预应力钢绞线质量控制及断丝后处理措施研究

2022-11-22张春雷

中国金属通报 2022年2期

张春雷

预应力钢绞线采用冷加工工艺方式进行生产，用于制造预应力钢绞线的原材料需要完成多个诸如酸洗、磷化、拉丝、捻股等工序以后，才能完成生产。建筑行业的快速发展增大了预应力生产的压力，致使预应力生产线在制造工序中出现问题的可能，以及发生断丝的概率更大了。为了提高预应力钢绞线的质量，保证工程项目的稳定性，需要做好断裂原因的分析，在生产过程中做好预防和解决。本文将从断丝表现、断丝原因、解决方法三个方面入手，做好预应力钢绞线生产提质增效工作。

1 影响钢绞线原料表面质量的因素

1.1 酸洗不够彻底

在对钢绞线进行生产时，需要加强对其原料的有效预处理。第一步也是比较重要的步骤，就是对其进行酸洗。此操作的主要目的是及时除去原料表面上的氧化铁皮。但是，有的时候由于酸洗所应用的盐酸浓度不高，并且其浸酸时间也不够，这会对此处理过程带来非常严重的影响。

同时，如果在钢绞线用盘条酸洗中，亚铁离子含量如果超标，就会导致酸与氧化铁皮反应变缓，甚至不发生反应，进而对后续的磷化、拉丝过程带来影响。因此，在酸洗过程中，即要确保原料浸酸时间的充足性，又要加强对亚铁离子含量的有效控制，浓度要求以不超过350g/L 为宜，超出后及时更换新酸液，进而保障预应力钢绞线盘条的酸洗质量。

1.2 磷化膜质量差

由于磷化膜在预应力钢绞线的制作中起着非常重要的作用，其主要是让钢丝表面更好地形成磷酸盐外膜，这种结构层具有不溶于水的特点。再加上，此层外膜还可以在一定程度有效防止金属出现被腐蚀的情况。但是，在此操作中，一些外界因素会对磷化膜的质量带来影响。因此，在对其进行酸洗完后，要对其进行水冲洗，主要是将原来表面所残留的酸液有效洗去，主要是为了预防酸液酸根离子的发生，强化磷化膜的稳定性和保护性。

在对磷化作用进行控制时，还要对磷化液参数进行分析。如果磷化液的酸度等没有达标，如浓度比较低，就会对预应力钢绞线表面质量带来影响。严重情况下会导致膜结构较薄，并且所形成的结晶也不够细致。

如果所应用磷化液的酸度比较高，就会发生结晶困难，磷化膜结晶粗糙疏松，还会在一定程度上促进原料表面铁出现溶解情况，进而对磷化膜的整体结带来的影响，并不能对钢绞线进行有效保护。此外，磷化液的酸度升高，溶液中沉淀增多存在了比较多的废渣，这就会导致磷化膜的厚度出现不均匀等问题。

2 影响预应力钢绞线表面质量的关键因素

2.1 拉丝润滑程度的影响

我们所说的拉丝，主要是指通过拉丝模，将盘条进行压缩和变形，直到其拉拔到工艺要求所需要的尺寸后，才可以停止此制作工作。在这个生产过程中，经常会使用润滑剂，这会对钢丝表面的质量带来影响。在对其原因进行分析时，发现拉丝模具工作锥的角度如果出现问题，就会导致其在具体的拉丝过程中发生质量问题。再加上，钢丝和模具之间的摩擦力比较大，这会对润滑剂的渗入带来影响，进而导致其在拉丝过程中出现比较大的摩擦阻力。

如果不及时处理钢丝受损等情况，就会导致在其表面以及组织在后期的应用中产生缺陷。此外，在具体的拉丝过程中，由于拉丝的速度比较快，钢丝和模具之间也非常容易出现高温高压的环境，所以这会导致润滑剂在应用中，非常容易在钢丝和模具之间形成比较大的结块，这会大大降低润滑剂自身的润滑效果，导致钢丝在使用时，其表面出现横裂纹。

2.2 拉拔速度

工作人员在具体的拉丝过程中，要加强对拉丝速度的有效控制，采取措施对其进行科学控制。如果拉丝的速度比较快，就非常容易导致钢丝表面的温度不断升高，进而导致润滑剂出现焦化，并且模具与钢丝之间还会形成比较大的结块，这会在一定程度上大大降低润滑的效果。因此，在具体的拉丝过程中，一定要严格控制其速度，保证足够的水量对卷筒进行冷却，提高钢丝的韧性。

2.3 绞线的储存环境

除了上述外，绞线的储存环境也是影响预应力钢绞线表面质量的关键因素。不可以在潮湿的环境，或者是含有腐蚀性气体的环境下对其进行存放，避免对日后预应力钢绞线的使用出现问题。如果将预应力钢绞线存放在湿环境中，就非常容易出现缓慢氧化生锈的过程，让钢丝表面自身原有的磷化膜受到破坏，影响了整体的施工质量。

2.4 捻制过程中的问题

在对钢绞线进行捻制时，工作人员需要在上轴过程中，对过线模、合拢口等进行仔细检查、如有磨损严重、尖锐突起要及时处理或更换。同时要保证矫直轮、导轮没有刮伤，还需检查冷却水槽内部水冷段、气封段是否在同一水平线上。如果不做好上述工作，就会导致钢绞线表面出现刮伤，最后只能对其进行作废处理。

2.5 水冷处理

由于中频炉回火后的绞线，一般要对其进行水冷处理，主要是为了确保钢绞线的伸直性以及其在日后使用的安全性。如果其水冷过大，吹刷不净，就会导致钢绞线内层中出现水分，这会导致钢绞线生锈。如果其中的水冷过小，还会对钢绞线的伸直性变差，用户在具体的使用中，穿线操作难度过大，或无法穿线。

2.6 包装流程不规范

在对钢绞线进行包装时，通常会应用三层包装的形式。首先是包装材料，主要是做好三合一塑料编织布的缠绕覆膜工作。同时，此材料可以在隔离有害物的时候，保障其价格的合理性，实现对钢绞线的多层包装，主要是为了避免在具体的运输中，或者是在储存中出现钢绞线表面等磕损问题。然而，在具体的装卸中，还要加强对重点内容的控制，主要是为了预防钢绞线的外包装等受到影响。

3 生产方面造成预应力钢绞线断裂的原因分析

3.1 原料缺陷

3.1.1 盘条中心疏松或缩孔

钢坯在连铸过程中，因为外部的钢液冷凝速度快于内部，所以基本上内部钢液尚未完全凝固的时候，外部的刚液就已经完全凝固了，在这种情况下，内部凝固以后缩小的这部分体积无法得到及时、有效的补充，会造成中心疏松或是缩孔的情况。因为盘条存在中心疏松或缩孔的情况，因此在受到外力作用的时候，应力会较为集中，影响预应力钢绞线的使用安全。

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3.1.2 出现组织缺陷

预应力钢绞线原料盘条生产工艺中，加热炉温度、吐丝温度、风冷辊道冷速等都是影响盘条生产质量的重要因素，一旦在这些方面出现问题，就会造成原料盘条质量不达标，出现网碳、马氏体等组织缺陷，将这样的盘条用于拉丝生产中，会在组织缺陷处，发生断丝。

3.2 表面横裂纹引起的断丝

用半成品的钢丝进行钢绞线生产的时候容易产生表面横裂纹，这些存在于钢绞线表面的横裂纹会在受到张拉力作用的时候，引发断丝。造成横裂纹出现的原因主要有以下三个方面。①钢绞线原料盘条的酸洗磷化处理质量差。因为酸洗磷化的质量没能得到保证，所以会造成盘条表面有氧化铁皮的残留，无法牢固地吸附磷化膜。使钢丝在拉拔过程中润滑条件变差，模具与钢丝直接接触，经过拉拔会在钢丝的表面留下微小的裂纹。在后续的张拉施工过程中，这些裂纹受到张拉力的作用，会进一步扩展，直至造成钢绞线的断丝。②因为盘条表面有折叠、结疤、尺寸超差等的缺陷等的缺陷，所以在拉拔的时候，这些存在缺陷的盘条在模具中会出现变形不均，或对金属沿变形方向连续性造成破坏的现象，导致横裂纹的出现。③润滑剂潮湿。包装防潮性能差、储存环境空气湿度大、拉丝机模盒漏水等的情况都会造成润滑剂潮湿。如果润滑剂是潮湿的，那么在进行拉拔的时候，就会出现润滑剂粘附在磷化盘条或钢丝表面的情况，造成润滑剂的失效，出现“叫模”，最终导致被拉拔的钢丝表面和拉丝模具间的摩擦力出现起伏，钢丝表面出现横裂纹。

3.3 盘条接头断裂

对符合标准要求的盘条接头进行连续地冷拉变形操作以后，捻制合股、进行稳定化处理就成了预应力钢绞线。要想满足建筑工程项目的需求，保证现代化生产的连续性，就需要在进行拉拔操作的时候，利用电阻焊接的方式将不同盘卷的盘条连接在一起。但是焊接的接头部分比较容易出现断丝，具体原因有以下几种。①焊接的过程中带入了氧化的夹杂物，导致焊接位置的脆性变大，降低了韧性水平。②焊接的时候，焊接工人的经验主义思想比较严重，大都凭借经验进行焊接挤压力度的判断，用肉眼对焊接情况、回火温度等进行观察，所以焊接挤压力度不足、焊接和回火温度不到标准的情况屡见不鲜，造成了焊接不牢或组织转变不完全等的一系列焊接问题，最终导致了预应力钢绞线的断丝。③焊接时，焊接区域的温度过高，对已经经过表面处理的盘条表面磷化膜造成了极大的损坏，导致后期进行拉拔的时候，焊接区的表面缺乏适宜的润滑效果，出现表面缺陷。

3.4 捻制断丝

于预应力钢绞线制作工艺而言，最关键的就是捻制。因为捻制问题导致钢绞线断丝的情况主要有以下几种。①捻制时七个工字轮的放线力度存在差异，致使由七根钢丝捻制而成的钢绞线出现松紧程度不一致的情况，让受力不均匀，容易因为张力集中在其中一根钢丝而发生断丝情况。②压线模的直径超出正常标准，导致无法为七根钢丝提供足够的压紧力，合股时无法有效定型，难以保证中心丝被外层的六根钢丝紧紧围绕，六根钢丝的受力不均匀，张力容易集中在其中一根钢丝上，导致断线。③用于进行捻制的配线单的边丝直径不统一、部分钢丝直径不符合标准，导致断丝。④在开启捻股机的时候，存在工字轮焊接完成以后未被收紧的现象，导致在惯性的作用下焊头被直接拽断，留下断丝隐患。

3.5 稳定化处理工艺

钢绞线于中频炉进行稳定化处理的时候，由于钢绞线是带着张力回火的，因此在温度和张力都比较高的情况下，容易造成钢丝断线，且若是断线以后操作人员没能及时发现并处理，还会造成七根钢丝全部断线的情况。若是稳定化处理的时候，温度和张力都比较低，那么就会导致钢绞线的定型以及屈服力等达不到实验标准。因此，只有把控好稳定化处理的温度和张力大小，才能有效降低钢绞线断丝情况的发生。

3.6 预处理工艺

在进行线材预处理的时候，受到酸洗时间过长、酸液温度不适宜、酸液温度过高等原因的影响，会导致酸洗反应过程中产生的氢气以原子的状态扩散至金属的内部，而含碳量较高的线材具有极强的“氢脆”敏感性，因而会在拉丝过程中出现断丝的情况。

3.7 不可控因素

4 进行预应力钢绞线质量控制和断丝解决的具体措施

4.1 做好保护工作

在进行线材生产、打包和叉运工作的时候，需要安排专门的管理人员进行监督，强化对线材表面保护的力度，防止在这些方面造成线材表面的硬擦伤。对于用于吊运盘条的C 形钩以及叉车的铲齿，要安排检查人员做好检查工作，保证这些设备的棱角倒圆，在使用这些设备的时候，要加派人手，做好协调工作，避免在铲齿和C 形钩进退的过程中和盘条产生快速摩擦。另外，要做好工作要求，让吊运工人明确不能拖拽散卷的工作规范，防止盘条和地面、车壁等发生摩擦。

4.2 强化对钢水纯净度的检查力度

在进行线材生产的时候，需要进一步强化对钢水纯净度的检查力度，做好对钢水内非金属夹杂物的形态和数量的控制工作，有效避免夹杂物偏聚现象，防止产生大颗粒夹杂物。与此同时，还要对线材生产的连铸工艺参数进行深层次的优化，做好对连铸坯中心偏析的严格控制。

4.3 拉拔工艺的优化

在拉拔工艺制定的时候，需要从多方面入手进行考虑，保证工艺内容的规范性、严谨性。制作的时候，要把总变形量、拉拔道次、线材的塑性情况以及加工的硬化性能等，作为各个道次压缩率、模具工作区角度的确定标准，并对模具工作区长度进行计算，用以保证内在和表面的质量符合标准。于预应力钢绞线而言，一般情况下分配压缩率的方法是，第一道次相对较小，第二道次较大，然后依次减小。在进行拉丝模工作区锥角确定时，取决于本道次的压缩率及钢丝直径，原则上不高于14°。

4.4 焊接工艺优化

关于焊接技术，需要对现有的焊接技术进行优化，将焊接的标准、要求等以文字形式落实下来。而后，需要加强对焊接工人的选拔和培训力度，提升焊接工人的操作规范性，同时安排管理人员对焊接工人进行监督管理，将焊接工人的表现情况、操作规范性等和他们的业绩挂钩，防止焊接工人在工作的过程中凭借经验主义工作，有效避免因为人为因素导致的、焊接工作出现组织缺陷和局部性接触不良现象的出现。

其次，要进行对生产工艺的优化，进行工艺操作的规范。强化预处理过程中，要保证线材表面的氧化铁皮能够被消除干净，且线材表面具备良好的润滑涂层。在拉拔的时候，要安排工人提高搅拌和添加拉丝粉的频率，以确保有符合标准的润滑效果。此外，还要将“三孔一直线”的标准有效地落实到模具、卷筒位置匹配工作中，保证拉丝模具有光滑的表面，并且直径大小在规定范围之内。

5 提高预应力钢绞线表面质量的相关措施

5.1 优化预应力钢绞线施工的流程

工作人员在对预应力钢绞线进行施工时，要加强对其质量的严格控制。一般情况下要做好两个方面的内容。①要对预应力钢束进行优化，保证孔道位置的准确性，避免其在施工中出现缠搅等现象。同时准确的孔道位置，不仅可以避免预应力钢束出现搅缠等情况，还能够强化预应力钢绞线结构的稳定性，让其一直处于比较好的受力状态，进而达到更好地预先设计效果。②在施工时，要采取措施实现对钢束井字架位置的固定。最后，要实现对预应力钢绞线张拉内容的有效控制，明确张拉顺序，一定要严格按照具体的设计规则，避免构件截面出现受力偏大的情况态。

此外，多排的预应力钢束如果一起张拉时，一定要对称进行。加强对其长度的有效控制。首先，在张拉前需要检查混凝土的抗压强度，并且在张拉的时候，要严格结合设计的要求以及有关的规范所执行。一般情况下，张拉需要采用双控，实现对伸长量和预应力钢绞线表面质量的综合性控制。③在应用预应力钢绞线时，如果其夹持不紧，就会出现滑丝，并且处理方法主要为压力机，要立即回油，及时更换工具式的夹片。在具体的检查中，需要明确锚具锥孔和夹片间的具体情况，及时清除的锚垫板中的杂物，然后对预应力钢绞线进行重新张拉。如果其中存在滑丝现象，需要采取科学的措施对钢绞线和锚具等进行检测，避免在具体的施工中出现质量问题。

5.2 了解预应力钢绞线施工的内容，加强沟通

如果在具体的施工中，波纹管出现了破损和漏浆等情况，就会对钢绞线的应用带来影响，进而导致摩擦力不断增大。在对其处理方法进行分析时，主要为：反复对其进行多次张拉，然后持荷一段时间后，更好地克服其中的摩擦力，当预制T 梁的时候，需要采取措施及时清孔。同时，孔道摩阻会导致伸长量偏小，所以在具体的施工中还要加强对此部分的处理。工作人员在开始张拉的时候，需要将钢绞线拉到5.0MPa，等到其回油到油压表后，其读数为零，这个时候要对其进行分级张拉。

在此过程中，还需要结合具体的要求对预应力钢绞线表面进行处理，明确其生产制造的流程，避免张拉等操作对整体施工的影响。因此，在具体的张拉过程中，要及时观察预应力钢绞线在应用中的情况，加强对各项数据的整合。此外，相关的政府部门要加强与大跨度桥梁承建方之间的沟通和交流，在此基础上建立完善的监管机制。同时，还要分级对预应力钢绞线的具体施工进行优化和管理。

在对预应力钢绞线进行采购时，需要结合具体的程序，对其进行采购。同时，预应力钢绞线在入孔前，需要对孔道进行全面严格检查。在此过程中，还要了解施工中的问题，对预应力钢绞线的表面进行有效处理，定期对他们进行相关的教育，为预应力钢绞线的有效应用提供条件。