韓北方

(首鋼長治鋼鐵有限公司,長治 046000) 

摘 要:為了全面提升鋼筋的制造水平,對鋼筋的生產(chǎn)和質(zhì)量檢測方法提出了更高的要求,主要 體現(xiàn)在以下幾個方面:生產(chǎn)和檢測系統(tǒng)的自動化、智能化、信息化,以及使用機(jī)器人等先進(jìn)技術(shù);開 拓高端化檢測技術(shù)的發(fā)展思路;探索創(chuàng)新性的鋼筋風(fēng)動送樣系統(tǒng)和鋼筋力學(xué)性能自動化檢測技術(shù), 以滿足相關(guān)的試驗(yàn)方法和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求。 

關(guān)鍵詞:鋼筋;風(fēng)動送樣系統(tǒng);力學(xué)性能測試;自動化 中圖分類號:TG115.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1001-4012(2022)10-0013-04

隨著鋼筋生產(chǎn)技術(shù)的不斷創(chuàng)新及對其質(zhì)量控制 的有效管理,鋼筋的質(zhì)量也不斷提升,其高質(zhì)量發(fā)展 對促進(jìn)鋼鐵行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級意義重大。 提升和保證鋼筋質(zhì)量是一項(xiàng)非常重要的工作, 為了保障建筑工程的質(zhì)量和安全,國際上制定了一 系列的鋼筋檢測標(biāo)準(zhǔn),對鋼筋的材料性能測試進(jìn)行 了詳細(xì)的定義和要求,其中涵蓋了拉伸試驗(yàn)、彎曲試 驗(yàn)、重復(fù)彎曲試驗(yàn)以及疲勞試驗(yàn)等。國內(nèi)對鋼筋的 生產(chǎn)、使 用 和 質(zhì) 量 檢 測 一 直 有 相 關(guān) 的 控 制 標(biāo) 準(zhǔn), GB/T1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼 第2部分: 熱軋帶肋鋼筋》已在2018年11月1日正式實(shí)施,其 中規(guī)定了鋼筋混凝土用鋼材性能的檢測項(xiàng)目和要 求[1],內(nèi)容主要包括:拉伸試驗(yàn)(下屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng) 度、斷后伸長率、最大力總延伸率、屈強(qiáng)比等)、彎曲 試驗(yàn)、反向彎曲試驗(yàn)、軸向疲勞試驗(yàn)、化學(xué)分析、尺寸 測量、相對肋面積的測定、質(zhì)量偏差的確定、鋼筋的 金相檢驗(yàn)方法等。該標(biāo)準(zhǔn)同時還對試樣的制取、矯 直和人工時效等提出了一些具體要求。 鋼筋的力學(xué)性能是衡量鋼筋產(chǎn)品質(zhì)量最重要的 指標(biāo)之一,力學(xué)性能測試可以更好地為產(chǎn)品質(zhì)量管 控提供有效支撐。根據(jù) GB/T1499.2—2018 中的 相關(guān)條款規(guī)定,對于熱軋帶肋鋼筋,每次測試需要送 檢5根試樣,以檢查鋼筋品質(zhì)和力學(xué)性能等。各鋼筋 生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)按國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定抽取試樣進(jìn) 行力學(xué)性能測試和質(zhì)量偏差檢驗(yàn),結(jié)果必須符合有關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,以杜絕不合格鋼筋混入建筑工程中。 1 鋼筋檢驗(yàn)的現(xiàn)狀 

某些鋼鐵公司坯材檢驗(yàn)和物理測試崗位現(xiàn)有工 作人員不足,更不能勝任產(chǎn)能提升的檢驗(yàn)任務(wù)需求,需要通過自動化、智能化方法提升檢驗(yàn)效率,來適應(yīng) 產(chǎn)能提升后帶來的檢驗(yàn)任務(wù)增加。 某些單位現(xiàn)有檢驗(yàn)人員配置不能滿足專職人員 開展品種研發(fā)檢驗(yàn)工作的要求,導(dǎo)致品種開發(fā)檢驗(yàn) 周期、檢驗(yàn)?zāi)芰Σ荒軡M足和支撐品種研發(fā)要求,也需 要通過自動化、智能化等方法代替人力,分流出部分 人員從事品種開發(fā)檢驗(yàn)和非常規(guī)檢驗(yàn)工作。 對于盤卷產(chǎn)品特性,按照國標(biāo)要求需要進(jìn)行屈 服強(qiáng)度測試,但在測試過程中,由于矯直工藝差異和 人員操作差異,屈服強(qiáng)度測試結(jié)果的穩(wěn)定性差,易造 成結(jié)果誤判。 在鋼廠的大生產(chǎn)中,需要對生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行分 析檢驗(yàn),并將試樣送至相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測和分 析,而現(xiàn)在的產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室大多設(shè)在離生產(chǎn)現(xiàn)場較遠(yuǎn) 的地方。目前,國內(nèi)絕大部分實(shí)驗(yàn)室在不同的試樣 加工工序、加工與試驗(yàn)工序、試樣管理、殘樣清理等 環(huán)節(jié),還必須通過人工進(jìn)行過程流轉(zhuǎn)[2]。人工輸送 試樣比較耗費(fèi)時間,影響檢驗(yàn)周期。 隨著自動化、智能化技術(shù)的發(fā)展,自動化、智能 化技術(shù)已在力學(xué)性能測試領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。近年來, 某些生產(chǎn)企業(yè)也陸續(xù)開始采用力學(xué)性能自動化檢測 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn),避免了人為因素對測試結(jié)果的 影響,降低了產(chǎn)品的質(zhì)量風(fēng)險,大大提高了工作效 率,降低了操作人員的勞動強(qiáng)度[2]。 經(jīng)過調(diào)研和技術(shù)交流可知,鋼筋風(fēng)動送樣和鋼 筋力學(xué)性能自動化檢測技術(shù)適用于質(zhì)量檢驗(yàn)和質(zhì)量 管控模式。 

2 風(fēng)動送樣系統(tǒng) 

2.1 風(fēng)動送樣系統(tǒng)的運(yùn)行模式

為了快速、及時地把試樣送到質(zhì)量檢驗(yàn)部門,要 探索一種快速送樣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動化。 風(fēng)動送樣系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)應(yīng)用較早,目前依靠 風(fēng)動送樣技術(shù)來實(shí)現(xiàn)爐前試樣的輸送是一種非常成 熟的技術(shù),用風(fēng)動送樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種介質(zhì)、不同規(guī)格 試樣的送樣功能,來解決送樣不及時、檢驗(yàn)結(jié)果反饋 慢的難題,值得業(yè)內(nèi)同行探索。 需要開發(fā)能傳輸滿足標(biāo)準(zhǔn)要求尺寸試樣的正壓 單管風(fēng)動送樣系統(tǒng),用于螺紋鋼試樣的傳輸,在生產(chǎn) 現(xiàn)場各取樣點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)室之間快速傳遞試樣和返回空 樣盒。利用輸送管道內(nèi)一定壓力的壓縮空氣流產(chǎn)生 的推力,用電氣控制來推動裝有試樣的樣盒沿輸送 管道從取樣現(xiàn)場發(fā)送到實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)室拿取試樣后再以同樣的方式將空樣盒發(fā)送回取樣現(xiàn)場,以此實(shí) 現(xiàn)反復(fù)輸送,最終達(dá)到使用風(fēng)動送樣代替人工取樣 的操作。 鋼筋風(fēng)動送樣系統(tǒng)包括:發(fā)送站,即生產(chǎn)現(xiàn)場或 現(xiàn)場取樣室;接收站,即分析或?qū)嶒?yàn)室;輸送管道、動 力源設(shè)備及電氣控制部件等。現(xiàn)場分站和分析室總 站均設(shè)有儲氣罐和收發(fā)柜、輸送管道,其兩端分別設(shè) 置在現(xiàn)場分站和分析室總站的收發(fā)柜內(nèi);其中,儲氣 罐的輸入端設(shè)有輸入接口,用于輸入壓縮空氣,其輸 出端設(shè)有輸出接口,收發(fā)柜內(nèi)設(shè)有收發(fā)氣缸,收發(fā)氣 缸設(shè)置在輸送管道的端口下方,用于收發(fā)試樣樣盒。 整套系統(tǒng)操作簡單、安全可靠,提高了試樣的傳輸效 率。風(fēng)動送樣系統(tǒng)如圖1所示。 

2.2 風(fēng)動送樣系統(tǒng)設(shè)備說明 

正壓 單 管 風(fēng) 動 送 樣 系 統(tǒng) 的 傳 輸 距 離 約 為 300m,可以運(yùn)載長度為500mm,直徑為50mm,質(zhì) 量為4kg的螺紋鋼、圓鋼等試樣。 上層按鈕操作區(qū)主要有:樣盒檢測顯示燈、主站 分站工作顯示燈、開關(guān)門操作鍵、異常復(fù)位鍵等。 下層發(fā)射柜主要有:可左右移動的樣盒承載裝 置、樣盒限位到位檢測及彈送裝置、自動開關(guān)門移動 裝置、 樣 氣 盒 壓 承 閥 載 及 裝 移 置 動 要 速 配 度 備 控 專 制 用 裝 的 置 輸 等 送 。 樣盒,底部為 可伸縮的緩沖底座,連接壓縮空氣管道,后側(cè)有可左 右移動的控制滑行道。 樣盒限位到位檢測及彈送裝置配有檢測限位, 控制樣盒正確到位,并通過氣壓將樣盒彈出。 樣盒到位后,自動開關(guān)門裝置自動開門彈出樣 盒,在操作關(guān)門指令發(fā)送后,樣盒自動移動到發(fā)射底 座上,將樣盒發(fā)出。 鋼筋風(fēng)動送樣系統(tǒng)的開發(fā)運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)了試樣快 速傳輸功能。整套系統(tǒng)操作簡單、安全可靠,不僅提 高了試樣的傳輸效率,也減少了操作人員的工作量, 可更有效地提高試樣到位時間,降低勞動強(qiáng)度,提高 工作效率。

3 全自動試驗(yàn)系統(tǒng)

3.1 全自動試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行模式 

新建一套一拖二(一套機(jī)械手配合兩臺拉力試 驗(yàn)機(jī))自動拉伸試驗(yàn)系統(tǒng),用機(jī)械手代替人工,完成 指定位置待檢試樣的自動稱重測長、拉伸試驗(yàn),并自 動上傳檢驗(yàn)結(jié)果,實(shí)現(xiàn)全自動檢驗(yàn)。該系統(tǒng)包括全 自動引伸計(jì)、試樣傳輸機(jī)械手、試樣架及相應(yīng)的控制 系統(tǒng)等。 全自動拉伸屬于成熟的應(yīng)用技術(shù),尤其在板材 檢測領(lǐng)域,已有10 成功應(yīng)用了該技術(shù)。 a以上的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),某些企業(yè)已 某公司棒、線材產(chǎn)品占全部產(chǎn)品的80%以上, 棒、線材產(chǎn)品對檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)流程的要求一致,試 樣的形狀和制樣的標(biāo)準(zhǔn)相對統(tǒng)一,分析數(shù)據(jù)量大并 要求及時上傳。 軋鋼生產(chǎn)按批次取試樣后(盤卷試樣在線用矯 直機(jī)進(jìn)行矯直),從現(xiàn)有信息系統(tǒng)中獲取(或由人工 創(chuàng)建)對應(yīng)批次批號、牌號、序號等信息,生成并打印 試樣信息條碼,將條碼貼在對應(yīng)試樣上并送至物理 實(shí)驗(yàn)室,力學(xué)測試人員收到試樣后,用全自動拉伸系 統(tǒng)進(jìn)行掃碼登記,建立分析測試任務(wù),并將試樣按順 序放到試樣裝卸架中,進(jìn)入自動測試流程。 試樣進(jìn)入自動測試流程后,機(jī)械手抓取試樣送 至稱重測長系統(tǒng),進(jìn)行長度、質(zhì)量測試,自動計(jì)算質(zhì) 量偏差,稱重測長完成后,用機(jī)械手將彎曲試驗(yàn)試樣 送回至卸載試樣架,由人工取走進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。拉 伸試樣由機(jī)械手自動送至拉伸試驗(yàn)工位,拉伸試驗(yàn) 機(jī)根據(jù)測量長度自動調(diào)整夾具間距,試樣到位后自 動夾緊,根據(jù)試樣信息選擇拉伸試驗(yàn)程序,自動開展 拉伸試驗(yàn),自動進(jìn)行鋼屑清理,測試完成后對照判定 標(biāo)準(zhǔn)判定結(jié)果是否合格。由機(jī)械手卸載試樣后,送 至對應(yīng)標(biāo)識試樣收集工位,完成一個試樣試驗(yàn),根據(jù) 檢驗(yàn)任務(wù)重復(fù)上述過程,完成該批次全部試樣檢測 后,將該批次結(jié)果上傳至公司質(zhì)量系統(tǒng),完成一批次 試樣檢測[3]。 該系統(tǒng)為一臺機(jī)械手配合兩臺自動拉伸試驗(yàn)機(jī) 的工藝組合,系統(tǒng)能夠自動進(jìn)行試樣排隊(duì)、任務(wù)分配 等功能。

3.2 全自動試驗(yàn)系統(tǒng)主要功能

試樣矯直范圍為?6~?16mm;替代了人工矯 直過程,大大提高了矯直效率。300,1200kN 電液 伺服拉伸試驗(yàn)機(jī)的精度等級均為0.5級,夾持圓試樣的直徑分別為5.5~32mm,15~60mm。 六軸機(jī)械手的工作范圍為半徑2.55m 的圓形 內(nèi);其工作效率為不少于20個/h。選用仿真機(jī)械臂 的機(jī)器人IRB4600(ABB),測試序列可以根據(jù)操作 者要求改變(具有測試優(yōu)先權(quán))。六軸機(jī)械手可自動 抓取最大質(zhì)量為25kg的試樣,抓取時保證運(yùn)行平 穩(wěn),防止試樣抖動、歪斜,影響試樣的對中位置。在 自動上樣前進(jìn)行試樣對中,確保拉伸過程中試樣的 同軸性。每個動作控制單元可通過軟件進(jìn)行人工控 制及檢測。機(jī)械手拿取試樣時,具有判定是否拿取 到試樣的識別功能;取較短的試樣時,如果機(jī)械手未 取到,試樣夾頭不能打開。機(jī)械抓手的更換要方便, 并保證人、機(jī)安全。 控制系統(tǒng)具備各設(shè)備的工作狀態(tài)顯示、控制、故 障提示,各類設(shè)備的工作運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì),各設(shè)備工作 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),試樣在自動化系統(tǒng)上的工作流程、 工作狀態(tài)、分析結(jié)果的留存等功能。控制系統(tǒng)還能 分析數(shù)據(jù)并自動判定、上傳至公司系統(tǒng)。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)接收及傳送系統(tǒng)能按通訊協(xié)議,接收 上位機(jī)有關(guān)試樣的試驗(yàn)信息,并按此進(jìn)行設(shè)定;試驗(yàn) 結(jié)束后能按設(shè)定自動上傳試驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)與上位機(jī) 之間的數(shù)據(jù)通訊。 操作軟件、測試軟件在 Windows界面下的控制 軟件包(含上位機(jī)通訊軟件包)的功能包括:拉伸、壓 縮、彎曲、循環(huán)、設(shè)定試驗(yàn)方法、測試結(jié)果分析、數(shù)據(jù) 自動發(fā)送、試樣排序及試驗(yàn)優(yōu)先、圖像分析軟件模 塊、記錄試驗(yàn)日期和時間,同時包括力值、引伸計(jì)的 自動計(jì)量程序。 試驗(yàn)程序可安裝到其他離線計(jì)算機(jī)上,以便在 其他計(jì)算機(jī)上分析、查看試驗(yàn)數(shù)據(jù)等。 軟件能顯示試驗(yàn)力、橫梁位移、引伸計(jì)變形、試 樣夾持力、試驗(yàn)時間等。PLC(可編程邏輯控制器) 編程監(jiān)控軟件能實(shí)時監(jiān)測 PLC的運(yùn)行狀態(tài)。 試驗(yàn)機(jī)控制計(jì)算機(jī)可自動預(yù)判斷試驗(yàn)結(jié)果是否 合格、有效(試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定)。如 試驗(yàn)結(jié)果預(yù)判定不合格或無效,需在試驗(yàn)結(jié)果的數(shù) 據(jù)上作出標(biāo)記。試驗(yàn)機(jī)控制計(jì)算機(jī)能永久保留試驗(yàn) 段的數(shù)據(jù)(大于10000個試樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)),以便操 作人員可在控制計(jì)算機(jī)上根據(jù)試驗(yàn)日期、試驗(yàn)人、試 驗(yàn)批號等條件模糊動態(tài)查詢到以往的試驗(yàn)結(jié)果。 試驗(yàn)機(jī)控制計(jì)算機(jī)具備人工試樣登記功能,人 工登記的試驗(yàn)結(jié)果也可方便迅速上傳到上位機(jī)上。 試驗(yàn)機(jī)控制計(jì)算機(jī)上傳的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(試驗(yàn)數(shù)據(jù) 小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)、上傳信息的項(xiàng)目)可以被增加和修 改。測控軟件可選擇自動或手動上傳試驗(yàn)結(jié)果,上 傳的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(試驗(yàn)數(shù)據(jù)小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)、上傳信息的 項(xiàng)目)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。 系統(tǒng)報(bào)警信息以及具體故障點(diǎn)位的查看避免了 數(shù)據(jù)錄入和計(jì)算時可能帶來的錯誤,同時保證了數(shù) 據(jù)的可追溯性。 鋼筋力學(xué)性能自動化檢測系統(tǒng)如圖2所示。 

4 結(jié)語

(1)在對風(fēng)動送樣系統(tǒng)優(yōu)化后,試樣從發(fā)射端 到接收端的時間達(dá)到20s,滿足該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn), 并且實(shí)現(xiàn)了公司內(nèi)部若干條生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)室的整合。 (2)該系統(tǒng)可以在自動上樣前進(jìn)行試樣對中, 確 保拉伸過程中試樣的同軸性,提高了斷后伸長率 檢測的準(zhǔn)確性。另外,自動化手段代替人工操作具 有應(yīng)變實(shí)時測量能力,真正滿足精確測量屈服強(qiáng)度 等參數(shù)的要求。 (3)鋼筋風(fēng)動送樣和全自動試驗(yàn)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn) 鋼材試樣的力學(xué)性能集中檢驗(yàn)及鋼材的全自動取 樣、檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)上傳,為螺紋鋼的檢驗(yàn)開辟了新的管 理方式。通過設(shè)備及人員的整合,可解決現(xiàn)有人員 短缺與按批檢驗(yàn)、產(chǎn)能提升、品種開發(fā)檢驗(yàn)需求的矛 盾,提高作業(yè)效率,降低勞動強(qiáng)度。 (4)全自動試驗(yàn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)過程操作的標(biāo)準(zhǔn) 化、測試數(shù)據(jù)的信息化,可最大化減少人為因素對檢 驗(yàn)結(jié)果的影響,提升分析質(zhì)量;另外,也可改善實(shí)驗(yàn) 室裝備的技術(shù)水平。