建筑构件耐火试验方法第一部分:通用要求》所规定的标准升温曲线进行, 所有试件均为四面均匀受火。

试件制作时, 均在其跨中截面内部的不同位置预埋3个热电偶, 以测量试件受热过程中的内部温度场变化。此外, 试验中还测量了试件的轴向变形和跨中处的挠度, 并记录了耐火极限。试件耐火极限的判定按国家标准GB/T 9978.1-2008的规定, 即试件的轴向压缩量达到0.01H或试件轴向压缩速率超过0.003H/min (H为试件的受火高度) 表明试件达到耐火极限, 即停止试验。

2试验结果与分析

2.1 破坏模态

试验结果表明, 与普通钢管混凝土相比, 薄壁钢管混凝土柱在高温下的破坏模态呈现出更为明显的局部屈曲特征。构件破坏时, 钢管在受火高度内均匀分布着多个屈曲半波, 其数量和分布范围都较普通钢管混凝土大, 而与普通钢管混凝土相似的是, 由于受到核心混凝土的支撑作用, 薄壁钢管均表现出向外鼓屈的屈曲模态, 未发现有凹屈的现象。总体上看, 薄壁钢管混凝土在高温下的钢管屈曲模态与其在常温下的情况较为接近。设置了加劲肋和防火保护的试件, 破坏时钢管局部屈曲较无加劲肋和防火保护的试件轻微。试验完毕后剖开钢管, 发现核心混凝土仍保持完整, 未观察到混凝土和钢管之间出现明显的滑移现象, 二者仍能保持共同工作状态。同时由于钢管的约束保护作用, 核心混凝土也未出现爆裂剥落现象。带加劲肋的薄壁钢管混凝土试件在进一步除去混凝土后, 发现钢管内的加劲肋由于受到混凝土的约束, 并无局部屈曲现象发生。

2.2 温度场

为研究试件温度场的变化规律, 试件制作时在跨中截面处预埋了三个热电偶, 1、3点分别位于钢管内壁和试件截面中心, 2点位于距截面中心B/4处。图1为试件S2的温度-升温时间关系曲线。由图1可见, 由于核心混凝土的吸热作用, 钢管内壁的温度升高滞后于炉膛温度。60 min时1点温度为690 ℃, 炉温达到943 ℃, 二者相差253 ℃。同时1点温度大大高于2点和3点温度, 而2点和3点的温度差别较小。在试件达到耐火极限时, 3点温度仍然较低 (不超过200 ℃) 。设置防火保护能大大降低钢管温度, 试件ST1的钢管内壁最高温度仅为150 ℃左右。

表1给出了试件达到耐火极限te时的钢管内壁温度Tcr。对于无防火保护的构件, 韩林海研究报道的圆形钢管混凝土柱的Tcr值在533～829 ℃, 大部分在533～582 ℃, 矩形钢管混凝土柱的Tcr值在636～786 ℃;而有关研究报道的方钢管混凝土柱的Tcr值在521～920 ℃, 大部分在521～649 ℃。本试验中无防火保护的薄壁钢管混凝土试件的Tcr值为764 ℃和914 ℃, 略大于普通钢管混凝土。这可能是由于薄壁钢管混凝土柱的钢管壁厚较小, 钢管承担外荷载的比例和其对核心混凝土的约束作用相应较小, 因而钢管在高温下对试件整体承载能力的影响较普通钢管混凝土稍小一些。

Lu等采用有限元方法分析了钢管混凝土构件火灾下的破坏机制, 认为高温下钢管屈服是导致试件破坏的主要因素:钢管屈服后轴向应变急剧增大, 其承担的外力迅速传递给外层混凝土, 而外层混凝土在温度和力的耦合作用下很快达到其抗压强度而失效, 这样外荷载又继续向内层混凝土传递, 最终内层混凝土由于缺乏钢管和外层混凝土的约束作用, 同时承担的外荷载不断增大也迅速达到了抗压强度, 使结构的抗力小于外荷载而达到破坏状态。从构件破坏机制上分析, 与普通钢管混凝土相比, 薄壁钢管混凝土的含钢率较小, 一方面混凝土比例的增大提高了吸热能力, 另一方面由于钢管所占比例较小, 其承担的外荷载比例和对核心混凝土的约束作用相应较小, 所以钢管在高温下失效所引起的构件承载力损失则相对较小。因此在火灾荷载比相同的情况下, 薄壁钢管混凝土柱的耐火性能应不低于普通钢管混凝土柱。

2.3 耐火极限

由表1可见, 设置防火保护可以大大提高试件的耐火极限, 试件ST1比试件S1的耐火极限提高了400%以上。轴压比是影响试件耐火极限的重要因素, 与轴压比为0.6的试件S2相比, 试件ST2尽管设置了加劲肋但其轴压比较高 (n=0.7) , 因此耐火极限下降了23 min。以往普通钢管混凝土的耐火实验结果表明偏心率对于构件耐火极限的影响较小, 但该试验中偏压试件S2的耐火极限比轴压试件S1有较大幅度的提高, 原因可能是由于柱端球铰长期在高温环境中使用而产生膨胀, 从而会在一定程度上限制柱端转动, 而这种现象对于偏压构件的影响程度要大大高于轴压构件。

Park等报道的普通方钢管混凝土柱耐火实验中试件SAH2-1 (钢管截面尺寸B×t=300 mm×9 mm, 构件长度L=3 000 mm, 长细比λ=35, 受火高度H=2 400 mm, 火灾荷载比n=0.2, 无防火保护) 的截面尺寸和本试验试件S1较为接近, 其耐火极限为44 min, 与S1的耐火极限 (43 min) 十分接近。研究表明, 钢管混凝土柱的耐火极限主要与截面周长、长细比以及火灾荷载比有关, 且随火灾荷载比和长细比的减小而增大。在Park等研究的普通钢管混凝土构件SAH2-1火灾荷载比和长细比均小于笔者所作薄壁钢管混凝土试件S1的情况下, 二者的耐火极限十分接近, 表明在相同条件下薄壁钢管混

凝土柱的耐火性能应好于普通钢管混凝土柱。

根据GB 50016-2006中普通钢管混凝土柱的耐火极限表, 本试验中带保护层的薄壁钢管混凝土试件ST1的耐火极限设计值约为1.7 h, 较试验实测值3.9 h偏于安全。采用韩林海研究的方法对本试验中无保护层的薄壁钢管混凝土柱进行计算, 得到试件S1、S2和 ST2的耐火极限分别约为0.40、0.40和0.35 h, 而试验实测值则分别为0.72、2.17和1.78 h。可见, 采用现有规范和已有的计算方法进行薄壁钢管混凝土柱的耐火设计均偏于安全。

3结论

通过以上研究, 在该试验参数范围内可得如下结论:

(1) 相较于普通钢管混凝土, 不带加劲肋的薄壁方钢管混凝土构件在高温下破坏时呈现出更为显著的局部屈曲特征。而带加劲肋的薄壁钢管混凝土试件其钢管内的加劲肋由于受到混凝土的约束, 并无局部屈曲现象发生。

(2) 由于含钢率较小, 核心混凝土所占比例相对较大, 因此钢管在高温下失效对于试件承载力的影响相应较小, 所以预期薄壁钢管混凝土构件的耐火极限应不低于普通钢管混凝土。

(3) 采用现有规范和已有的普通钢管混凝土柱的计算公式对薄壁钢管混凝土柱的耐火极限进行计算, 其结果均偏于安全。

薄壁不锈钢管篇7

1 工艺原理

薄壁不锈钢给水管的焊接指氩弧焊连接, 是指通过焊炬供给的惰性气体层保护焊接区, 使熔融金属和钨极不受空气污染氧化, 利用电弧的热作用使相邻的焊件或填充焊丝被熔化, 随着被熔金属的凝固而形成连接的方法, 分为承插式氩弧焊连接和对接式氩弧焊连接。

2 工艺特点

1) 焊接式连接强度高, 适应各种环境的震动和位移, 连接安全可靠。

2) 活接头减少, 一次性成功率高, 施工便利快捷, 施工效率高。

3) 在建筑物的合理使用期内, 几乎无须二次维护, 经济效益显著。

3 工艺流程及施工技术要点

3.1 施工工艺流程

(如图1所示)

3.2 施工技术要点

3.2.1 管材、管件检验

1) 材料复验

建筑给水薄壁不锈钢管管道所选用的管材和管

件, 应具有国家认可的产品质量技术监督部门的检测报告。用于生活饮水的管材和管件, 还应具备国家卫生检验部门的检验报告或卫生许可批件, 且应经国家认可的产品检测机构的检测, 以确保管材及管件的产品质量。

2) 外观检查

(1) 钢管表面应光滑, 无裂缝、气孔、咬边、夹渣, 内外面加工良好, 不应有凹坑和矫直痕迹等缺陷。

(2) 钢管表面允许有轻微的磨痕, 但不应有明显的凹凸不平和超出壁厚负偏差的划痕。

3.2.2 支架的安装

1) 支架的间距

建筑给水不锈钢管道, 应合理配置伸缩补偿装置及支架, 热水管固定支架间距应根据管线热膨胀量、膨胀节允许补偿量等确定, 活动支架间距按表1选用。

2) 支架的种类

不锈钢管与异种金属接触, 会引起电化学腐蚀, 必须进行处理, 一般用不锈钢支架或用外包绝缘材料的支架。公称直径不大于25mm的管道安装时, 可采用塑料管卡。

3) 支架的安装

(1) 薄壁不锈钢管的固定支架宜设置在管接头附近, 特别是在弯管、变径、分支接口及穿过承重墙、楼板的两侧等处。

(2) 管材支架安装应在管接头连接前进行。

(3) 在给水栓与配水点处应采用金属卡或吊架固定, 管卡或吊架宜设置在距配件40～80mm处。

3.2.3 薄壁不锈钢管焊接连接

1) 承插式氩弧焊连接

(1) 切管:用不锈钢管专用砂轮切割机按照下料尺寸切管。

(2) 去毛刺:用除毛刺器去除毛刺。

(3) 清理钢管:在焊接前, 还必须清理焊区上的油脂、尘土或其他污染物。一般借助工具清洗, 用刷子或砂纸清理。重要结构用化学清洗法, 用丙酮或烧碱硫酸等清洗母材表面的油、氧化膜和氧化物等。

(4) 焊接:将不锈钢管插入管件承口。用钨极氩弧焊将承口端部做环状一圈的焊缝。按管壁厚度推荐焊接电流值参见表2。

(5) 焊接时采用对称点焊, 一般不少于3～4点, 长度为10～15mm, 起焊点应在固定焊缝之间, 可有效防止钢管焊接变形。

(6) 把焊枪的钨极端部对准焊缝起焊点, 钨极与工件之间距离为1～3mm, 按下焊开关, 提前送气, 高频放电引弧, 焊枪保持70°～80°倾角, 焊丝倾角为11°～20°, 焊枪作直线匀速移动, 并在移动过程中观察熔池, 焊丝的送进速度与焊接速度要匹配, 焊丝不能与钨极接触, 以免烧坏钨极或焊枪。同时根据焊缝金属颜色判定氩气保护效果, 焊接保护效果判断参见表3。

(7) 焊接时采用湿布散热法, 在焊缝两侧缝敷湿布散热, 减少焊缝温度停留时间。焊后对焊接接头实施酸洗、钝化或机械抛光。

2) 对接式氩弧焊连接

(1) 切管:用不锈钢管专用砂轮切割机按照下料尺寸切管。

(2) 去毛刺:用除毛刺器去除毛刺, 在焊接前, 还必须清理焊区上的油脂、尘土或其他污染物。

(3) 将不锈钢管和管件坡口后定位, 钢管或管件坡口参数参见表4。

(4) 用钨极氩弧焊, 将坡口部做环状焊缝。对焊管件开坡口的接头需要向焊缝熔池中添加焊丝, 选用的焊丝应与母材相配, 焊丝在使用前用纱布擦除焊丝表面的油、锈和水等残留物, 手工送丝时应戴干净的手套。

(5) 氩弧焊电流推荐参数, 见表2氩弧焊焊接电流推荐值。

(6) 对接式氩弧焊管连接属对接接头、对接焊缝的形式。焊接时采用对称点焊, 一般不少于3～4点, 长度为10～15mm, 起焊点应在固定焊缝之间, 可有效防止钢管焊接变形。

(7) 把焊枪的钨极端部对准焊缝起焊点, 钨极与工件之间距离为1～3mm按下焊开关, 提前送气, 高频放电引弧, 焊枪保持70°～80°倾角, 焊丝倾角为11°～20°焊枪作直线匀速移动, 并在移动过程中观察熔池, 焊丝的送进速度与焊接速度要匹配, 焊丝不能与钨极接触, 以免烧坏钨极或焊枪。同时根据焊缝金属颜色判定氩气保护效果, 焊接保护效果判断参见表3。

(8) 焊接时采用湿布散热法, 在焊缝两侧缝敷湿布散热, 减少焊缝温度停留时间。熄灭电弧后, 在熄弧处多停留一段时间, 使焊缝终端得到氩气的充分保护, 防止氧化。

(9) 焊后对焊接接头实施酸洗、钝化或机械抛光。

3.2.4 与异种管、阀连接

1) 与铜管的连接方法:一般采用螺纹直接连接, 应避免采用铜管用内螺纹与薄壁不锈钢管用外螺纹的连接方式。

2) 与镀锌管的连接方法: 薄壁不锈钢管与镀锌管的连接用螺纹连接。

3) 与阀门的连接方法: 薄壁不锈钢管与阀门连接一般采用螺纹连接, 不锈钢给水管与螺纹阀门连接时, 应安装可拆卸连接件。

4) 不锈钢管与异种金属接触, 会引起电化学腐蚀, 一般用绝缘垫处理。

3.2.5 管道试压与冲洗

1) 试压要求:管道系统试验压力为工作压力的1.5倍, 但不小于0.6MPa。

2) 检验方法:管道系统在试验压力下观察10min, 压力降不得超过0.02MPa, 然后降至工作压力进行检验应不渗漏。

3) 生活饮用水管道在试压合格后, 应采用0.03%高锰酸钾消毒液灌满管道进行消毒, 消毒液在管道中应静置24h, 排空后再用饮用水冲洗。冲洗前, 应对系统内的仪表加以保护, 并将有碍冲洗工作的节流阀、止回阀等管道附件拆除, 待冲洗后复位。

3.2.6 管道验收