铸钢节点的制作过程

yingfeng201973

铸钢节点的制作过程
一.铸钢节点深化设计
) b9 r( ^0 ^4 ?9 O充分发挥在铸造领域中的技术优势，结合近年来铸钢节点深化设计的实际经验，运用计算机辅助设计（CAD），在钢结构铸钢节点的深化设计中，在体现建筑师的设计思想、符合结构设计的要求的前提下，满足铸造生产，确保铸钢节点高品质。
二、铸造生产
2.1 模型制作
模型的设计与制造是铸钢节点制作的关键步骤。铸造中常用的模型制作方法有：木模型、蜡模型、金属模、消失模、3D塑料模等。其中，蜡模型只适用于小件生产，金属型适用于大批量生产。根据项目的特点，选择适用于本项目铸钢节点的模型制作。
2.2 铸造工艺
铸造工艺是获得良好铸钢节点制作的重要环节之一，根据铸钢节点结构的特殊性，借助模拟凝固**，制定合理的铸造工艺是铸件能否成功的关键因素。
& {# v8 k; L7 ~1、涂料：涂料是为了增加型砂抵抗金属液的冲刷和侵蚀作用，防止铸件表面产生机械或化学粘砂获得表面光洁的铸件。本铸件采用醇基涂料，这种涂料具有良好的透气性、强度高、干燥速度快等特点。涂料层需>2毫米。
8 U+ r+ j9 T" ^( k. {2、浇冒口系统：在铸造生产中，浇冒口系统是影响铸件质量的重要因素之一。根据铸钢节点铸件的特点，我们制定浇冒口系统的基本原则如下并用模拟凝固**模拟加以验证：确保进入型腔的钢液平稳、没有涡流现象；选择合理浇冒口位置，以利于铸件顺序凝固；浇冒口系统不应在铸件上引起热应力；保证在浇注过程中，金属液在铸型内有合适的上升速度；浇冒口系统的结构应具排气、挡渣能力。
* r* c  X! Y' z2 j$ ]! _9 t* Y  o2.3 热处理
热处理是通过加热、保温和冷却的方法，来改变钢的内部组织结构，从而改善钢性能的一种工艺。所以温度和时间是影响热处理过程的主要因素。铸钢件的加热速度取决于钢的化学成分、铸件的断面大小以及铸件的形状。一般合金钢铸件的加热速度比碳钢铸件要低些。铸件断面越大，形状复杂、断面厚薄相差较大时，加热速度要缓慢些。保温时间取决于铸件的壁厚或炉子的堆料情况。
铸钢节点正火后铸件内残余应力比较大。所以，采用正火加回火消除铸钢件内应力，最终使铸件各项性能指标满足项目要求。
铸件热处理时应注意以下几点：
) q8 F( `# ]0 ^% Q1 R5 m1、 在加热过程中，当炉温升到650－700度时，应缓慢升温，或在此温度下保温一段时间。因为，在这个温度区间，碳钢发生相变，伴随有体积变化，产生相变应力，如果快速升温，容易使铸件薄壁部分与厚壁部分以及表面层和中心层之间产生温度差增大，从而使铸件的热应力增大，并容易导致铸件开裂。
2、 为了使铸件内外温度一致，并且有足够的时间使组织完全转变，厚壁铸件的保温时间要比薄壁铸件长一些。保温时间一般指铸件均热（即铸件内外温度或颜色达到一致）后，开始计算。保温计算方法如下：
' |  k% m- q2 `: Y, P（1）、按同炉铸件最大壁厚计算，每25毫米保温1小时，适用于壁厚200毫米以内的铸件。
+ V% p- c3 F& K（2）、按同炉铸件最大壁厚计算，每50毫米保温1小时，但不小于2小时，适用于壁厚200毫米以上的铸件。对于特厚大铸件，可采用每100毫米件保温１小时，采用这种计算方法，保温时间一般不包括均热时间在内。
& I( V; c, Q. t* @0 ^（3）、 按堆料高度计算，一般碳钢铸件保温时间按1米高保温4小时计算。保温时间定为5小时。
. D: S  G0 W/ O6 X三、质量保证措施
质量控制是保证生产合格铸件的基本保证，在铸钢节点制作过程中，主要的质控方法如下：
3.1化学成份控制
1 b! m1 q9 ]/ ]+ }; P* w9 {9 m1、为了确保化学成份控制在标准之内，浇注之前，必须对钢水成份进行炉前快速分析。如成份合格方可浇注，否则须调整钢水成份，待成份合格后方可浇注。采用直读光谱仪进行炉前快速分析。
; R; p5 ^9 Z" f( O  J( X2、为确保具有良好的焊接性能，碳当量应严格控制。
3、铸件冷却凝固后，在试块上取样，再进行一次化学分析，此样做为最终化学成份结果。
+ g$ x' d5 b$ Q9 l0 U6 ?3.2 机械性能控制
铸件浇注时用同炉钢水，浇注试样经随炉热处理后、机械加工制成标准试样，对其进行机械性能试验。
4 ?( M$ b0 j: ^2 [1 z% Q: V内在及表面质量控制：铸件出厂前，需对铸件进行无损检测，铸钢件不允许有影响使用性能的裂纹、冷隔、缩松等缺陷存在。铸钢件按GB7233《铸钢件超声探伤采用磁粉表面探伤及质量评定方法》进行超声波检测，质量等级为Ⅱ级；不可超声波探伤部位采用磁粉表面探伤按GB9444-88标准，3级合格。
% s" n5 J, W3 M2 {. y尺寸控制：铸钢节点在从图纸向模型和铸件转换过程中，每一个步骤都可能产生误差，造成几何形状发生变化。测量是用于检查模型和铸件空间位置以及为钢结构安装制定基准的必不可少的工序之一。
四、钢管相贯线节点的加工工艺
天桥主桥的顶面和内外侧面采用的是钢管结构组成的空间桁架结构，钢管构件之间的连接节点为相贯线焊接节点。主桥内外侧面的腹杆采用的都是相贯面切割机直接切割下料成杆件，因此内、外侧弦杆的制作特别的重要，精度达不到将导致腹杆安装困难，整体的精度无法保证，主弦杆钢管进厂后必须进行矫正，钢管对接后对直线度进行检查。
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铸钢节点
) V! n! K" s4 v6 A$ e1 铸钢节点应满足结构受力、铸造工艺、连接构造与施工安装的要求，适用于几何形式复杂、杆件汇交密集、受力集中的部位。铸钢节点与相邻构件可采取焊接、螺纹或销轴等连接方式。
2 铸钢节点应满足承载力极限状态的要求，节点应力应符合下式要求：
节点应力计算公式
  式中：σ1、σ2、σ3——计算点处在相邻构件荷载设计值作用下的第一、第二、第三主应力；
( B8 A  O9 {% E0 }6 k- Y            βf——强度增大系数。当各主应力均为压应力时，βf＝1.2；当各主应力均为拉应力时，βf＝1.0，且最大主应力应满足σ1≤1.1f；其他情况时，βf＝1.1。
6 S; M7 c  J$ }. r" Q3 铸钢节点可采用有限元法确定其受力状态，并可根据实际情况对其承载力进行试验验证。
4 焊接结构用铸钢节点材料的碳当量及硫、磷含量应符合现行国家标准《焊接结构用铸钢件》GB／T 7659的规定。
5 铸钢节点应根据铸件轮廓尺寸、夹角大小与铸造工艺确定最小壁厚、内圆角半径与外圆角半径。铸钢件壁厚不宜大于150mm，应避免壁厚急剧变化，壁厚变化斜率不宜大于1／5。内部肋板厚度不宜大于外侧壁厚。
6 铸造工艺应保证铸钢节点内部组织致密、均匀，铸钢件宜进行正火或调质热处理，设计文件应注明铸钢件毛皮尺寸的容许偏差。

* M& U" `3 P- o' I1 铸钢节点主要适用于特殊部位、复杂部位、重点部位，其节点形式多种多样。
2 根据铸钢材料的特点，可以采用第四强度理论进行节点极限承载力计算。
8 M8 N9 i' C+ h  o4 X3 n  h3 铸钢节点的有限元分析应采用实体单元，径厚比不小于10的部位可采用板壳单元。作用于节点的外荷载和约束力的平衡条件应与设计内力保持一致，并应根据节点的具体情况确定与实际相似的边界条件。
" x+ D: V" U9 Y; o    铸钢节点属于下列情况之一时，宜进行节点试验：设计或建设方认为对结构安全至关重要的节点；8度、9度抗震设防时，对结构安全有重要影响的节点；铸钢件与其他构件采用复杂连接方式的节点。铸钢节点试验可根据需要进行验证性试验或破坏性试验。试件应采用与实际铸钢节点相同的加工制作参数。验证性试验的荷载值不应小于荷载设计值的1.3倍，根据破坏性试验确定的荷载设计值不应大于试验值的1／2。
4 本条为新增条文，非焊接结构用铸钢节点的材料应符合现行国家标准《一般工程用铸造碳钢件》GB／T 11352的要求，焊接结构用铸钢节点的材料应具有良好的可焊性，符合现行国家标准《焊接结构用铸钢件》GB／T 7659的要求。铸钢节点与构件母材焊接时，在碳当量基本相同的情况下，可按与构件母材相同技术要求选用相应的焊条、焊丝与焊剂，并应进行焊接工艺评定。
) h; K/ n' k) X$ K5 根据铸造工艺的特点，提出对铸钢节点外形、壁厚等几何尺寸方面的要求。
+ w6 P0 V* e( W( X8 K- `  w; N; E4 z* g6 提出对铸钢节点铸造质量、热处理工艺与容许误差等方面的要求铸钢节点在不同领域的发展与应用研究
  
& c1 P* A, g+ t- t国外，从20世纪80年代开始，学者们就对铸钢节点展开了研究。铸钢节点最初应用于近海结构，比如海洋平台。1981年，Armitage.R证明了在海上生产平台结构中，那些对疲劳比较敏感的部件，可以用铸钢节点来代替常用的焊接节点，这样一来，疲劳寿命和设计灵活性都会大大提高。英国学者Edwards.C.D和Fessler.H在1985年左右，针对英国北海Conoco Viking和Ozuberugu B海上采油平台结构中采用的铸钢节点，进行了一系列关于各种力学性质方面的研究，还发表了多篇相关的学术论文。1984年，H.Fessler等人对T型节点在轴向、支撑荷载作用下，分别采用冻结应力光弹性应力分析、应变片测量法和三维有限元计算，得出了应力分布的一致性，并与焊接节点和早期设计的铸钢节点进行了对比分析。

1985年，Edwards.C.D和Fessler.H继续采用光弹性模型分析与试验结果相结合的方法，研究铸钢节点和焊接节点的受力特性。他们发现，在一般的加载条件下，铸钢节点的应力集中现象并不明显。铸钢节点在海上钢结构中经过一段时间的发展，已经逐渐成熟起来。到了20世纪末，铸钢节点开始逐渐扩展到陆上的管状结构中。

欧洲的一些学者率先对陆上管状结构的铸钢件展开研究，证明了在陆上建筑像公路、铁路和桥梁这些容易受疲劳影响的地方，使用铸钢节点是可行的。之后北美地区也开始在陆上建筑中使用铸钢件。铸钢件特别适合用于管状结构，因为它能为管状连接设计问题提供可行的解决方案，尤其是在地震和疲劳荷载的情况下。

2006年，J.C.de Oliveira和S.Willibald等人对加拿大在铸钢节点方面的应用经验进行了总结。他们对安大略省圭尔夫大学正在进行的树状屋盖支撑结构中采用铸钢节点的项目进行了描述，还对多伦多大学关于钢管空心铸钢连接件滞回性能的研究情况进行了总结。同年，Nussbaumer.A和S.C.Haldimann - Sturm分别对焊接管节点和铸钢节点对管桁架疲劳性能的影响进行了分析和试验研究，并进行了对比。他们总结了这两种节点在设计和制造方面存在的问题，为钢管桁架的桥梁结构设计和制造提出了建议。