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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
厚壁无缝钢管在机械、石油、化工等行业应用广泛,传统的切割工艺存在加工效率低、自动化程度低等问题.近年开发的钢管数控仿形锯切技术使用专用锯切设备和锯片,不仅能够快速、的锯切大直径ERW焊管,而且在大型厚壁无缝钢管的生产和加工中得到了应用.由于采用了数控仿形锯切的原理,可以使用较小直径的硬质合金齿涂层锯片锯切 φ720mm×60 mm 的钢管,适用钢级达到N80以上.经过生产使用证明,厚壁无缝钢管的仿形锯切生产效率高、锯切质量好,工作噪音低,性能好.
随着机械、石油、电力等行业的快速发展，对大直径厚壁无缝钢管的需求不断增加。为此，国内近年来新建了多条厚壁钢管生产线和石油钢管加工线，对钢管的切断加工提出了更高要求。对于大规格厚壁无缝钢管，传统的切断方法主要有旋转式切管机和双金属带锯机两种形式。它们的特点是投资少，但加工效率较低，而且不易于形成自动化锯切生产钱，因而自动化程度不高，难以适应钢铁行业中连续式、大批量生产的需要，因此急需开发一种新型的厚壁无缝钢管锯切技术和工艺方法。
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张力减径工艺是在前后布，的一系列轧辊机架中对荒管进行连续轧制的过程．也是钢管生产中的 一道热变形工序。在这一过程中．采用适当的孔型系列．使荒管外径得以连续减缩，同时凭借机架系列中轧辊转速比例的调节．可以取得预定的璧厚变化。张力减径工艺具有轧制速度高、产品规格范1 大等优点，目的已得到广泛应用。在张力减径过程中．钢管周向变形不均匀．导致钢管内表面由圆形变为多边形，在轧制中厚壁钢管时．该现象尤为严， " ．。为了改善和钢管的内多边形缺陷．需要实时测张力减径过程中钢管各个部位的应力、应变及沮度等场盆，但在生产现场，侧 t 这些数据往往比较困难且费时费力．因此利用数值棋拟技术来掌握上述场 t 在张力减径过程中的变化是非常必要的。为了提高产品的壁厚精度．目前国内外许多学者已经利用有限元法针对钢管张力减径过程的壁厚变化规律进行了大证的研究工作，州．并取得了较大的进展。
导致钢管内表面由圆形变为多边形的因索主要有轧辊孔型、张力分布情况、荒管壁厚及轧制沮度等。本文采用革于 MSC . MARC 的有限元分析方法，建立了钢管张力减径过程的有限元热力藕合分析棋型．在其他参数相同的情况下．研究了不同壁厚钢管的张力减径过程．分析了钢管内多边形的形成机理．得到了荒管璧厚和张力系数对钢管内多边形程度的影响规律．可为提高产品的壁厚精度和形状精度提供理论指导。
l 设．主．价数及热力报合有限元板型的盆立
Ll 设备主要参数本文在建立张力减径有限元棋型时．设定的张力减径机组的机架个数为 20 ．轧辊的名义直径设定为 345mm ，相邻机架间的距离为 320mm ，荒管的外圆直径为 180 帕 m ．成品钢管直径为 79mm 。为了研究荒管璧厚及张力系数对钢管内多边形的影响规伸，在其他参数相同的悄况下．本文选取了 9 种不同壁厚的荒管及对应的张力系数进行有限元模拟．其具体数值如表 l 所示。
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