预应力钢绞线生产中断线分析及改进措施

白海英

河钢宣钢金属制品公司 河北 张家口 075100

引言

预应力混凝土用钢绞线是制作钢筋混凝土过程中最为重要的材料之一，其通过了稳定化处理、分卷、拉拔等各个不同工序制成，钢绞线本身具有松弛较低并且强度较高等优点，是目前我国在建筑工程中常见的材料之一，无论是核电站的修建，大跨度桥梁或者是高速公路大型高层建筑等都在应用预应力钢绞线。随着近几年科技的不断进步，其品种越来越多，级别越来越高，但是在生产过程中仍旧存在着极为明显的断线问题，无法完全消除，甚至成为大部分预应力钢绞线生产厂家的主要难题之一，本文的目的就是据此进行分析。

1 工艺流程

在分析预应力钢绞线生产过程中存在的断线问题时，首先要了解钢绞线在生产时的生产工艺流程，其中：第一步为明确原料，第二步对原料进行酸洗和水洗，第三步对所有原料进行高压水洗、热水洗，第四步则需要对原料进行磷化。第五步在磷化后同样需要通过水洗造化，烘干，拉丝打轴，第六步需要对所有的钢绞线进行绞线合股稳定化处理，第七步再一次进行打折，并且做好成品层绕包装，第八步则可以直接入库。

2 工艺出现问题的原因

2.1 原料问题

在分析断线的原因时，能发现原料盘条在上一道的工序中，由于存在着极为明显的工艺控制不当，进而会导致原料中出现中心疏松或者是组织缺陷等现象。为此，在进行原料的选择时，一定要确保原料的选择质量，需要对原料表面的状态进行进一步的分析和确定，提高原料本身的质量，能够降低断线出现的频率。在进行连铸的过程中，钢液需要经过冷凝这一过程，而在整个过程中其外部是快于内部的。为此，在整个过程中十分容易出现一个问题就是内部还没有完全凝固，但是外部的钢铁却基本完成凝固。在这一阶段内部凝固过程中会存在着体积缩小，但是其体积无法得到有效的补充，从而容易形成中心疏孔现象。采用小方坯轧制工艺在压缩的过程中，其压缩较小，无法将钢坯中心疏松的部分完全压实，而部分高碳钢盘条中往往会存在着另外一个问题，就是中心疏松，甚至存在缩孔。盘条中心疏松或者是存在缩孔部分的强度相比于外部而言更低。在外力的作用下，会直接造成应力过于集中而导致的锥形断口。在进行预应力钢绞线生产过程中，还会存在着明显的组织缺陷。组织缺陷主要是指钢盘条金相组织中存在的网状碳化物或者是马氏体。这是由于在整个生产工艺开展过程中，会出现拉拔或者捻股这两个工艺，而这两工艺也会造成极为明显的杯锥状断裂。为此，如果钢条出现了明显的网状渗碳体和马氏体，整个钢条的可塑性会不断下降，在半成品钢丝拉拔过程中，其无法随机体同步进行变形，甚至会产生微小的横裂纹。在经过了几次的模具拉拔后，裂纹会渐渐地进行拓展，最终形成极为明显的杯锥状断口。

2.2 盘条预处理工序

在进行盘条预处理时，先应考虑到其预处理过程中的工序断线这一问题。在盘条预处理过程中会出现酸洗造成的断线以及磷化所造成的断线，而其中针对酸洗所造成的断线，要考虑到盘条酸洗时不能出现酸洗时间过长，也不能出现酸洗时间过短的情况。这是由于酸洗时间过长会直接导致盘条表面出现严重的脱碳现象，不仅如此，还会导致大量的氢扩散到原料的机体内部，如果不进行脱氢处理，则会导致当盘条进入到拉拔工艺时，其出现氢脆现象，对盘条的预处理而言会带来负面影响，甚至产生断丝的情况。如果在酸洗时时间过短，则无法有效地洗掉盘条表面存在的氧化铁皮，而氧化铁皮自身的硬度可谓是极高，再进行拉拔的过程中，很难出现根据实际情况而呈现的塑性变形，无法满足整体的工艺需求，甚至直接增加在拉拔过程中所面对的阻力，也会造成明显的断线情况而通过查找酸洗工艺记录和酸洗后的表面发现，酸洗工艺本身并不会对整个盘条预处理带来负面影响。

在分析磷化所造成的断线时，发现盘条磷化的过程中需要控制好磷化膜与金属机体本身存在的牢固性，磷化膜的厚度一定要确保能满足拉拔工艺。磷化膜如果不牢固或者是出现凝化膜过薄，都会导致磷化膜在脱落时无法携带足够的拉丝粉进入到模具中，进而导致后续的拉拔工艺在开展过程中，其模具直接与盘条金属进行接触摩擦，进而导致拉丝粉存在的意义消失，拉丝粉本身的润滑效果无法在这一阶段完全且有效地进行应用，也会导致磷化膜大量堆积在模具的入口，拉丝粉同样无法在第一时间内被带入到模具的内部，这些都会导致在后续进行冷却过程中，盘条无法在冷却系统内保证良好的降温效果，导致拉丝粉出现焦化的状态，在后续进行拉拔工艺过程中，其钢丝出现断线的概率也会有着极为明显的提升，与当前的工艺发展并不相吻合。而如果分析磷化工艺记录以及抽查磷化后的表面能发现，磷化工艺本身并不会对预应力钢绞线生产过程中存在的断线带来负面问题。

2.3 拉拔工序

在进行拉拔工序时能发现其焊接工艺不当也容易造成断线，在盘条拉拔之前需要利用焊机将盘条头焊在一起，然后再进行下一次的连续的拉拔。在整个拉拔过程中能发现，其之所以会出现断线的主要原因是由于焊接无法满足九次连续拉拔工艺造成的。为此，焊机操作的整体水平直接影响到了在后续进行拉拔时其断线的频率。在当前进行焊接时需要严格地按照我国的焊接工艺要求进行执行，不能够仅仅凭借焊接工人的感觉进行操作。例如，在进行高碳钢盘条的焊接时，要求焊接温度应控制在1070℃到1180℃[1]。在高碳钢焊条进行焊接过程中，如果该盘条含碳量为0.7%左右，则要求焊接人员需要将焊接温度控制在1180℃左右，而如果盘条含碳量为0.8%左右，则要求焊接工作人员将焊接的温度控制在1140℃左右。在大部分情况下，选择82b盘条及含碳量为零点0.2%，在这一阶段则要求焊接工人将焊接温度控制在1135℃左右，这是由于在这一温度下盘条本身就有极强的热塑性，能够在高温的情况下将不同的盘条段焊接在一起。但是如果温度太高会导致金属本身变成液态，并且无法达到有效合锻这一目的，而如果温度太低，则同样无法进行良好的锻合盘条的焊接，达不到焊接的力学性能。盘条的焊接点如果无法达到焊接过程中的力学性能这一要求，十分容易在拉拔过程中出现平齐性断口或者是在接头处出现断线的现象。在整个焊接工艺开展过程中，还需要考虑到焊头对焊机回火位置的要求。在这一阶段需要做到钳口夹紧，并且通过反复的、多次的加通电确保焊接的温度能够提升，应让温度提升在700℃～780℃，确保在整个加热过程中呈现红色长度能够在45mm左右，而在整个焊接过程中也需要考虑到焊接区域在空气中会渐渐地、自然的冷却，进而使得回火区域的温度能够降低至550℃。利用通电缓慢地进行加热，使得焊接头能够停留十秒左右，如果仅仅回火一次，无法保证回火组织充分回火，会导致在整个拉拔过程中出现平齐状的断口接头。在通过现场工艺操作对其进行抽查中，能发现其确实存在着个别员工由于岗位调动而导致对整个焊接工艺操作不够熟练，还有一些员工在进行回火时，回火次数不够，同样导致断线情况出现。

在拉拔的过程中需要合理选择拉丝粉，确保在冷却过程中冷却效果良好。在每一道拉拔过程中都需要配置最为合理的拉丝模，才能够提高拉丝的整体质量，并且需要选择最合适的压缩比，保证其在入口时地质量得到提升，同时盘条在拉拔工程中如果阻力小于盘条自身所能够承受断裂时，则需要适当的带入一定量拉丝粉，而如果无法承受，则不需要带入拉丝粉。拉丝粉的选择应该根据每一道拉拔过程中模具本身。模具本身的温度应该尽可能与拉丝粉的软化点处于相同的状态，才能够提高该工序的整体效果，钢丝在拉丝模内也会存在着热变形，但是却没有摩擦热。为此，需要尽可能减少在拉拔过程中所产生的热量，如果在整个工艺中出冷却系统出现了问题，则会导致拉拔过程中产生的大量热量无法第一时间内被循环水带走，使得拉拔的温度不断升高。如果拉拔温度过高，会导致被烧焦拉丝粉本身的润滑作用在这一阶段也会完全失去[2]。为此，应该根据实际情况选择最为合理的拉丝模、拉丝粉，以保证其冷却效果可以得到提升，减少拉拔的阻力，降低拉拔过程中所需要消耗的热量，其所产生的热量保证半成品钢丝表面质量，减少断口的发生。断口的金像组织其表面存在白亮带，这是由于水质问题而导致的循环水被堵塞，冷却系统无法充分发挥出其作用。

2.4 捻制工序

预应力钢绞丝在生产过程中捻制工序也同样尤为重要，在捻制工艺中，由于七个工字轮放线力不一样，同样会导致七根钢丝所捻制成的预应力钢绞线存在受力不均匀这一现象，很容易导致张力集中在某一根钢丝上，进而出现断线的现象，捻制时如果出现压线膜的直径过大，则会导致七根钢丝自身的压力不够，而直径过小，钢丝同样无法实现有效的定型，无法保证外层的六根钢丝全都能够以中心丝为主点紧密的环绕，甚至出现了外层的六根钢丝在受力时受力不均匀，很容易导致张力集中在某一根钢丝上，出现断线的现象。在捻制时如果所有的配件单均使用边丝的直径相差较大或者是个别钢丝直径较大，都会直接导致钢丝存在受力不均匀，这一现象容易使张力集中在某一根钢丝线，直接出现断线的情况。而启动捻股机之前一定要确保所有的工字轮焊接完毕，一旦有某一个工字轮并没有完成焊接完毕，就会导致在开工时工字轮收紧，起车时也很容易造成惯性力，直接将焊头拽断，而通过查看捻制的记录以及现场的施工工艺对其进行监督，能够发现捻制工艺本身并不会存在工艺不当这一问题。钢绞线在当前处理的过程中，稳定化处理工艺也是尤为重要的，但是如果这一阶段工艺资源不稳定，会导致出现断线。这是由于钢绞线在进行稳定化处理时，最主要是在中频炉进行处理，而钢绞线是带着一定的张力进行回火的。为此，在稳定化处理过程中经常会出现一个问题，就是温度过高导致张力过高，容易出现钢丝断线。一旦在中频炉出现断线时，操作人员如果发现过晚，会导致七根钢丝先后全部断线，这一情况后果十分严重。针对这一问题，需要将回火的温度控制在370℃，其达到最佳的控制回火温度。

3 工艺改进措施

通过对上述工艺断线的原因进行分析，能发现为了进一步提高其整体的质量需要对工艺中存在的问题进行改进，并且优化工艺，其中具体措施包括以下几点[3]：第一，针对缩短盘条，需要定期或不定期地进行抽查，并且确保所有的原料金相组织良好、原料表面的质量良好。第二，应对所有负责焊接的工作人员实施定期培训，特别是针对一些焊接操作不规范的员工，一定要进行培训才能够提高员工的专业素养，在每一次培训后都需要对员工进行专业素质的考核，只考核通过后，才能够进行下一周期的工作，而焊接后的回火次数也需要达到两次及以上。第三，在整个工作过程中需要保证循环冷却水的畅通程度以及冷却水的温度，可以适当增加罐体自身的盘线高度，增加拉拔钢丝在冷却时所需要消耗的时间。而针对模具采用水需要做到直接接触冷却，与此同时，也需要采用卷筒吹风以及吸尘设备保障，拉丝机内的高温热量能够在第一时间内被带走。第四，在每一周都需要对车间内的所有设备进行一次清洗，稳定化处理平炉测温仪的镜头，保证所有测温仪的高效且稳定工作。

4 结束语

综上所述，通过对盘条自身的情况以及钢丝在断线时的切口和金相组织方面等内容进行分析和调查，能够发现盘条之所以会断线是由于内在的网状渗碳体和马氏体造成的杯锥形断线。在拉拔的过程中也会出现循环水堵塞等情况，由于温度过高，顺滑不畅等问题最终导致断线，或是由于稳定化温度不准确而导致的断线。为此，需要将可能造成断线的原因进行进一步的分析和确定，根据其原因提出相应的改进办法提高预应力钢绞线生产的整体质量。